中國汽車工業工程有限公司 王浩

       【摘  要】隨著計算機技術的發展，BIM工程技術已成為國際工程設計施工的潮流。本文將著重分析探討 BIM 技術在暖通空調設計施工中的應用，討論其優勢和存在的問題，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

       【關鍵詞】BIM 暖通 工程技術 信息模型 Revit

1 BIM技術概況

       BIM，即建筑信息模型（Building Information Modeling），是繼計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）技術之后建筑業出現的又一種計算機應用技術，被譽為建筑業變革的革命性力量。BIM首先是一種技術，是數字技術在建筑工程中的直接應用，能夠使設計人員和工程技術人員能夠對各種建筑信息做出正確的應對，并為協同工作提供堅實的基礎。BIM同時又是一種方法，這種方法支持建筑工程的集成管理環境，可以使建筑工程在其整個進程中顯著提高效率和減少風險。

       BIM技術具有可視化、可協調、可模擬、可優化、可出圖性等特征，并且可以在不同軟件、不同項目參與方之間進行綜合協調，改善溝通效果及加強質量控制等。BIM技術可以容納從設計到使用甚至是到周期終結的全過程信息，這些信息均建立在一個三維模型數據庫中，可以持續的提供項目設計范圍、進度、成本等信息。這些信息很容易訪問并且不斷保持更新，使設計人員、施工人員、運行維護人員和業主都能更全面及時的掌握工程信息。這些信息在工程設計、施工和管理的各個階段都能促進加快決策進度，提高決策質量，從而提升項目質量，增加工程收益，減少污染和提高效率。

2 BIM技術與傳統二維設計的區別

       2.1 表達方式的區別

       二維設計主體是線，通過線的疊加、組合，在二維投影圖中表達設備輪廓線、管道輪廓線及閥門的相對位置，表達設備、管線的投影關系，輔以數字、文字等方法表征設備、管線的連接及位置。傳統二維設計的抽象度高，但圖面表達的信息量相對有限。

       BIM設計的主體是產品，通過選擇產品、管道的模型，在三維信息模型中顯示設備、管道的高度、尺寸等要求。由點及面，最終實現系統的完整連接體系。BIM設計的表達方式和繪制方法都是通過產品、管道等實體組成的，繪制過程需要輸入大量的管徑、尺寸等信息，方可形成符合設計人員要求的模型，直觀形象。

       2.2 協作方式的區別

       傳統設計模式下，設計的內容和其中所蘊含的信息是分離開的，業主，設計院，施工方通過抽象的二維圖紙來進行交流，專業間的協作是通過平面圖、剖面圖等方式進行的，設計人員必須具備一定的相關專業知識，方可想象出其他專業構件的形狀、位置，進而考慮專業間可能的沖突和影響。當設計人員經驗和知識不足或建筑形體過于復雜，專業協作難免會出現錯誤。

       BIM設計的專業間協作是通過三維信息模型進行的，各專業構件的形狀、位置在模型中可以直觀顯示，大大降低了專業協作出現錯誤的可能性。通過統一的數據平臺，相互協作，實時查閱，共享信息，溝通順暢及時，從項目的規劃、設計、施工到運營的各個階段都可以得到BIM模型的數據支撐，專業間的協作會更為順利。BIM設計通過中心文件將工藝專業與建筑結構公用專業聯系到了一起，這種協調方式遠比傳統的二維設計更為準確和高效，這可以讓設計者更多的關注在設計本身而不是各個專業之間的溝通上，毫無疑問這對于效率的提升和設計的質量都有很大幫助。

3 BIM技術在暖通專業的應用

       暖通專業主要涉及到的工作內容為設備、風管水管、對應附件和末端，對吊頂、機房、管井等空間關注度很高，BIM技術的應用能有效提高工程設計施工質量。暖通專業的工作流程一般分為方案階段、設計階段、施工階段和運營階段。這個流程與建筑的全壽命周期較為吻合。目前設計和施工階段對BIM軟件應用較多。BIM技術在暖通空調領域應用主要體現在三維設計施工模型的建立、管線綜合布置、三維模型分析與展示、基于模型的施工流程管理與工程量計算以及項目級構件庫的建立等。

