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【摘 要】BIM在欧美地区已经发展的相对成熟，并且制定出相关的标准，在国内只处于起步阶段。但是BIM在建筑的设计及施工上的巨大优势是显而易见的，利用BIM在设计上带来方便，确保设计质量，在施工中可以减少材料的浪费，加快施工的进度，并且能够使业主更加直观的看到建筑物的三维形式，BIM在暖通中的优势会随着其应用越来越明显。
【关键词】BIM技术；暖通空调设计；应用
前言
BIM的核心是一个包含了建筑、结构、设备等专业的设计参数以及各种材料信息的数据库。在实际建筑工程中遇到的任何情况，在BIM数據库中都将有相应全面的、详细的描述。此外，BIM技术的三项基本支撑为国际字典框架IFD、信息交付手册IDM、信息交换格式IFC，然后通过专业协同技术、参数化技术、建筑性能化模拟技术，使暖通空调设计实现了从单纯的信息到特定用途的信息转换，显著的增强了设计的专业协同。因此，正确的掌握BIM技术在暖通空调设计中的应用，确保暖通设计各个参与方能够获得正确的信息，对保证暖通空调的设计标注化、三维参数化具有十分重要的作用。
一、BIM技术在供暖空调设计方面的意义
暖通空调系统特别是集中空调系统是一个庞大复杂的系统，管道设备选型以负荷为重要依据，专业管道设备布置依赖土建专业提供的空间。土建专业提供的设备安装空间有限，在设计阶段如何协调暖通专业与其他各专业的设计工作，避免专业之问在空间位置上的冲突，一直困扰着暖通设计人员。
对于复杂的工程，可能到施工阶段才能发现问题，此时如果通过变更设计、拆除已安装的管道甚至现场在梁上打洞的方法来避让其他专业管线、设备，都将造成不必要的人力、物力、财力的浪费。
基于BIM的暖通3DCAD的管道综合碰撞检查功能有助于在施工图设计阶段发现问题，减少后期施工阶段的变更和改动，它为各工程设计专业的协同工作提供了辅助手段，有利于提高设计质量，节省人力、物力、财力。管道综合碰撞检查软件可三维漫游各专业的综合实体，形象直观，可供工程设计人员在设计阶段查看设计效果。
二、基于BIM的暖通3DCAD的关键实现技术
1、建筑信息模型实现技术
建筑信息模型的本质是用数字技术描述实际的建筑，因此它非常精细，包含了很多建筑元素。
建筑信息模型主要有两种：一种是超级复杂的综合模型，从软件角度看就是共享一个不仅包含建筑模块和设备模块，还包含结构和预算模块以及一些辅助模块的中央级数据库。该模型要为不同专业用户提供接口，十分复杂，需要耗费大量资源进行维护，风险大、可行性不强。另外一种是分类模型，使用联合数据库，在从设计咨询到初步设计再到施工图设计的各阶段，各个专业通过一个模型进行交流，各下游专业设计人员通过标准接口从模型获取所需要的建筑信息，用专业软件完成各自的设计工作，然后将各自的成果反馈到信息模型中，或者将各自对建筑模型的意见反馈给建筑师，通过建筑师调整后的模型共享到下一阶段供其他专业参考和使用。从图2可以看出基于BIM的暖通3DCAD采用了联合数据库技术，暖通工程师可以随意把专业数据写入模型，但是不能修改建筑设计，只能反馈修改意见给建筑师。
建筑功能的不同以及同一建筑的不同设计阶段都会产生不同的模型数据库，为了确保数据文件读写的一致眭，对数据模型的操作必须遵守建筑行业事实上的数据共享和交换标准——IFC（industry foundation class）标准，它是由IAI（International Alliance for Interoperabi1ity）开发的一个数据模型，既可以用于数据呈现，也可以作为档案，其原则是将建筑3D模型视为真实的物体，目的是让CAD使用者能在不同的软件间交换设计数据。从软件角度看，联合数据库技术遵循的是文件格式一致性原则，所有专业软件只要遵循统一的文件格式都可以各自独立开发。
2、模拟仿真技术
