暖通空調設計與BIM應用研究

王碩

（中國中元國際工程有限公司，北京 100000）

0 引言

從暖通空調行業發展的前景來看，發展方向、發展速度與新興技術的應用密不可分。在現階段，在加快暖通空調施工管理方面的迅速發展中，BIM技術作為中流砥柱的力量，其優勢不言而喻。近年來行業頂尖人士對BIM技術的不斷完善也成為社會關注的主要看點。本文首先對BIM技術進行詳細的介紹，然后通過BIM技術在暖通空調工程的安裝以及施工方面的應用進行詳細分析。

1 BIM技術概述

1.1 BIM技術

現代科學技術快速發展的今天，逐漸出現了很多較為先進的繪圖技術，BIM技術是應用范圍最廣泛的一種，其全稱為建筑信息型技術，指的是在設計工作時，根據實際需求，收集大量信息數據，并以此為基礎，構建出相應的三維模型。從本質上來說，就是在整個施工周期內，通過數字化的方式對其管理，為各階段施工活動的進行提供幫助[1]。應用這一技術之后，能夠清晰地展示出整個施工流程，將實際情況動態地展示出來，引導施工活動的開展，防止返工現象的出現，不僅保證了工程的進度，而且還降低了投入成本，對整個項目的建設具有重要意義。

1.2 BIM技術的優勢

（1）可視化（Visualization）。對建筑行業而言，可視化功能可以發揮積極的作用。建設單位拿到施工圖紙以后，需要使用線條在圖紙上勾勒出每一個構件的信息，要求工作人員能夠從自己的腦海中想象出建筑工程的立體模型，這是一項比較抽象的工作。在暖通空調工程施工時，使用BIM技術能夠創建三維立體可視化模型，使用專業化的技術手段對施工模型和施工管理等BIM參數信息實施精確核對，使用模型展現管道和設備的實際情況，為施工人員開展工作提供基礎。

（2）強化施工管理。設計暖通工程時，因各個部門的設計師之間缺少必要的溝通導致專業碰撞。例如在布置暖通工程的管道時，設計師各自在自己的施工圖紙上繪制，導致實際施工時管線布置與結構設計梁等構件之間發生沖突。使用BIM技術以后，可以模擬整個施工過程，科學地布置管線，將施工過程中的重難點提前反映出來，高效管理關鍵部位和細節位置的具體施工情況，避免多家施工單位平行施工而導致的交叉問題。

（3）縮短施工周期。在暖通空調工程施工的過程中，施工成本和施工質量受進度的影響非常明顯。使用BIM技術通過虛擬模型模仿施工過程可以及時發現潛在的問題，從而不斷提升質量和安全，大大縮減施工周期。

（4）減少施工成本。在建筑市場快速發展的進程中，人員工資和建筑材料的費用逐年上漲，人工費和材料費在暖通空調安裝施工中占據較大比例，降低了工程的經濟收益，應當采取合理的方式控制成本。BIM技術可以仿真模擬具體的施工情況，調整施工管理工作的人員布局，將人工費用支出降到最少，從而使施工成本投入得到科學的管控。

2 暖通空調

暖通空調指的是集采暖、通風以及空氣調節功能于一體的空調器。設計暖通空調的根本目的是有效調控環境溫度，從而為人們的生活提供更加舒適的環境。暖通空調與普通的空調不同，普通空調只能解決冷暖問題，無法處理空氣，而暖通空調屬于分戶的中央空調，可以營造出更舒服的室內環境，且暖通空調增加了電子除塵器以及加濕設備，可以過濾空氣當中的細菌、病毒，同時也可以增加室內的濕度[2]。暖通空調的設計涉及了熱力學、流體機械以及流體力學等學科，常用空調水系統變頻變流量技術、區域冷熱電聯供和分布式能源技術、地源熱泵等舒適節能空調技術等先進技術。

3 BIM技術在暖通系統設計中的應用

3.1 在準備中的應用

BIM技術可以貫穿于暖通空調施工全過程，各環節都可受到影響。準備階段，BIM技術可以將準備工作完善起來，降低后續施工的難度，促使著相關的準備更加到位。施工模型建立后，以一種三維立體化的立體圖像呈現出來，圖像中完整的反映出安裝管道和管道安裝可行性路徑等細節，相關人員可以及時做好規劃，對于相關的模型進一步分析，將一切準備工作落到實處，制定出完整的施工計劃，促使后續的項目進展科學可靠。通過在準備階段融入BIM技術，使得相關工作的開展擁有了先決條件，這也是BIM技術的優勢之處。

