BIM技術(shù)在暖通工程設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用

BIM技術(shù)的出現(xiàn),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)CAD制圖軟件的不可靠性、不穩(wěn)定性、資源耗費(fèi)大的缺陷。在暖通工程設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)用BIM技術(shù),只需將建筑物的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng),便可以直接生成建筑物模型,設(shè)計(jì)單位與施工單位可以根據(jù)模型反映出來的信息,編制施工設(shè)計(jì)圖紙與施工組織方案,既節(jié)省了大量的人力資源與財(cái)力資源,又提高了工程設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度。

1 BIM技術(shù)在暖通工程設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用優(yōu)勢分析

1.1 提高數(shù)據(jù)計(jì)算精度

受到設(shè)計(jì)人員主觀因素的影響,傳統(tǒng)的CAD制圖法的準(zhǔn)確度將受到嚴(yán)重影響,而BIM技術(shù)排除了人為主觀因素的干擾,在暖通工程設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)人員只需要將建筑物的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)、采暖、制冷、通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)錄入到BIM系統(tǒng)軟件當(dāng)中,便可以快速模擬出暖通工程的數(shù)學(xué)模型,在模型上面,供暖系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、建筑環(huán)境控制系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)能夠清晰直觀地反映出來。在這種情況下,施工單位可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)參量,編制更加精準(zhǔn)與更加細(xì)化的現(xiàn)場施工方案,并且方案中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的計(jì)算精度也將得到大幅提升。

1.2 有效控制施工進(jìn)度

施工進(jìn)度是暖通工程項(xiàng)目實(shí)施過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo),如果進(jìn)度滯后,將給施工單位造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而近年來,隨著BIM技術(shù)的日漸純熟,利用該技術(shù)創(chuàng)建的數(shù)學(xué)信息模型已經(jīng)從過去的3D模型過渡到4D模型,與3D模型相比,4D模型所反映的工程項(xiàng)目的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)更加全面、更加清晰、更加直觀,并且,施工單位可參照于模型上面的各個(gè)參量,對施工現(xiàn)場的每一道工序進(jìn)行有效控制,這就避免了工期延誤現(xiàn)象的發(fā)生。

1.3 提高工程施工質(zhì)量

利用BIM技術(shù)可以對暖通工程中的構(gòu)件和管線、建筑和結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)和管線等工序進(jìn)行碰撞檢查,進(jìn)而對各個(gè)構(gòu)件及工程當(dāng)中的管線位置進(jìn)行合理規(guī)劃與布局,以防止出現(xiàn)錯(cuò)、漏、碰、缺的現(xiàn)象。對于暖通工程來說,施工過程中涉及的預(yù)埋件、管線及相關(guān)構(gòu)件的數(shù)量較大,而且多數(shù)管線都屬于隱蔽工程,如果事先不進(jìn)行碰撞檢測試驗(yàn),那么,這些管線和構(gòu)件極易和其他管線與構(gòu)件出現(xiàn)交叉、重疊、碰撞的情況,進(jìn)而給工程整體質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。因此,應(yīng)用BIM技術(shù)能夠有效避免這些現(xiàn)象的發(fā)生,對改善和提高施工質(zhì)量將起到關(guān)鍵性作用

。

在調(diào)查區(qū)布置了1∶2000地面高精度磁法測量和視電阻率測深，磁法異常主要分布在調(diào)查區(qū)東部，面積較大，磁性特征為正負(fù)異常伴生(圖4)，最高值約520nT，最低值約-220nT，經(jīng)過現(xiàn)場查證，異常范圍內(nèi)出露有大面積橄欖玄武巖。為了解異常深部特征，在異常上布設(shè)有視電阻率測深剖面，剖面長120m，走向331°，其中70號點(diǎn)位于橄欖玄武巖出露的邊界處。由視電阻率等值線斷面圖(圖5)可知，地表以下不同深度內(nèi)均分布有低阻異常，順層產(chǎn)出于高阻異常中，傾向NW，低阻異常位置與磁異常位置對應(yīng)較好，推測該異常為橄欖玄武巖引起。根據(jù)劉效才等[6]，魯西地區(qū)金伯利巖地面磁測異常強(qiáng)度一般在200～500nT之間。

