BIM技术在暖通专业设计中的应用分析

2021年6月15日BIM案例阅读模式

机电安装工程是建筑施工环节中的不可或缺的一部分，当前的机电工程包括了建筑给排水工程、暖通工程及建筑电气工程等部分。在安装施工前要进行各个专业的相关图纸设计，目前存在的问题是设计与施工脱节，导致各专业之间不能协调配合造成了机电管线的相互碰撞现象不断地出现，在暖通设计中风管和水管之间就会存在碰撞问题，这种问题导致了在机电管线的施工阶段的材料浪费，耽误工期甚至大量的返工。所以，在施工前合理的排布三维机电管线尤为重要。

目前机电设计仍然以二维CAD为辅助工具进行管线的优化布置，CAD中有二维和三维两种展示方式，但一般以二维展示管线的平面布局，三维的模型仅是依据二维的单一视图形成，不能完成完整的建筑模型，并没有太大的意义。对于二维平面不能够很好的体现出管线之间的空间排布，各个专业的图纸不能集中的放在一张图纸上管理，导致施工人员读图复杂且不直观。BIM是以CAD平面设计图为依据，按照实际的建筑比例，对建筑结构进行模型搭建，同时对机电管线和大型的设备等进行综合的优化及排布。

随着BIM技术的出现，可以从多个视图对设备进行布置形成完整的三维模型，有着强大的联动修改功能，减少了制图人员的工作量，各个专业的设计集中展示在同一个三维空间，解决了单专业和多专业之间的协同优化问题。

当前BIM从业人员所属缺少现场施工经验，而现场技术人员又未掌握BIM技能，不能很好地将机电安装专业知识很好地与BIM技术相结合。当前基于BIM技术的管线综合研究应用也大多侧重于工程应用展示，并没有系统表述如何具体应用BIM技术进行管线综合。族是三维模型搭建的基础，BIM中的族库的族类型短缺特别是暖通专业的设备更新速度太快，制图人员掌握不好族的创建问题阻碍了建模的进程。

本文以某办公楼的暖通工程为例介绍了该工程的新型系统结构，采用BIM技术搭建建筑的三维模型创建了空调蓄能水箱的设备族更新了族库，优化处理管道碰撞问题。

01、暖通系统设计

以某地办公楼为实例进行模型搭建，该建筑地上5层地下1层，其总建筑面积为5450㎡，地上面积4583㎡，空调面积3815㎡，主要以办公为主。本工程机电系统包括了送排风、冷热水(地板射)、冷却水、生活用水、消防喷淋及通风、照明等多个系统管线。主要以送排风、冷热水(地板辐射)的暖通工程进行全面细致的模型搭建并进行相应的深化设计。

建筑运营是能源密集型的，并且约占世界最终能源消耗的三分之一。该办公楼空调系统与常系统有所不同，该系统充分利用调峰蓄能技术降低建筑能耗，蓄能技术的实质是利用峰谷期将机组产生多余的冷热量储存起来，在用冷用热的高峰期将其释放出来，以保证机组的稳定运行以及解决负荷的波动问题。该办公楼空调系统是冬夏季两个相对独立的系统，对两个冬夏季系统如图1、2所示，详细介绍如下：

(1)夏季制冷模式主要是靠干式未端+新风机组进行制冷，而干式末端即辐射地板，在机房中冷凝器的热量直接经过冷却塔将其带走，蒸发器产生的冷量经过蓄能水箱进行蓄冷，蓄冷冷量供应给新风机组，新风机组对回风和室外空气进行处理向室内送新风。同时地埋管和辐射地板之间形成—个循环回路，室内热量经过与辐射地板中的介质进行换热，介质经过地埋管在地下循环进行换热，将部分热量带走形成低温水再次进入辐射地板中形成回路。通过干式末端和新风机组组合的制冷模式，使夏季的室内温度达到温湿度适中的效果。

(2)冬季由地源热泵向辐射地板供应热水，冬季时整个循环釆用地源热泵制热，地源热泵制热经过蓄热水箱蓄热，再供给辐射地板进行采暖，冬季新风机組将不运行。

02、三维模型搭建

近几年的建筑形式各异，对内部的系统如空调系统要求也有所提高，系统形式比以前相对复杂，仅靠二维图纸表达比较复杂，与施工人员交流时不够直观。BIM技术可以将以往的平面心跳转换为一种三维的立体实物展示给施工人员，使得项目设计、运营过程的沟通更加的容易方便。比如：管井的分集水器的连接比较复杂，二维平面需要另画一张图纸解释具体的连接方式。