3.2 熱冷源設計

對學校暖通系統進行設計時，首先，可以采用多臺聯機制冷的方式，即在高溫的環境內，增加相應的冷負荷，之后對鍋爐房進行管理，加強對二次過水的控制，使其能夠循環利用，這些水流過高溫環境時，將會對熱量進行吸收，提升了回水的溫度，當其處于相應標準后，在傳喚器的作用下，對回水進行處理，使其處于所需要的溫度下，以達到暖通的目的。同時，暖通系統設計時，還能夠應用太陽能，即選擇樓頂適當位置，安裝特定的太陽能裝置，通過該裝置的運行，對太陽能進行轉換，變成建筑所需求的熱能，并將其存儲起來，用于室內溫度的調控。此外，在人流量較大的地區，如教室等，應安裝冷熱源，利用這些冷熱源向室內傳遞熱量，以使其溫度逐漸提升。

3.3 BIM技術在圖紙繪制中的應用

圖紙繪制是暖通空調設計的一個關鍵環節，設計人員不僅需要繪制暖通空調的水泵，也需要繪制空調機組的運行圖，難度相對較大，因此設計人員就可以利用BIM技術進行圖紙繪制[3]。在繪制圖紙之時，設計人員可以利用與BIM模型相關聯的數據庫查詢暖通空調設計的各種參數以及性能相匹配的原件，從而提高繪制圖紙的效率。同時，在繪制圖紙時，設計人員也可以根據實際的設計需求利用BIM技術調整設計模型，增強設計的科學性與合理性。此外，設計人員還可以利用BIM技術檢查設計模型的任意剖面，及時發現設計過程中出現的問題，明確問題出現的原因之后，積極找出解決問題的方法，從而減少施工中的錯誤，提高施工效率。

3.4 繪制方法

在二維設計中，為了詳細表達設備和管線位置，需要使用大量的文字加以說明。使用BIM技術后，管線和設備的位置表達變得非常具體、清晰，同時將點和面等元素應用其中，使暖通空調系統設計工作具有超強的真實性和全面性，最大程度上彌補了以往表達方式的缺陷。

3.5 節能及成本控制

在暖通系統設計中，通過BIM技術可以提前模擬施工設計中對各類資源的需求量，進而為施工成本控制方案制定及后續施工成本控制提供重要約束及參考，避免施工中可能會存在的各類資源浪費問題。通過BIM技術，設計工作者根據學校暖通系統工程實際情況，設計多套暖通系統設計方案，然后對多套方案進行匹配對比分析，從中找出性價比最高、最符合學校實際的設計方案，實現暖通系統綜合成本的有效控制的同時，加強暖通系統空間功能的優化及利用，最大限度發揮出暖通系統應用效果。另外，可以根據當前節能環保要求，優先選用節能環保材料，并通過BIM技術來合理調整材料的應用位置，促使節能環保材料作用的有效發揮的同時，有效控制暖通系統施工成本。節能的變頻技術是空調未來發展的方向，這與國家所提出的節能減排政策相符，未來我國肯定在空調行業將在變頻技術上開發更先進的功能：①變頻技術讓暖通空調在最少的耗能情況下能最大化地發揮作用，解決了在因在用電高峰時間段里出現電壓低與暖通空調超負荷工作的矛盾所帶來的設備不安全等因素。②暖通空調的變頻技術很好地解決了我國地域差異大，部分地區氣候變化大的問題，能很好地解決了因氣溫變化大給人們帶來的不適問題。對人們的生活、工作場所進行合理的溫度調節，科學地在冷熱交替中保持空調高效能、合理化地運轉。③暖通空調變頻技術不但很好地解決了季節、早晚溫度的差異給人帶來不適的問題，將它應用于人口密集的商場、車站，還能通過人流量的變化空調自動執行最合理、最大化、最節能的運行方案。

暖通空調變頻技術的優勢就在于能通過智能化對環境氣溫的變化感應，自動執行空調最節能、氣溫最優化的運轉方案，保證氣溫的平衡，確保設備正常工作狀態和保持暖通空調工作效能達到最佳狀態，為人們的工作、生活提供一個舒適的環境。暖通空調變頻技術的運用是我國空調設備走向智能化的一大體現，很好地解決了空調高耗能與環境保護的矛盾，減少設備使用的資金投入，所以空調變頻成為廣大空調用戶的首選。