1.4 節(jié)省工程投入成本

罐材的薄壁化，要求其內(nèi)在冶金質(zhì)量好、深沖性能好、制耳率低.林明山等人[35]的研究表明，3104 鋁合金罐用板材減薄至0.265mm 是可以實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)過再次拉深及三次減薄后，罐體最薄壁厚可達(dá)到0.0989 mm，并能滿足耐壓的要求.在罐體的生產(chǎn)過程中，減薄拉深工序中最容易發(fā)生斷罐，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷.因此，在降低材料厚度的同時(shí)，要保證生產(chǎn)效率，避免廢品增多而引起隱性成本增加.

1.5 增強(qiáng)工程節(jié)能效果

風(fēng)管與管線是暖通工程中的重要設(shè)施,在施工過程中,如果風(fēng)管及管線的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)不合理,將嚴(yán)重影響整體施工進(jìn)度,比如風(fēng)管尺寸偏大,將無法正常就位。而利用BIM技術(shù),可以在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)風(fēng)管及管線的效果圖,施工單位可以通過碰撞檢測的方法,對風(fēng)管與管線的安裝位置進(jìn)行校準(zhǔn),然后,結(jié)合碰撞檢測報(bào)告,來調(diào)整風(fēng)管與管線的位置,從這一層面來看,BIM技術(shù)取代了傳統(tǒng)的二維圖紙,使得暖通工程的施工質(zhì)量得到大幅提升。BIM技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是能夠及時(shí)查找出施工過程中出現(xiàn)問題與漏洞,技術(shù)人員根據(jù)BIM模型上面的數(shù)據(jù)參數(shù)與各項(xiàng)參量模擬工程進(jìn)度模型,然后從模型上面可以發(fā)現(xiàn)哪些工序、哪些技術(shù)不具可行性,進(jìn)而提早做出防范。

2 BIM技術(shù)在暖通工程設(shè)計(jì)與施工中的實(shí)際應(yīng)用效果

2.1 在設(shè)計(jì)階段的具體應(yīng)用

施工設(shè)計(jì)圖紙是暖通工程項(xiàng)目順利實(shí)施的重要參考依據(jù),現(xiàn)場施工人員只有參照施工設(shè)計(jì)圖紙,才能保證每一道工序有序進(jìn)行。而傳統(tǒng)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)人員需要事先收集建筑物的相關(guān)數(shù)據(jù),然后逐一對每一項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,這期間,將耗費(fèi)大量的時(shí)間與人力資源,并且極易出現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差,進(jìn)而影響工程的整體質(zhì)量。但是,利用BIM技術(shù),設(shè)計(jì)人員只需要將暖通工程當(dāng)中各個(gè)構(gòu)件、管線的參數(shù)數(shù)據(jù)錄入到BIM系統(tǒng)軟件當(dāng)中,然后,系統(tǒng)軟件能夠自動(dòng)生成暖通工程的整體與工序分解模型,由于BIM技術(shù)具有可出圖性,因此,設(shè)計(jì)人員可以通過外部設(shè)備將圖紙打印出來,這不僅節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間,同時(shí),也避免了人為失誤現(xiàn)象的發(fā)生。目前,在暖通工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域,最為常用的BIM方案設(shè)計(jì)軟件包括Onuma Planning System和Affinity等,最為常用的BIM結(jié)構(gòu)分析軟件包括ETABS、STAAD、Robot等,最為常用的BIM可視化軟件包括3DS Max、Artlantis、Accu Render等。設(shè)計(jì)人員利用這些軟件,能夠快速構(gòu)建一個(gè)清晰、直觀的暖通工程項(xiàng)目的數(shù)學(xué)信息模型。

