BIM技术在暖通系统中的设计

BIM技术在暖通系统中的设计摘要：本文介绍了BIM技术的特点和优越性，以铁路站房BIM应用为例分析了BIM模型的可视化和信息化，结合BIM技术和现阶段暖通空调工程的特点，提出在暖通空调系统设计中利用BIM技术，指出了基于BIM平台下的暖通空调系统设计可行性和优势。关键词：BIM暖通空调优化设计专业协作1引言自1975年美国乔治亚理工大学的CharlesEastman教授创建了BIM理念至今，BIM技术的研究经历了萌芽阶段到现在的发展应用阶段。BIM指的是建筑信息模型(BuildingInformationModeling)，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。BIM是一种技术、一种方法、一种过程，BIM把建筑行业业务流程和表达建筑物本身的信息更好地集成起来，从而提高整个建筑设计行业的效率。BIM技术在设计领域的兴起，将是设计行业的“第三次工业革命”，国内先进的建筑设计团队纷纷成立了BIM技术小组，四大铁路设计院也成立了BIM设计联盟，这将会促进BIM技术在全国范围内迅速推广应用。2BIM技术的特点现阶段基于BIM平台的设计软件很多，其中广为普及应用的有Revit、MagiCAD软件。2.1改变传统设计画图思维模式传统的设计画图是在CAD二维空间绘图，主要是通过线的平面界定管线、设备、阀门附件的轮廓、尺寸大小和位置，并辅助文字描述，才能完整地表现设计师的设计意图。BIM定义为建筑信息模型，在设计过程中凸显了“信息”这一重要因素，BIM平台下暖通空调设计中的主要元素是包含了大量管线、设备、阀门附件等暖通构件信息的族。族是一个包含通用属性(称为参数)集和相关图形表示的图元组。BIM平台下暖通空调系统绘图设计是使用各设备、构件等的族来“安装”到相应部位的过程。2.2智能化设计，三维可视模式工作借助Revit、MagiCAD等软件，对采暖、通风、空调系统进行真实管线建模，可以实现智能、直观的设计流程。不仅可以随时处理本专业各管线、设备间的相对关系，还可以从整座建筑物的角度来处理信息，将相关专业的模型关联起来，优化暖通空调设备及管道系统的设计，更好地进行建筑性能分析，充分发挥BIM的竞争优势。设计过程中所有组件都是通过族来实现，可以获得同步的建筑信息模型的设计反馈，轻松掌握设计内容的进度和工程量统计、造价分析。2.3提高各专业的设计一致性，准确反映设计思路BIM技术设计过程各专业的协作是通过建筑信息模型共享链接进行的，通过实时的可视化功能，能够最大限度地减少设备专业之间，设备专业与土建专业之间的协作。任何一个专业模型发生变更，相关专业的设计文档需同步更新相关内容。使用BIM技术避免了常规二维设计过程中因上游专业的变更不能及时反馈到下游专业，而产生各专业间图纸不能相对应的问题。BIM技术成果是通过三维建筑信息模型来表现的，各专业的设计成果可视化的表现，能改善设计师与业主的沟通并帮助及时做出决策。2.4提升图纸质量，缩短施工周期随着工程项目变得越来越复杂，确保机电、设备专业与土建专业在设计和设计变更过程中的清晰、顺畅的沟通至关重要。同时设计师可以通过所创建的逼真建筑信息模型与业主及时沟通，尽早发现错误，避免让错误进入现场，造成代价高昂的现场设计返工，同时还可大幅度缩短建筑设备及管道系统的施工周期。在BIM平台下，暖通空调系统设计通过3D可视化环境分区，分部位确定各种管路管线的标高和走向，成功解决碰撞问题，最后可直接利用BIM导出施工图，提高了图纸质量。BIM模型与实际施工安装效果对比见图1。BIM模型实际施工安装图1BIM模型与实际施工安装效果对比3BIM平台下的暖通空调设计因笔者为BIM技术初学阶段，现以学习阶段兰州至合作铁路线上的夏河车站站房为例，说明BIM技术的显著特点。设计内容包括通风系统、采暖系统、消防系统、给排水系统(室内给排水、消防在铁路设计院属暖通专业设计内容)，均为暖通空调专业最常用的系统。设计过程中选用Revit软件进行BIM建模，BIM设计重要的一个环节就是选择带有正确的，工程中所需要的各设备、管线、阀门附件等的材质、热工性能属性的族。通过带有正确信息的各构件的族来搭建暖通空调系统，在三维建筑信息模型中完美体现暖通设计师的意图。Revit软件设计过程中可以很自由地在二维、三维视图间转换，通过即时的三维视图、剖面图可以方便地检查设备、管线走向标高和相关构件的相对位置关系。同时还可以给暖通空调管道的流体参数进行设定，各参数的设定可以帮助暖通设计人员轻松计算各个设备的参数及管道中流体参数，以确定设备型号及管线尺寸。