暖通空调设计中BIM 技术运用分析

刘洋恺

（甘肃省城乡规划设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

BIM 技术是计算机行业快速发展的结果，与原始计算机技术相比，它不仅可以充分的利用原始技术的所有优势，而且可以在原始技术的基础上更立体、更全面地反映设计项目的整体情况。由于BIM 软件具有预警功能，能够利用大数据分析建设项目中的一些潜在问题，并及时将其告知和处理，因此在暖通空调设计中运用此技术，可以减少潜在的风险，让整个项目实现效益的最大化。

1 BIM 技术概述及应用特点

1.1 BIM 技术概述

BIM 是一种基于数字化建模的集成性工程管理方法，广泛应用于建筑、土木工程、水利工程等领域。有学者认为BIM 的核心是数字模型，它是一个包含建筑或工程项目所有信息的三维模型，这个数字模型可以包括建筑元素、结构、设备、系统、材料、成本、进度等各种信息。而还有部分学者则认为，BIM 促使不同专业领域的团队在同一个平台上协同工作。设计师、工程师、施工人员和业主可以共享同一份信息，提高协同效率，减少误差和冲突。而关于BIM 技术的完整定义，则需要从2 个方面阐述。

首先，BIM 是一种集成了建筑、土木工程和运营管理的数字化建模方法，它涵盖了建筑物或基础设施的全生命周期，包括设计、建造、运营和维护。从概念设计、详细设计、施工到运营和维护，这有助于更好地管理项目的各个阶段，并提供决策支持。BIM 整合了各种数据，包括几何数据、属性数据、时间数据和成本数据等，这种数据的集成性使得决策更为全面和接近实际数据。

此外，BIM 提供了强大的可视化工具，使项目相关方能够更直观地理解设计和施工计划，同时，BIM 还支持模拟和分析，例如，结构分析、能源分析等，以优化设计和提高效能。其还整合了多种几何信息，从而表达出实体构件的详细信息。而技术信息则指的是需要通过模型参数的设置，从而赋予构件一定材料与技术参数等方面的信息。从技术领域来分析，BIM 的技术基础是属于计算机3D 数字技术，可以对计算机上的建筑单元进行数字化、信息化和完整的分析，并准确反映建筑项目中的信息和数据。所以，应用BIM 技术的一个优势就是能让施工方和建筑方从对立转向协同，使得施工更加透明和清晰，减少施工方案、设计方案的更改机会，这样就能大大的缩短工期。BIM 技术通过数字化建模和信息集成，提高了建筑和基础设施项目的设计、施工和管理效率，减少了资源浪费和项目风险。它的优势将会促进现代建筑水平的进一步提高，弥补传统项目成本的不足，不仅将自己限制在预算和执行工作上，还将项目成本带入项目的各个阶段，与各方进行新的沟通与合作方式提供。在施工过程中，让设计师和工程师可以在一个平台上进行交流，并且用相同的模型和语言，这样就能在施工和设计方面达到统一，减少不一致现象，也减少了修改的时间。

1.2 BIM 技术在暖通空调设计中的应用特点

1.2.1可视化

BIM 技术可以创建高度详细的三维建模，包括建筑结构、暖通空调系统、管道、设备等，这使得设计团队能够以更直观的方式理解和协调系统的布局。可视化工具使设计团队能够在设计阶段检测到潜在的空间冲突，例如，暖通空调管道与其他系统或建筑结构的冲突，有助于在施工前解决问题，减少施工现场的修改和调整。可视化工具允许设计团队进行系统模拟和分析，例如，空气流动模拟、温度分布分析等。通过可视化结果，设计者可以更好地理解系统性能，优化设计方案。这种信息管理与传播方式，在一定程度上增加了理解设计意图的难度，极易造成理解偏差。而采用BIM，则能够对整个设计过程进行可视化管理，在一定程度上能够做到操作精准化，并有效提升空调设计的质量。

1.2.2可出图性

BIM 模型可以自动生成高质量的施工图，包括平面图、剖面图、立面图等，减少了手工绘图的工作量，提高了图纸的准确性和一致性。BIM 技术将设计和绘图过程整合在一个平台上，设计变更会自动更新到相关图纸中。这确保了设计和绘图的一致性，避免了因为设计变更而导致的图纸错误。BIM 模型中的数据是关联的，一旦进行了设计修改，相关图纸可以快速更新，这使得设计团队可以更灵活地进行方案调整，并及时反映在施工图上。多个团队成员可以同时协同工作在同一个BIM 模型上，实时共享设计信息，这使得绘图团队可以在设计团队进行设计变更时及时更新图纸。同时，采用BIM 技术，也有了接口能够对信息进行及时更新，监理单位可以利用手机来比对工程施工是否按照图纸进行，如果一旦出现不兼容现象，那么就可以马上进行标记，信息就会传递到BIM 的整个接口中，工程师可以对建筑的安全性进行检验，缩短了施工的时间。