比如暖通空調(diào)設(shè)計(jì)過程主要包括冷熱源、負(fù)荷量以及空調(diào)設(shè)計(jì)方案三項(xiàng)內(nèi)容。在冷熱源設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)人員可以利用BIM技術(shù),設(shè)計(jì)出冷熱源的二維圖紙,在圖紙當(dāng)中,主要涵蓋聯(lián)機(jī)制冷模式、循環(huán)性二次過水模式、二次加熱模式、回水模式等內(nèi)容,當(dāng)確定這些模式之后,能夠快速編制出二維施工設(shè)計(jì)圖紙。另外,為了凸顯暖通空調(diào)的節(jié)能效果,設(shè)計(jì)人員可以利用BIM技術(shù)對太陽能熱器的安裝位置進(jìn)行合理布局,使太陽能熱水器的設(shè)置角度與位置能夠吸收更多的太陽能。在負(fù)荷量計(jì)算階段,可以根據(jù)暖通工程的實(shí)際情況,對空調(diào)的能量消耗進(jìn)行分析和計(jì)算,進(jìn)而得到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。由此可以看出,BIM技術(shù)在暖通工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用對改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、提升設(shè)計(jì)效率均起到積極的促進(jìn)作用。

以碰撞檢測試驗(yàn)為例。過去,暖通工程施工一旦出現(xiàn)設(shè)備、構(gòu)件、管線碰撞的情況,施工單位往往采取拆裝、返修、返工的方式,對碰撞問題進(jìn)行處理,這就需要耗費(fèi)大量的人力資源與返工成本,工程師與相關(guān)技術(shù)人員在對二維圖紙進(jìn)行會(huì)審時(shí),受到人為干擾因素的影響,難免會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)失誤的情況,這時(shí),暖通工程的構(gòu)件和管線之間發(fā)生碰撞的概率將大幅提升,進(jìn)而影響了施工進(jìn)度與質(zhì)量。而利用BIM技術(shù),可以事先對各個(gè)構(gòu)件與管線進(jìn)行碰撞檢測試驗(yàn),在檢測過程中,技術(shù)人員能夠快速查找出硬碰撞、軟碰撞問題,在這種情況下,可以對施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。比如凈空量、管線排布等數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整,根據(jù)調(diào)整后的數(shù)據(jù)參量,能夠有效避免返修與返工現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 在施工階段的具體應(yīng)用

節(jié)能降耗這一綠色施工理念,不僅僅能夠給施工單位節(jié)省大量的施工成本,同時(shí),也能夠減少資源、能源浪費(fèi)與環(huán)境污染,而BIM技術(shù)在暖通工程中的應(yīng)用給節(jié)能降耗這一愿景的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。首先,設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合BIM信息模型對暖通工程的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其次,施工單位可以利用4D模型,對每一道工序的合理性進(jìn)行掌控,并可以對一些新型節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行施工前模擬,這樣,對改善工程的整體節(jié)能效果將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

經(jīng)過對近十年人民調(diào)解工作的回顧、文獻(xiàn)查閱、數(shù)據(jù)分析，結(jié)合一年多的調(diào)查走訪，本文主要圍繞多元矛盾糾紛化解機(jī)制下的人民調(diào)解工作現(xiàn)階段出現(xiàn)的主要問題、具體原因分析以及需要作出的理念調(diào)整和應(yīng)對策略作出論述。

2.3 在暖通工程施工管控階段的具體應(yīng)用

BIM技術(shù)在暖通工程施工管控階段的應(yīng)用流程如圖1所示。

由于該建筑的暖通工程采取節(jié)能降耗技術(shù),因此,需要BIM技術(shù)的支持,才能對每一個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行有效控制,對每一處管線進(jìn)行合理布置。其應(yīng)用流程為BIM模型建模階段、能量消耗模擬階段、編制最優(yōu)方案階段、室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境模式階段以及最優(yōu)化模型建立階段。從這一流程可以看出,應(yīng)用BIM技術(shù),需要模擬節(jié)能、冷凝水、噪音、新風(fēng)等參數(shù)進(jìn)行模擬,還需要對建筑物的總負(fù)荷量進(jìn)行模擬,以確定建筑物在投入使用以后,暖通工程所消耗的能量,進(jìn)而編制出最為優(yōu)化的施工方案。

