【摘  要】論文將BIM技術(shù)應(yīng)用于實際建設(shè)工程項目，根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)建立立體形象的三維模型，然后利用數(shù)字信息對目標(biāo)物的真實信息進行模擬。BIM技術(shù)的主要特點是立體化、模擬性以及可視化。在暖通空調(diào)設(shè)計過程中對BIM技術(shù)進行有效應(yīng)用，為設(shè)計方案進行改進和優(yōu)化，提高暖通空調(diào)設(shè)計的科學(xué)性以及合理性。 

　　【關(guān)鍵詞】BIM;暖通空調(diào);能耗;碳排放 　

　　1 引言 

　　建筑設(shè)計中結(jié)構(gòu)、電氣、暖通等專業(yè)越來越多地應(yīng)用BIM軟件技術(shù)，隨著BIM技術(shù)的日新月異，該技術(shù)在項目設(shè)計、項目施工及后期維護中得到了廣泛的推廣。使用BIM技術(shù)構(gòu)建的實體模型，其實就是使用軟件模擬構(gòu)建的三維模型數(shù)據(jù)庫，是將二維圖紙從抽象到具體的跨越式轉(zhuǎn)化，是工程項目從方案構(gòu)思到設(shè)計定稿再到實際施工以及后期運營維護保養(yǎng)整個過程全要素的模擬[1]。不同專業(yè)的設(shè)計師可以在這個平臺上共享數(shù)據(jù)與溝通，由于模擬數(shù)據(jù)能夠比較真實地還原實際情況，對設(shè)計質(zhì)量和效率的提升起到了優(yōu)秀的輔助作用。隨著經(jīng)濟發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的需要，建立綠色建筑，減少建筑能耗已經(jīng)變成暖通空調(diào)設(shè)計的工作重點之一[2]。本文通過將BIM技術(shù)應(yīng)用于實際建設(shè)工程項目，模擬出不同方案所產(chǎn)生的能耗和碳排放，在這兩個方向上為暖通空調(diào)設(shè)計選型提供改進和優(yōu)化意見。 

　　2 BIM建模前的參數(shù)設(shè)定 

　　2.1 工程概況 

　　“華都商業(yè)廣場”商業(yè)開發(fā)工程項目位于哈爾濱市道外區(qū)團結(jié)鎮(zhèn)天恒大街與黃家崴子路交匯處。該項目主要包括零售、餐飲、配套設(shè)施、休閑4個板塊。規(guī)劃布局為地下1層地上3層的商業(yè)綜合體，經(jīng)營面積總共50000m2。共分4個樓層：B1為生活超市、特色主題店;1F為餐飲、購物、服飾、彩妝、珠寶;2F為兒童早教、娛樂、教育培訓(xùn);3F為主題影院、餐飲、水吧等。其中1層面積15776m2，使用功能兼具大型商業(yè)項目代表性，因此，選定該區(qū)域作為此次空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)用的研究對象。 

　　2.2 維護結(jié)構(gòu) 

　　該項目1層主要用途為商業(yè)使用，使用時間為1年365天，每天工作時間為9：00～21：00。根據(jù)項目位置信息、氣象信息對該項目進行三維建模。建筑的圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)均采用Revit中嚴(yán)寒地區(qū)默認(rèn)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7106—2008《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級及檢測方法》中規(guī)定的6級要求。外窗外門采用隔熱斷橋型材，傳熱系數(shù)設(shè)為1.930W/m2/K。屋頂采用聚苯板XPS材料，傳熱系數(shù)設(shè)定為0.24W/m2/K。外墻采用中間層保溫，傳熱系數(shù)設(shè)定為0.34W/m2/K。 

