黃國鵬

?

BIM軟件應(yīng)用發(fā)展趨勢—以暖通設(shè)計為例

黃國鵬

（西南財經(jīng)大學(xué)天府學(xué)院工程管理研究所 綿陽 621000）

BIM通過數(shù)字仿真信息技術(shù)來模擬建筑物所具有的真實信息，可以用于建設(shè)工程設(shè)計、建造、和運維管理。從實現(xiàn)BIM價值的三大基本支撐IFC/IMD/IFD的角度，分析當(dāng)前主流的暖通設(shè)計軟件在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。高集成化且包含標(biāo)準(zhǔn)化三維族庫的BIM設(shè)計軟件將真正使建筑工程建設(shè)實現(xiàn)可視化、可協(xié)調(diào)、可模擬、可優(yōu)化，提高工程建設(shè)效率。

BIM；暖通設(shè)計；IFC；IMD；IFD；Revit?MEP

0 引言

在我國建設(shè)工程項目的建設(shè)實施中，BIM（建筑信息模型）技術(shù)得到了越來越廣泛地應(yīng)用。BIM的理念來源于美國，1975年“BIM之父”Eastman教授在其研究的課題“Building Description System”中提出“a computer-based description of-a building”，為實現(xiàn)建設(shè)工程項目的可視化和可協(xié)調(diào)，減少建設(shè)過程中的不可控制因素，提高建設(shè)質(zhì)量，減少建設(shè)成本。BIM是基于三維數(shù)字技術(shù)，集成各種建筑工程數(shù)據(jù)可視化為各專業(yè)設(shè)計師、工程師、開發(fā)商乃至用戶等各環(huán)節(jié)參與人員提供模擬和分析的協(xié)作平臺，幫助他們進行建筑項目的設(shè)計、建造和運維管理。真正的BIM應(yīng)改具有可視化、可協(xié)調(diào)、可模擬、可優(yōu)化、可出圖性等特征，并且可以在不同軟件、不同項目參與方之間進行綜合協(xié)調(diào)，提高生產(chǎn)效率、改善溝通效果及加強質(zhì)量控制等。最終目的是要通過BIM實現(xiàn)整個建設(shè)工程項目在設(shè)計、施工和運營等各階段都能有效節(jié)省能源、降低成本、減少污染和提高效率。2011年5月20日，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《2011～2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》。兩年后，住建部又在2013年8月29日發(fā)布了《關(guān)于征求推薦BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的指導(dǎo)意見（征求意見稿）意見的函》。隨后，全國多地政府相繼推出各版本的建筑信息模型的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和實施意見。促使BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑行業(yè)的進一步發(fā)展，提升工程建設(shè)的信息化程度，加快建筑信息模型技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用，推進信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)進程，加快自主知識產(chǎn)權(quán)軟件產(chǎn)業(yè)化。作為建筑工程設(shè)計中的重要一環(huán)，暖通工程設(shè)計類BIM軟件的發(fā)展同樣面臨著機遇和挑戰(zhàn)。

1 暖通工程設(shè)計中實現(xiàn)BIM應(yīng)用的三項基礎(chǔ)支撐

信息交換格式IFC、信息交付手冊IDM和國際字典框架IFD是實現(xiàn)BIM價值的三大基礎(chǔ)條件。IFC（Industry Foundation Classes）數(shù)據(jù)信息交換格式是一個不受任何一個人或一組供應(yīng)商控制的中性的和公開的標(biāo)準(zhǔn)，是一個由BuildingSmart開發(fā)用來幫助工程建設(shè)行業(yè)基于數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο蟛⒖山换ナ褂玫奈募袷?，是一個BIM普遍使用的格式。IDM（Information Delivery Manual）信息交付手冊，是為特定階段確定所需交換信息的執(zhí)行手冊。IDM是驗證IFC軟件的信息交換框架的組成部分，交換框架始于一個開發(fā)并能滿足特定工業(yè)領(lǐng)域集成信息模型，IDM從用戶角度定義建設(shè)項目生命周期內(nèi)用戶信息交換的流程。IFD（International Framework for Dictionaries）直譯為國際字典框架，IFD為每個數(shù)據(jù)信息概念定義一個全球唯一的標(biāo)識碼GUID，這樣IFD就解決了各國用戶對信息術(shù)語命名不一致性的問題。

