山東建筑大學      單明珠   陳鑫

［摘   要］一個建筑需要各個專業綜合設計的填充才能形成完整的系統建筑，包括了建筑設計、結構設計、機電設計等。目前各個設計院依然采用傳統的二維平面圖，這種設計不夠直觀，經常會出現標高重合的現象，在設計過程中需要有協同的過程，因此會降低工作效率。BIM技術涉及的應用領域包括了可視化設計、建筑策劃、協同設計、場地分析、工程量統計等。BIM技術的可視化設計、協同設計以及管線綜合等功能可以解決該問題。以某辦公樓的暖通工程為例，采用BIM技術展示完整的暖通工程三維模型，對管線的布置進行優化處理解決了管道之間的碰撞問題，解決了后期施工過程中出現的工程返工、材料浪費等問題。

［關鍵詞］ BIM技術；暖通設計；三維模型；管道碰撞

       0   引言

       機電安裝工程是建筑施工環節中的不可或缺的一部分，當前的機電工程包括了建筑給排水工程、暖通工程及建筑電氣工程等部分。在安裝施工前要進行各個專業的相關圖紙設計，目前存在的問題是設計與施工脫節，導致各專業之間不能協調配合造成了機電管線的相互碰撞現象不斷地出現^[1]，在暖通設計中風管和水管之間的就會存在碰撞問題，這種問題導致了在機電管線的施工階段材料浪費，耽誤工期甚至大量的返工。所以，在施工前合理的排布三維機電管線尤為重要。

       目前機電設計仍然以二維CAD為輔助工具進行管線的優化布置，CAD中有二維和三維兩種展示方式，但一般以二維展示管線的平面布局，三維的模型僅是依據二維的單一視圖形成，不能完成完整的建筑模型并沒有太大的意義。對于二維平面不能夠很好的體現出管線之間的空間排布，各個專業的圖紙不能集中的放在一張圖紙上管理，導致施工人員讀圖復雜且不直觀。BIM 是以二維CAD平面設計圖為依據，按照實際的建筑比例，對建筑結構進行模型搭建，同時對機電管線和大型的設備等進行綜合的優化及排布^[2]。隨著BIM技術的出現，可以從多個視圖對設備進行布置形成完整的三維模型，有著強大的聯動修改功能減少了制圖人員的工作量，各個專業的設計集中展示在同一個三維空間，解決了單專業和多專業之間的協同優化問題。

       當前BIM 從業人員多數缺少現場施工經驗，而現場技術人員又未掌握 BIM 技能，不能很好地將機電安裝專業知識很好地與BIM 技術相結合。當前基于BIM 技術的管線綜合研究應用也大多側重于工程應用展示，并沒有系統表述如何具體應用BIM 技術進行管線綜合。族是三維模型搭建的基礎，BIM中的族庫的族類型短缺特別是暖通專業的設備更新速度太快，制圖人員掌握不好族的創建問題阻礙了建模的進程。本文以某辦公樓的暖通工程為例介紹了該工程的新型系統結構，采用BIM技術搭建建筑的三維模型創建了空調蓄能水箱的設備族更新了族庫，優化處理管道碰撞問題。

       1   暖通系統設計

       以某地辦公樓為實例進行模型搭建，該建筑地上5層地下1層，其總建筑面積為5450m²地上面積4583m²空調面積3815m²，主要以辦公為主。本工程機電系統包括了送排風、冷熱水（地板輻射）、冷卻水、生活用水、消防噴淋及通風、照明等多個系統管線。主要以送排風、冷熱水（地板輻射）的暖通工程進行全面細致的模型搭建并進行相應的深化設計。

       建筑運營是能源密集型的，并且約占世界最終能源消耗的三分之一。該辦公樓空調系統與常規系統有所不同，該系統充分利用調峰蓄能技術降低建筑能耗，蓄能技術的實質是利用峰谷期將機組產生多余的冷熱量儲存起來，在用冷用熱的高峰期將其釋放出來，以保證機組的穩定運行以及解決負荷的波動問題^[3]。該辦公樓空調系統是冬夏季兩個相對獨立的系統，對兩個冬夏季系統如圖1、2所示，詳細介紹如下：

圖1   冬季系統流程圖	圖2   夏季系統流程

     （1）夏季制冷模式主要是靠干式末端+新風機組進行制冷，而干式末端即輻射地板，在機房中冷凝器的熱量直接經過冷卻塔將其帶走，蒸發器產生的冷量經過蓄能水箱進行蓄冷，蓄冷冷量供應給新風機組，新風機組對回風和室外空氣進行處理向室內送新風。同時地埋管和輻射地板之間形成一個循環回路，室內熱量經過與輻射地板中的介質進行換熱，介質經過地埋管在地下循環進行換熱，將部分熱量帶走形成低溫水再次進入輻射地板中形成回路。通過干式末端和新風機組組合的制冷模式，使夏季的室內溫度達到溫濕度適中的效果。

     （2）冬季由地源熱泵向輻射地板供應熱水，冬季時整個循環采用地源熱泵制熱，地源熱泵制熱經過蓄熱水箱蓄熱，再供給輻射地板進行采暖，冬季新風機組將不運行。

       2   三維模型搭建

       近幾年的建筑形式各異，對內部的系統如空調系統要求也有所提高，系統形式比以前相對復雜，僅靠二維圖紙表達比較復雜，與施工人員交流時不夠直觀。BIM技術可以將以往的平面心跳轉換為一種三維的立體實物展示給施工人員，使得項目設計、運營過程的溝通更加的容易方便。比如：管井的分集水器的連接比較復雜，二維平面需要另畫一張圖紙解釋具體的連接方式。

