BIM技术在天河软件园办公大楼暖通设计中的应用

梁适

（广东省建筑设计研究院　广东　广州　510010）

BIM技术在天河软件园办公大楼暖通设计中的应用

梁适

（广东省建筑设计研究院广东广州510010）

天河软件园高唐新建区软件产业集中孵化中心三期工程总建筑面积七万多平方，地上10层，地下4层，建筑总高度40m，为综合性科研办公楼。为将其建造成具有示范作用的绿色建筑，绿色设计需求达到国标三星级标准。项目应用BIM技术进行方案参考，协同设计，管线综合和碰撞检查。本文结合BIM技术在此项目暖通设计中应用，罗列Revit 2014软件环境下使用BIM软件进行暖通设计中进行的一些探讨。

暖通设计；BIM Revit；协同设计；管线综合

1　工程概况

广州天河智慧城核心区——软件园高唐新建区软件产业集中孵化中心三期工程（以下简称天河软件园）。建设地点位于广州市天河软件园高唐新建区，高普路与软件路交界地块。三期建设用地面积18589m2，总建筑面积75471m2，其中地上31698.2m2，地下40670.7m2。地上10层，地下4层，建筑总高度40m，为综合性科研办公楼。由于项目是集办公、会议、展厅等各种功能为一体的综合性质建筑，对净高十分敏感，为满足建设单位的要求，建造具有示范作用的绿色建筑，体现企业对社会的责任，绿色设计达到国标三星级标准。本项目大量采用新技术、新材料、新设备、新工艺。全面要求高标准，高精度，高质量。面对智能化新建筑的设计要求，各专业间协调尤为重要，项目内复杂的系统构成，管道设备数量众多，需要一个科学明晰的协调定位系统以便各专业进行科学设计。而本工程通过BIM技术的应用，Revit2014提供了一个全新便于建筑，结构，设备类全专业同时进行协同设计的模式。

2　BIM技术的应用

BIM是Building Information Modeling（建筑信息模型）的简称，是指以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型[1]。BIM技术的应用，则是建立BIM模型的数字化设计方法。应用BIM技术，可在三维模型可在建造之前清晰表达设计意图，直观反映建筑外观、空间、结构构件及设备机械、管道系统。达到设计的良好协调；优化管线布置，从而提升建筑空间高度；便于施工，节省工期与造价；便于物业管理及维护，为日后的物业管理、设备维护、检修升级等带来可视化、信息化的便利。

我院拥有过硬的软件技术及丰富的实际项目经验。已为多个大中型项目建立BIM模型，并实现：数字化方案参考，建立BIM模型，校审图纸错漏、解决专业冲突，三维可视化，三维管线综合设计，配合施工计划进行4D施工管理，配合施工过程进行模型调整，交付竣工模型，施工节点模拟等BIM应用。

本工程使用的Revit 2014平台，集成了建筑，结构，系统三大部分功能，将原有BIM技术平台Revit Architecture，Revit Structure，Revit MEP三者收容一炉，为各专业协同设计提供了可能。利用其内建的工作共享协同机制配合系统组建，我院实现了全专业集中协同设计模式和多方云协同两种模式。全专业集中协同设计模式，项目的各专业人员均在协同房间内，以模型作为提资依据，实现实时核模，现场修改与模型确认。使实现BIM集中协同高效的协同设计。多方云协同模式，项目的各专业人员不在协同工作室时，以云服务器作为基础，进行云协同设计，通过云服务器中中心模型，各专业互相提资，设计修改与模型确认。设计相关方亦可通过登录相应账户进入云服务器查询，调用和保存相关开放文件，随时掌握设计进度和进行工程实况反馈。使实现BIM多方协同高效的协同。

本工程采用全专业集中协同设计模式，其中暖通设计应用BIM软件列表如表1。

表1

3　BIM技术在天河软件园暖通设计中的应用实例

3.1天河软件园BIM设计

应用目标为全专业整体建模，最终建成完整BIM竣工模型交付建设单位。应用目的为解决较矮层高同时保证使用需求的问题。经过初步设计，天河软件园建筑结构设计大量使用无梁楼盖，重难点问题在于精确设计暖通系统以及包括暖通系统在内的系统综合管线，以保证获得足够的空间高度。

3.2协同设计

3.2.1协同设计模式

Revit软件提供了两种协同设计模式，分别为链接模式和工作集模式，链接模式类似于CAD外部参照应用，所链接外部模型不可编辑，不便于全专业协同，为了更好协同设计，本项目采用工作集共享模式，即创建中心文件，各专业工程师获取服务器读写权限，保存专业所需的本地文件，本地文件即为中心文件的实时镜像，具有实时更新的特性，而本专业获取本地文件后，需要建立专业工作集，防止其他专业占用和修改专业所属图元，于协同设计时，通过互相提资和提交修改申请进行工作集内图元编辑。

