BIM软件应用发展趋势—以暖通设计为例

黄国鹏



BIM软件应用发展趋势—以暖通设计为例

黄国鹏

（西南财经大学天府学院工程管理研究所 绵阳 621000）

BIM通过数字仿真信息技术来模拟建筑物所具有的真实信息，可以用于建设工程设计、建造、和运维管理。从实现BIM价值的三大基本支撑IFC/IMD/IFD的角度，分析当前主流的暖通设计软件在我国的应用现状和发展趋势。高集成化且包含标准化三维族库的BIM设计软件将真正使建筑工程建设实现可视化、可协调、可模拟、可优化，提高工程建设效率。

BIM；暖通设计；IFC；IMD；IFD；Revit®MEP

0 引言

在我国建设工程项目的建设实施中，BIM（建筑信息模型）技术得到了越来越广泛地应用。BIM的理念来源于美国，1975年“BIM之父”Eastman教授在其研究的课题“Building Description System”中提出“a computer-based description of-a building”，为实现建设工程项目的可视化和可协调，减少建设过程中的不可控制因素，提高建设质量，减少建设成本。BIM是基于三维数字技术，集成各种建筑工程数据可视化为各专业设计师、工程师、开发商乃至用户等各环节参与人员提供模拟和分析的协作平台，帮助他们进行建筑项目的设计、建造和运维管理。真正的BIM应改具有可视化、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，提高生产效率、改善沟通效果及加强质量控制等。最终目的是要通过BIM实现整个建设工程项目在设计、施工和运营等各阶段都能有效节省能源、降低成本、减少污染和提高效率。2011年5月20日，中华人民共和国住房和城乡建设部发布了《2011～2015年建筑业信息化发展纲要》。两年后，住建部又在2013年8月29日发布了《关于征求推荐BIM技术在建筑领域应用的指导意见（征求意见稿）意见的函》。随后，全国多地政府相继推出各版本的建筑信息模型的应用标准和实施意见。促使BIM技术在国内建筑行业的进一步发展，提升工程建设的信息化程度，加快建筑信息模型技术在工程建设中的应用，推进信息化标准建设进程，加快自主知识产权软件产业化。作为建筑工程设计中的重要一环，暖通工程设计类BIM软件的发展同样面临着机遇和挑战。

1 暖通工程设计中实现BIM应用的三项基础支撑

信息交换格式IFC、信息交付手册IDM和国际字典框架IFD是实现BIM价值的三大基础条件。IFC（Industry Foundation Classes）数据信息交换格式是一个不受任何一个人或一组供应商控制的中性的和公开的标准，是一个由BuildingSmart开发用来帮助工程建设行业基于数据模型面向对象并可交互使用的文件格式，是一个BIM普遍使用的格式。IDM（Information Delivery Manual）信息交付手册，是为特定阶段确定所需交换信息的执行手册。IDM是验证IFC软件的信息交换框架的组成部分，交换框架始于一个开发并能满足特定工业领域集成信息模型，IDM从用户角度定义建设项目生命周期内用户信息交换的流程。IFD（International Framework for Dictionaries）直译为国际字典框架，IFD为每个数据信息概念定义一个全球唯一的标识码GUID，这样IFD就解决了各国用户对信息术语命名不一致性的问题。

1.1 IFC与信息数据互用

建筑工程设计是一个多个工种互相交叉协同工作的系统性设计，不同工种均有着各自不同的专业设计软件，而大部分设计软件之间又缺少信息互通，不能做到有效的协同设计。以暖通设计软件为例，暖通设计在计算房间负荷时需要载入建筑的几何信息和热工信息，在设计和布置设备管线时需要建筑、结构、给排水和电气管道的空间位置及坐标，以免在以后施工中发生碰撞。所以，暖通设计软件要与建筑设计、结构设计、电气设计、给排水设计等软件之间的信息需要交互使用（互提资料）。IFC的出现就是为了保障各专业设计软件之间互提信息的有效性。

