自二十世紀(jì)七十年代美國學(xué)者查克·伊斯曼博士提出BIM概念以來，該技術(shù)已在全球建筑業(yè)中引起廣泛重視。我國BIM應(yīng)用的推廣力度也正逐步加強(qiáng)，2014年北京頒布的《民用建筑信息模型設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、上海發(fā)布的《關(guān)于在本市推進(jìn)建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)意見》以及于2015年實施的新版《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》將應(yīng)用建筑信息模型（BIM) 技術(shù)列為創(chuàng)新項等，都充分說明了該技術(shù)的先進(jìn)性。

暖通專業(yè)作為建筑機(jī)電設(shè)計的重要一環(huán)，有著計算量大，管線復(fù)雜，設(shè)備繁多的特點。從BIM技術(shù)的角度看，無疑正是信息量大的體現(xiàn)。因此，如何高效利用BIM軟件，BIM技術(shù)如何與原有二維設(shè)計對接，如何利用BIM技術(shù)進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，提高工作效率，如何推廣該技術(shù)都將是一項考驗。

筆者以一個實際項目的初步探索實踐為基礎(chǔ)，總結(jié)梳理了BIM技術(shù)的應(yīng)用特點，并將其與傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計進(jìn)行了對比，為相關(guān)設(shè)計企業(yè)與人員提供技術(shù)參考。

BIM實踐概述

圖1 中交總部項目建筑效果圖

以中交集團(tuán)南方總部大廈A座辦公樓項目為例，該工程位于廣州市，建筑面積153790平方米，地上43層，地下3層，主要功能有辦公、商業(yè)、餐廳等，地下空間為停車庫與機(jī)電機(jī)房。建筑效果如圖1所示。

項目選用Bentley公司的ProjectWise（三維協(xié)同），AECOsim（BIM建模）以及Navigator（碰撞檢查、校對審核、動畫瀏覽）三款軟件組成的工作平臺進(jìn)行了全專業(yè)的BIM應(yīng)用，整樓總裝模型如圖2所示。

在使用BIM技術(shù)進(jìn)行項目操作的實踐過程當(dāng)中，逐漸發(fā)現(xiàn)暖通專業(yè)CAD與BIM既有相通也有不同的地方。這就需要設(shè)計人員一方面進(jìn)一步鞏固自己的專業(yè)知識，徹底搞清設(shè)計原理、繪圖表達(dá)等一系列問題，不照搬照抄；另一方面，則要改變固有的觀念與習(xí)慣，克服最開始對三維建模以及相應(yīng)信息輸入的畏難情緒，對增加的工作量也要有所預(yù)估了解。暖通專業(yè)BIM與CAD應(yīng)用特點對比如表1所示。

圖2 中交總部大廈A座BIM總裝模型

表1 暖通專業(yè)Bentley BIM軟件與CAD軟件應(yīng)用特點對比

圖3 BIM項目三維協(xié)同文件目錄

筆者將根據(jù)表1中所列的BIM技術(shù)在項目實踐當(dāng)中的平臺環(huán)境、建模過程、成果展示以及協(xié)同作業(yè)等四個方面的應(yīng)用特點加以分別闡述，并總結(jié)相應(yīng)的操作經(jīng)驗，以供參考。

平臺環(huán)境

BIM技術(shù)的核心即為信息整合利用，提高效率。因此，解決各專業(yè)之間的信息孤島問題是其重要目標(biāo)。從這一意義講，三維協(xié)同平臺可以說是BIM技術(shù)實行的基礎(chǔ)。暖通專業(yè)人員在運(yùn)用BIM軟件進(jìn)行相關(guān)工作前，首先就要樹立起在三維協(xié)同平臺中工作以及基于嵌套參考關(guān)系的文件構(gòu)架意識。

三維協(xié)同平臺。利用運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)上的工程信息內(nèi)容管理系統(tǒng)，使項目組各專業(yè)人員在同一平臺下進(jìn)行設(shè)計工作，無疑是BIM技術(shù)實施的基礎(chǔ)。借助諸如ProjectWise這樣具備權(quán)限管理、工作環(huán)境配置、項目文件組織架構(gòu)等一系列標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計功能的軟件，就可以實現(xiàn)信息高效、安全交互的目標(biāo)。

BIM的所有信息應(yīng)存儲在服務(wù)器當(dāng)中，并設(shè)置合理的工作目錄，使得項目組中的每個成員都能夠方便地找到所需的信息模型。同時又能夠?qū)Σ煌愋偷娜藛T設(shè)置不同的讀寫權(quán)限，例如：重要的軸網(wǎng)文件等只有建筑專業(yè)人員方可改動，設(shè)備專業(yè)只能進(jìn)行參考。中交項目文件目錄如圖3所示。