       3.1 方案階段

       BIM技術能夠有助于參建各方高效溝通。通過BIM的終端設備能把業主和參建各方進行實時鏈接在一起，在項目的建設周期內讓各方暢通的溝通。通過搭建的三維模型，能夠讓業主也能直觀地了解項目的各項情況，如同現場參觀實體一樣。項目各參與方通過網絡協同工作，進行工程洽商、協調，實現施工質量、安全、成本和進度的管理和監控。

       3.2 設計階段

       二維圖紙不能全面反映個體、各專業、各系統之間碰撞的可能；同時由于二維設計離散行為的不可預見性，也將使設計人員疏漏掉一些管線碰撞的問題。利用BIM可視化功能進行管線碰撞檢測，在第一時間盡量減少現場的管線碰撞和返工現象。如何實時地與土建、裝修專業進行配合，合理的利用安裝空間，一直是困擾行業的一個難點。采用于BIM專業軟件可在項目開始階段，進行機電專業的深化設計，在綜合過程中滿足各種國家規范要求，滿足系統使用要求，盡量避免多余管件，減小系統阻力，考慮預留足夠的檢修空間，考慮實際管件的采購及制作，考慮支吊架的制作及安裝，提高空間利用率，避免設計問題。

       （1）利用BIM技術優化管線布置

       在走道布置或管線復雜、且對凈高有十分嚴格的要求的狹小空間內，設計人員可利用BIM技術對管線布置進行優化。設計人員可以從面、立面、剖面等多維度來確定管線的位置，以滿足精確的布置要求。BIM軟件具有十分良好的設計精度，其體現在數據的精準度之上，設計方案中的產品型號、規格和具體參數等信息都可在設計模型之中看到。利用BIM技術所繪制出來的高精度模型，設計人員可以將整個設計方案立體地展現給客戶。這樣的高精確度有利于提升現實施工與設計方案之間的符合度。

       （2）利用BIM技術規劃暖通空調機房布置

       建筑設計中為暖通設備所預留的空間往往十分有限，如何有效利用機房空間就十分重要。在設計規劃階段，在對機房進行規劃時存在諸多不確定因素。BIM技術可以將暖通空調設備的參數信息整合到設計模型當中。在確定設備擺放位置、接口位置、管線排布方式等因素時，設計人員可進行可視化、多維度的對比，以確定最佳的規劃方案。

圖1 某工程制冷站BIM模型

       3.3 施工階段

       （1）可視化交底

       設計人員可以通過模型實現向施工方的可視化交底，能夠讓施工方清楚了解設計意圖，了解設計中的每一個細節。一些復雜的工程向工人技術交底時往往難以讓工人理解技術要求，但通過模型就可以直觀的讓人工人知道自己將要完成的部份是什么樣，有哪些技術要求，直觀而形象。

       （2）精細化的施工管理

       BIM參數化可以使建筑構件直接生成物料清單，在施工前制定精確人材計劃，提供有效施工準備計劃支持，大大減少了資源的重復采購，為實現限額領料、消耗控制提供技術支持。精細化的三維模型形象的表現出設計成果，實現所見及所得。業主及監理方可隨時跟蹤進度，統計實體工程量，以便前期的造價控制、質量跟蹤控制。BIM技術可以用模型形象地反應出工程實體的實況，通過對各步工作的分解，精確統計出各步工作工程量，再結合工作面情況和資源供應情況分析后可精確的組織施工資源進行實體的建造。

圖2 某工程風管明細表

       （3）解決傳統碰撞檢查難題

       以往二維管線交叉的地方靠肉眼直接觀察、憑空想象，難以全面分析，碰撞無法避免。傳統施工過程中相關各方有時需要付出幾十萬、甚至幾千萬的代價來彌補由設備管線碰撞等引起的拆裝、返工和浪費。這將耗費建筑結構設計師和安裝工程設計師大量時間和精力，影響工程進度和質量。 BIM建模的過程同時也是一次全面的“三維校審”過程；BIM模型均按真實尺度建模，利用 BIM的三維技術進行碰撞檢查，將所有專業放在同一模型中，對專業協調的結果進行全面檢驗，專業之間的碰撞、高度方向上的沖突提前預知，優化工程施工方案，減少在建筑施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性，而且優化凈空，優化管線排布方案。最后施工人員可以利用碰撞優化后的三維管線方案，進行施工交底，提高施工質量，同時也減少了返工和整改。