图1 暖通设计与建筑设计信息交换需求

1.2 IDM与暖通协同设计流程

IFC保障了各专业之间建筑信息交换的格式需求，但建筑工程设计是要分阶段、分流程进行的。某个阶段只需要部分专业的必要的信息进行交换，那么如何进行信息交换，交换多少就由IDM来完成。简言之，IDM是用来确定交换信息内容的，IDM与设计流程直接相关。根据《建筑工程设计文件编制深度规定》，我国建筑工程设计阶段分成方案选择、基础设计和详细设计三个阶段。暖通工程设计与建筑专业工程设计之间互提资料同样是按照以上三个阶段进行互提。其中，暖通设计过程可概括为：（1）确定室内设计参数，计算房间负荷。（2）确定系统方案，选定主要设备型号。（3）布置设备管网、进行水力计算及设备校验。（4）与其它各专业之间协同设计，包含管线综合检测、标准制定等。

图2 暖通设计过程与信息交换流程

1.3 IFD和构件族库

建筑工程设计包含了建筑、结构、电气和设备暖通等专业，构件种类复杂，如何实现建筑、设备构件的标准化产品库就显得尤为重要。产品制造的全球化和商业化需要我们有更统一的标准和规范，否则，由于国家、地区、语言和文化背景的不同，信息提供者和信息请求者可能对同一个信息概念会有着不同的表达方式，会导致在信息交换过程中由于信息描述不一致而出现错误。IFD的出现就是为了解决这一问题，基于IFD设计标准化、三维参数化的构件族库，以Revit族为例，族库设计是进行参数化设计构件，可由多个参数属性进行定位，还可根据项目的要求进行模型外观和样式大小的变化，并且可以在建模过程中进行存储与调用。Revit族库也是制约我国BIM技术发展的一大瓶颈，由于其制作繁琐、工程量大等特点，是Revit建模中占用时间较长的一个环节。Revit族库有三种族库类型：“系统族库、标准族库、自定义族库。”目前市场上常用的构件族库有Revit族库（图3）、鸿业族立得（图4）、MagiCAD产品库、天正图库等。

图3 Revit族

图4 鸿业族立得

2 BIM软件在暖通设计中应用的现状

现阶段，国内外BIM设计软件约有30余种，同时，各个BIM设计软件的应用插件也陆续地在被开发。根据不同的建筑形式、工作条件及对建筑信息的需求, 可以使用不同的BIM软件。在暖通设计行业中常采用的主流软件有以下几种：Revit®MEP、MagiCAD、AutoCAD®MEP、天正暖通、鸿业暖通、浩辰CAD暖通等。由于我国《建筑信息模型应用统一标准》还处于研究和征求意见稿的阶段，且现阶段国内建筑设计还无法摒弃传统的二维施工图标准，所以国内软件的三维设计功能不强，大多只是转三维视图和模拟。国外BIM软件三维设计功能比较强大，如Autodes@REVIT系列、Bentley系列等，却又不能完美支持中国的设计标准规范。目前国内大多数设计院均先采用CAD平台绘制二维施工图，然后将二维施工图导入BIM软件如Revit平台软件进行重绘和建模，由二维模型转三维模型。然后各专业在基于三维参数化模型中进行协同设计，提前更正设计错误，提高出图质量。

3 BIM暖通设计软件应用发展趋势

CAD施工图规范和基于CAD平台设计软件在国内设计院使用很普遍，被大多数设计师所依赖，也符合我国现行的二维施工图出图规范。而新出现的基于Revit、Bentley、Tekla等平台-设计软件所出的三维模型虽然可视化程度高、模拟性强，并且可以在协作设计平台实现碰撞检测，但现阶段我国尚无三维施工图标准，无法做到真正的施工阶段模拟，因此BIM软件功能在国内只做到了部分利用。

