深圳人民醫院內科大樓工程醫用物流軌道小車系統BIM應用總結分析

胡 煥 郭孔旭

(1.中車信息技術有限公司，北京 100084； 2.深圳市建筑工務署，深圳 518000)

1 醫用軌道物流系統介紹

醫用軌道物流小車系統廣泛應用于大型綜合醫院中，通過計算機集中控制，在醫院各功能科室站設置物流收發站點，以合金軌道作為運輸路徑、智能運輸車作為運輸載體，建立醫療物品運輸專用通道，在各個科室站間實現快速傳遞物品，系統由控制系統、收發工作站、智能運輸車、軌道、轉軌器、空車存儲站等子系統組成[1]。

深圳市人民醫院內科大樓工程項目建筑分為南北塔樓，軌道小車系統涵蓋了南塔24層、北塔21層及原有外科大樓4層裙房，包括病理科、中心藥房、門診藥房、放射科、靜脈配藥中心以及各層病房共設置54個站點。2014年與施工圖同步完成圖紙設計，在施工準備期由總包單位進行了BIM建模，并對圖紙成果進行驗證。在土建施工階段建造并安裝了樓板、井道、內墻孔洞預留、裝修、凈化和軌道小車。專業承包商于2018年陸續進場后對孔洞情況進行核實，結合醫院需求的變更對軌道做了諸多調整。目前系統安裝完畢，已進入驗收和移交階段。

在本工程的實施中，深刻體會到軌道物流小車系統的復雜性，實施跨越周期漫長，用戶需求變更多，安裝中需要協調的參建單位眾多，項目組采用BIM技術應用于輔助設計和工程管理，在項目中即取得良好的應用效果，同時也遇到了很多困難，工程實踐獲得諸多寶貴的實施經驗，本文通過分享相關經驗以豐富和促進BIM技術在此領域的應用[2]。

2 BIM應用的概述

本工程實踐中特別注重了對專業技術和BIM技術的結合，及時總結成功經驗和失敗教訓，通過本項目的摸索嘗試，我們提出了物流軌道小車系統基于BIM輔助設計的全新設計工藝和項目管理方法，其中包括：

(1)嘗試采用BIM技術進行輔助設計，并實踐和總結了BIM輔助設計的方法和步驟[3]；

(2)引入軌道交通行業中限界設計的理念[4]，用于設計階段的資料互提和全生命周期中各個工程參與方之間的協調技術方法[5]；

(3)嘗試規定BIM模型LOD300～400的顆粒度，規范建模方法，避免在不同階段不適合的建模深度帶來不必要的工作效率浪費[6]；

(4)提出工程實施階段BIM模型維護的重要性[7]。

3 工程應用的技術難點

構成軌道物流小車系統的部件和子系統眾多，雖單體部件和子系統并不復雜，但因多系統且多組織工作相互交叉、項目周期長，造成整體工程高度復雜，工程設計、組織和實施具有一定的技術風險，稍有策劃和組織不周，有可能帶來質量、進度、投資甚至是安全上的風險[8]。

本項目BIM從施工準備期介入，包括孔洞預留、物流線路組織等工作內容，并在承包商的招標采購中發揮了輔助指導作用，但在安裝實施不甚順利，工程實施中發生了很多不可預見的問題，無論是經驗還是問題都值得在此進行總結，作為一種風險措施加以參照。

在設計過程中，由于軌道小車設備的專業性比較強，民用建筑設計院工程師大多缺乏軌道交通設計經驗，在項目部未與廠商達成采購合同前，圖紙不能得到設備商的大力支持，施工圖在深度和質量以及專業配合協同方面達不到滿意效果，導致工程圖紙的權威性和正確性降低，給后期工程變更埋下隱患。

專業協調配合方面，軌道小車所涉及專業繁多，包含建筑、結構、電氣、消防、精裝、凈化； 設計、招采和工程安裝過程中，往往因缺乏規范配合的方法和流程，使得配合協同困難，只有建立良好的協同機制、方法、工具和流程，才能避免工程后期實施過程中沖突矛盾的產生，工程中包含的一些協同問題羅列如下，作為一種可能發生的風險點，供同類工程參考借鑒：