圖3 管道碰撞解決實例

       （4）控制關鍵節點，實現構件工廠化生產

       關鍵節點十分重要，做好關鍵節點有事半功倍的效果。如圖所示平衡閥的閥組，體積不大，但閥門管件集中，管道很短，按照傳統方式施工會造成不小的浪費。利用BIM技術，對管件的節點進行分解，可以詳細的得出該閥組所需要的閥門、管件、管道的數量、型號、尺寸和附屬的支架的各種參數。這樣一些管道和管件就可以采用預制構件，在工廠加工好后到現場運到進行組裝，精準度高，失誤率低，大大節省材料和投資成本。同時利用統計功能可以得出詳細的材料表，對照材料表和BIM模型進行預制構件加工和閥門采購，可以在實際施工中獲得良好的效果。

圖4 某工程平衡閥組節點圖

       3.4 運行階段

       BIM技術把項目主要參與方在設計階段就集合在一起，著眼于項目的全生命周期，利用BIM技術進行虛擬設計、建造、維護及管理，實現項目各參與方協同工作，項目各參與方信息共享，基于網絡實現文檔、圖檔的提交、審核、審批及利用，能給參建各方帶來較大的經濟效益、大幅降低項目風險，減少了項目實施過程中的未知，讓管理變得輕松和精細化。在項目的前期設計和施工階段可以把大量的工程相關信息錄入到信息模型中，可在運營過程中隨時更新，通過對這些信息快速準確的篩選調閱，能為項目的后期運營帶來很大便利。

4 BIM技術應用中存在的問題

       對于暖通專業而言，如何在傳統設計工作中推廣應用BIM技術，發揮BIM技術的優勢，進而提高設計工作的效率，是擺在廣大一線設計人員面前的一道難題。

       4.1 設計人員BIM技術不成熟

       BIM技術融入設計工作，通常有兩種方式：

       （1）設計團隊與BIM團隊工作相對獨立，BIM團隊根據圖紙為設計團隊建模，并反饋建模工作中發現的問題，用于設計團隊修正設計內容，最終形成二維圖紙與BIM模型兩套成果；

       （2）設計人員應用BIM技術進行設計工作。

       目前采用第一種方式較多，主要是因為BIM軟件推廣使用的時間較短，大部分設計人員還不能熟練掌握BIM技術，需要更專業的團隊分擔BIM技術工作。這種工作方式增加了團隊之間的協調溝通工作量，不利于BIM技術在設計工作中的高效應用。只有暖通設計人員掌握BIM技術，才能更好發揮BIM在設計中的作用。

       4.2 硬件上的限制

       BIM模型信息量很大，對硬件要求很高，運行速度很慢，尤其是一些大型項目，模型的總體積可以達到幾G大小，僅打開項目模型文件就需要很長時間，設計操作中也存在嚴重的卡頓問題，這樣也極大的影響了工程設計人員的工作效率。

       同時BIM模型對硬件的高要求也限制了設計方與業主方的溝通協作。設計中的協同分為內部協同和外部協同。如果說內部協同解決的是合作設計的效率，那外部協同解決的就是溝通的效率。如果業主方的沒有對應的BIM軟件、軟件版本不匹配或者電腦硬件性能不夠就無法完成溝通。現在已經有一些提供BIM模型輕量化協作的平臺，如Modelo等，但BIM設計軟件對硬件的高要求依然是BIM技術推廣的一個重要制約因素。

參考文獻

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       備注：本文收錄于第21屆暖通空調制冷學術年會論文集。版權歸論文作者所有，任何形式轉載請聯系作者。