为建立出天河软件园完整的BIM模型文件，兼顾在协同设计中资源配额以及实时协同的时效性，在搭建模型前对项目进行合理分割，将项目中心文件建设为塔楼部分，裙楼部分，以及地下部分三大中心文件，以便各专业在不同进度，不同设计人员工作过程中灵活调取同步，避免了revit内建的协同机制带来的单独模型情况下中心文件同时同步占用时等待时间过长，权限冲突，实时更新速度受到数据吞吐量制约等问题。

3.2.2协同设计中暖通专业工作流

协同设计中暖通专业工作流如下：

登陆服务器-调取中心文件-建立专业本地文件-建立专业工作集-开始工作-建立工作集内专业平面-设定平面参数-依照方案设计进行系统划分-放置空间-负荷计算-系统编辑-提资建筑结构水电专业-设置阶段化-载入相应族库-布置机房-布置设备-布置管线-布置末端-专业内避让管线-协同设计-获取建筑结构水电专业提资-配合建筑结构专业调整-配合水电专业调整-管线综合-暖通专业复核-生成组-同步设计至中心文件。

由于采取实时更新的工作集模式协同设计，提资和获取提资并依此进行设计调整伴随整个设计流程，无明显时间隔断。

3.3BIM技术中的暖通设计

3.3.1概念体量模型的应用

在本项目暖通工程初步设计阶段，依据绿色设计需求，为更好计算项目热负荷等参数并研究气流组织，在BIM软件Vasari中建立天河软件园概念体量模型。

建立概念体量模型后，运用vasari场地风环境分析，选取了夏季风向（图1）和冬季风向（图2）两种情况进行模拟。

图1

图2

通过分析模拟结果，得出不同风环境下所需参数.结果显示：

①本项目大部分区域满足自然通风条件及有关防火规范的要求，采用自然通风；②计算风压平衡反算透风量以及整体散热量；③确定进排风口位置以及调整空调系统的风口排布，使得场地内风场分布均匀，室内环境风速更为舒适；④配合日照辐射分析，综合分析出项目实际所需围护工程；⑤通过局部的Ansys二次模拟，核算局部气流组织，防排烟系统布置，空调设备室内分布和具体选型。

3.3.2BIM暖通系统模型的应用

（1）协同设计建模

建立本地文件后，载入暖通族库，套用管综模板，完成基本设定，便可以直接在MEP平面中对所在楼层暖通系统进行设计。

BIM技术鲜明特点在其直观性，如图3通过平，剖，三维观察可以同时在多个窗口中观察同一部件在不同角度下的实际情况，避免重复看图，反复参照对比。

图3

在设计时，暖通工程师可以实时看到自己绘画出来的风管，设备，末端，暖通水管等图元，同时可以看到电气专业，给排水专业绘制的桥架，配电，水管等图元内容，各专业间互相观察工作进度，在设计同时就可初步看到明显的碰撞情况，并实时根据管综规定进行管线避让，在设计完成后提供直观的三维管综图，如图4，为施工提供更直观的参考。

图4

（2）碰撞检查

碰撞检查的院里是利用数学方程描述监测对象轮廓，调用函数求检测对象的联立方程是否有解[2]，遇到复杂的设备走廊等设计进度时，各专业不能实时同进度设计，在专业解决内部管线冲突后，各专业模型同步至中心文件，运行revit自身碰撞检查功能，自动检查管线，设备，以及设备类与建筑结构的冲突，并生产冲突报告。生成的冲突报告，反馈给各个专业后，各专业工程师需要根据管综要素，重点分析和提出综合调整预处理方案，进行协商确定解决方案后，进行修改。通过碰撞检查，有效解决专业内和专业间管线冲突，提供合理避让方案，保证管线占用层高，满足建设单位净空要求，而通过直观输出和展示解决方案，提供现场施工指导，减少了施工难度，避免返工。

（3）计算复核

暖通工程设计中主要计算内容包括负荷计算和水力计算，初步的计算结果是建立在设计规范，经验计算公式以及概念体量模型应用，其准确程度并不理想，本项目需要达到绿色三星标准，必须更精准地对计算结果进行复核，并依据复核结果进行调整。本项目中，在对实体模型进行分区后，布置空间进行计算，得出更精准的负荷计算结果，塔楼部分楼层负荷预估冷负荷过大，从而导致了选用的空调设备以及风管风口偏大。经过复核，选用了更小功率的风机盘管，并由于风量减少，通过风管系统内水力计算校核，进一步压缩风管，提升了净空高度。

