梁適

（廣東省建筑設計研究院　廣東　廣州　510010）

BIM技術在天河軟件園辦公大樓暖通設計中的應用

梁適

（廣東省建筑設計研究院廣東廣州510010）

天河軟件園高唐新建區(qū)軟件產業(yè)集中孵化中心三期工程總建筑面積七萬多平方，地上10層，地下4層，建筑總高度40m，為綜合性科研辦公樓。為將其建造成具有示范作用的綠色建筑，綠色設計需求達到國標三星級標準。項目應用BIM技術進行方案參考，協(xié)同設計，管線綜合和碰撞檢查。本文結合BIM技術在此項目暖通設計中應用，羅列Revit 2014軟件環(huán)境下使用BIM軟件進行暖通設計中進行的一些探討。

暖通設計；BIM Revit；協(xié)同設計；管線綜合

1　工程概況

廣州天河智慧城核心區(qū)——軟件園高唐新建區(qū)軟件產業(yè)集中孵化中心三期工程（以下簡稱天河軟件園）。建設地點位于廣州市天河軟件園高唐新建區(qū)，高普路與軟件路交界地塊。三期建設用地面積18589m2，總建筑面積75471m2，其中地上31698.2m2，地下40670.7m2。地上10層，地下4層，建筑總高度40m，為綜合性科研辦公樓。由于項目是集辦公、會議、展廳等各種功能為一體的綜合性質建筑，對凈高十分敏感，為滿足建設單位的要求，建造具有示范作用的綠色建筑，體現(xiàn)企業(yè)對社會的責任，綠色設計達到國標三星級標準。本項目大量采用新技術、新材料、新設備、新工藝。全面要求高標準，高精度，高質量。面對智能化新建筑的設計要求，各專業(yè)間協(xié)調尤為重要，項目內復雜的系統(tǒng)構成，管道設備數(shù)量眾多，需要一個科學明晰的協(xié)調定位系統(tǒng)以便各專業(yè)進行科學設計。而本工程通過BIM技術的應用，Revit2014提供了一個全新便于建筑，結構，設備類全專業(yè)同時進行協(xié)同設計的模式。

2　BIM技術的應用

BIM是Building Information Modeling（建筑信息模型）的簡稱，是指以三維數(shù)字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型[1]。BIM技術的應用，則是建立BIM模型的數(shù)字化設計方法。應用BIM技術，可在三維模型可在建造之前清晰表達設計意圖，直觀反映建筑外觀、空間、結構構件及設備機械、管道系統(tǒng)。達到設計的良好協(xié)調；優(yōu)化管線布置，從而提升建筑空間高度；便于施工，節(jié)省工期與造價；便于物業(yè)管理及維護，為日后的物業(yè)管理、設備維護、檢修升級等帶來可視化、信息化的便利。

我院擁有過硬的軟件技術及豐富的實際項目經驗。已為多個大中型項目建立BIM模型，并實現(xiàn)：數(shù)字化方案參考，建立BIM模型，校審圖紙錯漏、解決專業(yè)沖突，三維可視化，三維管線綜合設計，配合施工計劃進行4D施工管理，配合施工過程進行模型調整，交付竣工模型，施工節(jié)點模擬等BIM應用。

本工程使用的Revit 2014平臺，集成了建筑，結構，系統(tǒng)三大部分功能，將原有BIM技術平臺Revit Architecture，Revit Structure，Revit MEP三者收容一爐，為各專業(yè)協(xié)同設計提供了可能。利用其內建的工作共享協(xié)同機制配合系統(tǒng)組建，我院實現(xiàn)了全專業(yè)集中協(xié)同設計模式和多方云協(xié)同兩種模式。全專業(yè)集中協(xié)同設計模式，項目的各專業(yè)人員均在協(xié)同房間內，以模型作為提資依據(jù)，實現(xiàn)實時核模，現(xiàn)場修改與模型確認。使實現(xiàn)BIM集中協(xié)同高效的協(xié)同設計。多方云協(xié)同模式，項目的各專業(yè)人員不在協(xié)同工作室時，以云服務器作為基礎，進行云協(xié)同設計，通過云服務器中中心模型，各專業(yè)互相提資，設計修改與模型確認。設計相關方亦可通過登錄相應賬戶進入云服務器查詢，調用和保存相關開放文件，隨時掌握設計進度和進行工程實況反饋。使實現(xiàn)BIM多方協(xié)同高效的協(xié)同。

