暖通工程設計與施工研究

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摘要:BIM技術（建筑信息模型）作為完備的信息模型，能夠實現建筑工程全生命周期的信息集成，從而為工程設計與施工提供一體化信息模型，促進建筑工程項目的順利實施。以實際工程為例，闡述了BIM技術在建筑暖通工程設計與施工中的應用，以期提高BIM技術應用水平，保障建筑工程按時按質完成。

關鍵詞:BIM技術；暖通工程；設計；施工

在建筑工程中，傳統的建筑設計以平面CAD圖紙依托，以點、線的坐標、樣式等表達工程內容，難以直觀地體現各工程之間的邏輯關系，如工程設計存在問題時，僅依靠設計圖紙難以及時發現，而這些問題在工程施工時發現和變更，將造成工程施工成本增加，影響施工進度。例如，暖通管線布局存在不合理、碰撞等問題，對工程施工造成困擾。隨著建筑行業的發展，建筑設計與施工協同施工技術受到廣泛的關注，并取得了顯著的研究成果。BIM技術（建筑信息模型）作為完備的信息模型，能夠實現建筑工程全生命周期的信息集成，從而為工程設計與施工提供一體化信息模型，促進建筑工程項目的順利實施。

1工程概況

本工程為惠安縣社會福利中心項目，總建筑面積約為28544.87m2，其中，地上建筑面積為22481.67m2，地下建筑面積6063.20m2。建筑層數為1~8層，地下1層，建筑總高度3.3~29.70m，主要包括老年人福利中心、兒童福利中心、救助站、救災物資儲備倉庫及變配電室、門衛等，鋼筋混凝土框架結構。根據工程設計內容，本項目包括建筑工程、結構、室內外裝飾裝修、電氣、給排水、暖通、電梯、消防、智能化、園林景觀、室外工程、照明及相關配套工程等所有工程的施工、基坑圍護施工、預制構件生產和施工等內容。暖通工程包括空調系統、通風系統。本工程大樓舒適性空調設計采用可變制冷劑流量空調系統，空調新風由專用商用多聯新風機處理，新風系統按層按區分別設置，新風機放置在專用機房或走道吊頂內，新風負荷全部由新風機承擔，新風經過濾、冷卻處理后送至各房間和內廊。辦公室、值班室、各科辦公室、老年人居室、療養室等房間采用室內機加獨立新風系統，公共交流區兼養護單元餐廳、教室、閱覽室、多功能廳、門廳等人員密集、新風量大，從舒適性空調使用標準及節能考慮，其空調新風采用全熱新風交換器，引入室外新風確保室內空氣品質，并回收室內排出氣體中的冷量/熱量；全熱新風交換器根據房間的層高，設置于吊頂內。通風系統主要包括樓梯間加壓送風系統、地下車庫排風兼排煙系統及機械進風系統。排風量以6次/h換氣次數計算，進風量以5次/h換氣次數計算。

2傳統CAD圖紙應用存在的問題及BIM技術應用優勢

在傳統的建筑工程設計與施工中，工程設計單位與施工單位均基于平面CAD圖紙，難以全面體現工程設計內容，致使建筑工程項目施工出現較多問題，主要包括工程設計與施工兩個方面問題。2.1工程設計階段的問題。首先，當建設單位需求變化或施工階段因實際情況導致設計方案變更時，可能出現圖紙更新不及時造成施工現場圖紙與設計圖紙不一致的情況發生；其次，由于工程設計階段各專業獨立成圖，各專業間溝通較少，造成施工時各系統碰撞情況嚴重，造成工程施工成本增加，影響工程施工進度；最后，在項目推進實施過程中，由建筑設計負責人提供技術支持，配合施工單位完成各環節的實施，施工過程中出現的施工圖紙變更大多在工程管理后期收集和整理，極易導致工程設計與實際施工不符的情況發生。2.2工程施工階段的問題。由于傳統工程設計基于CAD圖紙，當設計圖紙發生變更時，信息傳遞相對滯后，極易導致圖紙更新不及時，從而導致返工現象的發生。同時，由于CAD二維線性施工圖紙立體性較差，各專業施工相對獨立，可能造成“錯、漏、碰、缺”問題的發生，從而影響了整個建筑工程施工進度，導致施工成本增加，影響建筑單位經濟效益。2.3BIM技術應用優勢。相較于傳統的CAD二維圖紙，BIM技術能夠實現三維工作平臺協同和信息傳遞，有效解決建筑設計與施工整體性差、協同性不強等問題。借助于BIM技術，能夠改善二維圖紙以點和線表達的問題，以三維立體的形式全面設計和展示建筑信息模型，提高工程設計的全面性與準確性，有助于提升建筑設計質量，有效降低建筑施工二維設計中“錯、漏、碰、缺”問題發生幾率，減少工程返工，從而縮短建筑工程施工周期，提高建筑企業經濟效益與社會效益。

