基于Revit 的暖通BIM 设计流程探讨

张新记

华东建筑设计研究院有限公司

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）概念的提出已经有几十年的历史，从第一款BIM设计软件诞生、利用BIM 软件进行设计也已经有二三十年的时间。目前国家和地方都在鼓励BIM 技术在建设各阶段的应用，相关的实施细则和应用指南相继发布。然而，目前BIM 技术在设计阶段的应用大多还停留在“建模”或“翻模”的层面，即“计算机辅助绘图”，并未充分利用模型信息，实现“计算机辅助设计”。文章以Revit 为基础，根据对软件设计思想、计算内核的理解，总结可利用软件实现“计算机辅助设计”的流程，并对Revit 的内核计算方法及其与国内规范的差异、处理措施进行分析。同时，结合Revit 软件的编程插件DYNAMO，给出利用DYNAMO 插件进行辅助系统流程设计、实现设计“自动化”的流程与案例，供广大设计人员参考借鉴。

1 项目设置

BIM 设计理念、流程与CAD 设计有较大差异，同时，BIM 设计的模型包含准确但相当繁杂的数据信息。设计模型的准确性、后期数据处理的便利性，与项目的设置有很大关系。

1.1 项目协同

BIM 协同设计的理念与CAD 相似，有部分概念和思路可以借鉴参考，暖通专业一般都需要建筑等其他专业的图纸作为参照，但BIM 设计需要的其他专业的信息更为全面。CAD 设计所参照的只是几何形体，便于本专业的绘图表达。BIM 参照的除几何形体外，还有大量的信息，如房间面积、体积、围护结构的厚度及热工参数等，这些信息可以用于本专业的设计分析，以提高设计计算的准确度，加快设计流程的进度。需要注意的是，在Revit 中链接建筑专业的文件时，需要在设置中勾选“房间边界”选项，以便在设计分析中放置空间作为计算的边界。

1.2 项目参数设定（位置、朝向等）

项目设置中与空调系统设计计算相关的主要是位置和建筑的朝向。Revit 中气象参数（空调设计中的室外空气计算参数）是依据地理位置读取就近气象站的气象参数，并且使用ASHRAE 的统计方法处理后作为负荷计算的参数。项目的朝向决定计算房间的围护结构朝向，对负荷计算影响很大，可根据项目情况正确设置。

1.3 围护结构参数设定

因Revit 模型中已经包含了完整的建筑围护结构的几何信息（如房间面积、外墙、外窗等），与负荷计算有关的参数主要是围护结构的传热系数、热惰性等热工参数。通过链接方式进行项目协调工作时，链接模型的围护结构传热系数等信息并不会带入设计模型，而在机电模型中直接建模时，其信息则可直接利用。需要注意的是Revit 中无法直接设定某种围护结构的热工参数，只能从Revit 的构造类型中选择相应的围护结构材料，无法直接修改其数值，可以间接通过修改安装目录下的Constructions.xml 文件中对应构造的U 值。

2 负荷计算流程及问题讨论

与现有负荷计算流程类似，在Revit 中进行负荷计算也需要输入房间面积、围护结构、内扰等数据，但Revit 的建筑模型已包含了比较全面的数据信息，只需要分步引用后者数据即可。

2.1 放置空间

放置空间的目的是为了对建筑模型的房间进行标记，每个空间存储着系统计算相关的面积、体积、围护信息、使用情况等参数，同时计算的结果也会写入空间信息的相关字段。Revit 中放置空间可以批量自动放置，也可以提取建筑模型的房间名称和编号作为空间的名称和编号，但为方便后期读图和识别，建议对放置的空间编号和名称按一定规则的进行命名。Revit中空间与房间是两个不同的概念，房间是基于图元（例如，墙、楼板、屋顶和天花板）对建筑模型中的空间进行细分。空间是机电设计的概念，存储系统计算的相关数据。

2.2 划分系统分区

在实际设计中，可以根据实际的空调系统负担区域进行分区划分。也可仅为室内参数设定、送风量计算，把相同温湿度控制要求的空间划分为同一分区。Revit 的空调送风量计算以分区为单位进行，在分区中可以设定室内状态点、送风状态点、新风量的计算方法等信息，Revit 依据上述信息，结合负荷计算结果，即可实现分区的送风量计算。

2.3 设定室内使用功能、内扰及时间表

系统分区划分后，在分区属性中即可对每个分区的室内设计状态点、湿度控制要求、新风量计算方法进行设定。每个房间的使用功能、内扰、人员等信息均在空间属性中进行设定，可以根据项目实际需求，对每种使用功能的房间进行设置后应用于对应房间。可设定的内容包括：人均占用面积及人员时间表、照明功率密度及照明时间表、设备功率密度及设备时间表、新风量计算方法等，其新风量计算按ASHRAE 推荐的方法，可分别设定人员的新风量、单位面积的新风量及按换气次数计算新风量，可根据实际需求设定。

