中国汽车工业工程有限公司 王浩
【摘 要】随着计算机技术的发展，BIM工程技术已成为国际工程设计施工的潮流。本文将着重分析探讨 BIM 技术在暖通空调设计施工中的应用，讨论其优势和存在的问题，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。
【关键词】BIM 暖通 工程技术 信息模型 Revit
1 BIM技术概况
BIM，即建筑信息模型（Building Information Modeling），是继计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）技术之后建筑业出现的又一种计算机应用技术，被誉为建筑业变革的革命性力量。BIM首先是一种技术，是数字技术在建筑工程中的直接应用，能够使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的应对，并为协同工作提供坚实的基础。BIM同时又是一种方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和减少风险。
BIM技术具有可视化、可协调、可模拟、可优化、可出图性等特征，并且可以在不同软件、不同项目参与方之间进行综合协调，改善沟通效果及加强质量控制等。BIM技术可以容纳从设计到使用甚至是到周期终结的全过程信息，这些信息均建立在一个三维模型数据库中，可以持续的提供项目设计范围、进度、成本等信息。这些信息很容易访问并且不断保持更新，使设计人员、施工人员、运行维护人员和业主都能更全面及时的掌握工程信息。这些信息在工程设计、施工和管理的各个阶段都能促进加快决策进度，提高决策质量，从而提升项目质量，增加工程收益，减少污染和提高效率。
2 BIM技术与传统二维设计的区别
2.1 表达方式的区别
二维设计主体是线，通过线的叠加、组合，在二维投影图中表达设备轮廓线、管道轮廓线及阀门的相对位置，表达设备、管线的投影关系，辅以数字、文字等方法表征设备、管线的连接及位置。传统二维设计的抽象度高，但图面表达的信息量相对有限。
BIM设计的主体是产品，通过选择产品、管道的模型，在三维信息模型中显示设备、管道的高度、尺寸等要求。由点及面，最终实现系统的完整连接体系。BIM设计的表达方式和绘制方法都是通过产品、管道等实体组成的，绘制过程需要输入大量的管径、尺寸等信息，方可形成符合设计人员要求的模型，直观形象。
2.2 协作方式的区别
传统设计模式下，设计的内容和其中所蕴含的信息是分离开的，业主，设计院，施工方通过抽象的二维图纸来进行交流，专业间的协作是通过平面图、剖面图等方式进行的，设计人员必须具备一定的相关专业知识，方可想象出其他专业构件的形状、位置，进而考虑专业间可能的冲突和影响。当设计人员经验和知识不足或建筑形体过于复杂，专业协作难免会出现错误。
BIM设计的专业间协作是通过三维信息模型进行的，各专业构件的形状、位置在模型中可以直观显示，大大降低了专业协作出现错误的可能性。通过统一的数据平台，相互协作，实时查阅，共享信息，沟通顺畅及时，从项目的规划、设计、施工到运营的各个阶段都可以得到BIM模型的数据支撑，专业间的协作会更为顺利。BIM设计通过中心文件将工艺专业与建筑结构公用专业联系到了一起，这种协调方式远比传统的二维设计更为准确和高效，这可以让设计者更多的关注在设计本身而不是各个专业之间的沟通上，毫无疑问这对于效率的提升和设计的质量都有很大帮助。
3 BIM技术在暖通专业的应用
暖通专业主要涉及到的工作内容为设备、风管水管、对应附件和末端，对吊顶、机房、管井等空间关注度很高，BIM技术的应用能有效提高工程设计施工质量。暖通专业的工作流程一般分为方案阶段、设计阶段、施工阶段和运营阶段。这个流程与建筑的全寿命周期较为吻合。目前设计和施工阶段对BIM软件应用较多。BIM技术在暖通空调领域应用主要体现在三维设计施工模型的建立、管线综合布置、三维模型分析与展示、基于模型的施工流程管理与工程量计算以及项目级构件库的建立等。
3.1 方案阶段
BIM技术能够有助于参建各方高效沟通。通过BIM的终端设备能把业主和参建各方进行实时链接在一起，在项目的建设周期内让各方畅通的沟通。通过搭建的三维模型，能够让业主也能直观地了解项目的各项情况，如同现场参观实体一样。项目各参与方通过网络协同工作，进行工程洽商、协调，实现施工质量、安全、成本和进度的管理和监控。
3.2 设计阶段
二维图纸不能全面反映个体、各专业、各系统之间碰撞的可能；同时由于二维设计离散行为的不可预见性，也将使设计人员疏漏掉一些管线碰撞的问题。利用BIM可视化功能进行管线碰撞检测，在第一时间尽量减少现场的管线碰撞和返工现象。如何实时地与土建、装修专业进行配合，合理的利用安装空间，一直是困扰行业的一个难点。采用于BIM专业软件可在项目开始阶段，进行机电专业的深化设计，在综合过程中满足各种国家规范要求，满足系统使用要求，尽量避免多余管件，减小系统阻力，考虑预留足够的检修空间，考虑实际管件的采购及制作，考虑支吊架的制作及安装，提高空间利用率，避免设计问题。
（1）利用BIM技术优化管线布置
在走道布置或管线复杂、且对净高有十分严格的要求的狭小空间内，设计人员可利用BIM技术对管线布置进行优化。设计人员可以从面、立面、剖面等多维度来确定管线的位置，以满足精确的布置要求。BIM软件具有十分良好的设计精度，其体现在数据的精准度之上，设计方案中的产品型号、规格和具体参数等信息都可在设计模型之中看到。利用BIM技术所绘制出来的高精度模型，设计人员可以将整个设计方案立体地展现给客户。这样的高精确度有利于提升现实施工与设计方案之间的符合度。