本工程采用全專業(yè)集中協(xié)同設計模式，其中暖通設計應用BIM軟件列表如表1。

表1

3　BIM技術在天河軟件園暖通設計中的應用實例

3.1天河軟件園BIM設計

應用目標為全專業(yè)整體建模，最終建成完整BIM竣工模型交付建設單位。應用目的為解決較矮層高同時保證使用需求的問題。經過初步設計，天河軟件園建筑結構設計大量使用無梁樓蓋，重難點問題在于精確設計暖通系統(tǒng)以及包括暖通系統(tǒng)在內的系統(tǒng)綜合管線，以保證獲得足夠的空間高度。

3.2協(xié)同設計

3.2.1協(xié)同設計模式

Revit軟件提供了兩種協(xié)同設計模式，分別為鏈接模式和工作集模式，鏈接模式類似于CAD外部參照應用，所鏈接外部模型不可編輯，不便于全專業(yè)協(xié)同，為了更好協(xié)同設計，本項目采用工作集共享模式，即創(chuàng)建中心文件，各專業(yè)工程師獲取服務器讀寫權限，保存專業(yè)所需的本地文件，本地文件即為中心文件的實時鏡像，具有實時更新的特性，而本專業(yè)獲取本地文件后，需要建立專業(yè)工作集，防止其他專業(yè)占用和修改專業(yè)所屬圖元，于協(xié)同設計時，通過互相提資和提交修改申請進行工作集內圖元編輯。

為建立出天河軟件園完整的BIM模型文件，兼顧在協(xié)同設計中資源配額以及實時協(xié)同的時效性，在搭建模型前對項目進行合理分割，將項目中心文件建設為塔樓部分，裙樓部分，以及地下部分三大中心文件，以便各專業(yè)在不同進度，不同設計人員工作過程中靈活調取同步，避免了revit內建的協(xié)同機制帶來的單獨模型情況下中心文件同時同步占用時等待時間過長，權限沖突，實時更新速度受到數(shù)據(jù)吞吐量制約等問題。

3.2.2協(xié)同設計中暖通專業(yè)工作流

協(xié)同設計中暖通專業(yè)工作流如下：

登陸服務器-調取中心文件-建立專業(yè)本地文件-建立專業(yè)工作集-開始工作-建立工作集內專業(yè)平面-設定平面參數(shù)-依照方案設計進行系統(tǒng)劃分-放置空間-負荷計算-系統(tǒng)編輯-提資建筑結構水電專業(yè)-設置階段化-載入相應族庫-布置機房-布置設備-布置管線-布置末端-專業(yè)內避讓管線-協(xié)同設計-獲取建筑結構水電專業(yè)提資-配合建筑結構專業(yè)調整-配合水電專業(yè)調整-管線綜合-暖通專業(yè)復核-生成組-同步設計至中心文件。

由于采取實時更新的工作集模式協(xié)同設計，提資和獲取提資并依此進行設計調整伴隨整個設計流程，無明顯時間隔斷。

3.3BIM技術中的暖通設計

3.3.1概念體量模型的應用

在本項目暖通工程初步設計階段，依據(jù)綠色設計需求，為更好計算項目熱負荷等參數(shù)并研究氣流組織，在BIM軟件Vasari中建立天河軟件園概念體量模型。

建立概念體量模型后，運用vasari場地風環(huán)境分析，選取了夏季風向（圖1）和冬季風向（圖2）兩種情況進行模擬。

圖1

圖2

通過分析模擬結果，得出不同風環(huán)境下所需參數(shù).結果顯示：

①本項目大部分區(qū)域滿足自然通風條件及有關防火規(guī)范的要求，采用自然通風；②計算風壓平衡反算透風量以及整體散熱量；③確定進排風口位置以及調整空調系統(tǒng)的風口排布，使得場地內風場分布均勻，室內環(huán)境風速更為舒適；④配合日照輻射分析，綜合分析出項目實際所需圍護工程；⑤通過局部的Ansys二次模擬，核算局部氣流組織，防排煙系統(tǒng)布置，空調設備室內分布和具體選型。