4　BIM在暖通设计中的其它应用

4.1设备材料统计

由于revit中族库的族属性具有详细的类型，型号，材质，连接类型等具体参数，所建立的MEP模型不但可以记录设计中的空间结构，构件等几何信息，还能利用这些具体参数，按照具体设置，输出设备材料表。由于材料表与模型之间始终带有逻辑相关，当设计进行变更，材料表也会随之实时变化。避免了人工复查，手动输入的繁琐工作和错误。并可与概预算专业提供对接数据接口，进行成本控制。这为项目的概预算提供了数据支持，提升了效率和精度，同时又为业主进行成本控制和精确施工提供了宝贵的参考意见[3]。

4.2施工模拟和施工指导

Autodesk BIM套件中包含丰富的接口将模型应用到各个方面，除了Revit自身的简单漫游功能，还可将项目的三维模型导入Navisworks中，查看暖通管线整体效果，以及管线解决方案预期效果。在MEP模型应用上，通过建立与工程进度整合的4D施工信息模型，即可实现施工模拟，验证复杂管线敷设，复杂设备安装，复杂冲突解决方案的可行性。并输出施工动画，结合Autodesk 360等指导现场施工。未来也可结合AR增强软件，重合实际管线和AR增强图元进行比对，验证安装效果。

4.3运行维护管理信息化

BIM技术提供了建筑全生命期的信息支持。向建设单位提交的BIM竣工模型，可作为机电专业维修管理的重要参照依据。当建筑建成进入运营期，出现暖通设备管线故障时，可通过BIM结合运营智能化管理系统，读取监测点报告，快速确定问题以及问题发生部位，准确了解故障包含的详细信息，便于维修人员进行维护，降低维护成本。

5　BIM技术在暖通设计中遇到问题

5.1系统族库不够完善

非标构件需要自建族，而部分族本土化程度低，由于BIM技术为新兴设计技术，大多数族依托于外国标准建立。而由于国内族库管理类软件处于起步阶段，族库的建设较为简陋，族文件甚至出现类型错误等问题，给BIM技术的推广应用带来阻碍。由于族库不完善，对系统检查，运行模拟等高级功能的运用也难以实现。

5.2前期设计深度较深

相比起CAD操作，在初步设计阶段，BIM就要求相当于平面施工图深度的设计深度，而施工图深度则相当于平面的管综甚至装修图的设计深度。初步设计和施工图设计的区别仅在于末端设备安装，保温层，管线综合排布优化等方面。

5.3报建出图仍然依赖平面出图

国内较早接受Revit Architecture属于建筑专业的BIM软件，行业内已逐步接受建筑类图纸可以由BIM软件直接出图。但是机电类图纸，广为人们接受的还是CAD出图。BIM技术价值在于三维出图，局限于内建的注释功能以及注释类型较少，不能满足出图要求，而国内又暂时没有出台相应规范，MEP模型只能通过输出平面图，再由CAD软件加工符合规范后才可进行报建审批等工作。

由此可见，BIM技术在暖通工程设计上主要应用于协同设计和管线综合，在后续的施工运营阶段应用仍需改进和开发。目前，在大部分项目尚不能实现BIM技术全过程应用的情况下，局部过程，局部专业的BIM应用是发展阶段的比如现象[4]。

6　总结

在本项目中，通过应用BIM项目进行协同设计，检出管线冲突，解决冲突多处，优化了暖通设计，通过各专业协调，解决专业间复杂管线交错重难点部位问题，使得本项目探讨性的BIM设计应用产出实际效益。

BIM作为新兴的建筑设计，施工管理的概念方法，以其直观性，协同性，科学性实现了建筑设计信息化智能化现代化，大大提高了暖通设计效能，通过精确计算，精确设计，精确施工减少大量重复作业和返工浪费，践行可持续发展和实事求是的社会主义科学发展观。相信在不远的未来，BIM技术必定能走出初步应用阶段，从而全面提升我国建筑设计，施工，运营的科学技术水平，展现出其非常重要的应用价值和广阔的应用前景。

[1]张建平.BIM技术的研究与应用.施工技术，2011（2）：116～119.

[2]高原，邓雪原.基于BIM的建筑MEP设计技术研究.土木建筑工程信息技术，2010，2（2）：91～96.

[3]徐浩，梁广伟，耿跃云.BIM技术在世博文化中心项目中的应用.建筑技艺，2010（Z1）：215～218.

[4]秦军.建筑设计阶段的BIM应用.建筑技艺，2011（Z1）：160～163.

TU83

A

1673-0038（2015）04-0013-03

2015-1-8