暖通BIM技术在地下室管道综合中的应用

聂 贤

中国建筑西南设计研究院

暖通BIM技术在地下室管道综合中的应用

聂 贤

中国建筑西南设计研究院

本文基于某办公园区地下车库工程，结合BIM技术，设计构建暖通信息模型，并进行管道综合设计及相关的性能化分析。

BIM管道综合性能化分析

0 引言

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）是利用建筑物数字模型里面的信息在设计、施工、运维等各个阶段对建筑物进行分析、模拟、可视化、施工图、工程量统计的过程[1]。管道综合为施工前，在图纸上对各专业的管线的安装位置进行协调，以避免施工过程中的返工，浪费及安全隐患。对于暖通专业，由于管道尺寸大，对净高影响大，且施工后不易修改管道走向等，故管线综合对于暖通专业实施有重要的意义。

传统管道综合方式为二维平面图纸叠加，即按照一定的原则性标高及各专业需求，确定各管线的安装位置。二维平面管综有如下缺陷：难以全面排查碰撞，平面表达不够直观等。利用BIM的可视化，协调性等优点，可以更好地解决管综问题。

BIM管道综合需要依托于BIM软件。软件的主要功能为在空间真实显示管道、设备、门窗、墙、梁、柱，并能综合碰撞检查、多种方式显示碰撞位置、生成设备管道综合平面图、三维漫游和动画等[2]。依托不同的软件可建立更加丰富的信息，并发挥BIM的模拟性，优化性等优点。在本项目中，除了管道综合，还利用了其他信息进行了一定程度的性能化分析，对施工及调试有一定的指导意义。

1 工程概况

本工程为成都某办公园区地下车库。该办公园区用地面积为63233m2，地下车库总建筑面积积约53350m2，主要功能为汽车库、非机动车库及设备用房。暖通专业主要设计内容为车库，设备用房的通风，排烟；舒适性集中空调系统（服务地上区域）。

本项目特点：面积大，净高变化复杂，管线多，管综难度大。

2 前期策划

根据本项目特点，结合项目团队的使用软件习惯，及与其他软件的交互性等，本项目选取REVIT2013作为主要建模及碰撞检查软件，并辅之Naviswork及MagiCAD等软件。

本项目内部的软件工作形式为：土建，机电专业各自设置中心文件，专业之间外部引用（图1）。

图1 各专业配合模式

各专业的人员设置为，土建专业3人，水暖电各2人，其中一名建筑专业人员负责协调各专业进行管道综合碰撞。

根据项目目标与周期，本次BIM建模的范围为设备用房外的管线，且省略尺寸不对管综结果造成影响的管线及管件（如管径小于DN50的喷淋管）。

BIM建模前，先于二维平面图纸上对各专业管线进行了初步管综配合，并拟定各专业基本建模原则。

3 建模

土建BIM模型先于机电BIM模型建立。各机电专业将土建模型外部引用至本专业中心文件，并导入各自施工图CAD图纸，再根据需求，按系统定义颜色及连接方式等。如暖通专业，按排风，排烟，送风等建立不同的风管系统，并定义默认的弯头，三通，四通等的形式。为保证净高，设置风管连接时为顶平连接。

对于不影响管综的管件，阀件及设备，建模时有选择地进行了省略。举暖通专业为例，可认为风管阀件，侧送风口等在空间上基本能由风管本身代替，故在建模时并未建立以上部件。

如图2，在CAD环境下及现场施工条件下，皆可实现风管连接。但在BIM环境中，受限于构件的类型不全，无法完全按原设计意图将风管连上。考虑本次建模目的为管综，仅需在空间上占位即可（图3）。

图2 二维CAD视图中的某处风管连接

图3 BIM视图中的某处风管连接

4 碰撞及调整

在各专业BIM模型基本完成后，开始碰撞检测及调整。以下为本次项目初始拟定的三次碰撞的阶段性目标：①解决各机电专业与土建专业的碰撞，解决本专业自身内部碰撞；②解决各机电专业管线与其他机电专业的管线碰撞；③基于第二次的结果优化解决剩余的管线碰撞问题。

管综调整原则如下：①无压管让有压管；②小管让大管；③施工容易的避让施工难度大的；④保证机动车库的净高在2200mm以上[3]；⑤其他各专业为保证设计效果的要求。

图4为在NAVISWORK中的碰撞结果（红色部分为碰撞点，共300余处）。从图5可见，经过不断地调整，碰撞点逐渐地减少。

图4 检测开始时风管与梁碰撞（300余处）

图5 调整后风管与梁碰撞（12处）

经不断调整，本项目由开始的各专业碰撞点1000余处达到各专业之间碰撞点少于50处。需要指出的是，本项目碰撞检测仅针对硬碰撞（即空间上有直接交叉），而并非软碰撞（即两物件中有一定间距即认定为碰撞）。安装间距，施工顺序等问题在建模，调整过程中由人工进行判断其合理性。

在调整过程中，暖通专业发现若干原设计的问题，并进行了优化。如原设计地下车库某处排风系统主风管布置在水、电专业的机房外，与水电专业的大量管线交错，无法保证净高要求（图6）。使用BIM建模并进行调整之后，改动该排风系统主管走向，保证该处净高（图7）。

