基于建筑信息模型技术的暖通空调设计软件开发

赵志安 于晓菲 邱相武 康忠良 鲍玲玲 王一帆

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

基于建筑信息模型技术的暖通空调设计软件开发

赵志安 于晓菲 邱相武 康忠良 鲍玲玲 王一帆

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

基于建筑信息模型技术的暖通空调设计软件开发是现代计算机技术和暖通专业技术发展的必然结果，是一次软件水平大幅提升的机会，对于暖通软件开发技术人员来说是一种挑战，也是一次机遇。软件功能由以往的零散化向集成化发展，由以往的封闭系统向更加开放化的系统方向发展，更加注重数据在建筑全寿命周期内的唯一性，更加强调专业内或专业间数据共享，达到有效利用专业模型数据的作用。本文结合新一代暖通空凋设计软件的开发，根据我国目前暖通设计需求，对如何利用建筑信息模型技术进行探讨。

建筑信息模型；暖通空调；专业协同

1 引言

本论文得到“十二五国家科技支撑计划课题：基于建筑信息模型综合规划设计技术研发应用”的支持。近年来，随着绿色建筑设计的逐渐推广，相关建筑领域的设计软件开发也开始适应绿色建筑设计发展的需要，关注建筑全寿命周期内的应用，由于绿色建筑设计技术是集合了传统设计中的多个专业，软件也由单一专业设计软件向系统设计软件扩展，由施工图设计向包括建筑运维在内的全寿命周期扩展，即使在设计施工图设计阶段，也由专业间数据简单文件传递向专业间的协同设计扩展，使用新的技术使得描述对象唯一化，对象数据唯一化，数据使用达到最大化。其中关键技术就是建筑信息模型(BIM)技术。目前，PKPM系列设计软件正在向新一代基于建筑信息模型技术的设计软件产品发展，本文结合目前暖通空调新一代设计软件的开发，就如何利用建筑信息模型技术于产品开发进行探讨。

2 建筑信息模型技术在暖通空调设计软件开发中的应用

2.1 利用建筑信息模型技术描述专业对象

暖通空调设计的对象主要包括设备、管道、附件，以往以施工图设计为中心的设计建模强调的是图面表达，以符号为主，不关心其实际物理属性(几何和性能参数)，所有数据都在设计者心中，离开设计者，许多信息会变得不完整。而利用建筑信息模型技术建模的基本要求就是模型中包含对象的所有信息，包括外观形状和性能参数，这些信息为后续设计分析工作提供条件。

面向对象设计是实现信息模型的设计方法。根据暖通专业对象不同，确定不同的描述方法。暖通设备种类多，形状复杂，如何比较真实描述其几何和专业参数是软件设计的关键。几何描述是暖通设备展示的一项复杂技术。难点在于暖通设备形状差异太大和种类繁多，设备几何描述又是模型三维展示的基础，设计软件永远无法将设备完全一样的显示，也不可能将各种型号的设备完全包含在内，因此表达形状近似需要有一个度，表达方法需要开放式表达，用户可以扩充。如水泵电机外壳有许多散热肋片，有许多小螺丝，从视觉角度，没有必要完全按照真实地肋片个数和肋高显示，因为人们关心的是水泵，只要“像”就可以，在后续的碰撞检查中，只需要控制外轮廓尺寸，所以适当简化外形表示，即减小了制作工作量，又减少了计算机大量内存，同时提高了显示效率。性能参数描述需要分类设计，对于制冷机，有离心制冷机、吸收式制冷机、往复式制冷机等，不同制冷机不仅形状差异很大，技术参数也不同，要详细描述这些设备，必须根据对象的不同设定不同的描述参数，由于同类制冷机的不同型号参数数量相同，只是参数内容不同，可以按照产品样本方式描述这些参数，样本可以提供足够的设备信息，包括设备基础做法要求等。对于管道的描述，它涉及到管材、连接方式和管道外各层的做法，管材涉及管材标准及管件标准，管道外材料包括防腐层、保温层、保护层、管道类别标记和流向标记，它涉及到施工做法，以前由施工说明中的说明内容也要添加到对象的描述中，所以，对于管道需要分成多个类别描述，包括管道本身和外包材料及施工做法描述。