3 BIM技術(shù)在暖通工程設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用實(shí)例

3.1 暖通工程概況

她似笑非笑，眼神在那兩人身上疾速刮過。很輕，但足以刮掉一層皮。網(wǎng)友說，這段，實(shí)力展現(xiàn)了殷桃演技的條理感。

暖通工程是一項(xiàng)成本投入高、資源耗費(fèi)大的系統(tǒng)工程,過去,在整個(gè)施工階段,施工單位只能憑借施工設(shè)計(jì)圖紙對現(xiàn)場各道工序進(jìn)行指揮和資源調(diào)配,這種方式不僅耗時(shí)長,而且對人力資源、物力資源、財(cái)力資源的需求量巨大。而應(yīng)用BIM技術(shù)以后,建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方完全可以參照于BIM信息模型,進(jìn)行事前分析和研討,以確定最具經(jīng)濟(jì)性的施工方案,在方案實(shí)施過程中,如果某一道工序出現(xiàn)問題和缺陷,施工方可以利用BIM技術(shù)隨時(shí)對方案內(nèi)容進(jìn)行調(diào)節(jié)和改進(jìn),這樣,工程返工率與返修率將大幅降低,進(jìn)而給施工單位創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益。

以北方城市的某大型超市建筑為例,該建筑地上部分為3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),總建筑面積為23652.8m

,由于該建筑屬于商用性質(zhì),因此,在投入使用以后,將消耗大量的電力能源,并且也會(huì)給周邊的自然生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,從節(jié)能環(huán)保的角度考慮,地面1～3層建筑應(yīng)當(dāng)采用節(jié)能技術(shù),以最大限度地減少能源浪費(fèi)與環(huán)境污染,而要想實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的,施工單位需要利用BIM技術(shù)對施工方案進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。在對該建筑物暖通空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷量的比對可以看出,空調(diào)的最大冷負(fù)荷為2098.2KW,最大熱負(fù)荷為1068.2KW,在超市投入使用以后,夏季的恒定制冷溫度介于16～18℃之間,冬季的恒定供暖溫度介于26～28℃之間,冬夏的這一溫度區(qū)間能夠給室內(nèi)工作人員與廣大顧客創(chuàng)造一個(gè)舒適的工作與購物環(huán)境。

3.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用流程

首先,技術(shù)人員需要對建筑物的使用性能進(jìn)行全面深入分析,對暖通空調(diào)的總負(fù)荷量進(jìn)行評估與計(jì)算,將出具冷熱負(fù)荷報(bào)告,再根據(jù)這些數(shù)據(jù)建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型,技術(shù)人員此前收集的數(shù)據(jù)信息在數(shù)學(xué)模型上面均得到切實(shí)體現(xiàn)。然后,技術(shù)人員需要利用模型上面的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參量對管道的壓力損失數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,并建立管道布置的三維立體模型。由于暖通工程中的管道尺寸偏大,因此,模型所占用的三維空間較大,在這種情況下,許多管道將延伸至建筑物以外,進(jìn)而使管線與建筑物墻體發(fā)生碰撞,為了避免結(jié)構(gòu)物與管線發(fā)生碰撞,技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)事先對管道以及水系統(tǒng)進(jìn)行碰撞檢測試驗(yàn),以保證管道布置的合理性。當(dāng)建模工序與碰撞檢測工序結(jié)束以后,應(yīng)當(dāng)及時(shí)對暖通工程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和驗(yàn)證,以確保模型所反映的數(shù)據(jù)與實(shí)際施工相符。

1825年，世界上第一條鐵路應(yīng)運(yùn)而生，時(shí)隔85年后的1910年滇越鐵路滇段正式通車運(yùn)營，讓云南與世界聯(lián)通，成為我國最早擁有鐵路的地區(qū)之一。