1.2.3 缩短了工期

在本次暖通空调项目建设中，共计施工时间约为200天，投资金额为1 亿元。在使用BIM 对其进行施工项目管理后，在原有工期基础上节约了60 天，同时能够提前发现管道线路问题约为100 处，安装空间不足问题约为40 处。在使用BIM 后，还能够对工程量进行十分系统的统计，对所需要的管线洞口进行预留。而在资源组织方面，并未产生材料浪费现象，同时在一定程度上还保证了设计现场的合理性、有序性以及整洁性。利用BIM 这一先进的信息，使暖通空调在设计、施工等方面的管理能够更加的流畅，从各个方面使项目能够进展的更加顺利，实现经济和技术双赢的状态，在暖通空调的建筑过程中，利用BIM 技术缩短了5%～10%的设计周期，减少了20%～25%的各个专业的协调时间，减少了60%的信息查询时间，大大地提高暖通空调施工过程的安全性和设计的效率。

2 BIM 技术在暖通空调设计中的具体运用

2.1 在冷热源设计中的运用

BIM 技术可以用于建立整体的冷热源系统模型，包括制冷机组、锅炉、热泵、冷却塔等设备的三维模型，这有助于设计团队更好地理解系统的整体结构和布局。在进行冷热源设计的时候，需要先对其需求进行分析，并进行冷热方面的调节，保证空调设备的使用寿命。这一流程在使用传统方式的设计时是很难达成的，并且不能对信息进行控制，那么设计人员就要应用BIM 技术，来确保设计信息为后续的设计提供信息上的保障。在实际的设计过程中，暖通空调自身的冷热源需要按照区域来决定，不同的区域对冷热源的需求也是不同的，所以设计人员就可以应用DeST 软件，来计算出暖通空调当中的冷热负荷，按照计算出的结果来找到具体的负荷区域，利用计算机可以充分地降低计算出现的误差现象，使得冷热负荷的计算更加的准确，为后续的设计提供一定的支持，具体的负荷计算结果如表1 所示。

表1 暖通空调的冷热负荷计算结果

2.2 在公共区域管线设计中的运用

对于公共区域管线设计的环节来说，它是暖通空调设计的一个主要环节，设计的人员不仅需要对空调的水泵进行设计，同时也需要设计出整个空调机组在公共区域内整个管线的运行方案图，这对绘制的难度是非常大的，所以就要利用BIM 技术，实现精确的三维建模，包括暖通空调系统中的管道网络、风道、设备等，通过三维模型，设计团队可以清晰地了解管线的布局和连接。BIM 模型可以用于自动生成施工图，包括管道布局图、设备安装图等，这减少了手动绘图的工作量，提高了图纸的准确性。主要的绘制方法是运用BIM 技术，并且把点和面进行结合，进而表达出设备和管线的位置，例如，在对空调水管中的支管进行登高连接时，就要应用BIM 技术，具体如图1 所示。

图1 管线登高图

同时，在绘制的过程中，人员也要根据实际空调的需求来进行模型的调整，使得设计可以符合实际现场的需要，提升了设计的合理性。例如，在医院、学校等公共区域进行空调管线设计的时候，从冬季供暖来看，一次热水系统由锅炉房提供，供水温度为95℃，回水温度为70℃。经过换热器进行换热后，二次供热的供水温度为85℃，回水温度为60℃。在这个过程中，锅炉房提供高温水，经过换热器降温后供给建筑物供暖系统。回水通过换热器升温后返回锅炉房，形成闭合的循环。对于夏季供冷来说，空调系统通过制冷循环降低室内温度。具体操作和供冷温度需根据系统设计和室内需求而定。通常多联机系统提供制冷功能，通过冷凝器和室内机组合实现空调效果。

所以为了保证公共区域空调使用效率的提升，就可以采用MagiCAD 软件来进行管线的设计，主要包括设计空调风系统的管线、水系统管线、散热器的管辖以及地源地泵系统的管线。要先通过BIM 技术，绘制出管线剖面图，让公共区域内所有的管线都能更加清晰，了解管线之间是否存在交叉等现象，如果需要删减或者增加，就可以直接在BIM 系统上输入数据即可，不用再进行额外的设计，利用BIM 设计暖通空调的管线非常的方便和实用，大大减少了设计的时间。在设计完成后，人员还需要对模型进行检查，及时的找出设计中存在的问题并解决，尽量减少其存在的设计错误。

2.3 在方案辅助设计中的运用

首先，需要对暖通空调周围的空间进行辅助设计。在这一环节中，BIM 提供了一个协同设计的平台，允许不同专业领域的设计师在同一个模型中进行协同工作，这有助于解决不同系统之间的冲突，确保设计的一致性。BIM 技术结合能效分析工具可以用于模拟和分析暖通空调系统的性能，通过模拟不同方案，设计团队可以评估系统的能效，优化设计方案。利用了BIM 技术分别对暖通空调内的塔式支架和相关的结构进行一定的建模和优化，准确计算各手脚架的位置、用钢量，提升暖通空调内部的安全问题。