1.1 IFC與信息數(shù)據(jù)互用

建筑工程設(shè)計是一個多個工種互相交叉協(xié)同工作的系統(tǒng)性設(shè)計，不同工種均有著各自不同的專業(yè)設(shè)計軟件，而大部分設(shè)計軟件之間又缺少信息互通，不能做到有效的協(xié)同設(shè)計。以暖通設(shè)計軟件為例，暖通設(shè)計在計算房間負(fù)荷時需要載入建筑的幾何信息和熱工信息，在設(shè)計和布置設(shè)備管線時需要建筑、結(jié)構(gòu)、給排水和電氣管道的空間位置及坐標(biāo)，以免在以后施工中發(fā)生碰撞。所以，暖通設(shè)計軟件要與建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計、給排水設(shè)計等軟件之間的信息需要交互使用（互提資料）。IFC的出現(xiàn)就是為了保障各專業(yè)設(shè)計軟件之間互提信息的有效性。

圖1 暖通設(shè)計與建筑設(shè)計信息交換需求

1.2 IDM與暖通協(xié)同設(shè)計流程

IFC保障了各專業(yè)之間建筑信息交換的格式需求，但建筑工程設(shè)計是要分階段、分流程進行的。某個階段只需要部分專業(yè)的必要的信息進行交換，那么如何進行信息交換，交換多少就由IDM來完成。簡言之，IDM是用來確定交換信息內(nèi)容的，IDM與設(shè)計流程直接相關(guān)。根據(jù)《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》，我國建筑工程設(shè)計階段分成方案選擇、基礎(chǔ)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計三個階段。暖通工程設(shè)計與建筑專業(yè)工程設(shè)計之間互提資料同樣是按照以上三個階段進行互提。其中，暖通設(shè)計過程可概括為：（1）確定室內(nèi)設(shè)計參數(shù)，計算房間負(fù)荷。（2）確定系統(tǒng)方案，選定主要設(shè)備型號。（3）布置設(shè)備管網(wǎng)、進行水力計算及設(shè)備校驗。（4）與其它各專業(yè)之間協(xié)同設(shè)計，包含管線綜合檢測、標(biāo)準(zhǔn)制定等。

圖2 暖通設(shè)計過程與信息交換流程

1.3 IFD和構(gòu)件族庫

建筑工程設(shè)計包含了建筑、結(jié)構(gòu)、電氣和設(shè)備暖通等專業(yè)，構(gòu)件種類復(fù)雜，如何實現(xiàn)建筑、設(shè)備構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品庫就顯得尤為重要。產(chǎn)品制造的全球化和商業(yè)化需要我們有更統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，否則，由于國家、地區(qū)、語言和文化背景的不同，信息提供者和信息請求者可能對同一個信息概念會有著不同的表達(dá)方式，會導(dǎo)致在信息交換過程中由于信息描述不一致而出現(xiàn)錯誤。IFD的出現(xiàn)就是為了解決這一問題，基于IFD設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、三維參數(shù)化的構(gòu)件族庫，以Revit族為例，族庫設(shè)計是進行參數(shù)化設(shè)計構(gòu)件，可由多個參數(shù)屬性進行定位，還可根據(jù)項目的要求進行模型外觀和樣式大小的變化，并且可以在建模過程中進行存儲與調(diào)用。Revit族庫也是制約我國BIM技術(shù)發(fā)展的一大瓶頸，由于其制作繁瑣、工程量大等特點，是Revit建模中占用時間較長的一個環(huán)節(jié)。Revit族庫有三種族庫類型：“系統(tǒng)族庫、標(biāo)準(zhǔn)族庫、自定義族庫?！蹦壳笆袌錾铣Ｓ玫臉?gòu)件族庫有Revit族庫（圖3）、鴻業(yè)族立得（圖4）、MagiCAD產(chǎn)品庫、天正圖庫等。

