暖通工程设计与施工研究

摘要:BIM技术（建筑信息模型）作为完备的信息模型，能够实现建筑工程全生命周期的信息集成，从而为工程设计与施工提供一体化信息模型，促进建筑工程项目的顺利实施。以实际工程为例，阐述了BIM技术在建筑暖通工程设计与施工中的应用，以期提高BIM技术应用水平，保障建筑工程按时按质完成。

关键词:BIM技术；暖通工程；设计；施工

在建筑工程中，传统的建筑设计以平面CAD图纸依托，以点、线的坐标、样式等表达工程内容，难以直观地体现各工程之间的逻辑关系，如工程设计存在问题时，仅依靠设计图纸难以及时发现，而这些问题在工程施工时发现和变更，将造成工程施工成本增加，影响施工进度。例如，暖通管线布局存在不合理、碰撞等问题，对工程施工造成困扰。随着建筑行业的发展，建筑设计与施工协同施工技术受到广泛的关注，并取得了显著的研究成果。BIM技术（建筑信息模型）作为完备的信息模型，能够实现建筑工程全生命周期的信息集成，从而为工程设计与施工提供一体化信息模型，促进建筑工程项目的顺利实施。

1工程概况

本工程为惠安县社会福利中心项目，总建筑面积约为28544.87m2，其中，地上建筑面积为22481.67m2，地下建筑面积6063.20m2。建筑层数为1~8层，地下1层，建筑总高度3.3~29.70m，主要包括老年人福利中心、儿童福利中心、救助站、救灾物资储备仓库及变配电室、门卫等，钢筋混凝土框架结构。根据工程设计内容，本项目包括建筑工程、结构、室内外装饰装修、电气、给排水、暖通、电梯、消防、智能化、园林景观、室外工程、照明及相关配套工程等所有工程的施工、基坑围护施工、预制构件生产和施工等内容。暖通工程包括空调系统、通风系统。本工程大楼舒适性空调设计采用可变制冷剂流量空调系统，空调新风由专用商用多联新风机处理，新风系统按层按区分别设置，新风机放置在专用机房或走道吊顶内，新风负荷全部由新风机承担，新风经过滤、冷却处理后送至各房间和内廊。办公室、值班室、各科办公室、老年人居室、疗养室等房间采用室内机加独立新风系统，公共交流区兼养护单元餐厅、教室、阅览室、多功能厅、门厅等人员密集、新风量大，从舒适性空调使用标准及节能考虑，其空调新风采用全热新风交换器，引入室外新风确保室内空气品质，并回收室内排出气体中的冷量/热量；全热新风交换器根据房间的层高，设置于吊顶内。通风系统主要包括楼梯间加压送风系统、地下车库排风兼排烟系统及机械进风系统。排风量以6次/h换气次数计算，进风量以5次/h换气次数计算。

2传统CAD图纸应用存在的问题及BIM技术应用优势

在传统的建筑工程设计与施工中，工程设计单位与施工单位均基于平面CAD图纸，难以全面体现工程设计内容，致使建筑工程项目施工出现较多问题，主要包括工程设计与施工两个方面问题。2.1工程设计阶段的问题。首先，当建设单位需求变化或施工阶段因实际情况导致设计方案变更时，可能出现图纸更新不及时造成施工现场图纸与设计图纸不一致的情况发生；其次，由于工程设计阶段各专业独立成图，各专业间沟通较少，造成施工时各系统碰撞情况严重，造成工程施工成本增加，影响工程施工进度；最后，在项目推进实施过程中，由建筑设计负责人提供技术支持，配合施工单位完成各环节的实施，施工过程中出现的施工图纸变更大多在工程管理后期收集和整理，极易导致工程设计与实际施工不符的情况发生。2.2工程施工阶段的问题。由于传统工程设计基于CAD图纸，当设计图纸发生变更时，信息传递相对滞后，极易导致图纸更新不及时，从而导致返工现象的发生。同时，由于CAD二维线性施工图纸立体性较差，各专业施工相对独立，可能造成“错、漏、碰、缺”问题的发生，从而影响了整个建筑工程施工进度，导致施工成本增加，影响建筑单位经济效益。2.3BIM技术应用优势。相较于传统的CAD二维图纸，BIM技术能够实现三维工作平台协同和信息传递，有效解决建筑设计与施工整体性差、协同性不强等问题。借助于BIM技术，能够改善二维图纸以点和线表达的问题，以三维立体的形式全面设计和展示建筑信息模型，提高工程设计的全面性与准确性，有助于提升建筑设计质量，有效降低建筑施工二维设计中“错、漏、碰、缺”问题发生几率，减少工程返工，从而缩短建筑工程施工周期，提高建筑企业经济效益与社会效益。