3BIM技術在暖通工程設計及施工中的應用研究

BIM技術適用于建筑工程全壽命周期管理，覆蓋建筑工程設計至運維管理的全過程。從整體而言，BIM技術的應用關鍵在于工程設計與工程施工階段。3.1BIM技術在暖通工程設計中的運用。3.1.1BIM技術在暖通管道綜合中的應用。借助于BIM技術，設計人員創建具有機械功能的HVAC系統，并為供暖和風道系統管網提供三維建模，實現拖拽視圖內設計元素對模型進行調整，能夠在平面視圖和剖面圖中完成建模，滿足設計人員使用需求。當任意視圖變更修改時，其他模型將隨之發生變化。借助于BIM技術建立暖通工程模型，能夠直觀呈現各管線所在區域模型，實現管線交叉、轉角及碰撞的實時檢查，確保工程設計的準確性（如圖1所示）。此外，BIM技術繪制的模型具有綜合性，設計人員能夠任意選擇剖切圖，具有生成相應的剖面圖，提高了工程設計效率。圖1基于BIM技術的暖通工程管線綜合示意圖3.1.2BIM技術支持產品庫設計模型傳統的CAD平面設計與點和線實現設備、管線的表達，一般是通過投影輪廓線表示空調組和風道管線等，難以形成直觀展示產品類型。BIM技術支持內容豐富的設備產品庫，設計人員可直接在產品庫中選擇、調用產品外形尺寸數據和性能參數，并可根據實際需求對產品模型進行參數自定義，從而構建以實際設備參數為基礎的設計模型（如圖2所示）。具體操作中，設計人員既可以復制既有尺寸的產品模型，使用產品制作器對產品庫模型參數進行修改，又可以通過項目管理文件調出相應的數據信息，實現產品模型與工程實際的關聯。3.1.3管道、風道尺寸確定及壓力計算。依據相關規范及標準，設計人員借助于BIM軟件內置的計算程序，可自動計算通風流量及風量損失，以此確定通風及各系統管線的規格，而無需借助于其他工程類軟件。同時，設計人員可使用風道和管道定尺寸工具為管網和管道系統設置動態的定尺寸方法，包括適用于確定風道尺寸和管道尺寸的摩擦法、速度法和靜壓復得法等，大大提升了工程設計效率，確保了工程設計信息的一致性和準確性。3.1.4BIM技術加強工程設計專業間協作?；贐IM技術繪制的三維信息模型，能夠將暖通工程中空調、制冷、通風各系統設備、管線數據集成在同一平臺中，任何設備、管線都通過定位展示在模型中，從而明確了暖通工程機房設備、主干管線尺寸、路由和三維定位等情況，當其他系統需要設計或變更時，能夠及時發現工程設計中存在的管線交叉、碰撞等問題，并通過與管綜專業人員的溝通、協調，從而使管線設置基于統一原則布置，即“小管讓大管、有壓讓無壓、無坡度讓有坡度”的原則，避免了各專業之間隔離情況的出現，有助于優化管線安裝設計，增強管線安裝設計的經濟性和科學性。3.2BIM技術在工程施工中的應用。3.2.13D渲染工程設計，直觀展示暖通工程立體效果。在工程施工階段，工程設計單位將BIM信息模型交付于施工單位，便于施工單位直觀展示施工現場及設備布置情況，并對復雜施工環節的施工方案進行模擬，促進施工方案優化。同時，借助于信息模型，建設單位通過二次渲染，有效提高建筑項目渲染效果，為業主提供更為直觀的立體展示，有助于提高業主的認可度。3.2.2精確計算工程材料，降低施工成本?；贐IM數據庫，施工單位能精確計算、統計工程所需的管材尺寸和規格，有利于控制施工預算的精度，實現施工成本的有效控制。由于BIM信息模型數據粒度可精確至構件級別，能夠快速提供工程項目各條主線所需的數據信息，為施工企業投標和中標后造價控制提供合理化依據。3.2.3模擬施工，強化施工管理。通過將信息模型與施工進度有機結合，形成基于工程進度的4D信息模型，能夠實現人力、機械、建筑材料和工程進度的集成化管理，并通過整個工程建筑過程模擬，提前預測建筑工程中可能存在的問題，合理配置人力、材料、機械等資源，全面掌握施工進度，及時發現和解決施工現場出現的問題和矛盾，減少可能影響工程質量、進度、成本等情況的發生，實現暖通工程施工中的動態管理，提高項目管理控制能力。3.2.4BIM在管線碰撞檢查中的應用BIM信息模型最重要的特點是三維可視化，為工程施工階段碰撞檢查提供可能。在暖通工程施工中，施工單位在工程前期開展管線系統碰撞檢查（如圖3所示），實現施工方案優化，降低施工過程中管線系統碰撞問題的發生，提高工程設計方案的可靠性。同時，通過管線碰撞檢查，施工單位能夠高效利用建筑空間，提高建筑凈空高度。此外，借助于BIM技術，技術人員在完成管線碰撞優化后，以最新的設計方案進行施工交底，有效提升了施工各環節溝通效率，降低返工、整改問題的發生。

4結語

基于BIM技術的建筑暖通工程設計與施工，規避了傳統CAD二維圖紙存在的問題，強化了工程設計與施工單位之間的聯系，提高了工程設計的全面性與準確性，降低了建筑施工二維設計中“錯、漏、碰、缺”問題發生幾率。同時，在工程施工中，BIM技術適用于現場管理、施工模擬、管線碰撞檢查、資源配置和成本控制等，實現暖通工程施工中的動態管理，提高項目管理控制能力，有利于企業控制施工成本，縮短建筑工程施工周期，提高建筑企業經濟效益與社會效益。

參考文獻

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[3]齊俊峰,張瑤.BIM技術在暖通工程設計中的應用及研究[J].住宅與房地產,2017(15):288.

作者:卓傳藻 單位:福建建工集團有限責任公司