　　2.3 氣候數(shù)據(jù)模擬 

　　該項目所在城市哈爾濱位于東經(jīng)125°42′～130°10′、北緯44°04′～46°40′，平均海拔143.0m，使用天氣數(shù)據(jù)模擬軟件Weathertool直接調(diào)用該城市數(shù)據(jù)，如圖1～圖3所示。該城市氣候情況：哈爾濱處于北溫帶，受西部利亞低壓控制，屬溫帶季風(fēng)氣候，最大特征是夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，且冬季結(jié)冰期長達半年之久。春秋兩季時間短，溫度提升速度快，屬于典型的過渡季節(jié)。該市夏季最高溫度36.7℃，冬季最低溫度-38.7℃。供暖季設(shè)計為10月到第二年5月，最大熱負(fù)荷為839.3kW，根據(jù)規(guī)范冬季設(shè)計溫度為16～18℃;制冷季設(shè)計為6～9月，最大冷負(fù)荷為1619.7kW，根據(jù)規(guī)范夏季設(shè)計溫度為26～28℃，見表1～表3。 

　　2.4 基于BIM技術(shù)的暖通空調(diào)系統(tǒng)分析 

　　通過BIM軟件對該商業(yè)建筑全年冷熱負(fù)荷進行模擬，如圖4、圖5所示。 

　　根據(jù)該項目的特點選用了3種不同的設(shè)計方案： 

　　方案一：在夏季使用冰蓄冷方式制冷，在冬季時使用熱水鍋爐方式供暖。冰蓄冷空調(diào)特點： 

　�、傩罾淇照{(diào)系統(tǒng)一般在夜間儲冰，充分利用電力部門峰谷電價政策，分時電價差值愈大，越節(jié)省電費; 　�、谛罾淇照{(diào)制冷主機功率較小，因為可以在夜間工作，工作時長可以延長; 

　�、坌罾淇照{(diào)系統(tǒng)需要額外增加儲冰及熱交換設(shè)備，因此，建造成本比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)要高; 

　�、苄罾淇照{(diào)的制冷效率取決于釋冰效率的快慢，釋冰效率主要決定因素是冰層厚度，冰層越薄釋冰效率越高，但是同時也帶來該設(shè)備體積龐大的問題，需要提供額外較大的場地空間用以安裝; 

　�、菪罾淇照{(diào)制冷主機設(shè)備利用率高，因制冰過程負(fù)荷穩(wěn)定波動較小，主機狀態(tài)穩(wěn)定滿負(fù)荷運行比例增大; 

　�、扌罾淇照{(diào)在運行中儲冰和釋冰過程都存在較大的冷量損失，因此，實際使用過程中不一定節(jié)能，只是合理利用電價峰谷段。 

　　方案二：在夏季使用地源熱泵制冷，在冬季時使用地源熱泵供暖。地源熱泵是以巖土體、地層土壤、地下水或河、湖水為低溫?zé)嵩�，由地�(zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、水地源熱泵機組、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的中央空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地下水地源熱泵系統(tǒng)、地埋管地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。該項目具體采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)，冷卻水管通過挖井立埋的埋管方式，井水作為冷熱量載體完成熱泵機組和大地土壤的熱交換。地源熱泵空調(diào)特點： 

　　①利用可再生能源：屬可再生能源利用技術(shù); 

　�、诟咝Ч�(jié)能，運行費用低，屬經(jīng)濟有效的節(jié)能技術(shù); 

　�、酃�(jié)水省地; 

　�、墉h(huán)境效益顯著; 

　　⑤運行安全穩(wěn)定，可靠性高; 

　�、抟粰C兩用，應(yīng)用范圍廣。 

　　方案三：在夏季使用水冷機組與冷卻塔相結(jié)合的方式制冷，在冬季時使用熱水鍋爐的模式制熱。末端送風(fēng)主要通過空氣處理單元（AHU）進行，AHU風(fēng)柜主要包括新風(fēng)段、過濾段、回風(fēng)段、表冷段、加熱段、電加熱段、加濕段、送風(fēng)段組成[3]。主要工作原理是抽取室內(nèi)空氣和部分新風(fēng)以控制出風(fēng)溫度和風(fēng)量來維持室內(nèi)溫度，是一個非常常見的暖通空調(diào)系統(tǒng)方案。 

　　圖6～圖8為3個方案的每月用電、用氣能耗統(tǒng)計。通過數(shù)據(jù)查詢哈爾濱天然氣的單價為3.04元/m3，商業(yè)電價為0.932元/kW · h。計算3個方案耗單位電量與耗氣量費用如表4所示。 

