大型醫院建筑項目BIM管線綜合設計應用

魏昌智，丁 盛，余 浩，王世亮，陳 浩

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

現如今大型醫院均致力于將自身打造成為信息技術領先的“智慧醫院”，為醫護人員和患者提供高端化、全方位、智能化、舒適化的空間領域。導致大型醫院建筑項目房間的使用功能要求也在不斷地提高，在機電方面，除傳統的機電管線系統外，還有潔凈空調系統、物流管道系統等醫院特殊管道系統，使其在保證房間凈高要求的情況下，管線空間愈發減小，施工難度愈發加大。采用基于Revit 平臺的三維可視化管線綜合設計方式，可以有效避免參照二維機電管線綜合圖紙無法直觀體現出管線綜合效果的弊端，且因其以三維模型可視化方式體現，在精度要求滿足的情況下，還可以作為醫院運行后的機電系統運維使用。

BIM 應用貫穿項目始終，從設計階段入手，在三維模型中做好項目施工應用前的模擬工作，通過凈高分析、碰撞檢查、管綜優化、預留預埋、支吊架深化、管線分段、工程量統計、輸出圖紙等一系列的深化設計應用。在項目施工階段，配合BIM 三維可視化交底，盡可能避免因施工工序及方法問題引起的拆改及返工現象，達成加快施工進度和節省材料的目標，從而提高項目的綜合收益。后續搭配BIM5D 平臺從質量、安全、進度三方面的應用控制，為最終實現項目的全生命周期運營管理奠定基礎。

1 項目概況

合肥長豐縣北城醫院項目是合肥的重大民生工程之一，醫院設計采用“院中院”模式，融入“智慧、人性、生態、綠色”的理念。本項目建成后將成為整個華東地區最大的一所醫院，總建筑面積約42.7 萬m2，總投資約31 億元，用地282.2畝，地上總建筑面積28 2975.63m2，地下總建筑面積146 907.53m2，設計床位1 900 張。本工程位于合肥北城新區龍湖路以北，湯都路以南，譙城路以東，阜陽北路以西。合肥長豐縣北城醫院項目效果圖如圖1 所示。

圖1 合肥長豐縣北城醫院

工程包括突發公共衛生事件救治及骨傷中心、婦幼醫學中心、眼耳鼻咽喉及口腔中心、綜合科教中心、感染樓、污水處理站以及開閉所等11 個子單位工程，下設冷凍機房、生活冷熱水泵房、消防泵房、變電所等設備用房。包括軌道物流小車系統、潔凈空調系統等特殊類型管道系統。此醫院項目業主對BIM 精度要求擬達到LOD400 精度，包含了完整制造、設備安裝組裝、細部施工所需的信息，模型將作為中心數據庫整合到醫院運營和維護系統中，故在建模模型過程中需要模型的精度達到較高的標準，各類族信息完全，且要保證模型與后期現場施工的一致性。又因為本項目為大型醫院，超重梁區域較多，最大規格為900mm×1 800mm，機電大型醫療設備的安裝和特殊要求的管道安裝又較為復雜，故在管線綜合調整過程中技術要求較高，難度較大。施工現場專業分包較多（主要有消防、人防、裝飾裝修、智能化單位），總包管理及協調亦為項目管理重點。

2 BIM應用流程

BIM 技術應貫穿項目始終，從項目簽署時刻起，BIM 就應進場做好相關準備工作，針對項目本身制定好專屬對應的BIM 方案和細則，并合理分配人員開展相關工作。應用Revit、Navisworks 等相關BIM 軟件建立起全專業的模型，隨后做好機電系統的管線碰撞檢查和房間凈高分析工作，并導出相關報告，反饋給上級單位，并據此控制好房間及走廊的凈空高度，進行管綜優化，反復檢測修改后得到施工模型，接著做好工程量統計和支吊架布置工作，最終輸出各專業圖紙指導施工。BIM 技術的應用流程圖如圖2 所示。BIM 設計階段管線綜合流程如圖3 所示。

圖2 BIM技術應用流程圖

圖3 BIM設計管線綜合流程圖

2.1 各專業模型搭建及凈高分析

大型醫院的層高通常較低，但因為建筑功能要求的愈加完善，導致管線系統和大型設備繁多。在設計階段，利用BIM 技術預先建立起項目的三維模型可以預先發現項目整體的相關問題，及時進行處理并反饋甲方及設計院，同時組織管綜會議，讓各專業分包管理人員能夠在可視化的三維模型環境下及時的討論交流。使得能夠預先根據管線運輸的介質和管徑的大小規劃好各條管線復雜的走廊大體上的排布方案，在保證凈空高度的基礎上，預留出檢修空間和施工距離，盡可能減少管材的損耗，降低施工的周期和難度，確定出最為合理的管綜方案。

