趙志安 于曉菲 邱相武 康忠良 鮑玲玲 王一帆

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

基于建筑信息模型技術(shù)的暖通空調(diào)設(shè)計軟件開發(fā)

趙志安 于曉菲 邱相武 康忠良 鮑玲玲 王一帆

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

基于建筑信息模型技術(shù)的暖通空調(diào)設(shè)計軟件開發(fā)是現(xiàn)代計算機技術(shù)和暖通專業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是一次軟件水平大幅提升的機會，對于暖通軟件開發(fā)技術(shù)人員來說是一種挑戰(zhàn)，也是一次機遇。軟件功能由以往的零散化向集成化發(fā)展，由以往的封閉系統(tǒng)向更加開放化的系統(tǒng)方向發(fā)展，更加注重數(shù)據(jù)在建筑全壽命周期內(nèi)的唯一性，更加強調(diào)專業(yè)內(nèi)或?qū)I(yè)間數(shù)據(jù)共享，達到有效利用專業(yè)模型數(shù)據(jù)的作用。本文結(jié)合新一代暖通空凋設(shè)計軟件的開發(fā)，根據(jù)我國目前暖通設(shè)計需求，對如何利用建筑信息模型技術(shù)進行探討。

建筑信息模型；暖通空調(diào)；專業(yè)協(xié)同

1 引言

本論文得到“十二五國家科技支撐計劃課題：基于建筑信息模型綜合規(guī)劃設(shè)計技術(shù)研發(fā)應(yīng)用”的支持。近年來，隨著綠色建筑設(shè)計的逐漸推廣，相關(guān)建筑領(lǐng)域的設(shè)計軟件開發(fā)也開始適應(yīng)綠色建筑設(shè)計發(fā)展的需要，關(guān)注建筑全壽命周期內(nèi)的應(yīng)用，由于綠色建筑設(shè)計技術(shù)是集合了傳統(tǒng)設(shè)計中的多個專業(yè)，軟件也由單一專業(yè)設(shè)計軟件向系統(tǒng)設(shè)計軟件擴展，由施工圖設(shè)計向包括建筑運維在內(nèi)的全壽命周期擴展，即使在設(shè)計施工圖設(shè)計階段，也由專業(yè)間數(shù)據(jù)簡單文件傳遞向?qū)I(yè)間的協(xié)同設(shè)計擴展，使用新的技術(shù)使得描述對象唯一化，對象數(shù)據(jù)唯一化，數(shù)據(jù)使用達到最大化。其中關(guān)鍵技術(shù)就是建筑信息模型(BIM)技術(shù)。目前，PKPM系列設(shè)計軟件正在向新一代基于建筑信息模型技術(shù)的設(shè)計軟件產(chǎn)品發(fā)展，本文結(jié)合目前暖通空調(diào)新一代設(shè)計軟件的開發(fā)，就如何利用建筑信息模型技術(shù)于產(chǎn)品開發(fā)進行探討。

2 建筑信息模型技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計軟件開發(fā)中的應(yīng)用

2.1 利用建筑信息模型技術(shù)描述專業(yè)對象

暖通空調(diào)設(shè)計的對象主要包括設(shè)備、管道、附件，以往以施工圖設(shè)計為中心的設(shè)計建模強調(diào)的是圖面表達，以符號為主，不關(guān)心其實際物理屬性(幾何和性能參數(shù))，所有數(shù)據(jù)都在設(shè)計者心中，離開設(shè)計者，許多信息會變得不完整。而利用建筑信息模型技術(shù)建模的基本要求就是模型中包含對象的所有信息，包括外觀形狀和性能參數(shù)，這些信息為后續(xù)設(shè)計分析工作提供條件。