（2）利用BIM技术规划暖通空调机房布置
建筑设计中为暖通设备所预留的空间往往十分有限，如何有效利用机房空间就十分重要。在设计规划阶段，在对机房进行规划时存在诸多不确定因素。BIM技术可以将暖通空调设备的参数信息整合到设计模型当中。在确定设备摆放位置、接口位置、管线排布方式等因素时，设计人员可进行可视化、多维度的对比，以确定最佳的规划方案。
图1 某工程制冷站BIM模型
3.3 施工阶段
（1）可视化交底
设计人员可以通过模型实现向施工方的可视化交底，能够让施工方清楚了解设计意图，了解设计中的每一个细节。一些复杂的工程向工人技术交底时往往难以让工人理解技术要求，但通过模型就可以直观的让人工人知道自己将要完成的部份是什么样，有哪些技术要求，直观而形象。
（2）精细化的施工管理
BIM参数化可以使建筑构件直接生成物料清单，在施工前制定精确人材计划，提供有效施工准备计划支持，大大减少了资源的重复采购，为实现限额领料、消耗控制提供技术支持。精细化的三维模型形象的表现出设计成果，实现所见及所得。业主及监理方可随时跟踪进度，统计实体工程量，以便前期的造价控制、质量跟踪控制。BIM技术可以用模型形象地反应出工程实体的实况，通过对各步工作的分解，精确统计出各步工作工程量，再结合工作面情况和资源供应情况分析后可精确的组织施工资源进行实体的建造。
图2 某工程风管明细表
（3）解决传统碰撞检查难题
以往二维管线交叉的地方靠肉眼直接观察、凭空想象，难以全面分析，碰撞无法避免。传统施工过程中相关各方有时需要付出几十万、甚至几千万的代价来弥补由设备管线碰撞等引起的拆装、返工和浪费。这将耗费建筑结构设计师和安装工程设计师大量时间和精力，影响工程进度和质量。 BIM建模的过程同时也是一次全面的“三维校审”过程；BIM模型均按真实尺度建模，利用 BIM的三维技术进行碰撞检查，将所有专业放在同一模型中，对专业协调的结果进行全面检验，专业之间的碰撞、高度方向上的冲突提前预知，优化工程施工方案，减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性，而且优化净空，优化管线排布方案。最后施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案，进行施工交底，提高施工质量，同时也减少了返工和整改。
图3 管道碰撞解决实例
（4）控制关键节点，实现构件工厂化生产
关键节点十分重要，做好关键节点有事半功倍的效果。如图所示平衡阀的阀组，体积不大，但阀门管件集中，管道很短，按照传统方式施工会造成不小的浪费。利用BIM技术，对管件的节点进行分解，可以详细的得出该阀组所需要的阀门、管件、管道的数量、型号、尺寸和附属的支架的各种参数。这样一些管道和管件就可以采用预制构件，在工厂加工好后到现场运到进行组装，精准度高，失误率低，大大节省材料和投资成本。同时利用统计功能可以得出详细的材料表，对照材料表和BIM模型进行预制构件加工和阀门采购，可以在实际施工中获得良好的效果。
图4 某工程平衡阀组节点图
3.4 运行阶段
BIM技术把项目主要参与方在设计阶段就集合在一起，着眼于项目的全生命周期，利用BIM技术进行虚拟设计、建造、维护及管理，实现项目各参与方协同工作，项目各参与方信息共享，基于网络实现文档、图档的提交、审核、审批及利用，能给参建各方带来较大的经济效益、大幅降低项目风险，减少了项目实施过程中的未知，让管理变得轻松和精细化。在项目的前期设计和施工阶段可以把大量的工程相关信息录入到信息模型中，可在运营过程中随时更新，通过对这些信息快速准确的筛选调阅，能为项目的后期运营带来很大便利。
4 BIM技术应用中存在的问题
对于暖通专业而言，如何在传统设计工作中推广应用BIM技术，发挥BIM技术的优势，进而提高设计工作的效率，是摆在广大一线设计人员面前的一道难题。
4.1 设计人员BIM技术不成熟
BIM技术融入设计工作，通常有两种方式：
（1）设计团队与BIM团队工作相对独立，BIM团队根据图纸为设计团队建模，并反馈建模工作中发现的问题，用于设计团队修正设计内容，最终形成二维图纸与BIM模型两套成果；
（2）设计人员应用BIM技术进行设计工作。
目前采用第一种方式较多，主要是因为BIM软件推广使用的时间较短，大部分设计人员还不能熟练掌握BIM技术，需要更专业的团队分担BIM技术工作。这种工作方式增加了团队之间的协调沟通工作量，不利于BIM技术在设计工作中的高效应用。只有暖通设计人员掌握BIM技术，才能更好发挥BIM在设计中的作用。
4.2 硬件上的限制
BIM模型信息量很大，对硬件要求很高，运行速度很慢，尤其是一些大型项目，模型的总体积可以达到几G大小，仅打开项目模型文件就需要很长时间，设计操作中也存在严重的卡顿问题，这样也极大的影响了工程设计人员的工作效率。
同时BIM模型对硬件的高要求也限制了设计方与业主方的沟通协作。设计中的协同分为内部协同和外部协同。如果说内部协同解决的是合作设计的效率，那外部协同解决的就是沟通的效率。如果业主方的没有对应的BIM软件、软件版本不匹配或者电脑硬件性能不够就无法完成沟通。现在已经有一些提供BIM模型轻量化协作的平台，如Modelo等，但BIM设计软件对硬件的高要求依然是BIM技术推广的一个重要制约因素。
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备注：本文收录于第21届暖通空调制冷学术年会论文集。版权归论文作者所有，任何形式转载请联系作者。