2.4 生成负荷计算报告

设置好项目的围护结构信息、地理位置和气象参数信息、房间的使用功能及室内设计状态点等参数后，即可利用Revit 执行负荷计算。值得注意的是Revit 的负荷计算结果中已包含房间的送风量数据，如果房间的室内设计温度、相对湿度、送风温度设定不合适，会在焓湿图分析中出现错误提示，需要对相关参数进行调整。同时，Revit 中也允许不设定湿度控制，湿度参数作为“浮动变量”根据最小再热或没有再热的原则由焓湿计算确定，此种方法与实际设计过程较为一致，但实际设计中一般不设再热。

2.5 负荷计算方法讨论

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736－2012）第7.2.4 条，“空调区的下列各项得热量，应按非稳态方法计算其形成的夏季冷负荷，不应将其逐时值直接作为各对应时刻的逐时冷负荷值：①通过围护结构传人的非稳态传热量；②通过透明围护结构进人的太阳辐射热量；③人体散热量；④非全天使用的设备、照明灯具散热量等。”[1]目前，国内常用的负荷计算方法为谐波法和冷负荷系数法（传递函数法）。对新风负荷、冬季空调热负荷采用稳态计算方法。《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2015）附录中也只给出了夏季空气调节室外逐时计算焓值[2]。设计中常用的负荷计算软件，如鸿业负荷计算软件可选谐波法或RTS 法（辐射时间序列法）计算。华电源空调负荷计算软件采用谐波法，其新风、空调热负荷可选择非稳态算法，但非稳态算法的气象参数取值目前没有规范依据。Revit 的负荷计算采用RTS 法，是ASHRAE 推荐的非稳态空调负荷计算方法（热平衡法的简化），计算原理满足目前规范要求的非稳态算法。

Revit 负荷计算所采用的气象参数是根据ASHRAE 气象数据统计的方法得出的（ASHRAE 给出的气象参数包含不保证率0.4%、1%等工况，Revit 均采用不保证1%的气象参数），其数据来源和统计方法与现有规范存在较大差异，且其在Revit 中也仅可以修改制冷设计干球温度，制冷设计湿球温度，制冷设计平均日较差以及制热设计温度，晴朗数几个参数，不能满足国内设计计算的需求。另外的差异在于设计流程，国内常规的设计流程是负荷计算独立进行，与空调箱的选型、室内实际的状态点无关。Revit 负荷计算把焓湿计算与负荷计算耦合进行，室内的湿度可以选择是“浮动的”或者是控制值，控制湿度值会有再热负荷。

2.6 Revit 与第三方负荷计算软件的交互

Revit 也开放了与第三方负荷计算软件的交互，可以选择将模型导出为gbXML（绿色建筑扩展可标志语言）格式的文件，通过第三方负荷计算软件（如鸿业、华电源负荷计算软件）打开，修改相应的围护结构参数、气象参数、室内参数等，按规范要求的负荷计算方法、气象参数进行负荷计算，将结果导入Revit 继续下一步的设计流程。

在Revit 可以导入其他负荷计算软件导出的gbXML 文件，将其结果作为Revit 下一步设计的依据，但目前国内主流负荷计算软件尚不具备导出gbXML 的功能，故通过gbXML 进行负荷计算结果的交互目前并不顺畅，通过将负荷计算整理为Excel 文件导入的方法在5.1 节详述。

3 风系统的设计流程

3.1 空间送风量及风口布置

在执行负荷计算后，Revit 负荷计算报表中已有每个分区的负荷、送风量，可以根据分区或房间的送风量、气流组织需要，选择符合需求的送风口类型并布置送风口、设定送风口的风量。回（排）风口及回（排）风口的风量。需要注意的是，设定的风口风量是作为实际风量，影响系统风量、水力计算等后续设计计算。

3.2 风系统设置

风系统的设置包括：风系统的类型、风管类型与布管方式、水力计算参数的设置等。

Revit 中风系统属于系统族，只有送风、回风、排风三种类型（与送风、回风、排风三种系统分类相对应），每种类型与其图面表达方式、连接方式和水力计算相关。可以根据项目的实际需求，将项目中的所有风系统类型依照Revit 的系统进行归类，复制并按实际需求修改，创建符合设计需要的系统类型。

