建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能中BIM技術(shù)應(yīng)用對策分析

李茜

摘 要：在建筑工程設(shè)計中，暖通空調(diào)系統(tǒng)是保證室內(nèi)環(huán)境溫度穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，可以更好地保障居民生活質(zhì)量。由于暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗占比較大，在前期規(guī)劃設(shè)計時必須重視布線、負(fù)荷等問題，借助BIM等先進(jìn)技術(shù)輔助暖通空調(diào)工程的開展，合理兼顧系統(tǒng)節(jié)能和線路布設(shè)等需求，不斷推動建筑工程現(xiàn)代化發(fā)展。因此，本文將系統(tǒng)性介紹建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能特點，結(jié)合BIM技術(shù)的優(yōu)勢，詳細(xì)分析該技術(shù)在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中的具體實踐應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑暖通；空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能；BIM技術(shù)；應(yīng)用對策

1 前言

隨著建筑工程行業(yè)的快速擴(kuò)張，工程企業(yè)也更關(guān)注其綠色環(huán)保性，針對建筑中能耗偏高的暖通空調(diào)系統(tǒng)，通過優(yōu)化設(shè)計的方式綜合考慮通風(fēng)、供暖、空調(diào)等方面需求，確保其設(shè)備選用和線路布設(shè)的合理性，不斷提升建筑工程的節(jié)能水平。BIM技術(shù)在建工設(shè)計中的實踐應(yīng)用具有優(yōu)勢，可以更好地實現(xiàn)二維到三維的圖像轉(zhuǎn)換，將室內(nèi)各個線路布設(shè)進(jìn)行綜合規(guī)劃，有效減少了碰撞概率，為后續(xù)施工實操形成了有效參考，對保障建設(shè)效率、優(yōu)化工期進(jìn)度和提升節(jié)能效果等具有重要意義。

2 BIM技術(shù)在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用意義分析

2.1 BIM技術(shù)的特點

在建筑工程中，由于暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗明顯偏高，在利用BIM技術(shù)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計時必須考慮到實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，有效控制暖通空調(diào)系統(tǒng)運行帶來的溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等情況。在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中，利用BIM技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)充分借助數(shù)據(jù)集成應(yīng)用的特點來進(jìn)行優(yōu)化，技術(shù)人員可提前進(jìn)行系統(tǒng)運行的模擬分析，通過BIM系統(tǒng)精密可靠的數(shù)據(jù)監(jiān)測，了解暖通空調(diào)的能耗負(fù)荷情況，有針對性地進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，可以更好地提升方案的科學(xué)性與可信性，并綜合考慮到暖通空調(diào)系統(tǒng)中相關(guān)的其他數(shù)據(jù)影響，充分發(fā)揮出BIM系統(tǒng)中信息共享技術(shù)優(yōu)勢[1]。

2.2 BIM技術(shù)的意義

BIM技術(shù)對于提升建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能特性具有重要意義，其數(shù)據(jù)庫十分龐大，可以詳細(xì)記錄每個零件、設(shè)備的實際參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸等，通過詳盡的模擬和3D轉(zhuǎn)化來進(jìn)行方案驗證，并與后續(xù)的施工建設(shè)等充分結(jié)合。技術(shù)人員在對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整時會更有方向性，不斷提升暖通空調(diào)設(shè)計的科學(xué)性與可行性。另外，在實際應(yīng)用BIM技術(shù)過程中，設(shè)計人員可以利用計算機(jī)系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)計方案的對比分析，通過更換管線布設(shè)、設(shè)備參數(shù)等來記錄其模擬應(yīng)用的參數(shù)值，以更加直觀的數(shù)字來分析暖通空調(diào)的設(shè)計節(jié)能效果，其計算精度具有更高的信度，且在數(shù)據(jù)庫分析應(yīng)用中更好地考慮到了信息的關(guān)聯(lián)影響問題，有效發(fā)揮出了BIM技術(shù)中5D數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢性。

3 BIM技術(shù)在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用實踐分析

3.1重視負(fù)荷計算

不同面積、使用功能的建筑物，在進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中的側(cè)重點和管線分布方式等都存在很大差別，設(shè)計人員在實際工作過程中必須結(jié)合建筑實況來進(jìn)行其冷熱負(fù)荷計算，并有針對性地對其進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。以某棟6層建筑的暖通空調(diào)設(shè)計為例進(jìn)行分析，其中的-1層主要為車庫，地面以上的6層以居住和辦公為主。該建筑的冷熱源設(shè)計采用2臺額定制冷量為288kW的地源熱泵機(jī)組，在換熱器系統(tǒng)的設(shè)計上以地埋U型管進(jìn)行換熱，總數(shù)量約為140個[2]。建筑物內(nèi)系統(tǒng)可根據(jù)建筑的特點和使用功能進(jìn)行靈活選擇末端空調(diào)系統(tǒng)形式。地源熱泵機(jī)組的全年釋熱量與釋冷量基本相同，應(yīng)用優(yōu)勢較為突出，不會加重室外環(huán)境的溫室效應(yīng)和臭氧層破壞問題。