图6 原设计车库某处风管主管走向

图7 建模并调整后该处风管主管走向

5 出成果

碰撞调整完毕后，需向甲方提供平面图纸成果。一张施工图纸应至少包括空间信息及设备信息两个方面。对比BIM模型以及原施工图图纸，比较结果如表1。

表1 BIM模型与CAD二维图纸比较

因BIM模型设备信息量不全，且由BIM模型直接出图有出图标准不符等问题，本项目采用根据BIM模型修改升版原CAD图纸的形式。另外，若将各专业图纸一起出图，管线间的排布避让会使专业设计图显得繁琐，疏密无序。这个矛盾涉及到设计阶段的划分与深度要求，在施工图阶段如何平衡专业设计表达与BIM模型深度要求，也需要有官方的标准作为依据[4]。因此，本工程具体操作方式为用REVIT导出CAD图纸作为参考，对原CAD施工图进行修改，即将原CAD图纸所欠缺的空间信息反映到图纸上。

值得说明的是，由于工作量及管综需求的差异，不同专业反映空间信息的深度并不相同。例如给排水专业，在BIM模型中有大量细部管道的局部上下翻，不可能由人为一一反映。本项目解决此问题的办法是，在向甲方提供平面图纸的同时，提供BIM模型作为参考。

另外，与传统的二维管综图纸将各专业图纸叠装出图不同的是，本项目各专业BIM模型由各自专业人员所搭建。故本项目为各专业根据BIM模型各自升版原施工图，但共用BIM中导出的重要节点剖面图。

显然，此种校审模式不再针对叠装的管综图纸，而需要不同专业的校审人员在检查各自专业的基本内容的同时，对BIM模型及与其对应的平面图纸的标高关系也进行一定程度的审阅。管综成果的正确性由BIM项目负责人承担。

6 性能化分析

性能化分析是根据建筑信息，对其性能进行模拟与预测的手段，需要除空间信息外的更多参数化信息。当前BIM技术可支持的性能化分析包括：暖通负荷计算，光环境模拟等。本节仅举暖通专业分析风口调节参数为例。

在风管系统设计中，每个风口均有设定风量，并设置一定的调节措施。风口运行参数与换气效果，人体舒适度及消防要求息息相关。

在传统设计阶段，根据需求对风口设定风量，但无法精确预测每个风口的运行风量，也无法给出具体的调节措施，仅在施工完毕后运行调节时才能有所检测。若风口设计不合理或未提供足够的调节措施，可能现场无法调节至规范及使用要求。运用BIM技术，在建模阶段，对末端风口调试进行一定的模拟，将有效地指导设计及施工。

为实现此目标，在BIM建模时，需建风口，调节阀等部件，并能根据不同情况进行模拟。在REVIT软件中，虽有基本的风口，调节阀等构件，但其中的参数并不足以对实际情况进行模拟。因此，本项目采用了有较丰富的产品数据库的MagiCAD软件来解决以上问题。

选取本项目一个车库排风系统进行模拟。此系统采用带调节阀的单层百叶风口侧排。对此系统，主要关心的是每个风口是否能在设定的风量下运行。

将风管，风口，风阀等建好后，首先将其选为一个系统。再根据暖通规范及设计要求，在软件中设定此次模拟的边界条件：保证各风口支路压力损失的相对差额不超过15%[5]。

点选“不平衡率分析”后，可得各风管支管的的风量，风速及压降等。点选风口及风阀，可得平衡调整后的运行状态点。

对比原设计风口风量参数，可得模拟后风口风量满足设计要求。点选风阀属性，可查得风阀的阀门开度值。此阀门开度值对实际运行调节有一定的指导意义。

将风系统中各风管按风量着色，可见在风阀不同的开度条件下，现各支管及主管均达到设计流量（图8）。

图8 模拟后的某风系统各管段风量及风阀开度示意

因构件库仍不够丰富（尤其是现场施工安装的设备构件），现阶段对风管系统的校核分析仅能给出指导性的意见。从图8可以看出，离风机越远的风口，其阀门开度越小。

7 展望与思考

首先，利用BIM技术直观，信息丰富的优点，可大大减少平面图纸中的错漏碰缺，也为统计工程量提供方便。当前的BIM技术已经可以实现大部分此目标。但对设计院来说，BIM技术仍有待发展，例如BIM软件本地化问题。希望随着BIM软件的完善及本地化，会越来越符合设计院的制图习惯。

此外，性能化分析需依托于各类设备的参数，希望软件商与各厂家联合，制作出更多符合需求的设备BIM构件。

最后，设计院的BIM的应用深度应根据工程实际情况决定，不应盲目追求过深过细的应用。

[1]何关培.“BIM”究竟是什么？[J].土木建筑工程信息技术,2010, 2(3):114

[2]赵志安.基于BIM概念的管道综合碰撞检查软件[A].见:BIM与工程建设信息化——第三届工程建设计算机应用创新论坛文集[C].上海:中国土木工程学会,2011.83-84

[3]汽车库建筑设计规范(JGJ100-98)[S].北京:中国建筑工业出版社,1998

[4]杨远丰.BIM时代设计软件与制图标准的相互对接[J].建筑技艺,2013,(1):204-206

Ap p lic a tion o f HVAC B IM Te c hn ique in Com p rehen s ive Pip e line Pro je c t

NIEXian
China SouthwestArchitecturalDesign and Research Institute Co,Ltd

Combined w ith BIM technique,a HVACmodel,based on an office building’s underground garage project, wasestablished to complete the comprehensive pipeline projectand someanalysisof HVAC.

BIM,comprehensivepipeline,performanceanalysis

1003-0344（2014）02-101-4

2013-4-21

聂贤（1987～），男，学士，助理工程师；四川成都中国建筑西南设计研究院有限公司（610041）；028-62551126；E-mail:2841220323@qq.com