Revit 中有矩形风管、圆形风管、椭圆形风管三种风管族，每种风管族有若干中风管类型，可以根据需要新建或修改已有风管类型，在风管类型中可以设置风管的粗糙度、弯头及三通等风管配件的形式。软件中包含默认的风管尺寸规格，但其尺寸规格与国内常用的风管规格并不一致，需根据项目需求修改、添加符合要求的规格。另外，与水力计算相关的空气密度、动力粘滞系数与国内各种手册的数值基本一致，一般可不用修改，有特殊需要的项目可按需修改。

3.3 划分系统及生成风管方案

根据设计需求，把同一风系统的风口、设备创建为一个逻辑系统，Revit 根据系统分类及对应的风管类型设置，可自动生成风管系统的布局，并且提供不同的布局方案、修改布局方案的选项。创建系统时，等于为项目中相关图元创建了逻辑关系，例如，送风系统可能包含风管、管件、散流器和送风设备。

3.4 风系统检查、水力计算、水力计算方法讨论

风系统创建完成后，可以执行风系统检查，以便了解空气流量，流向等信息以及系统连接是否正确。可以根据规则对创建的风系统管道大小进行调整：包括限定比摩阻、限定流速、等比摩阻、静压复得，并且还可限定风管尺寸等，完全可以满足设计需求。系统调整完成后，可生成系统的水力计算报告，报告中会有详细的计算取值、最不利环路等信息。

图1 某项目风系统水力计算结果示例

Revit 风系统阻力计算方法：

风管阻力的计算方法为Darcy-Weisbach（达西－魏斯巴赫）公式，《实用供热空调设计手册》（第二版）给出的比摩阻计算公式为Colebrook（柯列勃洛克）公式[3]，因其为隐式方程，计算过程复杂，常规的计算方法是查表。Revit 关于风管比摩阻的计算可以选择Colebrook（柯列勃洛克，ASHRAE 手册推荐计算方法）公式、Altshul-Tsal 公式（ASHRAE 手册推荐计算方法，不需要迭代计算）、Haaland（哈兰德，CIBSE 手册推荐计算方法，不需要迭代计算）公式三种计算方法。

设计中风管局部阻力的计算，一般按手册推荐的局部阻力系数或压力损失的数值计算。Revit 中对局部阻力的计算分几种情况：对于风口末端，可以指定其阻力损失（全压）或局部阻力系数。对于风阀等风管附件、弯头等风管配件（只有进出两个接口的管件），可以指定阻力、指定阻力系数、或按ASHRAE 手册表中的系数。对于三通、四通等管件，则只能指定其局部阻力系数按按ASHRAE 手册表中的系数。根据对比《实用供热空调设计手册》（第二版）11.3.2 节数据[3]与《2017 ASHRAE handbook fundamentals》附表[4]数据，二者基本一致。故，风系统水力计算方法、准确度完全可满足设计需求。

系统风量的计算方法：Revit 族的定义中，流量设定的一般方法为，层级在上的父设备，应设为按计算，流量按下游设备流量累加计算，如风机、空调箱、VAV BOX 的送风。层级在下的子设备，应设为按预设，其流量作为父设备流量计算的来源，如风口、VAV BOX 的进风。按系统与流量分配系数配合使用，如多台空调箱为同一区域送风，多台空调箱的出风口连接器可设为按系统，结合流量分配系数一起使用。

4 水系统的设计流程

4.1 水系统设置

水系统的设置同风系统类似，包括：管道系统的类型、管道类型与布管方式、水力计算参数的设置等。

Revit 中管道系统属于系统族，只有循环供水、循环回水、排水等类型（与循环供水、循环回水、排水等系统分类相对应），每种类型与其图面表达方式、连接方式和水力计算相关。可以根据项目的实际需求，复制已有管道系统并按实际需求修改，创建符合设计需要的系统类型。

在管道类型中可以根据项目实际管材设置管道的规格（公称直径、内径、外径）、管道的粗糙度、弯头及三通管件的形式。软件中包含默认的管材规格，与国内常用的管材规格并不一致，需根据项目需求修改、添加符合要求的规格。另外，与水力计算相关的不同水温对应的密度、动力粘滞系数与国内各种手册的数值基本一致，一般可不用修改。可根据需要添加其他液体（如乙二醇等）的参数。

4.2 水系统划分及生成水管方案

根据设计需求，把同一水系统的末端（风机盘管、空调箱）、设备创建为一个逻辑系统，Revit 根据系统分类及对应的管道类型设置，可自动生成管道系统的布局，并且提供不同的布局方案、修改布局方案的选项。在Revit 中，可以不必把所有末端设备均与管道系统实际连接，允许在末端和管道系统之间建立分析连接，以便继续水力计算或管网分析；也可以把复杂水系统如二级泵系统等按回路进行进行拆分，分别进行系统分析。