面向?qū)ο笤O(shè)計是實現(xiàn)信息模型的設(shè)計方法。根據(jù)暖通專業(yè)對象不同，確定不同的描述方法。暖通設(shè)備種類多，形狀復(fù)雜，如何比較真實描述其幾何和專業(yè)參數(shù)是軟件設(shè)計的關(guān)鍵。幾何描述是暖通設(shè)備展示的一項復(fù)雜技術(shù)。難點在于暖通設(shè)備形狀差異太大和種類繁多，設(shè)備幾何描述又是模型三維展示的基礎(chǔ)，設(shè)計軟件永遠無法將設(shè)備完全一樣的顯示，也不可能將各種型號的設(shè)備完全包含在內(nèi)，因此表達形狀近似需要有一個度，表達方法需要開放式表達，用戶可以擴充。如水泵電機外殼有許多散熱肋片，有許多小螺絲，從視覺角度，沒有必要完全按照真實地肋片個數(shù)和肋高顯示，因為人們關(guān)心的是水泵，只要“像”就可以，在后續(xù)的碰撞檢查中，只需要控制外輪廓尺寸，所以適當(dāng)簡化外形表示，即減小了制作工作量，又減少了計算機大量內(nèi)存，同時提高了顯示效率。性能參數(shù)描述需要分類設(shè)計，對于制冷機，有離心制冷機、吸收式制冷機、往復(fù)式制冷機等，不同制冷機不僅形狀差異很大，技術(shù)參數(shù)也不同，要詳細描述這些設(shè)備，必須根據(jù)對象的不同設(shè)定不同的描述參數(shù)，由于同類制冷機的不同型號參數(shù)數(shù)量相同，只是參數(shù)內(nèi)容不同，可以按照產(chǎn)品樣本方式描述這些參數(shù)，樣本可以提供足夠的設(shè)備信息，包括設(shè)備基礎(chǔ)做法要求等。對于管道的描述，它涉及到管材、連接方式和管道外各層的做法，管材涉及管材標準及管件標準，管道外材料包括防腐層、保溫層、保護層、管道類別標記和流向標記，它涉及到施工做法，以前由施工說明中的說明內(nèi)容也要添加到對象的描述中，所以，對于管道需要分成多個類別描述，包括管道本身和外包材料及施工做法描述。

由于對象的真實描述，使得信息量非常大，必須結(jié)合專業(yè)特點有效組織數(shù)據(jù)。前面提到使用產(chǎn)品樣本方式描述設(shè)備，使用管材庫描述管材，使用材料庫描述保溫材料和做法。做到盡可能面向?qū)ο?，抽象?shù)據(jù)類，減少數(shù)據(jù)冗余。

建筑信息模型技術(shù)就是要盡可能將對象的全部信息記錄到對象中，為專業(yè)分析、專業(yè)協(xié)調(diào)、后續(xù)設(shè)計和施工、運維等提供足夠的設(shè)計階段信息，今后在施工階段，只要施工技術(shù)人員利用移動設(shè)備查看設(shè)計模型，一切設(shè)計信息都可獲得，在設(shè)備系統(tǒng)調(diào)試階段可以隨時查看每個設(shè)備的設(shè)計參數(shù)、每個風(fēng)口的風(fēng)量、每段管道的做法等?？梢娔Ｐ徒⒌氖欠裢暾Q于專業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，對后續(xù)階段應(yīng)用具有很大影響。

2.2 注重模型三維顯示效率

從不同視角三維顯示出暖通設(shè)計的設(shè)備、管道及其附件貫穿于整個設(shè)計過程，在設(shè)計過程中，需要隨時查看建立的模型，檢查設(shè)備布置、管道走向是否合理，在特殊需要空間布置時，還要在空間布置管道，在設(shè)計完成后，觀察全樓系統(tǒng)情況。由于暖通系統(tǒng)有大量的設(shè)備和附件，需要占用大量計算機內(nèi)存，為提高顯示效率，加快顯示速度，除圖形平臺提供較強的顯示功能外，從專業(yè)本身編程考慮，在構(gòu)造三維實體時也應(yīng)考慮顯示效率，如根據(jù)顯示應(yīng)用情況，在概略顯示整體情況時，可采用較粗的實體構(gòu)造方法，如水管采用單線表示或圓周采用較少等分段數(shù)，在需要局部放大觀察時，詳細構(gòu)造實體形狀。

2.3 實現(xiàn)模型和施工圖的關(guān)聯(lián)