3.3.2BIM暖通系統(tǒng)模型的應用

（1）協(xié)同設計建模

建立本地文件后，載入暖通族庫，套用管綜模板，完成基本設定，便可以直接在MEP平面中對所在樓層暖通系統(tǒng)進行設計。

BIM技術鮮明特點在其直觀性，如圖3通過平，剖，三維觀察可以同時在多個窗口中觀察同一部件在不同角度下的實際情況，避免重復看圖，反復參照對比。

圖3

在設計時，暖通工程師可以實時看到自己繪畫出來的風管，設備，末端，暖通水管等圖元，同時可以看到電氣專業(yè)，給排水專業(yè)繪制的橋架，配電，水管等圖元內容，各專業(yè)間互相觀察工作進度，在設計同時就可初步看到明顯的碰撞情況，并實時根據(jù)管綜規(guī)定進行管線避讓，在設計完成后提供直觀的三維管綜圖，如圖4，為施工提供更直觀的參考。

圖4

（2）碰撞檢查

碰撞檢查的院里是利用數(shù)學方程描述監(jiān)測對象輪廓，調用函數(shù)求檢測對象的聯(lián)立方程是否有解[2]，遇到復雜的設備走廊等設計進度時，各專業(yè)不能實時同進度設計，在專業(yè)解決內部管線沖突后，各專業(yè)模型同步至中心文件，運行revit自身碰撞檢查功能，自動檢查管線，設備，以及設備類與建筑結構的沖突，并生產沖突報告。生成的沖突報告，反饋給各個專業(yè)后，各專業(yè)工程師需要根據(jù)管綜要素，重點分析和提出綜合調整預處理方案，進行協(xié)商確定解決方案后，進行修改。通過碰撞檢查，有效解決專業(yè)內和專業(yè)間管線沖突，提供合理避讓方案，保證管線占用層高，滿足建設單位凈空要求，而通過直觀輸出和展示解決方案，提供現(xiàn)場施工指導，減少了施工難度，避免返工。

（3）計算復核

暖通工程設計中主要計算內容包括負荷計算和水力計算，初步的計算結果是建立在設計規(guī)范，經驗計算公式以及概念體量模型應用，其準確程度并不理想，本項目需要達到綠色三星標準，必須更精準地對計算結果進行復核，并依據(jù)復核結果進行調整。本項目中，在對實體模型進行分區(qū)后，布置空間進行計算，得出更精準的負荷計算結果，塔樓部分樓層負荷預估冷負荷過大，從而導致了選用的空調設備以及風管風口偏大。經過復核，選用了更小功率的風機盤管，并由于風量減少，通過風管系統(tǒng)內水力計算校核，進一步壓縮風管，提升了凈空高度。

4　BIM在暖通設計中的其它應用

4.1設備材料統(tǒng)計

由于revit中族庫的族屬性具有詳細的類型，型號，材質，連接類型等具體參數(shù)，所建立的MEP模型不但可以記錄設計中的空間結構，構件等幾何信息，還能利用這些具體參數(shù)，按照具體設置，輸出設備材料表。由于材料表與模型之間始終帶有邏輯相關，當設計進行變更，材料表也會隨之實時變化。避免了人工復查，手動輸入的繁瑣工作和錯誤。并可與概預算專業(yè)提供對接數(shù)據(jù)接口，進行成本控制。這為項目的概預算提供了數(shù)據(jù)支持，提升了效率和精度，同時又為業(yè)主進行成本控制和精確施工提供了寶貴的參考意見[3]。

4.2施工模擬和施工指導

Autodesk BIM套件中包含豐富的接口將模型應用到各個方面，除了Revit自身的簡單漫游功能，還可將項目的三維模型導入Navisworks中，查看暖通管線整體效果，以及管線解決方案預期效果。在MEP模型應用上，通過建立與工程進度整合的4D施工信息模型，即可實現(xiàn)施工模擬，驗證復雜管線敷設，復雜設備安裝，復雜沖突解決方案的可行性。并輸出施工動畫，結合Autodesk 360等指導現(xiàn)場施工。未來也可結合AR增強軟件，重合實際管線和AR增強圖元進行比對，驗證安裝效果。