同時醫院的軌道物流小車系統、潔凈空調系統等特殊管道系統對室內的凈空干擾比較大，容易出現凈高不滿足的情況。故應在確定好機電管綜方案的BIM 模型中，預先做出各房間的凈高分析，同時出具凈高分析報告，如圖4 所示。再根據出具的凈高分析報告，結合現場實際情況及房間所需負荷，找出合理的解決方案，并報送甲方及設計單位確認。

圖4 凈高分析

2.2 碰撞檢查

大型醫院機電管線系統繁多，管徑較大，又有軌道物流小車系統、潔凈空調系統等特殊管道系統，且醫院建筑層高普遍較低，超重梁過大，在實際施工時，容易發生機電管線碰撞現象。故在項目正式施工前，需要將在Revit軟件中建立好的BIM 模型導入Navisworks 軟件中做好機電模型自身管線間和機電管線與土建模型間的碰撞檢查工作，并將檢查的結果出具相應的碰撞檢查報告。再根據碰撞檢查報告，找出對應模型中機電管線位置進行管線綜合修改，從而有效避免因發生機電管線碰撞造成的拆改返工現象，在節省材料的同時，加快了項目的施工進度。項目中水管系統碰撞檢查三維模型如圖5 所示。

圖5 水管碰撞三維模型

2.3 管線綜合優化

在設計階段，依托建立好的BIM 模型通過各方管綜會議確定好醫院各條管線復雜走廊的管綜方案后，在根據分析出房間的合理凈空高度和機電碰撞檢查出的問題，進行細化管線綜合處理工作，包括：機電管線布置、設備擺放、末端連接處理、管線引出位置等，最終完成管綜優化處理工作。進而在施工階段，減少材料的損耗，設計好合理的工序，提高人員的利用率，加快項目進度，提高項目的綜合效益。

為提高醫院在實際使用過程的醫用物品運輸效率，故此醫院項目采用醫用軌道物流系統。醫用軌道物流系統廣泛應用于大型綜合醫院中，醫護人員通過計算機技術集中控制各個物流站點的軌道傳輸，分為箱式物流管道和管道式物流管道，箱式物流管道內部以合金軌道作為運輸路徑，管道式物流管道分為垃圾回收管道及被服回收管道，從而建立醫療物品運輸及醫用垃圾回收運輸專用通道，在各個區域間實現快速高效的物品傳遞。因此類管道需經常將物品進行輸送與回收，故需將其排布在管線最下方，又因為此類管道尺寸較大，不能翻彎，易對其他管線造成較大影響，應用BIM 技術預先將其盡量與其他管線避開排布，若不能避開，即將其他管線對其避讓排布。物流管道小車系統與其他管線系統綜合排布情況如圖6 所示。

圖6 物流管道小車系統排布

管線綜合中的重要環節包含了機房安裝的質量要求，利用BIM 技術在滿足設計圖紙和使用功能的前提下，進行優化設計，優化過程中充分考慮設備位置及尺寸，對設備的擺放位置進行調節，使得機房能滿足設備安裝、維修、試運行的要求。因機房管線管徑尺寸較大，需盡量減少管線翻彎，同時考慮管道附件的安裝間距和設備的擺放位置，重新對管線的路由及高程進行排布，使排布出的管線既滿足機房的使用要求，又達到整齊、美觀的效果。冷凍機房管綜排布如圖7 所示。

圖7 冷凍機房管綜排布

2.4 洞口預留及支吊架深化

利用BIM 技術建立可視化三維模型在模型中從各個角度參考管線的分層排布，翻彎位置及閥門設備的定位，同時考慮物流軌道等特殊管線的空間排布，在建筑結構模型中，做好管線的一次和二次預留孔洞工作，根據管線的空間位置和管徑大小確定好洞口尺寸、中心標高及平面位置，出具預留洞口圖紙，并在施工階段據此施工，方便后續機電的安裝工作。

為滿足安裝要求和保證走廊凈高，利用BIM技術進行管線綜合排布，對此區域進行綜合支吊架設計，使其安裝符合施工要求，美觀合理。項目中管線洞口預留和支吊架布置三維模型如圖8所示。