由于对象的真实描述，使得信息量非常大，必须结合专业特点有效组织数据。前面提到使用产品样本方式描述设备，使用管材库描述管材，使用材料库描述保温材料和做法。做到尽可能面向对象，抽象数据类，减少数据冗余。

建筑信息模型技术就是要尽可能将对象的全部信息记录到对象中，为专业分析、专业协调、后续设计和施工、运维等提供足够的设计阶段信息，今后在施工阶段，只要施工技术人员利用移动设备查看设计模型，一切设计信息都可获得，在设备系统调试阶段可以随时查看每个设备的设计参数、每个风口的风量、每段管道的做法等。可见模型建立的是否完整取决于专业数据结构设计，对后续阶段应用具有很大影响。

2.2 注重模型三维显示效率

从不同视角三维显示出暖通设计的设备、管道及其附件贯穿于整个设计过程，在设计过程中，需要随时查看建立的模型，检查设备布置、管道走向是否合理，在特殊需要空间布置时，还要在空间布置管道，在设计完成后，观察全楼系统情况。由于暖通系统有大量的设备和附件，需要占用大量计算机内存，为提高显示效率，加快显示速度，除图形平台提供较强的显示功能外，从专业本身编程考虑，在构造三维实体时也应考虑显示效率，如根据显示应用情况，在概略显示整体情况时，可采用较粗的实体构造方法，如水管采用单线表示或圆周采用较少等分段数，在需要局部放大观察时，详细构造实体形状。

2.3 实现模型和施工图的关联

模型和施工图相关联的主要目的就是保证模型和施工图保持一致，一处修改多处自动修改。目前我国大部分设计单位仍以施工图设计为主，目前施工图主要包括平面施工图、系统图、剖面图、详图、施工总说明和材料表等。由于模型中包含了对象全部信息，这些施工图完全可以通过分析自动生成，但考虑到施工图表达和真实对象的差异，需要增加一些与绘图相关的设置参数，如立管圆圈大小设置、法兰表示方法、设备图例等。由于各种施工图中的对象都来自于模型对象，通过项目管理和数据组织，将模型和施工图相关联，可实现在任一施工图中的对象修改都自动反映在其他图纸上，包括设备管道属性、位置、几何尺寸以及相应的标注，实现数据同步。标注在施工图设计中占有比较大的工作量，为实现标注的统一自动更新，标注可与标注对象相关联，这样在涉及到管道尺寸、设备型号等属性设计变更时，通过标注对象找到对象的标注，自动进行标注的自动更新。

2.4 注重专业计算分析和智能检查，最大限度地利用模型数据

暖通设计模型数据除满足设计施工图的要求外，在辅助设计中应发挥更大作用。辅助设计包括专业计算，如负荷计算、风量统计、管道尺寸选择、设备选择、能耗分析、系统水力计算等，专业内和专业间管道碰撞检查，规范检查等功能。管道碰撞检查是BIM软件中非常引人关注的功能，对于大型工程来说是一必不可少的工具，在建模过程中，可以随时检查暖通专业和给排水专业管道设备、电气桥架之间的碰撞，也可以检查是否满足管道最小间距要求、设备操作维护空间要求，避免专业冲突发生，同时利用专业间数据共享，检查结构墙、梁、板留洞是否正确，与建筑布置是否冲突。规范检查是一个新的数据挖据领域，也是今后中国P-BIM标准的基本要求，特别是强制性条文检查。由于暖通专业设计对建筑专业模型数据依赖性很高，包括区域划分、区域功能、围护结构做法、防火分区、防火门设置、疏散楼梯等，首先应与建筑数据充分共享，为暖通专业设计是否满足建筑防火设计规范、建筑热工设计规范、暖通空调设计规范条文智能检查提供分析依据，设计全专业信息齐全的模型，不仅能够进行暖通专业本身的设计检查，还能够进行所有可量化的设计规范条文的智能检查，大大提高设计质量和效率。可见建筑信息模型技术在建筑设计中的利用，具有非常大的潜力，能够产生许多附加值。