(1)在設計初期醫療功能設置，站點布局，運力指標等技術關鍵點影響設計、采購和安裝階段系統的總體方案；

(2)土建前期階段樓板和結構墻上的孔洞需要在結構施工圖中做好專業配合，在施工圖紙上明確位置和尺寸，做好結構孔洞的預留工作；

(3)二次砌筑階段的孔洞，需要在建筑圖或結構圖紙體現，避免現場指揮，隨意切割拆改；

(4)物流垂直井道維護結構需在建筑圖中體現，井道的門扇防火性、井道內電源、消防報警、橋架、接地、照明等，軌道出入井道的防風門等需要在圖紙中具體體現；

(5)施工圖需處理好與消防防火分區、墻體耐火性的技術細節，避免在施工階段更改；

(6)需要指定強電配電點，劃分專業分工界面，與電氣協調好電源預留；

(7)精裝施工階段，精裝大部內容是基于結構的房中房結構，由石材、裝飾板、吊頂等基本構件組成，需在精裝圖紙上落實孔洞及收邊收口細節做法；

(8)軌道小車經過區域，限高與凈空相互關聯，而凈空又從方案和施工圖階段就與MEP的布置息息相關，凈空的調整往往造成小車軌道路線的大面積修改；

(9)軌道小車在特種凈化區，如PCR室、病理科、血液病房、手術室等重要區域間的通過，需要與特種醫療專業相互協調，這種協同具有一定的特種專業復雜性；

(10)軌道小車行走路線上，門扇、內窗、風口、照明燈具、墻壁上的開關插座設備等需與之相互避讓，密切關注協同；

(11)技術變更：因醫療工程的復雜性，使得頻繁變更不可避免，軌道小車系統與幾乎所有專業系統都需協同配合，大部分醫療工藝、建筑裝飾布局、科室功能使用、設備安裝等方面的變更都會牽一發而動全身地影響到軌道小車的實施，小車軌道的調整，反過來又影響擴大化到相關專業如門窗吊頂、建筑布局的設置；

(12)招采過程的不確定性：不同廠商的產品技術細節與原設計圖紙間一般會存在差異，工程技術需要供應商盡早確定，而工程投資控制希望設備盡量推遲到貨，軌道小車承包商往往在工程后期才能確定，在此期間，施工圖與確切采購產品之間的規格參數差異，可能導致技術的不確定性，軌道小車承包商進場以后，會導致孔洞、電源、標高、井道等大范圍的修改變更；

(13)總包配合：軌道小車系統承包商多缺乏工程配合能力，不具有工程協同和建筑相關專業技術的能力，總包也多對物流小車缺乏實踐經驗，如總包不能有效地協助小車承包商，常常造成各自為政，導致技術質量進度的風險。

4 BIM輔助設計

本工程最初采用傳統方式進行施工圖設計，BIM團隊在施工階段從簡單翻模開始嘗試BIM應用，針對技術細節，對軌道、收發站、井道建立不同LOD深度的模型族，通過建模實施對技術的理解和施工圖的檢驗，并驗證了在同類項目應用中，可以使用既有族的資源和建模方法開展設計階段的BIM輔助設計，提高設計效率和質量，并在全生命周期的BIM理念下，為工程提供技術指導和專業協同配合[3]。

圖1 平臺展示的三維小車系統結構視圖

但BIM輔助設計的同時，通過我們對項目的實踐，認識到事前防范可能存在的技術風險。以BIM輔助設計需自始至終貫穿全生命周期過程，以模型和輕量化平臺作為信息工具載體，需貫穿于方案、施工圖設計和施工階段深化圖紙設計，甚至是竣工階段圖紙的工作中，這就要求設計院、承包商、設備制造商、施工總包等均具備BIM建模能力，BIM工作應由建設方長期堅持和主持，如中間階段承包商脫離和放棄了BIM應用的方法，將可能導致系統用于記錄施工技術的介質(如圖紙和模型)出現斷裂， 使得BIM的應用效果反而表現為不如傳統方法的應用效果好，竣工后期無論是圖紙還是模型均無法詳細描述和記錄工程信息，導致工程管理的混亂狀態。