除了文件存儲方式，協(xié)同平臺還具備統(tǒng)一工程信息的作用，例如：圖框、字體樣式、工程單位制、構(gòu)件屬性、切面圖符等一系列在二維設(shè)計中可能存儲在每個項目成員個人電腦中的信息都可以被標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一到BIM軟件的工程種子文件當(dāng)中，在項目運(yùn)行過程中被所有成員調(diào)用。

基于參考技術(shù)的Bentley文件架構(gòu)。確保項目運(yùn)行在三維協(xié)同平臺上之后，基于參考關(guān)系的BIM文件架構(gòu)就具備了實施條件。針對暖通專業(yè)人員來說，較之CAD文件結(jié)構(gòu)的一些習(xí)慣需要有一定程度的改變。

一般來說，BIM暖通的文件分為3個層級，分別是：整樓總裝文件，樓層文件和分系統(tǒng)模型（如排風(fēng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)等）。BIM建模工作量主要發(fā)生在底層的分系統(tǒng)模型層級上，并通過逐層的參考，從而組裝成樓層文件和整樓文件。其文件關(guān)系如圖4所示。

通過上述多層級的文件架構(gòu)，確立了中交項目從B3層到43層的暖通專業(yè)文件存儲層級，具體內(nèi)容如圖5所示。

由上述實例可以看出，BIM工作要求暖通人員改變固有的文件操作模式，但仍然基于專業(yè)系統(tǒng)的劃分。因此，專業(yè)人員在了解層級概念的基礎(chǔ)上即可迅速上手，進(jìn)行操作。

圖4 基于Bentley的BIM文件層級架構(gòu)

圖5 中交項目文件層級實例

建模過程

BIM技術(shù)在三維空間當(dāng)中進(jìn)行建模是與CAD二維繪圖較為不同的一種方法。在實際項目的操作過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)BIM暖通建模主要可分為：1、風(fēng)管，水管等自定義管道的定位與幾何尺寸的建模；2、暖通專業(yè)信息的錄入；3、自定義設(shè)備的建立與修改。

幾何建模。雖然BIM是在三維空間當(dāng)中進(jìn)行建模，但對暖通專業(yè)人員來說，在掌握工作平面以及坐標(biāo)系鎖軸（類似CAD正交在三維空間的拓展功能）等技巧的基礎(chǔ)上，對于大部分平面布置和高度控制都能與CAD操作的經(jīng)驗對應(yīng)起來。工作平面的操作界面如圖6所示。

當(dāng)確定好相關(guān)的工作平面之后，只需使用BIM軟件內(nèi)置的管線建模功能，輸入管徑，并配合鎖軸功能，確保管道在正交的情況下繪制，即可完成大部分建模工作。另外，將鼠標(biāo)放置于專業(yè)構(gòu)件上，即可顯示其相應(yīng)屬性，例如：風(fēng)管所屬的系統(tǒng)，管徑尺寸以及頂、底標(biāo)高等，如圖7所示。

完成繪制以后，可以使用諸如復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、鏡像以及陣列等一系列操作對構(gòu)件進(jìn)行修改布置，唯一與CAD不同的是這些命令可以在Z軸方向進(jìn)行操作。

專業(yè)信息輸入。在BIM進(jìn)行實體建模輸入幾何控制參數(shù)的同時，其實還需輸入大量的專業(yè)工程信息。其中部分信息在CAD中是通過標(biāo)注文字以及設(shè)計施工說明來進(jìn)行表達(dá)的。例如：管道的坡道，保溫厚度等。在BIM軟件當(dāng)中，這些信息被整合到統(tǒng)一的構(gòu)件信息輸入窗口之中，并在模型中予以展示。以風(fēng)管為例，其BIM信息輸入窗口如圖8所示。

這些信息在BIM文件當(dāng)中都可以清晰表達(dá)，并且對于其他專業(yè)有更為直觀的參考意義。

圖6 BIM建模空間工作平面設(shè)置

圖7 BIM管道建模界面

圖8 風(fēng)管BIM信息輸入窗口

圖9 自定義離心風(fēng)機(jī)箱調(diào)用界面

自定義設(shè)備庫。暖通專業(yè)設(shè)備種類規(guī)格繁多，在目前BIM軟件本地化還不夠徹底的情況下，缺少設(shè)備無疑是推進(jìn)暖通專業(yè)BIM工作的一個難點。筆者認(rèn)為，基于方便實際操作的目的，應(yīng)將BIM暖通設(shè)備分為三類，即：參數(shù)化設(shè)備；規(guī)格化設(shè)備；外部導(dǎo)入設(shè)備。例如：組合式空調(diào)箱這類由不同功能段構(gòu)成，規(guī)格靈活多變的設(shè)備可以做成由若干幾何參數(shù)控制，能夠由用戶輸入長、寬、高等信息自主調(diào)節(jié)的設(shè)備；而諸如風(fēng)機(jī)、水泵這類，幾何控制參數(shù)極多，但規(guī)格能進(jìn)行統(tǒng)計梳理的設(shè)備應(yīng)做成規(guī)格化設(shè)備，方便專業(yè)人員調(diào)用；最后像制冷機(jī)這類構(gòu)件極為復(fù)雜，而復(fù)用性較低的設(shè)備，應(yīng)考慮由廠家提供3D模型導(dǎo)入到BIM文件之中。