圖8 洞口預留及支吊架排布

2.5 管道分段及工程量統計

傳統的機電安裝模式，存在大量的現場加工環節，不僅難以保障加工質量，導致材料浪費，同時也影響安裝進度，直接關系到機電安裝的成本。應用BIM 技術對管線進行預制化分段設計編號，數字化描述機電管線從預制到安裝的整個過程，實現機電管線從工廠規模化預制、倉庫數字化管理和現場高精度安裝的一體化綜合管理和施工。管線分段模型如圖9 所示。

圖9 管線預制化分段

通過建立專業的BIM 模型，工作量可以分專業來計算統計。根據模型統計的工程量僅為凈工作量，不等同于工程采購量、預算量。使用BIM建筑信息模型來替代圖紙，計算機將會把模型當作真實的建筑來看待，土建和機電構件的各項信息可以在模型建立及管綜完成后，由Revit 軟件中的明細表功能直接提取生成統計表格。BIM 的核心即是信息，例如：構件名稱、生產廠家、長度、尺寸、數量等信息都可直接反映在明細表當中，并且在修改模型的同時，對應信息也將反映到明細表之中做到實時更新，在實際施工中，現場工程師可依據此明細表進行提取工程量，從而加快了工程算量的速度和精度，降低人力資源的浪費。

3 BIM施工階段應用

建筑施工管理往往具有涉及面廣、工作量大、制約性強、信息流量大等特點，信息流動復雜而頻繁。在激烈的市場競爭環境下，傳統的項目管理模式在速度、可靠性和經濟可行性等方面明顯制約了施工企業的生存和可持續發展。建筑信息化技術的應用從經濟、技術和工程應用三個方面保證了建筑工程數字化和現代化的可行性。在施工階段，BIM5D 協同管理平臺是近些年較為火熱的建筑信息化應用方向，輕量化、仿真性、信息化作為其主要的特點，通過現場工程師上傳信息做到實時與現場同步，方便項目各方直接在平臺上查看審核文件和解決現場問題，并做到信息留存，從質量、安全、進度三方面對現場進行實時把控。

3.1 施工質量、安全管理

施工階段項目質量、安全的控制工作可基于BIM 體系構建建筑信息化共享模式進行協同管理，基于BIM5D 協同管理平臺可將這一體系進行信息化展現。預先將優化完成的項目BIM 模型導入BIM5D 平臺作為云端輕量化模型，現場管理人員將施工各階段遇到的質量、安全問題實時上傳到BIM5D 平臺當中，并將其一一對應到模型上的問題發生點位，同時共享給各方管理人員，做到全員信息共享，并參與到現場的質量、安全把控工作中。這樣有利于將現場問題的情況做到全員知曉和實時解決，在今后能夠提前采取預防措施，增強項目的管理能力，并將問題梳理匯總形成文件資料，歸為項目自控管理檔案，作為項目案例，為今后的項目的實施提供參考。

3.2 施工進度管理

在施工階段常用施工進度計劃來控制施工現場的進度，而在實際現場的施工中，施工進度常常受到多方面的影響，例如：施工工序、天氣狀況、材料入場情況、勞務人員數量、項目管理水平等，通過BIM5D 協同管理平臺可以將以上全部的現場信息進行錄入，并且和施工進度計劃相結合，根據現場各方面資源的實時變化，做到實時調整項目的施工進度計劃，保證現場工作的實施，盡可能地加快施工進度。

利用建筑信息模型直接控制工程進度，可以根據建筑信息模型和工程量清單制定施工進度計劃，將施工進度的實際值與計劃值進行比較，對工程延誤進行預警，動態控制整個工程的風險。實現了不同施工方案的靈活比較，找出了影響工期的潛在風險。當設計發生變更時，運用BIM 技術也能迅速調整施工進度。

4 結語

大型醫院項目屬于機電管線復雜，施工難度較高的建筑工程，本文以一個實際應用BIM 技術的醫院項目的案例來探索機電管線路由路徑優化可通過三維模型可視化表達及管線優化成果分析確立多方案進行方案比選，從而選擇機電管線路由路徑最優方案，提升工作效率，提高工程質量；探索結構洞口預留預埋的BIM 應用主要是對二次結構的預留洞口位置、套管位置進行調整，更新預留洞口圖通過模型實現多方協調并通過參數化精確洞口預留預埋進行探索及優化；探索機電管線碰撞分析可通過模型參數化進行碰撞及可視化表達碰撞結果進行統計分析。通過分析進行多專業跨專業協同碰撞檢測及優化，在類似此類大型醫院項目中合理應用BIM 技術進行管線綜合分析設計能夠顯著提升項目質量、安全、成本等各方面效益，也為后續BIM 技術在同類型工程項目中的實際應用提供了參考。