模型和施工圖相關(guān)聯(lián)的主要目的就是保證模型和施工圖保持一致，一處修改多處自動修改。目前我國大部分設(shè)計單位仍以施工圖設(shè)計為主，目前施工圖主要包括平面施工圖、系統(tǒng)圖、剖面圖、詳圖、施工總說明和材料表等。由于模型中包含了對象全部信息，這些施工圖完全可以通過分析自動生成，但考慮到施工圖表達和真實對象的差異，需要增加一些與繪圖相關(guān)的設(shè)置參數(shù)，如立管圓圈大小設(shè)置、法蘭表示方法、設(shè)備圖例等。由于各種施工圖中的對象都來自于模型對象，通過項目管理和數(shù)據(jù)組織，將模型和施工圖相關(guān)聯(lián)，可實現(xiàn)在任一施工圖中的對象修改都自動反映在其他圖紙上，包括設(shè)備管道屬性、位置、幾何尺寸以及相應(yīng)的標注，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。標注在施工圖設(shè)計中占有比較大的工作量，為實現(xiàn)標注的統(tǒng)一自動更新，標注可與標注對象相關(guān)聯(lián)，這樣在涉及到管道尺寸、設(shè)備型號等屬性設(shè)計變更時，通過標注對象找到對象的標注，自動進行標注的自動更新。

2.4 注重專業(yè)計算分析和智能檢查，最大限度地利用模型數(shù)據(jù)

暖通設(shè)計模型數(shù)據(jù)除滿足設(shè)計施工圖的要求外，在輔助設(shè)計中應(yīng)發(fā)揮更大作用。輔助設(shè)計包括專業(yè)計算，如負荷計算、風(fēng)量統(tǒng)計、管道尺寸選擇、設(shè)備選擇、能耗分析、系統(tǒng)水力計算等，專業(yè)內(nèi)和專業(yè)間管道碰撞檢查，規(guī)范檢查等功能。管道碰撞檢查是BIM軟件中非常引人關(guān)注的功能，對于大型工程來說是一必不可少的工具，在建模過程中，可以隨時檢查暖通專業(yè)和給排水專業(yè)管道設(shè)備、電氣橋架之間的碰撞，也可以檢查是否滿足管道最小間距要求、設(shè)備操作維護空間要求，避免專業(yè)沖突發(fā)生，同時利用專業(yè)間數(shù)據(jù)共享，檢查結(jié)構(gòu)墻、梁、板留洞是否正確，與建筑布置是否沖突。規(guī)范檢查是一個新的數(shù)據(jù)挖據(jù)領(lǐng)域，也是今后中國P-BIM標準的基本要求，特別是強制性條文檢查。由于暖通專業(yè)設(shè)計對建筑專業(yè)模型數(shù)據(jù)依賴性很高，包括區(qū)域劃分、區(qū)域功能、圍護結(jié)構(gòu)做法、防火分區(qū)、防火門設(shè)置、疏散樓梯等，首先應(yīng)與建筑數(shù)據(jù)充分共享，為暖通專業(yè)設(shè)計是否滿足建筑防火設(shè)計規(guī)范、建筑熱工設(shè)計規(guī)范、暖通空調(diào)設(shè)計規(guī)范條文智能檢查提供分析依據(jù)，設(shè)計全專業(yè)信息齊全的模型，不僅能夠進行暖通專業(yè)本身的設(shè)計檢查，還能夠進行所有可量化的設(shè)計規(guī)范條文的智能檢查，大大提高設(shè)計質(zhì)量和效率?？梢娊ㄖ畔⒛Ｐ图夹g(shù)在建筑設(shè)計中的利用，具有非常大的潛力，能夠產(chǎn)生許多附加值。

2.5 強調(diào)專業(yè)間協(xié)同和互提資料

對于暖通專業(yè)來說，上游設(shè)計專業(yè)的修改，會影響本專業(yè)的設(shè)計，如建筑房間功能修改、墻移位、梁高變化等，而水電專業(yè)的修改，也會影響設(shè)備和管道的空間布置，所以暖通專業(yè)在設(shè)計過程中，應(yīng)隨時得到所有相關(guān)專業(yè)的修改信息，做出處理判斷，調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計，重新進行負荷計算，重新進行碰撞檢查。暖通專業(yè)的設(shè)計變化，也需要及時通知其他相關(guān)專業(yè)，特別是需要其他專業(yè)配合的變更，如結(jié)構(gòu)留洞、電氣配電點參數(shù)、影響吊頂高度等情況。通過協(xié)同設(shè)計管理將各個專業(yè)信息進行管理，保證各專業(yè)圖紙的一致性。