设备、管道材质赋予信息，在真实显示状态下可以清晰地看到设计效果。模型均按照真实尺寸建模，传统表达予以省略的部分(比如管道保温层等)均得以展现，从而能将一些深层次问题曝露出来，如管道在地沟内的排布，风管与土建结构梁、柱的位置关系等。设计成果见图2。候车大厅通风系统模型候车大厅采暖、消防系统模型卫生间卫生洁具接管模型图2暖通空调系统模型从以上模型结果可以看出，BIM技术可视化的设计效果很直观，打开模型就能清晰地看到各种设备、管线间的位置关系，三维模型可以随时进行效果检验，在设计前期阶段就能很好地确定各系统方案，给暖通空调复杂系统的设计带来了前所未有的机遇。4现阶段暖通空调工程特点近些年，随着经济、建筑材料的迅速发展，大规模的高级写字楼、图书馆、商业楼、综合体、地下铁道工程等建筑工程如雨后春笋般涌现。这些工程往往设计、装修标准高，均设置中央空调系统、防排烟系统、自动喷淋系统、消火栓系统、给排水系统、中水热水系统等。这些系统的设计包含了大量的暖通空调设备和相关管线，而暖通空调设备和管线在机电系统中所占的空间尺寸往往比其它专业都大，这一现象在大型地下商场、车库，地铁地下车站中表现更为明显。某地铁站环空机房管线图见图3。图3环空机房管线图这些大规模的建筑都建在城市繁华地段，这些区域寸土寸金，暖通空调设备、管线的布置不合理将会导致系统复杂的建筑规模增加。若要用二维图形将这些复杂的管线表现清楚，则需要大量的剖面图与轴测图，这样不但加重了暖通设计师的工作量，后期施工也需要专业的技术人员才能读懂图纸并进行指导施工。管线较多的局部空间、制冷机房、换热站机房、地铁车站中的环控机房暖通空调本专业的管线就很多，这些地方所布置的设备往往要纳入建筑的自动控制系统，这样这些部位的管线、设备就愈显密集。要把这些设备管线很直观、清楚地呈现给相关专业人员或施工人员，二维图形就表现的力不从心了。因此结合现阶段暖通空调工程的特点，在暖通空调工程设计中采用BIM技术是非常有必要的。5暖通空调设计中运用BIM技术应注意的问题5.1出图效率问题BIM技术是一门新兴的技术，绘图模式颠覆了传统的二维绘图方式，一定程度上要想熟练地运用BIM，需要花费大量的时间来掌握相关软件。从现阶段二维出图到利用BIM直接导出施工图是设计行业的一次“工业革命”，这就要引导暖通空调设计师对BIM技术有根本的认识，突破表面的只是三维模型的局限，自发地积极钻研BIM平台下的相关软解，熟悉界面指令操作，才能掌握并应用BIM技术，从而提高出图效率。5.2协同问题在功能多且复杂的建筑中，暖通空调系统管线较多，为了避免与相关专业的管线发生碰撞，应随时链接相关专业设计模型，从而在设计过程当中同步对管线进行综合，随时发现碰撞，及早发现问题。专业间的沟通和协调工作将渗透到建模过程的任一时刻，对模型进行碰撞检查、大型设备后期安装路径的研究，进而可以优化空间布局，优化暖通空调管线排布方案。5.3构件选用问题暖通空调工程BIM设计的成果是包含了大量设备、管道的族来实现的，因此在一开始的设计中就需要在信息模型中输入大量的准确的数据，以确保所带大量信息的各构件都能“安装”到合适的位置，提高系统所参与的各项计算的准确程度。因为BIM中暖通空调设备、管道、阀门附件(如三通、弯头)都是以族来实现的，而不是像二维绘图中那样可以用线条叠加。5.4设计流程问题以往二维设计中，暖通空调前期阶段工作量小，大量的设计工作在施工图阶段，而利用BIM技术后相应的要在前期有很好的协作，在施工图阶段才能很好地发挥BIM的优势，在复杂工程中更好地发挥暖通空调专业的主观能动性，进而提高暖通空调专业的出图质量。6设计体会BIM技术可视化的特点使得暖通空调专业的设计内容更加直接明了，能更直观地展示给协作专业与业主，能很清晰地反映设计师的设计意图。在复杂工程如铁路大型站房、轨道交通地下车站等建筑中运用BIM技术设计，并进行管线综合能很好地提高暖通空调设计工作完成度，对于暖通空调工程师而言可以减少配合施工工作量;在施工方面可以提高效率，减少返工、节约成本。BIM的可视化功能集成多维信息，精确地储存了暖通空调工程中的设备及管线的属性及空间信息，可以模拟施工组织方案，为后期施工安全管理提供了有力的技术支持。在精准的BIM模型中结合运行维护软件的使用，可以在物业运行期间提供机电系统的工作状态，为工程的运行维护提供便捷的支持。7结语通过各大设计院的努力，BIM技术正在国内大力推广，BIM技术也为越来越多的设计、施工企业所认同，在民用建筑、轨道交通等项目中得到初步应用。BIM技术有望取代传统二维出图方式，减少暖通设计人员的工作量，帮助进行绿色分析，降低暖通空调系统能耗，最终完善建筑物使用功能。