3.1 Revit®MEP设计软件应用

Revit®MEP是一款真正的BIM设计软件，不需要以二维施工图为参照进行三维设计，而是可以直接通过三维建模设计来导出二维施工图纸，精准设计数据，减少设计误差，提高设计效率。Revit®MEP有着强大的联动功能，设计中在修改信息模型时，其他的相关视图也会自动进行更新，在进行设备模型修改时会出现自动尺寸提示，以便进行设备模型的重新定位。这个功能可帮助设计师们降低建模难度，减少设计工作量，提高工作效率。Revit®MEP可支持IFC格式输出，实现了建筑工程设计各专业之间的信息交换，保持建模过程中参数的一致性，为BIM建设实施的各专业提供统一的数字信息模型。Revit®MEP设计过程大致包括：构件族的创建、修改；风管水管配置、视图编辑；计算房间负荷、布置设备模型、创建逻辑系统；管道连接、系统分析和管道尺寸调整；标注、系统图、碰撞检查等。

3.2 暖通设计中的碰撞检测

碰撞检测是实现BIM应用价值的重要功能之一。在Revit®MEP建立信息模型后，各专业间可利用Revit®MEP协作设计平台（Navisworks）进行管线综合碰撞检测，全面检测管道与管道之间、管道与土建构件之间碰撞问题，并反馈给各专业的设计人员进行设计调整。设计人员根据碰撞检测报告及修改意见，进行优化设计，然后再次进行碰撞检测，直至解决所有的碰撞问题。

图5 综合碰撞检测

3.3 集成设计

当前，建筑行业提倡绿色节能，为了更好地应对日益糟糕的环境问题，建筑设计行业的市场上相继出现了可以进行建筑性能化模拟的计算软件。目前，市场上常用的暖通负荷计算软件分国内和国外的。国内的软件有天正暖通、鸿业暖通、TH-BECH、HDY-SMAD、DeST、PKPM等，国外的有IES-VE、DesignBuilder、Sefaira、DOE-2等。国内的建筑性能化模拟软件的模拟计算功能不够强大，可集成度也低。基于Revit®MEP平台的能耗模拟软件IES-VE、Sefaira可以在Revit内进行快速基本分析，导出模型到IES软件或是Sefaira的网页版后再进行详细分析。DesignBuilder可以一键简化Revit模型并导出gbXML格式文件，但DesignBuilder不能读取Revit模型中的建造信息，需要手工输入。BIM设计软件集成能耗计算模块的目的是为了节省工程建设成本，集成设计嵌入越早才会越有效。建筑能耗计算引擎应当既可以计算出全年能耗又可以计算出动态负荷，BIM建筑设计软件的高集成化将成为未来BIM软件发展的要求。

4 结论

BIM软件应用是现代建筑设计行业发展的新趋势，BIM软件的产生和发展是对设计理念的一种全新的发展和革新。在暖通设计领域，集成了能耗计算功能且具有标准化三维构件族库的BIM软件将会使暖通设计更为精细、合理，更能方便各专业相互配合，增强专业协同设计，以便及时发现和处理设计及施工中的问题，也会使建筑设计更符合绿色节能的要求。随着BIM软件的不断发展和优化，相信在不久的将来，BIM软件将会成为暖通空调设计中更为先进的设计工具。

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The Trend of Software Development of BIM Application in HVAC Design as an Example

Huang Guopeng

( Institute of Engineering Management, Tianfu College of Southwestern University of Finance and Economics, Mianyang, 621000 )

BIM technology with digital information through the simulation of the building, can be used for the design, construction, operation and maintenance management. This article is aimed to analyse the current mainstream HVAC design software in the application status and development trend in China, from the point of view about the three basic support IFC, IMD, IFD to realize the value of BIM. BIM design software, with high integration and standard 3D family library, will really make the construction visualized, coordinated, simulatable, optimizable, improving construction efficiency.

BIM; HVAC design; IFC; IMD; IFD; Revit®MEP

1671-6612（2017）03-269-03

TP317

A

黄国鹏（1979.06-），男，硕士，讲师，E-mail：81908123@qq.com

2016-03-01