       2.1   風、水系統建模

       使用Revit MEP搭建風系統和水系統的三維模型， Revit MEP中有HVAC系統可以通過拖動屏幕上任何視圖中的設計元素來修改模型，在樓層平面視圖中工程師可以點擊風管（水管）按鈕按照導入的二維平面圖進行布置，查明各個風管的標高、尺寸等參數，在屬性菜單欄中對風管（水管）的偏移量、系統類型、參考標高等進行設定以便于之后的風管（管道）位置的優化調整，這些參數發生相應的變化后，所有的模型視圖及圖紙都能自動協調的進行變更，因此能夠提供更為準確一致的設計。在搭建水系統時，由于系統采用的地板輻射采暖，在每層的分集水器的路數是根據設計人員設計的，個別分集水器需要制圖人員根據實際的工程設計需求對族庫中的分集水器族參數進行修改，同時也要注意輻射盤管的管徑以及間距等參數。最終搭建的風管（水管）系統的三維模型如圖3、4所示。 

圖3   風管系統模型	圖4   管道系統模型

       2.2   機房建模

       機房建模前，要統計機房內選用的設備型號、管路連接方式、管路附件連接方式等，最好與現場安裝人員協同確定。BIM技術搭建模型不僅僅是簡單的對三維模型進行可視化展示，它還包含了許多的參數信息，本工程的機房的主要設備有熱泵機組、冷卻（凍）水泵、分集水器、空調蓄能水箱以及地源側分集水器等，詳細的設備參數信息見表1。

表1   設備參數表

       機房、管線建模可與樓層管網深化同步進行，但優化調整應在樓層管網深化后進行。機房深化時，模型建立要完整，機房內設備型號、管路連接方式、管路附件連接方式以及設備族的參數應根據實際的工程搭建，如沒有符合的族，可以用其它類擬的族代替應留一定富余空間，也可以自己創建族更符合實際要求。在本工程的設備中空調蓄能水箱是根據辦公樓的負荷確定的尺寸與容量，所以族庫中沒有相似的蓄能水箱，設計人員自行創建了空調蓄能水箱族其三維圖如圖5所示。將創建好的空調蓄能水箱調入族庫中，與其他的設備相連接，形成的機房三維模型圖如圖6所示。

圖5   空調蓄熱水箱三維圖	圖6   機房三維模型圖

       3   管道綜合優化

       傳統的CAD圖紙只能顯示平面圖形，標注相應的標高但實際的工程中管線錯綜復雜，在二維圖中設置的標高都是以管子的中心線為起點到相應樓層平面的距離。這就將管子看做了一條直線忽略了其管徑，導致在施工過程中要不斷的修改方案，耗費了大量的財力物力。甚至在傳統的施工過程中有時還會需要付出幾十萬、乃至幾千萬的代價來彌補由設備與管線之間相互的碰撞等引起的拆裝、返工和浪費。利用相應的BIM技術可以進行管線的三維碰撞檢查，工程師可以采用Navisworks打開搭建的暖通模型來檢測碰撞點返回到Revit中進行相應點的碰撞修改，經碰撞檢查后的模型，不僅可以消除施工過程中的硬碰撞、軟碰撞從而減少實際工程階段存在的錯誤以及返工的可能性，而且可以凈化管道的空間以及管線的排布方案，在進行工程對接時提高與施工人員交流能力以及效率進一步的提高施工的質量達到最終的優化效果，節省時間及財力^[4]。下圖是建模過程中的碰撞檢查以送風管和回風管的碰撞為例：

圖5   空調蓄熱水箱三維圖	圖6   機房三維模型圖

       我們設置的送風管偏移量為3200mm，回風管的偏移量為3400mm雖然偏移量有差距但可以發現管道之間有碰撞現象的出現如圖7所示，這時我們就要進行碰撞調節以檢查的該碰撞點對Revit模型進行碰撞調節，為防止整個回風管的偏移量提高，可以進行風管橋的搭建，達到調節后的效果即可如圖8所示。

       4   結論

       BIM技術的應用是建筑行業的發展的新趨勢，在暖通行業有著重大的發展前景，BIM技術將原來單純的設計階段轉換成設計與實踐相結合的應用階段，為暖通行業帶來了基本的技術保障以及經濟效益，減少了施工現場的材料損失和返工時間。為了更好地應用BIM技術體現出它的價值，我們應該將該技術貫穿到整個暖通的建筑生命周期中，及時的發現建筑施工中的問題，以便于快速的處理提高整個生命周期的運營效率。BIM技術在我國還有很大的發展空間，相信在將來會成為暖通行業的首選技術。

參考文獻

       [1] 劉應周.BIM在某公建項目安裝工程中的應用研究[D].天津大學,2013.

       [2] 張景超.BIM技術在建筑機電工程綜合管線施工中的運用[J].建筑工程技術與設計,2018,(4):2274.

       [3] 張若瑜,吳曉慶 ,王海超.蓄熱技術在國內區域供熱系統中的應用及技術經濟分析[J].建筑工程技術與設計,2018,(24):4219–4220.

       [4] 歐陽志.BIM技術在暖通空調施工中的應用探討[J].智能城市,2018,4(17):110–111.

       備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2019年5月刊總第21期。
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