4.3運行維護管理信息化

BIM技術提供了建筑全生命期的信息支持。向建設單位提交的BIM竣工模型，可作為機電專業(yè)維修管理的重要參照依據(jù)。當建筑建成進入運營期，出現(xiàn)暖通設備管線故障時，可通過BIM結合運營智能化管理系統(tǒng)，讀取監(jiān)測點報告，快速確定問題以及問題發(fā)生部位，準確了解故障包含的詳細信息，便于維修人員進行維護，降低維護成本。

5　BIM技術在暖通設計中遇到問題

5.1系統(tǒng)族庫不夠完善

非標構件需要自建族，而部分族本土化程度低，由于BIM技術為新興設計技術，大多數(shù)族依托于外國標準建立。而由于國內族庫管理類軟件處于起步階段，族庫的建設較為簡陋，族文件甚至出現(xiàn)類型錯誤等問題，給BIM技術的推廣應用帶來阻礙。由于族庫不完善，對系統(tǒng)檢查，運行模擬等高級功能的運用也難以實現(xiàn)。

5.2前期設計深度較深

相比起CAD操作，在初步設計階段，BIM就要求相當于平面施工圖深度的設計深度，而施工圖深度則相當于平面的管綜甚至裝修圖的設計深度。初步設計和施工圖設計的區(qū)別僅在于末端設備安裝，保溫層，管線綜合排布優(yōu)化等方面。

5.3報建出圖仍然依賴平面出圖

國內較早接受Revit Architecture屬于建筑專業(yè)的BIM軟件，行業(yè)內已逐步接受建筑類圖紙可以由BIM軟件直接出圖。但是機電類圖紙，廣為人們接受的還是CAD出圖。BIM技術價值在于三維出圖，局限于內建的注釋功能以及注釋類型較少，不能滿足出圖要求，而國內又暫時沒有出臺相應規(guī)范，MEP模型只能通過輸出平面圖，再由CAD軟件加工符合規(guī)范后才可進行報建審批等工作。

由此可見，BIM技術在暖通工程設計上主要應用于協(xié)同設計和管線綜合，在后續(xù)的施工運營階段應用仍需改進和開發(fā)。目前，在大部分項目尚不能實現(xiàn)BIM技術全過程應用的情況下，局部過程，局部專業(yè)的BIM應用是發(fā)展階段的比如現(xiàn)象[4]。

6　總結

在本項目中，通過應用BIM項目進行協(xié)同設計，檢出管線沖突，解決沖突多處，優(yōu)化了暖通設計，通過各專業(yè)協(xié)調，解決專業(yè)間復雜管線交錯重難點部位問題，使得本項目探討性的BIM設計應用產出實際效益。

BIM作為新興的建筑設計，施工管理的概念方法，以其直觀性，協(xié)同性，科學性實現(xiàn)了建筑設計信息化智能化現(xiàn)代化，大大提高了暖通設計效能，通過精確計算，精確設計，精確施工減少大量重復作業(yè)和返工浪費，踐行可持續(xù)發(fā)展和實事求是的社會主義科學發(fā)展觀。相信在不遠的未來，BIM技術必定能走出初步應用階段，從而全面提升我國建筑設計，施工，運營的科學技術水平，展現(xiàn)出其非常重要的應用價值和廣闊的應用前景。

[1]張建平.BIM技術的研究與應用.施工技術，2011（2）：116～119.

[2]高原，鄧雪原.基于BIM的建筑MEP設計技術研究.土木建筑工程信息技術，2010，2（2）：91～96.

[3]徐浩，梁廣偉，耿躍云.BIM技術在世博文化中心項目中的應用.建筑技藝，2010（Z1）：215～218.

[4]秦軍.建筑設計階段的BIM應用.建筑技藝，2011（Z1）：160～163.

TU83

A

1673-0038（2015）04-0013-03

2015-1-8