建筑暖通工程中的BIM技術應用研究

付磊

（湖北洲天建設集團有限公司， 武漢 武昌 430000）

BIM技術在建筑行業中即建筑信息模型技術，從誕生至今， 短短十幾年時間， BIM技術就為建筑行業帶來了一場管理模式、 標準和人才等多方面的巨大革新。 BIM 技術要使用計算機輔助設計（CAD）， 但它卻不僅限于計算機系統軟件的革新，在建筑設計和施工的過程中運用的BIM技術， 能在降低成本的同時提升建筑行業的管理水平， 促進施工單位更好地發。

1 BIM技術的特點分析

1.1 可視化

BIM技術具有的可視化特點， 它能夠通過計算機技術將傳統的紙面二維構造圖紙轉化為更立體的三維圖形， 使得建筑的各個構件信息達到 “所見所得” 的效果， 將建筑更具體、 更真實的情況展示在建筑工作人員的面前。 BIM的可視化特點讓在圖紙上采用線條繪制的平面二維表達的構件和結構變得立體， 有助于建筑業參與人員掌握建筑的真正構造形式， 建筑工作人員可以通過清晰直觀的三維模型，預先發現施工中可能存在的問題， 提前制訂合理高效的措施， 降低損失[1]。 同時， 由于BIM技術可視化的特點， 即使對建筑不了解的非專業人士也能很好地理解建筑設計的創意。 此外， BIM技術還有助于輔助進行驗房業務， 幫助業主進行建筑住宅的選擇和認識， 有利于解決信息孤島。

1.2 模擬性

BIM技術對建筑信息的數字化表達可以建立與實際建筑構造相同的虛擬替代物， 所有信息在此表達過程中都能實現無損傳遞， 這種基于建筑信息的數字化模型有利于建筑工作者進行信息交流， 促進各部門各環節的協同合作， 并且在后續施工過程中遇到緊急情況也可以按照模擬時的解決方案進行處理。 基于BIM的模擬性模擬出的建筑物模型可以呈現其在真實世界的操作情況。 起初的 BIM4D理論將施工進度和計算機模擬的三維模型相關聯， 可以根據初步的施工組織設計模擬出實際施工的情況， 從而幫助建筑工作者確定合理的施工方案， 達到指導施工的目的， 讓施工作業全流程的三維可視化管理得以實現。 隨著技術進步和建筑行業的發展， 現代施工管理者希望在全面掌控進度的同時監控施工過程中的成本需求， 如今的BIM 5D模擬為施工管理者提供了信息交互、 協調合作、 施工操作全過程展示的一體化、 精細化、 可視化的管控管理平臺， 不僅有助于減少建筑施工中的資金資源浪費， 還能大幅提高建筑工作的質量和效率， 在實現成本控制的同時保證了建筑施工工作順利開展[2]。

1.3 協調性

建筑的設計、 施工、 包括最后的建筑物完工交付等過程都離不開各方協調， 協調性更是BIM技術在建筑行業應用的一大重點內容。 建筑在施工過程中難免會遇到一些問題， 有些問題是客觀發生無可避免的， 還有些問題則是可以通過協調避免的。 施工中遇到問題的常見做法就是將各部門的相關人員組織起來， 大家開會討論， 及時進行補救。 雖然“亡羊補牢為時未晚”， 但是我們只能被動地等待問題出現嗎? 筆者認為 “防患于未然” 才是施工工作人員應該做的事情。 利用BIM的協調性可以解決在建筑設計過程中各設計師之間的溝通不暢、 專業碰撞等問題， 對前期可能出現的問題進行分析協調，并且為施工管理者提供可參考的協調數據[3]。

1.4 可出圖性

BIM技術在建筑工程中的建模應用是二維、 三維聯動的狀態， 通過對建筑物的可視化展示、 模擬、協調、 優化以后， 可以瞬時為業主出一套平、 立、剖圖， 極大程度提高了設計的效率。 BIM的可出圖性主要有三點， 一是通過多方面的檢查、 設計、 修改， 消除相對應的錯誤的綜合管線圖； 二是綜合結構留洞圖 （預埋套管圖）； 三是碰撞檢測報告以及針對性的改進方案[4]。

2 BIM技術在建筑暖通工程中的優勢

隨著人們生活水平的提高， 大眾對建筑的要求也越來越高， 暖通作為建筑工程中極為重要的一個環節， 在時代和大眾的呼吁下加快建筑行業的數字化轉型， 用信息技術手段推進建筑行業的發展已經刻不容緩。 BIM技術的應用能夠加強建筑設計的科學性和規范性， 利用BIM技術構建的暖通設計模型有利于相關施工人員直觀地了解設計方案， 及時發現問題并且有效解決問題， 提升建筑質量， 縮短建筑周期。