3.6 BIM技術在計算機輔助設計中的應用

BIM技術在暖通空調設計當中的應用范圍較為廣泛，其不僅能夠應用在冷熱源設計、圖紙繪制以及方案輔助設計當中，也可以應用在計算機輔助設計當中。①設計人員可以利用CDF軟件對建筑的施工布局、施工環境以及空調裝配施工等各個方面進行模擬，從而更好地開展設計工作。②設計人員可以根據暖通空調的實際設計需求，利用BIM技術優化建筑的暖通設計，確保主要功能房間無論在哪個季節都具備良好的通風以及取暖條件，這樣不僅可以降低空調的損耗，也能夠充分滿足使用者對室內溫度以及空氣的需求。此外，設計人員也可以利用BIM技術模擬每一個季節中暖通空調的動態負荷情況，這樣設計人員就可以在掌握空調負荷的基礎上進行設計，從而提高空調的運行效率，減少能源消耗與浪費。

4 BIM技術嘗試

作為當前較為先進的技術手段，BIM技術的出現，為整個建筑領域的發展帶來了更多的機遇，有利于整個建筑領域更好的發展，但與此同時，還帶來了諸多挑戰，即在BIM技術背景下，如何快速的完成轉型工作。對于一些建筑企業來說，對這一內容產生了較高的重視程度，并以此為基礎，開展了相關工作，加強了員工的培訓力度，以符合BIM設計的要求，但實際當中，遇到了很多問題，如經營模式不符合要求等，導致BIM技術并未得以有效應用。另有一些建筑企業，特別是部分小型企業，因企業資金不足，無法引進BIM技術，未能將BIM技術應用到企業當中。暖通系統設計時，若想要有效對BIM技術進行應用，必須要先選擇相應的項目作為試點，驗證該技術的具體情況，之后，在逐漸將其他拓展至整個企業當中，以保證企業正常經營的同時，能夠有效進行轉換[4]。BIM對暖通系統設計的過程中，需要相應的軟件完成，最為常見的有Revit等，合理應用這些軟件，將會提升整個設計效果。此外，在學校當中，不同的區域具有不同的功能，側重點略有差異，使得每個區域的設計方案也略有不同，但從本質的角度來說，暖通方式基本相同，包括散熱器、多聯機空調等方式。

5 基于BIM技術的暖通空調施工設計與傳統設計的區別

（1）效率不同。傳統的管通管線設計是利用二維平面，根據管線的粗細和各種參數來進行管通管線的設計，可以體現出設備情況給予管線的交匯情況。而BIM技術的應用，通過三維模型的搭建，讓施工人員可以直觀地看到施工進度和注意事項，通過對管線的全面模擬，可以將設計中點與點的關系轉化為點與面的關系，從而讓施工人員可以更好地掌握施工進度。

（2）表達方式不同。傳統的暖通空調設計一般是通過“線”進行二維設計，讓線與線之間進行重疊，反映設計的情況和各種參數水平。而BIM技術的應用，可以將暖通空調設計中的各種詳細參數表達出來，這樣施工人員在施工過程中，就不需要進行人工的參數標注工作，節省了施工時間及人力成本。傳統的二維設計，采用的是點與線的結合，讓設計充滿不確定性。通過BIM技術進行的三維模型設施，可以通過對設備、管線的精確構建，并可以將各種施工參數加以標記，可以明確地規定施工的材料和管線型號。

（3）繪制內容不同。一般而言，二維構圖是利用平面圖來區分空調的內部結構、外部輪廓。而BIM技術可以構建更加直觀的結構圖，包括連接方式、管道型號、管道尺寸以及其他詳細的參數信息，為管道施工工作提供了極大的便利。建筑人員可以構建詳細的信息庫，方便后期對于管道的管理與維護。與傳統的二維圖紙相比，三維模型的搭建可以滿足新時期暖通空調設計的復雜性，可以滿足新時期建筑施工的要求。

6 結語

綜上所述，相對于傳統的二維設計方式來說，BIM技術具有非常多的優勢，如設計方案更加直觀，圖紙可以動態變換與調整，縮短施工周期，減少工程投入，對整個工程的建設具有重要意義。所以，現代暖通系統設計時，應加強對BIM技術的重視程度，并加強對該技術的應用力度，通過該技術，更好地完成暖通系統的設計工作，為施工活動的開展奠定良好基礎。