　　2.5 方案分析 

　　方案一使用冰蓄冷方式制冷，在實行錯峰電價的城市有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢，但哈爾濱市未實行錯峰電價，該方案就造成能耗偏高的弊端。 

　　方案二夏季使用地源熱泵制冷，造價、制冷制熱效率均存在優(yōu)勢，但也應(yīng)考慮該商業(yè)建筑地理位置位于我國嚴(yán)寒地區(qū)的因素。因此，冷卻水源溫度在冬季極易接近冰點，建議應(yīng)分析該商業(yè)建筑土壤溫度變化及淺層地下水溫度變化至少1年的監(jiān)測數(shù)據(jù)。同時為了保證該方案冬季采暖室內(nèi)溫度能夠達到設(shè)計要求，建議加裝1套熱水鍋爐系統(tǒng)以作備份。 

　　方案三系統(tǒng)較為常見，在這里不作過多分析。以上分析僅從能耗角度出發(fā)，但也應(yīng)考慮方案經(jīng)濟成本及施工難易度等因素，僅為暖通空調(diào)設(shè)計選型提供改進和優(yōu)化意見。 

　　3 碳排放量 

　　暖通空調(diào)系統(tǒng)在使用過程中還會排放大量的CO2，降低碳排放成為可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展中最重要的任務(wù)之一[4]。通過BIM對3個方案的分析得到圖9～圖11的數(shù)據(jù)。 

　　由表5全年碳排放模擬結(jié)果可知，方案二排放量最低。方案二如果不考慮冬季冷卻水源溫度可能過低的情況，其冬季幾乎可以不使用備用的鍋爐系統(tǒng)，該系統(tǒng)夏季制冷約比方案三節(jié)能30%，冬季制熱約比鍋爐系統(tǒng)節(jié)能40%。從能源利用和消耗方面對環(huán)境造成的影響最小。所以將該方案數(shù)據(jù)導(dǎo)入RevitMEP模型中，建立最優(yōu)的暖通空調(diào)系統(tǒng)模型。 

　　4 結(jié)語 

　　在暖通空調(diào)設(shè)計過程中，BIM技術(shù)優(yōu)勢主要表現(xiàn)如下：①BIM技術(shù)能夠突出設(shè)計的可視化，三維模型動畫功能方便設(shè)計人員更加直觀形象地觀看和修改設(shè)計方案;②BIM技術(shù)能夠在最大程度上保證暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計精度，方便監(jiān)理人員對施工管理質(zhì)量以及效率進行控制;③BIM技術(shù)可以對施工過程進行虛擬模擬，具有時間維度以及三維可視化的功能，方便施工人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案在實施過程中可能會出現(xiàn)的安全隱患以及施工過程進行優(yōu)化。 

　　本文利用BIM軟件技術(shù)從能耗和碳排放兩個方向進行模擬，對暖通空調(diào)設(shè)計方案選型提出了新改進和優(yōu)化建議。本文以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)對氣象數(shù)據(jù)模擬、建筑外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)模擬、暖通空調(diào)多種方案能耗及碳排放模擬進行了研究，使得暖通設(shè)計方案從抽象的數(shù)據(jù)到具體三維模型的跨越式轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)了BIM技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計上的優(yōu)越性和獨特性。本文的重點是BIM技術(shù)對暖通空調(diào)設(shè)計方案中的合理性建議，但本文主要是從模擬能耗及碳排放方向進行設(shè)計分析，方案的經(jīng)濟可行性也是需要考慮的重點。所以需要從能耗、經(jīng)濟可行性、舒適度3個方向綜合考慮，使最終方案在這三者之間達到一個較好的平衡。 

　　【參考文獻】 

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　　【2】王藝瑤.BIM技術(shù)的應(yīng)用[J].江西建材，2012（5）：18-19. 

　　【3】黃建軍.試論BIM技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計中的應(yīng)用[J].江西建材，2015（17）：30+33. 

　　【4】閆海朋.探討B(tài)IM技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計中的應(yīng)用[J].智能建筑與智慧城市，2017（11）：26-27.