2.5 强调专业间协同和互提资料

对于暖通专业来说，上游设计专业的修改，会影响本专业的设计，如建筑房间功能修改、墙移位、梁高变化等，而水电专业的修改，也会影响设备和管道的空间布置，所以暖通专业在设计过程中，应随时得到所有相关专业的修改信息，做出处理判断，调整系统设计，重新进行负荷计算，重新进行碰撞检查。暖通专业的设计变化，也需要及时通知其他相关专业，特别是需要其他专业配合的变更，如结构留洞、电气配电点参数、影响吊顶高度等情况。通过协同设计管理将各个专业信息进行管理，保证各专业图纸的一致性。

专业间自动互提资料也是BIM软件的另一大亮点，对于暖通专业来说，需要将结构墙板留洞、设备基础要求、设备荷载、水箱管道荷载、预埋件、设备运输通道、设备配电要求、设备控制要求、给水要求等在设计过程中提供给相关专业，由于BIM 暖通软件具有设备管道的信息，大部分需求可以自动生成，包括图纸或数据，自动提供给相关专业，提高了专业间互提资料的效率和准确性。

2.6 考虑专业数据开放

专业数据开放是今后BIM软件的方向。专业数据共享，可以充分利用社会资源，发挥各种专业软件的作用。设想每个软件开发商都做自己擅长的部分，而不是大而全的全专业软件，大家通过建筑信息模型标准建立联系，返回数据，供其他相关人员使用，每个部分都能做精做细，软件水平也能大幅提高。如设备厂商按照统一标准数据格式，准

备产品数据，定义产品外形、产品规格性能，各种分析和绘图软件都能直接使用，无论对用户还是设备厂商都是有益的。数据共享的前提需要制定各相关领域的输出数据标准，各软件开发商都按照统一数据标准输出和读入，达到暖通专业可以读取任意软件开发商的建筑、结构、水、电专业数据，同时也能读取其他软件开发商的暖通专业模型数据和产品信息。目前结构软件已经先行一步，各软件开发商互做接口，做到同一个模型多个软件进行计算，互相比较计算结果，这样，可以充分发挥各软件的特点，也能比较不同计算方法的计算结果。专业数据共享不仅有益于本专业，也有益于相关专业，因此专业数据开放是今后软件开发的必然趋势。

3 结论

利用建筑信息模型技术开发暖通空调设计软件是今后软件的开发方向，基于建筑信息模型的暖通软件应具备以下特点：

(1)所有设计成果来自于统一的专业信息模型，为在建筑全寿命周期使用提供依据；

(2)在专业信息模型基础上，结合专业特点进行数据挖掘，提高软件智能性和提高设计效率；

(3)设计过程中实现专业间协同，通过信息化管理进行专业间互提资料；

(4)具有开放的数据导入和导出接口，可与第三方软件衔接。

The Development of HVAC Design Software based on BIM

Zhao Zhian,Yu Xiaofei,Qiu Xiangwu,Kang Zhonglian, Bao Lingling,Wang Yifan

(CABRTechnologyCo.，Ltd.，Beijing100013,China)

The BIM-based HVAC software is an inevitable result of the combination of computer technology and HVAC technologies. It is a chance of great improvement of the level of HVAC software. For the HVAC software development engineers, it is a challenge as well as a chance from scatters to integration and from a closed system to an open system. For LC of buildings, the unique characteristics and data share within and between professions to effectively use the professional models are concentrated. Based on the development and requirements of new HVAC design software,the research on how to use BIM technology are discussed.

BIM; HVAC; Interoperability

“十二五”国家科技支撑计划(2012BAJ09B04)

赵志安(1959-),男,研究员。长期从事建筑设备及节能设计和软件开发工作。

TU83;TU17

A

1674-7461(2015)02-00105-03