（1）风、水系统建模

使用
Revit MEP搭建风系统和水系统的三维模型，Revit

MEP中有HVAC系统可以通过拖动屏幕上任何视图中的设计元素来修改模型，在楼层平面视图中工程师可以点击风管(水管)按钮按照导入的二维平面图进行布置，查明各个风管的标高、尺寸等参数，在属性菜单栏中对风管(水管)的偏移量、系统类型、参考标高等进行设定以便于之后的风管(管道)位置的优化调整，这些参数发生相应的变化后，所有的模型视图及图纸都能自动协调的进行变更，因此能够提供更为准确一致的设计。

在搭建水系统时，由于系统采用的地板辐射采暖，在每层的分集水器的路数是根据设计人员设计的，个别分集水器需要制图人员根据实际的工程设计需求对族库中的分集水器族参数进行修改，同时也要注意辐射盘管的管径以及间距等参数。最终搭建的风管(水管)系统的三维模型如图3、4所示：

图3 风管系统模型

图4 管道系统模型

（2）机房建模

机房建模前，要统计机房内选用的设备型号、管路连接方式、管路附件连接方式等，最好与现场安装人员协同确定。BIM技术搭建模型不仅仅是简单的对三维模型进行可视化展示，它还包含了许多的参数信息，本工程的机房的主要设备有热泵机组、冷却(冻)水泵、分集水器、空调蓄能水箱以及地源侧分集水器等，详细的设备参数信息见表1。

表1 设备参数表

机房、管线建模可与楼层管网深化同步进行，但优化调整应在楼层管网深化后进行。机房深化时，模型建立要完整，机房内设备型号、管路连接方式、管路附件连接方式以及设备族的参数应根据实际的工程搭建，如没有符合的族，可以用其它类拟的族代替应留一定富余空间，也可以自己创建族更符合实际要求。

在本工程的设备中空调蓄能水箱是根据办公楼的负荷确定的尺寸与容量，所以族库中没有相似的蓄能水箱，设计人员自行创建了空调蓄能水箱族其三维图如图5所示。将创建好的空调蓄能水箱调入族库中，与其他的设备相连接，形成的机房三维模型图如图6所示。

图5 空调蓄热水箱三维图

图6 机房三维模型图

03 、管道综合优化

传统的CAD图纸只能显示平面图形，标注相应的标高但实际的工程中管线错综复杂，在二维图中设置的标高都是以管子的中心线为起点到相应楼层平面的距离。这就将管子看做了一条直线忽略了其管径，导致在施工过程中要不断的修改方案，耗费了大量的财力物力。甚至在传统的施工过程中有时还会需要付出几十万、乃至几千万的代价来弥补由设备与管线之间相互的碰撞等引起的拆装、返工和浪费。
利用相应的BIM技术可以进行管线的三维碰撞检查，工程师可以采用Navisworks打开搭建的暖通模型来检测碰撞点返回到Revit中进行相应点的碰撞修改，经碰撞检查后的模型，不仅可以消除施工过程中的硬碰撞、软碰撞从而减少实际工程阶段存在的错误以及返工的可能性，而且可以净化管道的空间以及管线的排布方案，在进行工程对接时，提高与施工人员的交流能力及效率，进一步提高施工的质量达到最终的优化效果，节省时间及财力。下图是建模过程中的碰撞检查，以送风管和回风管的碰撞为例：

图7 空调蓄热水箱三维图

我们设置的送风管偏移量为3200mm，回风管的偏移量为3400mm，虽然偏移量有差距但可以发现管道之间有碰撞现象的岀现如图7所示，这时我们就要进行碰撞调节以检查该碰撞点对Revit模型进行碰撞调节，为防止整个回风管的偏移量提高，可以进行风管桥的搭建，达到调节后的效果即可如图8所示。

BIM技术的应用是建筑行业的发展的新趋势，在暖通行业有着重大的发展前景，BIM技术将原来单纯的设计阶段转换成设计与实践相结合的应用阶段，为暖通行业带来了基本的技术保障以及经济效益，减少了施工现场的材料损失和返工时间。为了更好地应用BIM技术体现出它的价值，我们应该将该技术贯穿到整个暖通的建筑生命周期中，及时的发现建筑施工中的问题，以便于快速的处理提高整个生命周期的运营效率。BIM技术在我国还有很大的发展空间，相信在将来会成为暖通行业的首选技术。

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