3BIM技术在暖通工程设计及施工中的应用研究

BIM技术适用于建筑工程全寿命周期管理，覆盖建筑工程设计至运维管理的全过程。从整体而言，BIM技术的应用关键在于工程设计与工程施工阶段。3.1BIM技术在暖通工程设计中的运用。3.1.1BIM技术在暖通管道综合中的应用。借助于BIM技术，设计人员创建具有机械功能的HVAC系统，并为供暖和风道系统管网提供三维建模，实现拖拽视图内设计元素对模型进行调整，能够在平面视图和剖面图中完成建模，满足设计人员使用需求。当任意视图变更修改时，其他模型将随之发生变化。借助于BIM技术建立暖通工程模型，能够直观呈现各管线所在区域模型，实现管线交叉、转角及碰撞的实时检查，确保工程设计的准确性（如图1所示）。此外，BIM技术绘制的模型具有综合性，设计人员能够任意选择剖切图，具有生成相应的剖面图，提高了工程设计效率。图1基于BIM技术的暖通工程管线综合示意图3.1.2BIM技术支持产品库设计模型传统的CAD平面设计与点和线实现设备、管线的表达，一般是通过投影轮廓线表示空调组和风道管线等，难以形成直观展示产品类型。BIM技术支持内容丰富的设备产品库，设计人员可直接在产品库中选择、调用产品外形尺寸数据和性能参数，并可根据实际需求对产品模型进行参数自定义，从而构建以实际设备参数为基础的设计模型（如图2所示）。具体操作中，设计人员既可以复制既有尺寸的产品模型，使用产品制作器对产品库模型参数进行修改，又可以通过项目管理文件调出相应的数据信息，实现产品模型与工程实际的关联。3.1.3管道、风道尺寸确定及压力计算。依据相关规范及标准，设计人员借助于BIM软件内置的计算程序，可自动计算通风流量及风量损失，以此确定通风及各系统管线的规格，而无需借助于其他工程类软件。同时，设计人员可使用风道和管道定尺寸工具为管网和管道系统设置动态的定尺寸方法，包括适用于确定风道尺寸和管道尺寸的摩擦法、速度法和静压复得法等，大大提升了工程设计效率，确保了工程设计信息的一致性和准确性。3.1.4BIM技术加强工程设计专业间协作。基于BIM技术绘制的三维信息模型，能够将暖通工程中空调、制冷、通风各系统设备、管线数据集成在同一平台中，任何设备、管线都通过定位展示在模型中，从而明确了暖通工程机房设备、主干管线尺寸、路由和三维定位等情况，当其他系统需要设计或变更时，能够及时发现工程设计中存在的管线交叉、碰撞等问题，并通过与管综专业人员的沟通、协调，从而使管线设置基于统一原则布置，即“小管让大管、有压让无压、无坡度让有坡度”的原则，避免了各专业之间隔离情况的出现，有助于优化管线安装设计，增强管线安装设计的经济性和科学性。3.2BIM技术在工程施工中的应用。3.2.13D渲染工程设计，直观展示暖通工程立体效果。在工程施工阶段，工程设计单位将BIM信息模型交付于施工单位，便于施工单位直观展示施工现场及设备布置情况，并对复杂施工环节的施工方案进行模拟，促进施工方案优化。同时，借助于信息模型，建设单位通过二次渲染，有效提高建筑项目渲染效果，为业主提供更为直观的立体展示，有助于提高业主的认可度。3.2.2精确计算工程材料，降低施工成本。基于BIM数据库，施工单位能精确计算、统计工程所需的管材尺寸和规格，有利于控制施工预算的精度，实现施工成本的有效控制。由于BIM信息模型数据粒度可精确至构件级别，能够快速提供工程项目各条主线所需的数据信息，为施工企业投标和中标后造价控制提供合理化依据。3.2.3模拟施工，强化施工管理。通过将信息模型与施工进度有机结合，形成基于工程进度的4D信息模型，能够实现人力、机械、建筑材料和工程进度的集成化管理，并通过整个工程建筑过程模拟，提前预测建筑工程中可能存在的问题，合理配置人力、材料、机械等资源，全面掌握施工进度，及时发现和解决施工现场出现的问题和矛盾，减少可能影响工程质量、进度、成本等情况的发生，实现暖通工程施工中的动态管理，提高项目管理控制能力。3.2.4BIM在管线碰撞检查中的应用BIM信息模型最重要的特点是三维可视化，为工程施工阶段碰撞检查提供可能。在暖通工程施工中，施工单位在工程前期开展管线系统碰撞检查（如图3所示），实现施工方案优化，降低施工过程中管线系统碰撞问题的发生，提高工程设计方案的可靠性。同时，通过管线碰撞检查，施工单位能够高效利用建筑空间，提高建筑净空高度。此外，借助于BIM技术，技术人员在完成管线碰撞优化后，以最新的设计方案进行施工交底，有效提升了施工各环节沟通效率，降低返工、整改问题的发生。

4结语

基于BIM技术的建筑暖通工程设计与施工，规避了传统CAD二维图纸存在的问题，强化了工程设计与施工单位之间的联系，提高了工程设计的全面性与准确性，降低了建筑施工二维设计中“错、漏、碰、缺”问题发生几率。同时，在工程施工中，BIM技术适用于现场管理、施工模拟、管线碰撞检查、资源配置和成本控制等，实现暖通工程施工中的动态管理，提高项目管理控制能力，有利于企业控制施工成本，缩短建筑工程施工周期，提高建筑企业经济效益与社会效益。

参考文献

[1]范洪波.BIM技术在暖通工程设计中的应用分析[J].建筑技术开发,2018,45(03):1-2.

[2]朱瀚辰.探析BIM技术在市政建筑暖通工程设计中的应用[J].建材与装饰,2017(21):106.

[3]齐俊峰,张瑶.BIM技术在暖通工程设计中的应用及研究[J].住宅与房地产,2017(15):288.

作者:卓传藻 单位:福建建工集团有限责任公司