2.1 貫徹綠色發展理念

對建筑設計工作者而言， 在暖通工程設計中秉持綠色發展理念是十分有必要的。 BIM技術能夠對暖通工程的全流程進行科學合理的規劃設計， 從降低建筑能耗的角度， 將綠色節能的設計理念落實到整個建筑工程的設計當中， 探索并且制定讓建筑工程內部的各部分都得到良好設計的方法。 BIM技術對建筑構建規模大小的設計、 建筑施工情況等進行模擬， 建立三維直觀的建筑結構， 讓整個建筑工程的各項施工要點和方案都得到立體化呈現。 在確保建筑工程設計準確性的基礎上， 通過利用BIM技術進行的建筑工程模擬， 能有效對接暖通工程的各項費用投入， 有利于設計者掌握整個工程設計的情況，從綠色發展的角度進行有效的成本控制。

2.2 提升各設計專業的協調性

在傳統的建筑設計過程中， 各專業的協調溝通常常被忽略， 這也就導致了建筑施工過程中因為缺少設計專業人員間的溝通， 導致沖突問題頻發。BIM技術在暖通工程中的運用有助于施工工作者明確施工過程中存在的重難點問題， 提升各設計專業的協調性， 讓各專業人員能夠在充分交流的基礎上進行提前規劃， 根據施工的實際情況準備暖通工程所需的設備和材料， 有利于各專業進行科學優化，提升施工方案的科學性。 基于BIM技術提供的模型，在暖通工程的設計階段， 設備設計師、 結構設計師以及相關專家能夠結合自身優勢， 對暖通工程進行性能分析、 技術經濟計算、 功能模擬和虛擬建造等，合作發揮出 “1 ＋1 大于2” 的效果， 在此協同合作的過程中得到的數據能運用到后續的施工環節中，最終實現各個專業之間良好的空間協調[5]。

2.3 對施工進行更全面、 更及時的分析

在暖通工程設計中運用BIM技術能夠對暖通工程施工進行更全面、 更及時的分析。 BIM的技術先進， 在集中收集暖通工程各施工部門數據的基礎上，構建的信息化模型具有詳細的施工信息， 直觀性較強， 能準確、 詳細的將建筑設計的數據通過數字化的形式表現出來， 為施工人員提供數據支撐， 使暖通工程施工更加準確。 施工設計人員在暖通工程設計過程中能隨時查看分析建筑設計模型， BIM為其自動提供的精準施工數據， 使得設計人員能從資源節約的角度選擇合適的材料和工藝， 減少資源浪費，保證設計過程中的節能性。

3 BIM技術在建筑暖通工程中的應用

3.1 BIM技術在建筑暖通工程設計中的應用

首先， 在暖通工程的前期設計中， 運用BIM技術能夠合理調整各項設計要素， 合理安排設計施工人員， 完善機械功能系統設計， 并且在優化剖面圖和平面示意圖設計的同時對相應模型做出調整。BIM技術為施工設計工作者呈現的模型能將暖通工程的目標隊形、 管線布置、 碰撞等情況直觀、 形象地表示出來， 動態的模型能讓設計工作的精確性更高。 在傳統的暖通工程設計中， 管線多用投影輪廓線表示， 空調機組的設計也是平面的， 這樣的設計無法將暖通工程的特點完整的表示出來， 也不利于施工人員開展工作。 設計人員運用BIM建立的立體數據模型能夠在選擇剖面切圖的過程中融入實際需要， 在減少設計時間的同時簡化設計流程。 其次，BIM技術也同樣可以適用于產品庫的設計中， 設計人員可以結合BIM立體數據模型優化產品庫的參數，結合暖通工程的模型確定施工參數， 根據產品的形狀、 規格、 性能等從產品庫中選擇符合設計需求的設備。 此外， 設計人員還能通過BIM技術計算風量損失， BIM模型能向設計人員全面展示暖通工程的制冷取暖設備， 方便設計人員隨時掌握設備和管道系統的變化情況， 便于設計人員互相溝通交流， 進行更科學合理的設計。 再次， BIM技術還可以用于壓力計算， 暖通工程的設計人員可以根據相關標準，采用靜壓恢復法、 摩擦法、 速度法等方法， 利用BIM技術中的計算程序結合定徑工具確定管道直徑，提升暖通工程的設計水平， 讓工程設計更貼合施工實際[6]。

最后， BIM還可以應用于暖通工程的協調設計中， 基于BIM技術的三維立體數據空間模型能夠集中展示暖通工程中通風、 制冷和取暖系統的參數信息， 設計人員能隨意定位三維立體數據模型中的管道、 設備等信息， 有利于設計人員及時排除管線交叉、 碰撞等問題。