3.3 節(jié)能技術(shù)方案的擬定

結(jié)合該建筑物暖通空調(diào)的最冷與最熱負(fù)荷量,施工單位擬定了三套節(jié)能方案。第一套方案是在夏季制冷過程中,利用冷卻塔與水冷機(jī)組相結(jié)合的方式,在冬季采暖期間,利用熱水鍋爐提供的熱量,同時(shí)結(jié)合變風(fēng)量系統(tǒng),對室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種方案易于實(shí)現(xiàn)、施工工藝簡單,并且能夠有效提高室內(nèi)工作人員與顧客的舒適性。其中,串并聯(lián)風(fēng)機(jī)機(jī)組利用余熱回收設(shè)計(jì)原理,可通過改善和調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法,對空調(diào)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收,這樣能夠抵消大量的熱負(fù)荷,同時(shí),熱水加熱線圈這一輔助設(shè)施也可以將額外的熱量傳輸至空調(diào)終端,以滿足室內(nèi)的供熱需求。第二套節(jié)能方案是冬季與夏季均遵循同一種設(shè)計(jì)原理,即在暖通空調(diào)末端設(shè)置混合冷卻梁與變風(fēng)量再熱系統(tǒng),而空氣調(diào)節(jié)裝置則由旁路阻尼器組成,并設(shè)置熱水盤管,這種設(shè)計(jì)方式,能夠降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,減少能量損耗,而且空氣調(diào)節(jié)裝置可以一次獲取外界的新鮮空氣,進(jìn)而達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。第三種方案暖通空調(diào)的末端分別設(shè)置變風(fēng)量系統(tǒng)與再熱系統(tǒng),這種設(shè)計(jì)方式能夠?qū)饬鳌⒓訜崤c冷卻溫度進(jìn)行有效控制,同時(shí),能夠有效降低能量損耗

。

3.4 BIM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果分析

在施工開始之前,施工單位利用BIM技術(shù)分別對這三套方案進(jìn)行模擬,其中,三種方案當(dāng)中的供熱回水溫度為60℃和50℃,冷凍水回水溫度為12℃和5℃,全天候使用時(shí)間為上午9時(shí)至晚上9時(shí),冬季供暖期為每年的11月至次年的3月,夏季制冷期為每年的4月～10月。當(dāng)這些條件確定以后,技術(shù)人員采用BIM技術(shù)對該建筑物的暖通空調(diào)系統(tǒng)的能量消耗情況進(jìn)行分析和判定,并通過對三套方案的比對,選擇最為優(yōu)化的節(jié)能方案,三種方案的耗電量與耗氣量費(fèi)用對比數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1的對比數(shù)據(jù)可以看出,如果采用第二套節(jié)能方案,單位時(shí)間內(nèi)的耗電量與耗氣量最低,產(chǎn)生的總費(fèi)用也明顯低于其它兩套方案。如果按照當(dāng)?shù)?.932元/(kw?h)的市場電價(jià)與0.307元/(kw?h)的燃?xì)鈨r(jià)格計(jì)算,第二套方案比第一套方案節(jié)省33%的能源,比第三套方案節(jié)省了19%的能源。因此,通過對三套節(jié)能方案的模擬,能夠確定第二套方案的節(jié)能效果最為明顯。如果對二氧化碳排放量情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),第一套方案二氧化碳的年排放量為2000t,第二套方案二氧化碳的年排放量為608t,而第三套方案二氧化碳的年排放量為889t。通過數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn),第二套方案的二氧化碳排放量比第一套方案低60%,比第三套方案低31%。因此,技術(shù)人員可以根據(jù)第二套方案的各項(xiàng)數(shù)據(jù),來建立暖通空調(diào)的系統(tǒng)模型,然后可以借助于模型上面的各項(xiàng)參數(shù),對室內(nèi)外的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)分析,最后參照于的設(shè)計(jì)方案內(nèi)容進(jìn)行施工。

結(jié)束語

通過對BIM技術(shù)在暖通工程設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用優(yōu)勢與效果的分析可以看出,利用BIM技術(shù)一方面能夠改善和提升暖通工程的施工質(zhì)量,加快施工進(jìn)度,另一方面能夠建立一個(gè)可操作性強(qiáng)的暖通空調(diào)節(jié)能模型,以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境的美好愿景。因此,在暖通工程項(xiàng)目實(shí)施過程中,可以將BIM技術(shù)貫穿于設(shè)計(jì)、施工全過程,進(jìn)而為社會(huì)貢獻(xiàn)更多的優(yōu)質(zhì)工程。

[1]王正.BIM技術(shù)在暖通工程設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用及研究[J].現(xiàn)代物業(yè)(中旬刊),2019(08):56.

[2]康智強(qiáng),李志星,董建男,程小聰,馮國會(huì).BIM技術(shù)在暖通工程設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù),2018,49(05):463－464.