4.3 水系统检查、水力计算、水力计算方法讨论

水系统创建完成后，可以执行管道系统检查，以便了解水流量，流向等信息以及系统连接是否正确。可以根据规则对创建的水系统管道大小进行调整：包括限定比摩阻、限定流速，并且还可限定管道尺寸等，完全可以满足设计需求。系统调整完成后，可生成系统的水力计算报告，报告中会有详细的计算取值、最不利环路等信息。

Revit 水系统阻力计算方法：

管道阻力的计算方法为Darcy-Weisbach（达西－魏斯巴赫）公式，《实用供热空调设计手册》（第二版）给出的比摩阻计算公式为Colebrook（柯列勃洛克）公式，因其为隐式方程，计算过程复杂，常规的计算方法是查表。Revit 关于管道比摩阻的计算可以选择Colebrook（柯列勃洛克，ASHRAE 手册推荐计算方法）公式、Haaland（哈兰德，CIBSE 手册推荐计算方法，不需要迭代计算）公式两种计算方法。但循环管网的水力分析只能用Colebrook 公式。

设计中管道局部阻力的计算，一般按手册推荐的局部阻力系数或压力损失的数值计算。Revit 中对局部阻力的计算分几种情况：对于末端设备（风机盘管、空调箱、冷机等），可以指定其阻力损失或局部阻力系数。对于阀门等管道附件、弯头变径等管道配件（只有进出两个接口的管件），可以指定阻力、指定阻力系数、按表中的系数（此处的表为ASHRAE/CIBSE/Crane 手册的附表）、或使用有关类型的定义。对于三通、四通等管件，则只能指定其局部阻力系数为按表中的系数、或使用有关类型的定义。根据对比《实用供热空调设计手册》（第二版）26.5.2 节数据[3]与《2017 ASHRAE handbook fundamentals》附表[4]数据，ASHRAE 附表的K 值偏小。在参考文献[5]中给出了详细的局部阻力系数数据，实际设计中可根据项目实际情况定义相关类型的阻力系数。

系统流量的计算方法：参照风系统流量定义方法，相关原理及思路基本一致。对于多台水泵并联的情况，可以定义为泵组，指定每台泵的流量系数。

5 Dynamo 辅助系统流程设计

Revit 作为一个功能强大的平台，不仅开放了开发接口，同时从Revit 2016 版本开始支持可视化编程语言Dynamo，大大降低的工程设计人员通过编程解决实际问题的难度，可以根据实际设计流程和需要，编制相应的程序，使Revit 更好的为设计流程服务。

5.1 第三方负荷计算与Revit 模型数据的交互

因目前尚未有适合国内设计流程的负荷计算软件可通过gbXML 文件与Revit 模型直接进行数据交互（Revit 模型导出gbXML 文件-导入第三方负荷计算软件-计算结果导入Revit 模型），可通Excel 与Revit 数据交互间接实现。把Revit 导出的gbXML 导入第三方负荷计算软件，修改相关的围护结构参数（需要对导入的围护结构进行检查，因其会存在识别错误、划分为大量小块面片等情况）、气象参数、室内状态、内部人员照明等数据，然后把负荷计算结果导出为Excel 文件，通过Dynamo 读取Excel 负荷数据、写入对应空间的负荷字段。也可以通过此方法直接把房间的计算风量写入。

5.2 规范一致性检查

在设计中，设计成果的合规性检查一直困扰着从业人员，但在以Revi 为代表的BIM 设计流程中，这个问题可能会有相对较好的解决方法。如一般的防火阀设置问题，现有二维设计中添加繁琐、无法自动核查，通过Dynamo 编程，识别风管类型和墙体类型，实现防火阀的自动添加和核查。另外，排烟量的计算与核查等均可通过Dynamo 编程实现或辅助。

图2 利用Dynamo 节点实现自动添加防火阀示例

5.3 其他批量处理功能

在现有设计中，有很多繁琐、重复性的工作，在BIM 设计流程中都可通过Dynamo、编程实现批量化处理，极大降低工作强度。相关应用包括对风管、水管系统自动添加标注、自动生成穿墙套管或留洞、对风水系统自动添加符合规范的保温层、不同耐火极限风管识别处理、图纸批量生成与导出等。

6 结语

文章以Revit 为例针对暖通专业BIM 设计过程中，从项目设置、负荷计算、风系统设计及水力、水系统设计及水力计算、Revit 软件计算方法与国内设计规范和手册的差异等方面进行阐述，并对设计过程中需要的数据交互、批处理等方面，结合Revit 的二次开发工具Dynamo 进行示例性说明，相关的思路可供相关专业人员参考。