3.2 BIM技術在建筑暖通工程施工中的應用

虛擬施工在暖通工程中的應用非常普遍， 虛擬施工 （Virtual Construction， 簡稱VC） 即采用計算機的仿真與虛擬現實技術， 整理暖通工程施工活動中的材料、 人工、 設備、 物流等多方面的信息參數，并將這些信息參數轉化為計算機數據， 進行可視化展現。 BIM技術在模擬施工過程中進行內力分析和仿真計算， 能在不耗費現實資源和能量的情況下對暖通工程進行工期安排、 施工方案評價和材料需求規劃等， 讓設計者、 施工者和業主在動工之前就了解施工的過程和結果[7]。

在暖通工程中， 管線與風管的使用對工程的完工質量而言是非常重要的， 在暖通工程的設計階段，設計者一般會將風管的尺寸設計得稍微大一些， 但在實際施工過程中就會出現風管占據空間區域過大的問題， 施工人員迫不得已只能將管道延伸到建筑的外部， 這樣極易與建筑外部的其它管道發生碰撞，影響暖通工程的后期使用。 首先， BIM技術在虛擬施工中的應用能有效解決這一問題， 暖通工程的相關工作人員一旦在虛擬施工過程中發現管道設置不合理的問題， 就能快速進行碰撞檢查， 對施工方案進行優化和改善， 及時消除管線碰撞， 確保施工方案的科學性和可行性。 其次， 從過往的施工經驗可以看出， 運用BIM技術進行風管系統、 空調系統等的三維立體建模能夠在一定程度上提高管線設計的準確性， 避免在施工后期因為管線碰撞而導致的拆改問題， 提升施工效率， 降低施工難度。 最后， 在暖通工程的施工過程中， BIM技術能夠根據施工現場的具體情況對設計圖紙做出動態的調整， 讓施工方案變得更加高效合理， 竣工后， 基于BIM技術的動態圖紙還能在工程驗收和后期運行維護等方面為相關工作人員提供參照和依據。

3.3 BIM技術在暖通管道綜合中的應用

將BIM技術運用到暖通工程中可以幫助設計人員從實際出發構建有針對性的， 具有機械功能的供熱通風與空氣調節 （Heating， Ventilation and Air Conditioning， 簡稱 HVAC） 系統。 設計人員可以根據業主對暖通工程的具體要求， 結合剖面圖和平面圖， 構建供暖和風道系統管網的三維立體信息模型，設計人員變更或修改視圖， 三維立體信息模型也會隨之發生相應的變化， 管線區域的具體情況也能被更直觀地呈現到設計人員的眼前， 幫助設計人員檢測管線轉交、 交叉、 碰撞的問題， 進一步增加暖通工程設計的科學性。 一方面BIM技術能增強工程實際情況與產品模型之間的關聯性， 幫助相關工作人員結合暖通管道設計和施工的需求調整產品數據和性能。 另一方面， 工作人員使用BIM技術能精確計算出暖通工程的管道通風流量和風量損耗， 有利于暖通工程設計工作人員掌握暖通管道的綜合情況，各專業的人員也能在一體化平臺上了解到暖通管道的設計問題， 群策群力想解決辦法， 并且通過BIM技術及時解決問題。

3.4 BIM 技術在暖通工程施工質量管理中的應用

良好的施工管理有助于確保暖通工程的實用性和安全性， BIM技術使得暖通工程的施工管理過程變得更加科學高效。 首先， BIM的技術優勢能在前期準備工作期間得到充分發揮， 作為暖通工程的技術支撐， BIM技術的MagiCAD和RevitMEP是工程施工期間的常用軟件， 能在暖通工程的三維建模和空調系統施工模擬中發揮舉足輕重的作用。 其次，在暖通工程的措施清單制定和施工場地布置方面，BIM技術能夠利用魯班場布軟件， 對暖通工程的機械配置、 材料堆放、 空間場地等進行合理安排， 將暖通工程施工中涉及到的臨邊防護、 模板、 腳手架等臨時建筑物料整合到一起， 在此基礎上建立起三維施工的平面圖模型， 以便對暖通工程的施工進度和動態進行全方位的監控和管理。 再次， BIM 技術能夠在熱源和冷源的配置和施工過程中幫助相關施工人員充分考慮到暖通工程負荷情況與供暖作業負荷量之間的關系， 提高核算工作的精確性， 幫助暖通工程的設計和施工人員進行區域劃分和負荷計算，讓建筑的冷熱源布置工作更加合理[8]。

4 結語

綜上所述， 隨著社會的進步和人們生活水平的提高， 我國的城市化建設進程在不斷加快， 建筑行業的工程建設也日益增多。 BIM技術在建筑暖通工程中的應用能夠讓暖通工程的設計更加科學合理，模擬施工更能在不耗費現實資源和能量的情況下幫助暖通工程的相關工作人員掌握工期安排、 施工方案評價和材料需求規劃等關鍵設計和施工事項。 此外， BIM技術還能有效減少暖通工程中管道碰撞的問題， 提升各專業間的協調性， 在提升暖通工程施工質量管理的同時降低成本， 縮短工期， 提升暖通工程的質量。