暖通空调设计与BIM应用研究

王硕

（中国中元国际工程有限公司，北京 100000）

0 引言

从暖通空调行业发展的前景来看，发展方向、发展速度与新兴技术的应用密不可分。在现阶段，在加快暖通空调施工管理方面的迅速发展中，BIM技术作为中流砥柱的力量，其优势不言而喻。近年来行业顶尖人士对BIM技术的不断完善也成为社会关注的主要看点。本文首先对BIM技术进行详细的介绍，然后通过BIM技术在暖通空调工程的安装以及施工方面的应用进行详细分析。

1 BIM技术概述

1.1 BIM技术

现代科学技术快速发展的今天，逐渐出现了很多较为先进的绘图技术，BIM技术是应用范围最广泛的一种，其全称为建筑信息型技术，指的是在设计工作时，根据实际需求，收集大量信息数据，并以此为基础，构建出相应的三维模型。从本质上来说，就是在整个施工周期内，通过数字化的方式对其管理，为各阶段施工活动的进行提供帮助[1]。应用这一技术之后，能够清晰地展示出整个施工流程，将实际情况动态地展示出来，引导施工活动的开展，防止返工现象的出现，不仅保证了工程的进度，而且还降低了投入成本，对整个项目的建设具有重要意义。

1.2 BIM技术的优势

（1）可视化（Visualization）。对建筑行业而言，可视化功能可以发挥积极的作用。建设单位拿到施工图纸以后，需要使用线条在图纸上勾勒出每一个构件的信息，要求工作人员能够从自己的脑海中想象出建筑工程的立体模型，这是一项比较抽象的工作。在暖通空调工程施工时，使用BIM技术能够创建三维立体可视化模型，使用专业化的技术手段对施工模型和施工管理等BIM参数信息实施精确核对，使用模型展现管道和设备的实际情况，为施工人员开展工作提供基础。

（2）强化施工管理。设计暖通工程时，因各个部门的设计师之间缺少必要的沟通导致专业碰撞。例如在布置暖通工程的管道时，设计师各自在自己的施工图纸上绘制，导致实际施工时管线布置与结构设计梁等构件之间发生冲突。使用BIM技术以后，可以模拟整个施工过程，科学地布置管线，将施工过程中的重难点提前反映出来，高效管理关键部位和细节位置的具体施工情况，避免多家施工单位平行施工而导致的交叉问题。

（3）缩短施工周期。在暖通空调工程施工的过程中，施工成本和施工质量受进度的影响非常明显。使用BIM技术通过虚拟模型模仿施工过程可以及时发现潜在的问题，从而不断提升质量和安全，大大缩减施工周期。

（4）减少施工成本。在建筑市场快速发展的进程中，人员工资和建筑材料的费用逐年上涨，人工费和材料费在暖通空调安装施工中占据较大比例，降低了工程的经济收益，应当采取合理的方式控制成本。BIM技术可以仿真模拟具体的施工情况，调整施工管理工作的人员布局，将人工费用支出降到最少，从而使施工成本投入得到科学的管控。

2 暖通空调

暖通空调指的是集采暖、通风以及空气调节功能于一体的空调器。设计暖通空调的根本目的是有效调控环境温度，从而为人们的生活提供更加舒适的环境。暖通空调与普通的空调不同，普通空调只能解决冷暖问题，无法处理空气，而暖通空调属于分户的中央空调，可以营造出更舒服的室内环境，且暖通空调增加了电子除尘器以及加湿设备，可以过滤空气当中的细菌、病毒，同时也可以增加室内的湿度[2]。暖通空调的设计涉及了热力学、流体机械以及流体力学等学科，常用空调水系统变频变流量技术、区域冷热电联供和分布式能源技术、地源热泵等舒适节能空调技术等先进技术。

3 BIM技术在暖通系统设计中的应用

3.1 在准备中的应用

BIM技术可以贯穿于暖通空调施工全过程，各环节都可受到影响。准备阶段，BIM技术可以将准备工作完善起来，降低后续施工的难度，促使着相关的准备更加到位。施工模型建立后，以一种三维立体化的立体图像呈现出来，图像中完整的反映出安装管道和管道安装可行性路径等细节，相关人员可以及时做好规划，对于相关的模型进一步分析，将一切准备工作落到实处，制定出完整的施工计划，促使后续的项目进展科学可靠。通过在准备阶段融入BIM技术，使得相关工作的开展拥有了先决条件，这也是BIM技术的优势之处。