中交項目當(dāng)中的離心風(fēng)機(jī)箱就是利用參數(shù)化軟件建模，一次性自動生成多個規(guī)格的風(fēng)機(jī)，并通過規(guī)定其平、剖面切圖圖符，性能參數(shù)等一系列定制工作而形成的一個風(fēng)機(jī)設(shè)備庫，從而滿足了項目的需求。BIM調(diào)用離心風(fēng)機(jī)箱的界面如圖9所示。

圖10 離心風(fēng)機(jī)箱BIM模型

選擇需要的離心風(fēng)機(jī)箱信號，即可直接將風(fēng)機(jī)調(diào)用至分系統(tǒng)模型之中，并附帶設(shè)備性能信息，如風(fēng)機(jī)全壓，設(shè)備電量等。同時，當(dāng)某些參數(shù)不符合要求時，也支持用戶進(jìn)行自行修改。風(fēng)機(jī)外部的線框為定義的平、剖面剖切圖符，當(dāng)三維展示不需要時可以關(guān)閉顯示，風(fēng)機(jī)箱BIM模型如圖10所示。

成果展示

BIM軟件可以輸出三維模型、二維切圖、瀏覽動畫和施工模擬等一系列的成果形式。同時，它也能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行輕量化發(fā)布，以滿足校審，展示等需求。

模型展示。BIM技術(shù)為工程信息的表達(dá)提供了三維平臺，針對不同的表達(dá)目的，軟件可以通過分系統(tǒng)模型的可視性開關(guān)，不同的顯示方式（如線框、透明等）加以表現(xiàn)，并利用層層嵌套的參考關(guān)系條理清晰地組裝出暖通系統(tǒng)級、樓層級、整樓級等一系列的BIM模型。中交項目的機(jī)電專業(yè)整樓模型如圖11所示。

同時，BIM軟件也能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行輕量化操作，專門作為校審或展示使用。例如：打印成三維的U3D模型，插入到PDF中進(jìn)行查看，如圖12所示。

圖11 中交項目機(jī)電專業(yè)整樓模型

圖12 PDF展示輕量化暖通、結(jié)構(gòu)模型

動態(tài)切圖。BIM技術(shù)通過動態(tài)切圖將三維模型和二維圖紙關(guān)聯(lián)起來，提高了模型的利用率，也更為清晰高效地表達(dá)了工程信息。

當(dāng)完成BIM三維建模工作之后，還需對相應(yīng)的平剖面進(jìn)行切圖，形成二維圖紙。BIM技術(shù)雖然以三維視角為其建模方式，但它并不是放棄二維圖紙，與此相反，BIM兼顧3D模型與二維圖紙，也惟有如此方才能夠更全面清晰地表現(xiàn)設(shè)計意圖和工程信息。如圖13所示。

協(xié)同作業(yè)

BIM技術(shù)基于參考關(guān)系的文件架構(gòu)和工作模式能夠有效地促進(jìn)各專業(yè)之間的協(xié)同作業(yè)。特別是在需要各專業(yè)緊密配合的管線綜合方面，BIM平臺利用自動碰撞、標(biāo)記等功能切實減輕了專業(yè)人員的工作量，同時也降低了錯誤率。

專業(yè)協(xié)同。以中交辦公樓項目為例，該項目采用的Bentley AECOsim軟件，能夠?qū)⒖缄P(guān)系進(jìn)行細(xì)致地操控，包括：更新狀態(tài)、顯示開關(guān)、嵌套深度、透明顯示、可否修改等一系列功能，滿足切圖、展示等復(fù)雜的需求，參考關(guān)系如圖14所示。

圖13 走道多專業(yè)剖面、三維軸測圖

作為一名暖通專業(yè)人員需要參考結(jié)構(gòu)專業(yè)的梁、板、墻、柱，這樣就能夠直觀地進(jìn)行管線布置，充分利用梁格，斜坡，甚至網(wǎng)架空間。同時，由于采用了實時參考，也就意味著可以隨時更新各專業(yè)的設(shè)計動態(tài)，那么諸如本專業(yè)的冷凝水管、給排水專業(yè)的雨水、污水等帶有坡度，在平面圖中不易表達(dá)清楚的重力管就能夠在第一時間為其他專業(yè)有效獲悉，并及早合理安排本專業(yè)管道走向，規(guī)避碰撞。而結(jié)構(gòu)專業(yè)剪力墻留洞等重要提資內(nèi)容，也能夠使用只碰撞剪力墻和暖通專業(yè)構(gòu)件的自定義功能自動檢查其正確性。