其次，是对工程量的统计。在统计设计项目工程量的过程中，需要充分利用BIM 工程量的统计功能，因为BIM 系统不可能去主动性的采集各项所需的信息，这就需要一定信息的支撑。例如，在学校、图书馆等公共区域进行BIM 技术应用的时候，设计师就可以利用一些无线射频识别系统对前期所需信息进行一定的采集，在完成信息的审核之后，把这些相关的信息输入到BIM 系统当中，而BIM 系统将这些信息再进行一定程度的处理，达到一定的完整性和可视性，这样才能使管理和设计人员充分了解到公共区域内温度的信息条件，为后续暖通空调的设计提供便利。BIM 模型可以用于进行工程造价的明确，让工程内的造价信息得到对应，进而解决项目成本混乱的问题，以医院暖通空调设计为例，在没有应用BIM技术的时候，暖通空调的设计出现了重复性，在施工的过程中经常会出现重复施工、遗漏施工等现象，施工成本大大增加。当应用BIM 技术以后，暖通空调的设计更加的协调，减少了重复施工现象，工期也比原先缩短了60 天，成本节约了100 万元左右，设计师和施工团队的协调时间也减少了20%～25%。在暖通空调的设计过程中，由于项目的结构相对比较复杂、标高多，所以对相关工程量的计算是采用了人工计算和BIM 计算相结合的方法，当2 个计算的结果显示出的工程量无限的接近100%的时候，BIM 技术在暖通空调的设计中就发挥着非常强大的作用，同时还能够有效优化成本，降低了一些不确定风险。

BIM 整体来说在本质上属于信息整合的系统，通过对施工过程中的一些信息进行计算和整理，形成一个完美的数据库，工作人员可以根据这样的系统对设计过程进行一定程度的管理，大大提高了工作人员的工作效率，也为工程项目方面做出更为合理的处理方式，减少出现的失误和存在的风险。

2.4 在场地布置、管理中的运用

在暖通空调项目工程管理的运用中，首先需要进行进度、资源方面的管理，BIM 可以用于创建项目的三维模型，并结合时间维度，实现4D 模拟，这使得项目管理团队能够可视化的了解项目的进度计划，包括各个施工阶段的时间节点和关键路径。BIM 模型中包含了各种信息，包括建筑元素、设备、材料等，通过BIM 技术，可以进行资源的数量计算和管理，帮助项目管理团队更好地规划和调配施工所需的资源。BIM 也提供了一个协同工作的平台，各个团队成员可以在同一个模型中进行实时协同工作，这有助于改善团队之间的沟通，减少信息传递的误差，提高工作效率。在项目开始阶段中，就应当充分避免资源浪费等多种情况出现。与传统的模式相比较，BIM 信息库的建立是基于网络的基础上进行的信息数据的整合，在暖通空调的工程中可以利用这种软件对进度表格以及分析表的数据进行分析和整合，进行了有效的资源管理，大量节省了相关人员的工作时间，提升了工作效率。

此外，还需要进行三维场地的布置。在本次暖通空调的项目中，主要可分为2 个设计阶段，分别为基础设计阶段、主体设计阶段。在利用BIM 进行三维场地布置时，应当选择恰当的软件，并依照1:1 的比例，模拟并布置出同阶段设计所需要的工程设备以及材料等内容。需要明确的是，只有对现场的场地空间进行全面分析，才能够提升组织效率。在设计的过程中，各个方面都会存在不同程度的变迁，这一点是无法真正避免的，一旦工程中的各项材料和相关的数据无法真正的到达设计人员的手中，相关的安全问题就会被触及，那么利用BIM 软件就能很好的解决在施工中的问题，BIM 能够比较迅速的将数据有效传递，能够有效反映出现场的情况，利于设计人员能够直接的做出准确的判断。BIM 在施工协调管理中是更加便捷的，它通常都包含了信息数据共享、四维施工模拟、远程监控等方面，这对于施工方面的管理更加直接。从而使得设计人员可以通过BIM 技术模拟出每一个季节中空调的动态负荷，设计人员在负荷的基础上进行暖通空调设计，让设计更符合施工现场情况，减少重复修改的次数，从而达到降低消耗、缩短工期的目的。

3 结语

综上所述，分析暖通空调设计中BIM 技术的运用，可以提升设计的效率，保障设计的完整性和功能性。在具体运用的时候，主要是在冷热源设计、图纸绘制、方案设计等方面进行运用，通过BIM 技术的运用，能够让整个设计更加清晰和可视化，为后期的施工带来一定的便利条件，使空调设计的实际效果得到完善。