專業(yè)間自動互提資料也是BIM軟件的另一大亮點，對于暖通專業(yè)來說，需要將結(jié)構(gòu)墻板留洞、設(shè)備基礎(chǔ)要求、設(shè)備荷載、水箱管道荷載、預(yù)埋件、設(shè)備運輸通道、設(shè)備配電要求、設(shè)備控制要求、給水要求等在設(shè)計過程中提供給相關(guān)專業(yè)，由于BIM 暖通軟件具有設(shè)備管道的信息，大部分需求可以自動生成，包括圖紙或數(shù)據(jù)，自動提供給相關(guān)專業(yè)，提高了專業(yè)間互提資料的效率和準確性。

2.6 考慮專業(yè)數(shù)據(jù)開放

專業(yè)數(shù)據(jù)開放是今后BIM軟件的方向。專業(yè)數(shù)據(jù)共享，可以充分利用社會資源，發(fā)揮各種專業(yè)軟件的作用。設(shè)想每個軟件開發(fā)商都做自己擅長的部分，而不是大而全的全專業(yè)軟件，大家通過建筑信息模型標準建立聯(lián)系，返回數(shù)據(jù)，供其他相關(guān)人員使用，每個部分都能做精做細，軟件水平也能大幅提高。如設(shè)備廠商按照統(tǒng)一標準數(shù)據(jù)格式，準

備產(chǎn)品數(shù)據(jù)，定義產(chǎn)品外形、產(chǎn)品規(guī)格性能，各種分析和繪圖軟件都能直接使用，無論對用戶還是設(shè)備廠商都是有益的。數(shù)據(jù)共享的前提需要制定各相關(guān)領(lǐng)域的輸出數(shù)據(jù)標準，各軟件開發(fā)商都按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準輸出和讀入，達到暖通專業(yè)可以讀取任意軟件開發(fā)商的建筑、結(jié)構(gòu)、水、電專業(yè)數(shù)據(jù)，同時也能讀取其他軟件開發(fā)商的暖通專業(yè)模型數(shù)據(jù)和產(chǎn)品信息。目前結(jié)構(gòu)軟件已經(jīng)先行一步，各軟件開發(fā)商互做接口，做到同一個模型多個軟件進行計算，互相比較計算結(jié)果，這樣，可以充分發(fā)揮各軟件的特點，也能比較不同計算方法的計算結(jié)果。專業(yè)數(shù)據(jù)共享不僅有益于本專業(yè)，也有益于相關(guān)專業(yè)，因此專業(yè)數(shù)據(jù)開放是今后軟件開發(fā)的必然趨勢。

3 結(jié)論

利用建筑信息模型技術(shù)開發(fā)暖通空調(diào)設(shè)計軟件是今后軟件的開發(fā)方向，基于建筑信息模型的暖通軟件應(yīng)具備以下特點：

(1)所有設(shè)計成果來自于統(tǒng)一的專業(yè)信息模型，為在建筑全壽命周期使用提供依據(jù)；

(2)在專業(yè)信息模型基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)特點進行數(shù)據(jù)挖掘，提高軟件智能性和提高設(shè)計效率；

(3)設(shè)計過程中實現(xiàn)專業(yè)間協(xié)同，通過信息化管理進行專業(yè)間互提資料；

(4)具有開放的數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出接口，可與第三方軟件銜接。

The Development of HVAC Design Software based on BIM

Zhao Zhian,Yu Xiaofei,Qiu Xiangwu,Kang Zhonglian, Bao Lingling,Wang Yifan

(CABRTechnologyCo.，Ltd.，Beijing100013,China)

The BIM-based HVAC software is an inevitable result of the combination of computer technology and HVAC technologies. It is a chance of great improvement of the level of HVAC software. For the HVAC software development engineers, it is a challenge as well as a chance from scatters to integration and from a closed system to an open system. For LC of buildings, the unique characteristics and data share within and between professions to effectively use the professional models are concentrated. Based on the development and requirements of new HVAC design software,the research on how to use BIM technology are discussed.

BIM; HVAC; Interoperability

“十二五”國家科技支撐計劃(2012BAJ09B04)

趙志安(1959-),男,研究員。長期從事建筑設(shè)備及節(jié)能設(shè)計和軟件開發(fā)工作。

TU83;TU17

A

1674-7461(2015)02-00105-03