3.2優(yōu)化設(shè)計表達(dá)

BIM技術(shù)在進(jìn)行建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中，主要利用三維模擬、圖像渲染、管線投影等不同的形式來進(jìn)行繪制，其形成的圖像標(biāo)識和表達(dá)會更加精確，可以有效規(guī)避在二維圖像設(shè)計過程中產(chǎn)生的線路重疊問題。在暖通空調(diào)的設(shè)計圖像繪制當(dāng)中，BIM系統(tǒng)會自動對不同的管道、線路等進(jìn)行自動定位跟蹤，充分考慮到不同設(shè)備之間的投影圖像關(guān)系，設(shè)計人員在進(jìn)行其相對位置、尺寸結(jié)構(gòu)等信息的分析過程中會更加清晰明確。如在地源熱泵的設(shè)計當(dāng)中，機(jī)房中不同設(shè)備管道的相關(guān)信息可以提前進(jìn)行三維模擬展示，這種設(shè)計思路的應(yīng)用優(yōu)勢更加突出。另外，在BIM系統(tǒng)設(shè)計圖像當(dāng)中，可以加載一些文字相關(guān)的信息，通過備注的形式來予以補充說明，技術(shù)人員只需要進(jìn)行點擊就能夠同時獲取，為后續(xù)技術(shù)交底工作提供了極大的便利。

3.3綜合管線布設(shè)

針對6層建筑而言，在進(jìn)行暖通空調(diào)系統(tǒng)的管路設(shè)計時，線路較為復(fù)雜，必須保證線路之間不會產(chǎn)生干擾和影響，不斷提升系統(tǒng)運行的可靠性[3]。在利用BIM技術(shù)進(jìn)行線路布設(shè)的過程中，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)管路的可視性轉(zhuǎn)換，設(shè)計人員能夠直接根據(jù)當(dāng)前建筑的室內(nèi)空間結(jié)構(gòu)來進(jìn)行線路布設(shè)，其規(guī)劃的科學(xué)性和精確性有了更好的保障。在線路布設(shè)完成后，BIM系統(tǒng)還可以根據(jù)不同管道線路的顏色來進(jìn)行功能上的區(qū)分，自動進(jìn)行碰撞測試來規(guī)避設(shè)計矛盾，在工作效率和信度上有了明顯提升。

3.4加強(qiáng)空間利用

針對不同面積的室內(nèi)空間，在進(jìn)行暖通空調(diào)管線、設(shè)備的布設(shè)規(guī)劃過程中，所選擇的工藝技術(shù)、設(shè)計思路等有著很大的差別，技術(shù)人員可以利用BIM技術(shù)來完成設(shè)計，并提前考慮到在施工實操做成的預(yù)留空間，不斷加強(qiáng)設(shè)計優(yōu)化工作，避免由于方案不合理造成建設(shè)實施時的返工、延誤等問題。設(shè)計人員在進(jìn)行狹窄區(qū)域的規(guī)劃布設(shè)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)提前考慮到空調(diào)設(shè)備、管道的尺寸問題，可以利用BIM技術(shù)當(dāng)中的可視化模擬技術(shù)來進(jìn)行綜合分析，針對一些大尺寸設(shè)備也可考慮通過調(diào)整其安裝角度等方式進(jìn)行優(yōu)化，確保設(shè)計方案中標(biāo)注的各項設(shè)備尺寸與實際吻合度更高，提高對狹窄空間的實際利用率。

3.5提升設(shè)計效率

為更好地提升設(shè)計人員的工作效率，在利用BIM技術(shù)的過程中，必須提前做好設(shè)計工作的流程優(yōu)化處理。特別是在面對大體量的建筑工程參數(shù)時，應(yīng)盡可能保證信息的標(biāo)準(zhǔn)性，使其在進(jìn)行交叉結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中可以更具綜合性，提升布線規(guī)劃的合理性。建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計工作和其他環(huán)節(jié)的設(shè)計、施工建設(shè)等之間有十分密切的聯(lián)系，通過完善工序流程可以更好地建立這種合作設(shè)計的理念，有效減少工作量，不斷提升圖像繪制工作效率。

3.6提供修改便利

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，為保證方案的合理性，需要嘗試調(diào)整部分設(shè)備的實際工作參數(shù)以達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的要求。在BIM系統(tǒng)中，設(shè)計人員可以通過自動化的方式來進(jìn)行不同的線條規(guī)劃，完成建筑中不同的暖通空調(diào)管道設(shè)計，在進(jìn)行修改調(diào)整時，能夠通過局部更換的方式進(jìn)行最終的參數(shù)模擬和對比，在提升設(shè)計工作效率和合理性的同時，更有利于進(jìn)行快速修改調(diào)整，對設(shè)計人員的工作開展而言具有較強(qiáng)的便利性。在BIM的圖像中，可視化和信息化的技術(shù)優(yōu)勢使得各個施工環(huán)節(jié)之間的協(xié)作性有了明顯的增強(qiáng)，在進(jìn)行對比分析時的綜合性也有所提升，設(shè)計方案更加直觀可靠。