随着建筑空间向复杂化、多样化和大型化发展，实际空调通风房间的气流组织形式变化多样。传统的射流理论分析方法采用的是基于某些标准或理想条件理论分析或试验得到的射流公式对空调送风口射流的轴心速度和温度、射流轨迹等进行预测，存在较大的误差。即便传统方法分析可信度高，该方法也只能给出室内的一些集总参数的信息，不能给出设计人员所需的详细资料，无法满足设计者详细了解室内空气分布情况的要求，
由流体力学相关知识可知，三维空间的温度场和流场都是不断变化的，因此只能在很小范围内近似认为相关物理量相等。暖通3DCAD仿真模拟的核心技术就是借用有限元的思想将房间划分为一系列的网格，认为单元格内的相关参数如温度、流速等一致，单元格间存在热、质交换。通过建立质量和能量守恒方程来研究房间内的温度分布以及流场变化情况，由于存在某种程度上的近似处理，因此模拟得到的实际上还只是一种相对精确的结果。暖通3DCAD仿真模拟功能可以对室内空气分布情况进行模拟和预测，从而得到房间内速度、温度、湿度等物理量的详细分布以及能量的需求情况。这种方法克服了实物实验周期长、费用昂贵、实用性差的弊端。以仿真流场、温度场为参考确定空调末端设备的空间方位，以模拟的能量需求和能耗模拟的结果综合确定房间负荷，从而实现空调系统的节能设计。
3、3D管道碰撞检查技术
3D管道碰撞检查的核心技术是实体空间相容性分析，就是分析管道与管道、设备与设备、管道与设备以及管道设备与建筑构件之间是否在空间位置上有重叠的地方。由于三维实体形状的多样性以及实体与实体间位置的不确定性，决定了实体空间相容性分析的复杂性，因此进行系统空间相容性分析之前必须对实体进行标准化处理。标准化处理的过程就是把圆柱体和平行多面体两种简单实体作为标准体，利用这两种基本结构描述所有的管道、管件和结构构件。
经过标准化处理后，实体之问的空间相容性问题便转化为标准体之间的碰撞检查问题，只要实体分解的所有标准体不碰撞，实体就不碰撞。标准体碰撞检查的核心算法是在调用基本空间处理函数的基础上编写两个标准体的空间关系判断函数。这种方法具有算法简单易实现、精度易控制、分析效率高的优点。如果两个标准体发生碰撞则应该根据标准体ID属性搜索到发生碰撞的一组实体的相应属性，根据两个标准体的交线可以绘制两个标准体的交截面、突出显示相交空间并计算其空间大小，并对实体进行变色处理，以便于进行系统设计上的调整。对于墙和管道发生的碰撞检查，如果墙没有预设洞口则认为发生碰撞，在碰撞处给出在墙上打洞的建议，如果碰撞处已经开洞则认为没有发生碰撞。如果空调系统布置在经常有设备移动或者实体本身有动作的空间，实体之间需要进行动态空间相容性分析，就是判断管道、设备是否影响动态实体的移动以及静态实体的局部动作。动态空间相容性分析需要考虑实体的运动轨迹，在实体运动到轨迹的不同位置上都要构造一个虚拟实体，并判断这些虚拟实体与管道、设备、墙、梁、柱、门、窗等构件是否发生碰撞。
三、基于BIM的暖通3DCAD开发环境
本系统可以使用VC++6.0进行开发，采用模块化的开发模式。首先利用微软基础类库MFC（microsoft foundation classes）形成框架，然后进行能耗分析模块、供暖空调模块、模拟仿真模块、管道碰撞检查模块的开发。软件开发采用面向对象的方法，开发过程中只要保证各个模块采用统一的数据格式，各种模块就可由不同的开发团队甚至不同单位完成，最后进行统一测试。如果已经存在相应的程序，并且遵循统一的文件格式，则可以直接利用，避免从头开发，节约时间。
结束语
总之，BIM技术具有信息化、可视化的优点，其显著的提高了设计工作的完整度，对以后的施工提供更多、更加准确的信息，有助于减少浪费和节约成本，并且为了更好的体现BIM技术的价值，BIM不仅仅应该只局限于设计阶段，还应该贯穿与整个暖通空调建筑生命周期的各个阶段，以此提高建筑物整个生命周期的运营效率。随着BIM技术在暖通空调设计中的应用和不断完善，对整个暖通空调设计行业，都会产生深远的影响。
参考文献：
[1]董大纲，蔡悠笛，张杰，李德英.BIM技术在暖通空调设计中的应用初探[J].暖通空调.2013（12）
[2]高远，邓雪原.基于BIM的建筑MEP设计技术研究[J].土木建筑工程信息技术.2010（02）
[3]张亚光.BIM技术在暖通空调设计中的应用[J].江西建材.2014（05）