圖3 Revit族

圖4 鴻業(yè)族立得

2 BIM軟件在暖通設(shè)計中應(yīng)用的現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國內(nèi)外BIM設(shè)計軟件約有30余種，同時，各個BIM設(shè)計軟件的應(yīng)用插件也陸續(xù)地在被開發(fā)。根據(jù)不同的建筑形式、工作條件及對建筑信息的需求, 可以使用不同的BIM軟件。在暖通設(shè)計行業(yè)中常采用的主流軟件有以下幾種：Revit?MEP、MagiCAD、AutoCAD?MEP、天正暖通、鴻業(yè)暖通、浩辰CAD暖通等。由于我國《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》還處于研究和征求意見稿的階段，且現(xiàn)階段國內(nèi)建筑設(shè)計還無法摒棄傳統(tǒng)的二維施工圖標(biāo)準(zhǔn)，所以國內(nèi)軟件的三維設(shè)計功能不強，大多只是轉(zhuǎn)三維視圖和模擬。國外BIM軟件三維設(shè)計功能比較強大，如Autodes@REVIT系列、Bentley系列等，卻又不能完美支持中國的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。目前國內(nèi)大多數(shù)設(shè)計院均先采用CAD平臺繪制二維施工圖，然后將二維施工圖導(dǎo)入BIM軟件如Revit平臺軟件進行重繪和建模，由二維模型轉(zhuǎn)三維模型。然后各專業(yè)在基于三維參數(shù)化模型中進行協(xié)同設(shè)計，提前更正設(shè)計錯誤，提高出圖質(zhì)量。

3 BIM暖通設(shè)計軟件應(yīng)用發(fā)展趨勢

CAD施工圖規(guī)范和基于CAD平臺設(shè)計軟件在國內(nèi)設(shè)計院使用很普遍，被大多數(shù)設(shè)計師所依賴，也符合我國現(xiàn)行的二維施工圖出圖規(guī)范。而新出現(xiàn)的基于Revit、Bentley、Tekla等平臺-設(shè)計軟件所出的三維模型雖然可視化程度高、模擬性強，并且可以在協(xié)作設(shè)計平臺實現(xiàn)碰撞檢測，但現(xiàn)階段我國尚無三維施工圖標(biāo)準(zhǔn)，無法做到真正的施工階段模擬，因此BIM軟件功能在國內(nèi)只做到了部分利用。

3.1 Revit?MEP設(shè)計軟件應(yīng)用

Revit?MEP是一款真正的BIM設(shè)計軟件，不需要以二維施工圖為參照進行三維設(shè)計，而是可以直接通過三維建模設(shè)計來導(dǎo)出二維施工圖紙，精準(zhǔn)設(shè)計數(shù)據(jù)，減少設(shè)計誤差，提高設(shè)計效率。Revit?MEP有著強大的聯(lián)動功能，設(shè)計中在修改信息模型時，其他的相關(guān)視圖也會自動進行更新，在進行設(shè)備模型修改時會出現(xiàn)自動尺寸提示，以便進行設(shè)備模型的重新定位。這個功能可幫助設(shè)計師們降低建模難度，減少設(shè)計工作量，提高工作效率。Revit?MEP可支持IFC格式輸出，實現(xiàn)了建筑工程設(shè)計各專業(yè)之間的信息交換，保持建模過程中參數(shù)的一致性，為BIM建設(shè)實施的各專業(yè)提供統(tǒng)一的數(shù)字信息模型。Revit?MEP設(shè)計過程大致包括：構(gòu)件族的創(chuàng)建、修改；風(fēng)管水管配置、視圖編輯；計算房間負(fù)荷、布置設(shè)備模型、創(chuàng)建邏輯系統(tǒng)；管道連接、系統(tǒng)分析和管道尺寸調(diào)整；標(biāo)注、系統(tǒng)圖、碰撞檢查等。

3.2 暖通設(shè)計中的碰撞檢測

碰撞檢測是實現(xiàn)BIM應(yīng)用價值的重要功能之一。在Revit?MEP建立信息模型后，各專業(yè)間可利用Revit?MEP協(xié)作設(shè)計平臺（Navisworks）進行管線綜合碰撞檢測，全面檢測管道與管道之間、管道與土建構(gòu)件之間碰撞問題，并反饋給各專業(yè)的設(shè)計人員進行設(shè)計調(diào)整。設(shè)計人員根據(jù)碰撞檢測報告及修改意見，進行優(yōu)化設(shè)計，然后再次進行碰撞檢測，直至解決所有的碰撞問題。