3.2 热冷源设计

对学校暖通系统进行设计时，首先，可以采用多台联机制冷的方式，即在高温的环境内，增加相应的冷负荷，之后对锅炉房进行管理，加强对二次过水的控制，使其能够循环利用，这些水流过高温环境时，将会对热量进行吸收，提升了回水的温度，当其处于相应标准后，在传唤器的作用下，对回水进行处理，使其处于所需要的温度下，以达到暖通的目的。同时，暖通系统设计时，还能够应用太阳能，即选择楼顶适当位置，安装特定的太阳能装置，通过该装置的运行，对太阳能进行转换，变成建筑所需求的热能，并将其存储起来，用于室内温度的调控。此外，在人流量较大的地区，如教室等，应安装冷热源，利用这些冷热源向室内传递热量，以使其温度逐渐提升。

3.3 BIM技术在图纸绘制中的应用

图纸绘制是暖通空调设计的一个关键环节，设计人员不仅需要绘制暖通空调的水泵，也需要绘制空调机组的运行图，难度相对较大，因此设计人员就可以利用BIM技术进行图纸绘制[3]。在绘制图纸之时，设计人员可以利用与BIM模型相关联的数据库查询暖通空调设计的各种参数以及性能相匹配的原件，从而提高绘制图纸的效率。同时，在绘制图纸时，设计人员也可以根据实际的设计需求利用BIM技术调整设计模型，增强设计的科学性与合理性。此外，设计人员还可以利用BIM技术检查设计模型的任意剖面，及时发现设计过程中出现的问题，明确问题出现的原因之后，积极找出解决问题的方法，从而减少施工中的错误，提高施工效率。

3.4 绘制方法

在二维设计中，为了详细表达设备和管线位置，需要使用大量的文字加以说明。使用BIM技术后，管线和设备的位置表达变得非常具体、清晰，同时将点和面等元素应用其中，使暖通空调系统设计工作具有超强的真实性和全面性，最大程度上弥补了以往表达方式的缺陷。

3.5 节能及成本控制

在暖通系统设计中，通过BIM技术可以提前模拟施工设计中对各类资源的需求量，进而为施工成本控制方案制定及后续施工成本控制提供重要约束及参考，避免施工中可能会存在的各类资源浪费问题。通过BIM技术，设计工作者根据学校暖通系统工程实际情况，设计多套暖通系统设计方案，然后对多套方案进行匹配对比分析，从中找出性价比最高、最符合学校实际的设计方案，实现暖通系统综合成本的有效控制的同时，加强暖通系统空间功能的优化及利用，最大限度发挥出暖通系统应用效果。另外，可以根据当前节能环保要求，优先选用节能环保材料，并通过BIM技术来合理调整材料的应用位置，促使节能环保材料作用的有效发挥的同时，有效控制暖通系统施工成本。节能的变频技术是空调未来发展的方向，这与国家所提出的节能减排政策相符，未来我国肯定在空调行业将在变频技术上开发更先进的功能：①变频技术让暖通空调在最少的耗能情况下能最大化地发挥作用，解决了在因在用电高峰时间段里出现电压低与暖通空调超负荷工作的矛盾所带来的设备不安全等因素。②暖通空调的变频技术很好地解决了我国地域差异大，部分地区气候变化大的问题，能很好地解决了因气温变化大给人们带来的不适问题。对人们的生活、工作场所进行合理的温度调节，科学地在冷热交替中保持空调高效能、合理化地运转。③暖通空调变频技术不但很好地解决了季节、早晚温度的差异给人带来不适的问题，将它应用于人口密集的商场、车站，还能通过人流量的变化空调自动执行最合理、最大化、最节能的运行方案。

暖通空调变频技术的优势就在于能通过智能化对环境气温的变化感应，自动执行空调最节能、气温最优化的运转方案，保证气温的平衡，确保设备正常工作状态和保持暖通空调工作效能达到最佳状态，为人们的工作、生活提供一个舒适的环境。暖通空调变频技术的运用是我国空调设备走向智能化的一大体现，很好地解决了空调高耗能与环境保护的矛盾，减少设备使用的资金投入，所以空调变频成为广大空调用户的首选。