圖2 井道和收發站軌道局部剖切三維模型視圖

5 BIM輔助設計的步驟和內容

因軌道小車專業性比較強，通用民建設計規范中表述不多，我們認為設計步驟可分成以下內容：

(1)系統設計

確定站點位置和站點數量； 規劃豎向和橫向行走路線； 確定?？繖z修、維修場地； 確定小車、軌道、吊箱尺寸[9]。

(2)限界設計

借鑒軌道交通行業的設計方法，限界定義為包含軌道、小車、吊箱和安全凈距的空間行走掃掠區域的設計，在不確定設備品牌規格的設計前期，無需把圖紙做得非常詳細，僅以限界表述小車的軌跡范圍； 限界設計作為相關專業施工圖的基礎資料使用，用于門窗天花板布置、區域凈高設計、設備布置，限界設計應作為相關專業避讓的紅線，是設計工作的階段性成果，是相關專業共同遵守的技術依據，也是工程中不能隨意修改的技術文件。限界的斷面設計根據小車和軌道空間限定寬度和高度，水平方向路徑應根據制造商的技術要求確定，彎道一般為3.5倍轉彎半徑，縱向根據建筑布局和凈空高度情況可做坡度變化，利用這些技術要求，采用Revit軟件中矩形風管的設計方法輔助表述，收發站和轉軌器采用常規機械族模板非標設計，以風管連接件設置軌道和轉軌器之間的連接[10]。

(3)施工圖設計

具體化軌道的路線、豎井的分割砌筑細節、墻樓板上孔洞的設置、必要的預埋件、電源及橋架布置、轉軌器隔離窗的布置、電纜布置等。

(4)施工深化圖紙

在施工圖基礎上基于確定采購的產品，由施工方負責完善圖紙； 包含對基礎、固定支吊架，以及詳圖細節的描述； 施工深化圖紙應遵從施工圖設計的成果。

(5)竣工圖

基于前述各個階段的成果，加入工程中變更內容，并用于竣工審計、移交、結算和運維使用。

6 模型深度要求

根據《建筑信息模型施工應用標準》GB/T 51235-2017，模型的深度按照不同階段分為LOD300～500， 本項目曾探索過多種建模的方法，在此提出一些建議性的模型深度要求供參考者借鑒[6]。

表1 上出式收發站LOD300模型深度示范

表2 墻穿越孔洞及隔離窗LOD300模型深度示范

表3 軌道LOD300模型深度示范

表4 轉軌器LOD300模型深度示范

7 現場模型實物一致性檢查和模型維護

通過整個系統的工程實踐，我們把工程實施細分為土建預留預埋階段、專業承包商進場施工準備階段、軌道設備安裝階段、系統調試和驗收階段?；诿總€階段不同的工作主體和目的任務，BIM的模型配合在不同階段中都是必不可少的。

土建預留預埋階段：這個階段需把握模型中孔洞和實物預留預埋的一致性，基于輕量化平臺，可以對這些預留預埋進行歸集造表，把預留預埋做成基于數據化平臺的任務清單，通過投放任務計劃，現場檢查糾錯，構成管理學上PDCA的管理流程，保證預留孔洞在這個階段里準確實施，并把過程數據通過數據平臺記錄和傳遞，作為后期工程商施工準備的技術資料。

專業承包商進場施工準備階段：在這個階段里，由物流小車供應商主導，主要任務是基于現場預留情況核對工程細節，在前期限界設計的基礎條件下，結合招采產品參數做詳細的軌道路徑設計，現場與用戶、精裝承包商、特種凈化承包商、總包進行技術溝通，這個階段是設計和實施承前啟后的銜接階段，專業承包商應繼承前期BIM輔助設計的成果，使用協同管理平臺，采用Revit工具進一步進行LOD350深度的設計，這是一個BIM輔助設計的工作，同時也是對前期BIM成果的維護。

軌道設備安裝階段：在這個階段里，主要由承包商配合吊頂、裝修、MEP設備進度進行安裝，變更不可避免會發生，BIM工程師需要追蹤項目的進度和變更情況，技術在模型中體現現場安裝的成果和變更的結果，這是一個漫長而枯燥的工作，可能承包商會耗費大量的人力成本，但忽視這個階段BIM模型，很容易割裂BIM和實際工作的配合，使得BIM工作變成孤立的閉門造車行為，我們在本工程中初期發現這些問題的存在，后期在業主BIM咨詢顧問的管理下，不斷督促承包商進行模型的維護工作，同時，為提高工作效率節省人員成本，大膽采用全景照片的方法，由現場非專業BIM工程師定期上傳現場工作進度全景照片，由遠程的BIM建模工程師根據照片調整和細化模型，取得良好效果。