管線綜合。管線綜合作為BIM技術(shù)現(xiàn)階段較為成熟的功能，在國內(nèi)實際工程當(dāng)中最為常見。筆者在應(yīng)用的過程發(fā)現(xiàn)BIM軟件的碰撞功能雖然能夠自動化地找出交叉點，但管線綜合的排布仍然應(yīng)該由專業(yè)設(shè)計人員主導(dǎo)。在中交項目的應(yīng)用實踐當(dāng)中，管線綜合主要分為八個工序：

一是確認(rèn)建筑凈高、主梁高度、走廊寬度以及當(dāng)層機(jī)電各專業(yè)的主管尺寸，計算布線空間高度，作為后期工作基礎(chǔ)。

圖14 暖通專業(yè)主模型參考關(guān)系

圖15 管線碰撞結(jié)果列表界面

二是重力管（如冷凝水管、排水管）以及煙囪等不易調(diào)整的管道優(yōu)先布置，讓所有相關(guān)專業(yè)看到其走向，自行碰撞并規(guī)避。

三是檢查確認(rèn)機(jī)電機(jī)房管線出口留洞標(biāo)高是否正確，特別是后期較難更改的剪力墻留洞。

四是選擇典型走道以及預(yù)估的不利管段（如相鄰的多個機(jī)電機(jī)房出管處）進(jìn)行剖面排布，確認(rèn)當(dāng)層各專業(yè)的原則標(biāo)高。

五是使用BIM軟件碰撞功能對模型進(jìn)行檢查，找出交叉點。

六是對交叉點，特別是一些涉及多專業(yè)多管段的復(fù)雜節(jié)點進(jìn)行復(fù)核，根據(jù)避讓原則，分析建筑空間，利用梁格、管線翻折等方法解決碰撞。

七是再次使用BIM軟件，對修改后的模型進(jìn)行碰撞檢查，直至解決所有主要碰撞。

八是形成碰撞報告，并利用三維抽圖功能，對復(fù)雜節(jié)點輔以剖面切圖，軸測圖等方式加以表現(xiàn)。

在中交項目當(dāng)中利用BIM軟件的管線碰撞功能，可以選擇不同的專業(yè)，甚至不同專業(yè)中特定的若干系統(tǒng)（如排水管與暖通所有管線）進(jìn)行碰撞，并形成碰撞報告列表如圖15所示。

通過上述列表可以清晰地了解本層管線碰撞的數(shù)量，交叉管線所屬專業(yè)，同時點擊結(jié)果列表中的每條記錄就可以瀏覽交叉管線的具體情況，如圖16所示。

應(yīng)用總結(jié)

BIM技術(shù)應(yīng)用有不同層級，可以針對甲方要求、工程特點、項目階段逐步深化，不宜盲目求全，將所有信息、構(gòu)件一次性輸入，反而造成信息冗余，部分工作量毫無效益，得不償失。

BIM技術(shù)在暖通專業(yè)的應(yīng)用較之CAD來說是一個先期投入較大，后期自動化較高的過程。但由于直觀表達(dá)的信息更多，考慮輸入和相應(yīng)不可避免的修改，其工作量無疑是增大的。專業(yè)人員需做好心理準(zhǔn)備，合理安排工期。

BIM技術(shù)基于三維協(xié)同平臺，信息能夠及時地互通。專業(yè)人員應(yīng)習(xí)慣該種工作模式，并針對其特點調(diào)整設(shè)計流程，讓重要的，會影響其他專業(yè)的信息盡快反應(yīng)在BIM模型上。

BIM技術(shù)作為一項先進(jìn)的設(shè)計工具，盡管功能強(qiáng)大，且自動化較高，但是應(yīng)用人員還是必須從專業(yè)知識的角度出發(fā)，盡量合理安排工序，協(xié)調(diào)在前，不然其返工量會更大。例如：管綜工作就該先排布多專業(yè)剖面，調(diào)整后再進(jìn)行碰撞，那種一開始就各專業(yè)分別建模，最后碰撞檢查出成千上百錯誤的工作方式，并不高效，且缺少對項目的整體把控，變成軟件主導(dǎo)人，而非人駕馭軟件。

BIM技術(shù)具備強(qiáng)大的動態(tài)切圖，動畫瀏覽以及施工模擬等功能，表達(dá)手段更為多樣直觀。應(yīng)用人員應(yīng)主動學(xué)習(xí)利用這些特點表現(xiàn)專業(yè)設(shè)計中的復(fù)雜節(jié)點，提高與甲方以及施工企業(yè)的溝通效率。

圖16 地下室管線碰撞交叉