4 BIM技術(shù)在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用實例

為了詳細(xì)闡述BIM技術(shù)在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計中所發(fā)揮的重要作用，這里以某展業(yè)CBD大型綜合建筑為例，該建筑位于長春市，占地面積54927.69㎡，建筑內(nèi)部包括室內(nèi)步行街、超市、健身房、購物區(qū)、影院等區(qū)域。為了提升顧客的購物、休閑體驗，該建筑物在設(shè)計時對于建筑物室內(nèi)溫度的要求較為嚴(yán)格。

這種背景下，研究人員基于BIM技術(shù)，嘗試在滿足建筑物通風(fēng)供暖需求的前提下，對其暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化?？紤]到該建筑物所在地氣候特點（該地區(qū)處于Ⅰ類氣候區(qū)，嚴(yán)寒C區(qū)），將當(dāng)?shù)亟鼛啄隁夂蜃兓瘮?shù)據(jù)以及建筑物基礎(chǔ)參數(shù)導(dǎo)入BIM模型，模擬建筑物投入使用后暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗情況。由于該建筑物為商業(yè)建筑，全年365天保持運行狀態(tài)，5月15日至10月31日為制冷期，其余時間為制熱期。暖通空調(diào)系統(tǒng)運行時間為9：00-21：00。該建筑物體量龐大，為提高設(shè)計效率，以人流量最多的2F作為研究對象，分析該建筑物2F暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗情況（詳見表1）。

根據(jù)表1中的各項指標(biāo)，研究人員設(shè)計了兩種暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計方案，兩套系統(tǒng)均為變風(fēng)量系統(tǒng)，通過調(diào)整室內(nèi)送風(fēng)量改變室內(nèi)溫度。

方案一：5月15日至10月31日，使用“冷卻塔+冷水機(jī)組”組合為建筑物室內(nèi)供冷，冬季時采用熱水鍋爐為室內(nèi)供熱，系統(tǒng)末端循環(huán)使用變風(fēng)量系統(tǒng)，該方案的優(yōu)勢在于設(shè)計較為靈活，能夠滿足該建筑物對于室內(nèi)溫度的實時調(diào)節(jié)要求，提升室內(nèi)空間舒適性。在節(jié)能方面，該方案使用串并聯(lián)風(fēng)機(jī)機(jī)組，有效收集余熱，搭配夜間回退模式降低暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗總量。2F終端單元運用加熱線圈，為暖通系統(tǒng)覆蓋的邊緣區(qū)域以及各個供熱通風(fēng)死角提供額外的熱量，進(jìn)一步提升室內(nèi)空間舒適性。

方案二：該方案制冷方式與方案一保持一致，冬季利用熱水鍋爐作為主要熱源，在暖通空調(diào)系統(tǒng)末端使用變風(fēng)量再熱系統(tǒng)，搭配混冷冷卻梁。該方案的特點在于額外加裝一臺空氣處理裝置，該裝置內(nèi)部安裝了帶有旁路阻尼器和熱水盤管的冷水盎管。實際使用過程中，利用旁路阻尼器降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，確保空氣處理器能夠為冷卻梁提供一次空氣。研究人員利用BIM技術(shù)計算出空氣處理器一次空氣（f）降低率為0.6icfm/ft（0.28L[sm]），在確保供熱效果符合設(shè)計要求的前提下，將通風(fēng)量降低至暖通空調(diào)系統(tǒng)最小通風(fēng)量。一方面通過降低通風(fēng)量達(dá)到節(jié)能降耗目標(biāo)，另一方面提高室內(nèi)空氣置換效率，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，一舉多得。

兩種方案均可以起到節(jié)能降耗的作用，為了進(jìn)一步印證兩種方案節(jié)能效果，研究人員將兩種方案導(dǎo)入BIM模型，觀察模擬實驗中兩種方案的使用運行效果（詳見表2）。

綜合考慮能耗總量、費用以及二氧化碳排放量等指標(biāo)，方案二的節(jié)能減排效果優(yōu)于方案一，因此該項目采用方案二作為空調(diào)暖通系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計方案。

5結(jié)論

綜上所述，BIM技術(shù)可以更好地優(yōu)化建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計表達(dá)，圖示數(shù)據(jù)更加精細(xì)，包括尺寸、位置和設(shè)備型號等都能夠通過三維視覺來進(jìn)行繪制和標(biāo)注，工作效率明顯提升，為后續(xù)圖示修改、技術(shù)交底等提供了良好支持。在進(jìn)行建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的綜合布線工作時，可以結(jié)合不同建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空間和暖通設(shè)備的尺寸進(jìn)行合理優(yōu)化，結(jié)合大體量的建工數(shù)據(jù)進(jìn)行合理布設(shè)，不斷提升其空間利用效率，嘗試對比不同的布置方案來尋找最優(yōu)解，不斷提升暖通空調(diào)工作的精細(xì)度。

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