3.6 BIM技术在计算机辅助设计中的应用

BIM技术在暖通空调设计当中的应用范围较为广泛，其不仅能够应用在冷热源设计、图纸绘制以及方案辅助设计当中，也可以应用在计算机辅助设计当中。①设计人员可以利用CDF软件对建筑的施工布局、施工环境以及空调装配施工等各个方面进行模拟，从而更好地开展设计工作。②设计人员可以根据暖通空调的实际设计需求，利用BIM技术优化建筑的暖通设计，确保主要功能房间无论在哪个季节都具备良好的通风以及取暖条件，这样不仅可以降低空调的损耗，也能够充分满足使用者对室内温度以及空气的需求。此外，设计人员也可以利用BIM技术模拟每一个季节中暖通空调的动态负荷情况，这样设计人员就可以在掌握空调负荷的基础上进行设计，从而提高空调的运行效率，减少能源消耗与浪费。

4 BIM技术尝试

作为当前较为先进的技术手段，BIM技术的出现，为整个建筑领域的发展带来了更多的机遇，有利于整个建筑领域更好的发展，但与此同时，还带来了诸多挑战，即在BIM技术背景下，如何快速的完成转型工作。对于一些建筑企业来说，对这一内容产生了较高的重视程度，并以此为基础，开展了相关工作，加强了员工的培训力度，以符合BIM设计的要求，但实际当中，遇到了很多问题，如经营模式不符合要求等，导致BIM技术并未得以有效应用。另有一些建筑企业，特别是部分小型企业，因企业资金不足，无法引进BIM技术，未能将BIM技术应用到企业当中。暖通系统设计时，若想要有效对BIM技术进行应用，必须要先选择相应的项目作为试点，验证该技术的具体情况，之后，在逐渐将其他拓展至整个企业当中，以保证企业正常经营的同时，能够有效进行转换[4]。BIM对暖通系统设计的过程中，需要相应的软件完成，最为常见的有Revit等，合理应用这些软件，将会提升整个设计效果。此外，在学校当中，不同的区域具有不同的功能，侧重点略有差异，使得每个区域的设计方案也略有不同，但从本质的角度来说，暖通方式基本相同，包括散热器、多联机空调等方式。

5 基于BIM技术的暖通空调施工设计与传统设计的区别

（1）效率不同。传统的管通管线设计是利用二维平面，根据管线的粗细和各种参数来进行管通管线的设计，可以体现出设备情况给予管线的交汇情况。而BIM技术的应用，通过三维模型的搭建，让施工人员可以直观地看到施工进度和注意事项，通过对管线的全面模拟，可以将设计中点与点的关系转化为点与面的关系，从而让施工人员可以更好地掌握施工进度。

（2）表达方式不同。传统的暖通空调设计一般是通过“线”进行二维设计，让线与线之间进行重叠，反映设计的情况和各种参数水平。而BIM技术的应用，可以将暖通空调设计中的各种详细参数表达出来，这样施工人员在施工过程中，就不需要进行人工的参数标注工作，节省了施工时间及人力成本。传统的二维设计，采用的是点与线的结合，让设计充满不确定性。通过BIM技术进行的三维模型设施，可以通过对设备、管线的精确构建，并可以将各种施工参数加以标记，可以明确地规定施工的材料和管线型号。

（3）绘制内容不同。一般而言，二维构图是利用平面图来区分空调的内部结构、外部轮廓。而BIM技术可以构建更加直观的结构图，包括连接方式、管道型号、管道尺寸以及其他详细的参数信息，为管道施工工作提供了极大的便利。建筑人员可以构建详细的信息库，方便后期对于管道的管理与维护。与传统的二维图纸相比，三维模型的搭建可以满足新时期暖通空调设计的复杂性，可以满足新时期建筑施工的要求。

6 结语

综上所述，相对于传统的二维设计方式来说，BIM技术具有非常多的优势，如设计方案更加直观，图纸可以动态变换与调整，缩短施工周期，减少工程投入，对整个工程的建设具有重要意义。所以，现代暖通系统设计时，应加强对BIM技术的重视程度，并加强对该技术的应用力度，通过该技术，更好地完成暖通系统的设计工作，为施工活动的开展奠定良好基础。