[4]罗志文，赵加宁，王丽娜，何丽霞.关于暖通空调设计方案评估体系的若干思考[J].建筑热能通风空调.2005（06）
[5]马展超.浅谈暖通空调设计中存在的问题[J].科技经济市场.2006（05）
【关键词】BIM技术；暖通空调设计；应用
前言
BIM的核心是一个包含了建筑、结构、设备等专业的设计参数以及各种材料信息的数据库。在实际建筑工程中遇到的任何情况，在BIM数據库中都将有相应全面的、详细的描述。此外，BIM技术的三项基本支撑为国际字典框架IFD、信息交付手册IDM、信息交换格式IFC，然后通过专业协同技术、参数化技术、建筑性能化模拟技术，使暖通空调设计实现了从单纯的信息到特定用途的信息转换，显著的增强了设计的专业协同。因此，正确的掌握BIM技术在暖通空调设计中的应用，确保暖通设计各个参与方能够获得正确的信息，对保证暖通空调的设计标注化、三维参数化具有十分重要的作用。
一、BIM技术在供暖空调设计方面的意义
暖通空调系统特别是集中空调系统是一个庞大复杂的系统，管道设备选型以负荷为重要依据，专业管道设备布置依赖土建专业提供的空间。土建专业提供的设备安装空间有限，在设计阶段如何协调暖通专业与其他各专业的设计工作，避免专业之问在空间位置上的冲突，一直困扰着暖通设计人员。
对于复杂的工程，可能到施工阶段才能发现问题，此时如果通过变更设计、拆除已安装的管道甚至现场在梁上打洞的方法来避让其他专业管线、设备，都将造成不必要的人力、物力、财力的浪费。
基于BIM的暖通3DCAD的管道综合碰撞检查功能有助于在施工图设计阶段发现问题，减少后期施工阶段的变更和改动，它为各工程设计专业的协同工作提供了辅助手段，有利于提高设计质量，节省人力、物力、财力。管道综合碰撞检查软件可三维漫游各专业的综合实体，形象直观，可供工程设计人员在设计阶段查看设计效果。
二、基于BIM的暖通3DCAD的关键实现技术
1、建筑信息模型实现技术
建筑信息模型的本质是用数字技术描述实际的建筑，因此它非常精细，包含了很多建筑元素。
建筑信息模型主要有两种：一种是超级复杂的综合模型，从软件角度看就是共享一个不仅包含建筑模块和设备模块，还包含结构和预算模块以及一些辅助模块的中央级数据库。该模型要为不同专业用户提供接口，十分复杂，需要耗费大量资源进行维护，风险大、可行性不强。另外一种是分类模型，使用联合数据库，在从设计咨询到初步设计再到施工图设计的各阶段，各个专业通过一个模型进行交流，各下游专业设计人员通过标准接口从模型获取所需要的建筑信息，用专业软件完成各自的设计工作，然后将各自的成果反馈到信息模型中，或者将各自对建筑模型的意见反馈给建筑师，通过建筑师调整后的模型共享到下一阶段供其他专业参考和使用。从图2可以看出基于BIM的暖通3DCAD采用了联合数据库技术，暖通工程师可以随意把专业数据写入模型，但是不能修改建筑设计，只能反馈修改意见给建筑师。
建筑功能的不同以及同一建筑的不同设计阶段都会产生不同的模型数据库，为了确保数据文件读写的一致眭，对数据模型的操作必须遵守建筑行业事实上的数据共享和交换标准——IFC（industry foundation class）标准，它是由IAI（International Alliance for Interoperabi1ity）开发的一个数据模型，既可以用于数据呈现，也可以作为档案，其原则是将建筑3D模型视为真实的物体，目的是让CAD使用者能在不同的软件间交换设计数据。从软件角度看，联合数据库技术遵循的是文件格式一致性原则，所有专业软件只要遵循统一的文件格式都可以各自独立开发。
2、模拟仿真技术
随着建筑空间向复杂化、多样化和大型化发展，实际空调通风房间的气流组织形式变化多样。传统的射流理论分析方法采用的是基于某些标准或理想条件理论分析或试验得到的射流公式对空调送风口射流的轴心速度和温度、射流轨迹等进行预测，存在较大的误差。即便传统方法分析可信度高，该方法也只能给出室内的一些集总参数的信息，不能给出设计人员所需的详细资料，无法满足设计者详细了解室内空气分布情况的要求，