圖5 綜合碰撞檢測

3.3 集成設(shè)計

當(dāng)前，建筑行業(yè)提倡綠色節(jié)能，為了更好地應(yīng)對日益糟糕的環(huán)境問題，建筑設(shè)計行業(yè)的市場上相繼出現(xiàn)了可以進行建筑性能化模擬的計算軟件。目前，市場上常用的暖通負(fù)荷計算軟件分國內(nèi)和國外的。國內(nèi)的軟件有天正暖通、鴻業(yè)暖通、TH-BECH、HDY-SMAD、DeST、PKPM等，國外的有IES-VE、DesignBuilder、Sefaira、DOE-2等。國內(nèi)的建筑性能化模擬軟件的模擬計算功能不夠強大，可集成度也低?；赗evit?MEP平臺的能耗模擬軟件IES-VE、Sefaira可以在Revit內(nèi)進行快速基本分析，導(dǎo)出模型到IES軟件或是Sefaira的網(wǎng)頁版后再進行詳細(xì)分析。DesignBuilder可以一鍵簡化Revit模型并導(dǎo)出gbXML格式文件，但DesignBuilder不能讀取Revit模型中的建造信息，需要手工輸入。BIM設(shè)計軟件集成能耗計算模塊的目的是為了節(jié)省工程建設(shè)成本，集成設(shè)計嵌入越早才會越有效。建筑能耗計算引擎應(yīng)當(dāng)既可以計算出全年能耗又可以計算出動態(tài)負(fù)荷，BIM建筑設(shè)計軟件的高集成化將成為未來BIM軟件發(fā)展的要求。

4 結(jié)論

BIM軟件應(yīng)用是現(xiàn)代建筑設(shè)計行業(yè)發(fā)展的新趨勢，BIM軟件的產(chǎn)生和發(fā)展是對設(shè)計理念的一種全新的發(fā)展和革新。在暖通設(shè)計領(lǐng)域，集成了能耗計算功能且具有標(biāo)準(zhǔn)化三維構(gòu)件族庫的BIM軟件將會使暖通設(shè)計更為精細(xì)、合理，更能方便各專業(yè)相互配合，增強專業(yè)協(xié)同設(shè)計，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)計及施工中的問題，也會使建筑設(shè)計更符合綠色節(jié)能的要求。隨著BIM軟件的不斷發(fā)展和優(yōu)化，相信在不久的將來，BIM軟件將會成為暖通空調(diào)設(shè)計中更為先進的設(shè)計工具。

[1] 清華大學(xué)BIM課題組,互聯(lián)立方isBIM公司BIM課題組.設(shè)計企業(yè)BIM實施標(biāo)準(zhǔn)指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[2] 喬兵.民用建筑工程設(shè)計互提資料深度及圖樣-暖通空調(diào)專業(yè)[M].北京:中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院出版社,2005.

[3] 劉向龍,金煦,婁小鐵.暖通技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].制冷與空調(diào),2006,(3):94-96.

[4] 王一帆,趙志安.基于BIM技術(shù)的暖通設(shè)計軟件對比研究[J].土木建筑工程信息技術(shù),2013,(5):71-74.

[5] 何關(guān)培.實現(xiàn)BIM價值的三大支柱-IFC/IDM/IFD[J].土木建筑工程信息技術(shù),2011,(3):108-116.

[6] 劉丹,王施施.BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2014,(28):195.

[7] LiuY, LeichtM, MessnerJ. Identify Information Exchanges by Mapping and Analyzing the Integrated Heating, Ventilating, and Air Conditioning (HVAC) Design Process[C]. 2012 ASCE International Conference on Computing in Civil Engineering, Clearwater Beach, FL, 2012:June 17-20.

[8] 趙志安,邱相武,姜立,等.BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計系列軟件中的應(yīng)用探討[J].土木建筑工程信息技術(shù),2012,(4): 115-118.

The Trend of Software Development of BIM Application in HVAC Design as an Example

Huang Guopeng

( Institute of Engineering Management, Tianfu College of Southwestern University of Finance and Economics, Mianyang, 621000 )

BIM technology with digital information through the simulation of the building, can be used for the design, construction, operation and maintenance management. This article is aimed to analyse the current mainstream HVAC design software in the application status and development trend in China, from the point of view about the three basic support IFC, IMD, IFD to realize the value of BIM. BIM design software, with high integration and standard 3D family library, will really make the construction visualized, coordinated, simulatable, optimizable, improving construction efficiency.

BIM; HVAC design; IFC; IMD; IFD; Revit?MEP

1671-6612（2017）03-269-03

TP317

A

黃國鵬（1979.06-），男，碩士，講師，E-mail：81908123@qq.com

2016-03-01