基于BIM的暖通空調自動設計

趙海濤

武漢時代建筑設計有限公司 湖北武漢 430024

1 BIM概述

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術通過數字化手段，在計算機中建立一個虛擬建筑，該虛擬建筑會提供一個單一、完整、包含邏輯關系的建筑信息庫。BIM是以從設計、施工到運營協調、以項目信息為基礎而構建的集成流程，它具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點。BIM技術對建筑領域來說，是繼CAD以后第二次技術性“革命”，是建筑業信息化發展的產物。我國住建部繼“十二五”期間提出加快BIM技術在工程中的應用后，2016年住建部《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》再一次明確提出“十三五”期間建筑業信息化是建筑業發展戰略的重要組成部分。2017年2月國務院辦公廳印發《關于促進建筑業持續健康發展的意見》（國辦發[2017]19號文），加快建筑信息模型（BIM）技術在規劃、勘察、設計、施工和運營維護全過程的集成應用，實現工程建筑項目全生命周期數據共享和信息化管理。在住建部相關政策引導下，全國十幾個省市地區已經在推進BIM技術在本地區的發展和應用，相繼出臺了相關BIM技術應用指導意見，全面貫徹落實住建部發布的BIM技術相關指導政策。建筑行業BIM技術應用即將飛速發展。

2 BIM的意義和應用

BIM（建筑信息模型）是有關建筑項目的相關信息的基礎，建筑模型的建立以及建筑的真實信息，通過數字信息的模擬。它具有視覺、協調、模擬、優化和可用性的五個主要特征。在美國的BIM執行管理平臺執行現有的綜合管理平臺建設BIM：在這方面，優化，管理工程，統計時間，安全管理，質量管理，成本管理，數字建設等。BIM是一種應用于整個架構設計過程的新技術，直到運營管理涵蓋了整個項目的整個生命周期。整個建筑工程的各個階段，可以是全方位的，比姆系統有不同的視角，遇到問題，預先警告，找出解決方案。BIM可適用于所有建筑工程，如設計、投標、施工等，具有乘數效應。是一種直接自適應技術在三維數字顯示直觀，有專屬建筑語言，能找出錯誤并給出解決方案。現今，住房部門已經確立了BIM技術在我國信息化建設中的核心地位。

3 基于BIM模型，進行空調系統的自動設計

當前實際工程中暖通設計主要是在建筑結構CAD圖紙基礎上根據規范和經驗設計空調系統：（1）確定室內設計參數，計算房間負荷。（2）確定系統方案，選定主要設備型號。（3）布置設備管網、進行水力計算及設備校驗。這類工作可重復性強，在當前建筑模型愈加成熟的時期，探索空調系統的自動化設計，從而提高工程效率。

3.1 空調分區與負荷計算

針對空調系統的熱工分區，分區劃分原則考慮到負荷特性、使用時間、房間功能、平面位置、溫濕度基數、防火防爆分區等。例如，將朝向相同、功能相似、使用時間類似的幾個房間并為一個區域。由原來的BIM模型簡化得到的輕量化模型，計算房間負荷。再綜合分區結果，確定分區負荷，這里使用Energyplus作為計算引擎。

3.2 理想系統的生成

空調系統的選擇，在工程中，考慮到建筑物的用途和性質，熱濕負荷特點，溫濕度調節和控制的要求，空調機房的面積和位置，初投資和運行費用等多方面的因素。在這里，人為確定某一種空調系統，直接用做設計；或某選取幾種空調系統，用作方案比較。

將設備庫中的設備進行分類，分為選型設備與功能性部件。在冷機/熱網與VAV形式的空調系統中，選型設備包含冷水機組、冷卻水泵、分集水器、冷卻塔、冷卻水泵、換熱器、熱水循環泵、膨脹水箱、軟化水箱、補水泵、凝水泵、凝水水箱等核心設備；功能性部件主要包括各種水閥、風閥、溫度計、流量計與壓差開關等。

自動選型輸出設備明細表（類型，數量，特征），將其結果寫入預設的系統描述xml文件中。系統描述文件是基于空調系統中環路的類型來逐一填寫路類型包括冷凍水環路、冷卻水環路、熱水環路、家用熱水路等。每一種環路中包含八種信息，分別為環路名稱、環路特征描述、流體特征、溫度壓力設定點、動力單元、能源單元、輸送單元與控制單元。前四種信息由系統選擇得出，后四種信息由自動選型結果得出。最終生成完整描述空調系統的xml文件。設備連接關系的確定。在空調系統中，主要針對選型設備設置三種節點，分別為設備單元、并聯單元（如冷機并聯，水泵并聯），旁通單元。在空調系統中，用“邊”來描述節點間的物理連接關系。功能性部件（如閥等）隨選型部件的確定而確定。僅對冷源端進行分析。冷源端有冷凍水循環和冷卻水循環，冷凍水環路中，由并聯水泵節點提供動力，將回水送入并聯冷機節點，制冷完成后，由分水器從各出口連接至末端節點（末端節點在此未細致描述），末端節點回水，通過集水器節點再次進入并聯水泵節點完成循環。在描述文件中核心是對每條“邊”的定義，定義內容包括兩節點的引用，流體的類型和流量。

3.3 實際系統的生成

已生成的理想系統中，存在以下問題。選型設備（例如水泵），流量與揚程的計算結果，與實際廠家供應型號的數據不符，在合理的范圍內，修正設備特征值（流量與揚程）。管路管徑（風管）使用當量直徑，需要換算為工程中常用的尺寸。管路管徑（水管）的計算結果在常用尺寸之間，也需要按照實際工程尺寸進行修正。在系統設計的過程中，管路的布置忽略房間中實際墻體走向，方便系統實際計算，第一，主要設備額定流量的匹配；第二，末端溫度滿足預設值；第三，動力設備壓頭達到要求。滿足以上要求，可視為空調系統合理。

4 結語

綜上所述，在BIM大力發展的時代，通過空調系統的自動設計，來減輕工程師在設計中的繁重勞動，能將更多精力投入在方案的選擇上。在實際工程中，減少與建筑、結構設計的時間滯后性，促使各部門之間及時地互聯互通。