由流体力学相关知识可知，三维空间的温度场和流场都是不断变化的，因此只能在很小范围内近似认为相关物理量相等。暖通3DCAD仿真模拟的核心技术就是借用有限元的思想将房间划分为一系列的网格，认为单元格内的相关参数如温度、流速等一致，单元格间存在热、质交换。通过建立质量和能量守恒方程来研究房间内的温度分布以及流场变化情况，由于存在某种程度上的近似处理，因此模拟得到的实际上还只是一种相对精确的结果。暖通3DCAD仿真模拟功能可以对室内空气分布情况进行模拟和预测，从而得到房间内速度、温度、湿度等物理量的详细分布以及能量的需求情况。这种方法克服了实物实验周期长、费用昂贵、实用性差的弊端。以仿真流场、温度场为参考确定空调末端设备的空间方位，以模拟的能量需求和能耗模拟的结果综合确定房间负荷，从而实现空调系统的节能设计。
3、3D管道碰撞检查技术
3D管道碰撞检查的核心技术是实体空间相容性分析，就是分析管道与管道、设备与设备、管道与设备以及管道设备与建筑构件之间是否在空间位置上有重叠的地方。由于三维实体形状的多样性以及实体与实体间位置的不确定性，决定了实体空间相容性分析的复杂性，因此进行系统空间相容性分析之前必须对实体进行标准化处理。标准化处理的过程就是把圆柱体和平行多面体两种简单实体作为标准体，利用这两种基本结构描述所有的管道、管件和结构构件。
经过标准化处理后，实体之问的空间相容性问题便转化为标准体之间的碰撞检查问题，只要实体分解的所有标准体不碰撞，实体就不碰撞。标准体碰撞检查的核心算法是在调用基本空间处理函数的基础上编写两个标准体的空间关系判断函数。这种方法具有算法简单易实现、精度易控制、分析效率高的优点。如果两个标准体发生碰撞则应该根据标准体ID属性搜索到发生碰撞的一组实体的相应属性，根据两个标准体的交线可以绘制两个标准体的交截面、突出显示相交空间并计算其空间大小，并对实体进行变色处理，以便于进行系统设计上的调整。对于墙和管道发生的碰撞检查，如果墙没有预设洞口则认为发生碰撞，在碰撞处给出在墙上打洞的建议，如果碰撞处已经开洞则认为没有发生碰撞。如果空调系统布置在经常有设备移动或者实体本身有动作的空间，实体之间需要进行动态空间相容性分析，就是判断管道、设备是否影响动态实体的移动以及静态实体的局部动作。动态空间相容性分析需要考虑实体的运动轨迹，在实体运动到轨迹的不同位置上都要构造一个虚拟实体，并判断这些虚拟实体与管道、设备、墙、梁、柱、门、窗等构件是否发生碰撞。
三、基于BIM的暖通3DCAD开发环境
本系统可以使用VC++6.0进行开发，采用模块化的开发模式。首先利用微软基础类库MFC（microsoft foundation classes）形成框架，然后进行能耗分析模块、供暖空调模块、模拟仿真模块、管道碰撞检查模块的开发。软件开发采用面向对象的方法，开发过程中只要保证各个模块采用统一的数据格式，各种模块就可由不同的开发团队甚至不同单位完成，最后进行统一测试。如果已经存在相应的程序，并且遵循统一的文件格式，则可以直接利用，避免从头开发，节约时间。
结束语
总之，BIM技术具有信息化、可视化的优点，其显著的提高了设计工作的完整度，对以后的施工提供更多、更加准确的信息，有助于减少浪费和节约成本，并且为了更好的体现BIM技术的价值，BIM不仅仅应该只局限于设计阶段，还应该贯穿与整个暖通空调建筑生命周期的各个阶段，以此提高建筑物整个生命周期的运营效率。随着BIM技术在暖通空调设计中的应用和不断完善，对整个暖通空调设计行业，都会产生深远的影响。
参考文献：
[1]董大纲，蔡悠笛，张杰，李德英.BIM技术在暖通空调设计中的应用初探[J].暖通空调.2013（12）
[2]高远，邓雪原.基于BIM的建筑MEP设计技术研究[J].土木建筑工程信息技术.2010（02）
[3]张亚光.BIM技术在暖通空调设计中的应用[J].江西建材.2014（05）
[4]罗志文，赵加宁，王丽娜，何丽霞.关于暖通空调设计方案评估体系的若干思考[J].建筑热能通风空调.2005（06）
[5]马展超.浅谈暖通空调设计中存在的问题[J].科技经济市场.2006（05）