醫(yī)院擴建項目建設(shè)過程中BIM技術(shù)的綜合應(yīng)用

郅中方，童偉猛，商欄柱，張寧寧，曾賢鵬

(中建三局集團有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430064)

隨著我國醫(yī)院向著大型化、綜合化、現(xiàn)代化的方向快速發(fā)展，新技術(shù)也越來越多的應(yīng)用于醫(yī)院建設(shè)中，其中BIM 技術(shù)的作用尤為突出。一方面通過BIM 技術(shù)應(yīng)用，提高醫(yī)院全專業(yè)深化設(shè)計水平，助力提升施工質(zhì)量及協(xié)調(diào)管理水平；另一方面通過建立完善的專業(yè)信息模型，為醫(yī)院運維提供完善精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

1 工程概況

天津市第一中心醫(yī)院新址擴建項目是以器官移植、急救醫(yī)學(xué)、耳鼻喉科學(xué)為特色，融合醫(yī)療、教學(xué)、科研為一體的三級甲等綜合性醫(yī)院。

新建醫(yī)院包含綜合樓及氧氣站兩個單體，其中綜合樓建筑面積約41 萬m2，地下3 層18 萬m2，主要包含各類大型機房及地下停車場等配套設(shè)施；地上16 層共23 萬m2，主要分布著醫(yī)院各主要功能區(qū)。

項目規(guī)模大、專業(yè)全，系統(tǒng)復(fù)雜，通過各專業(yè)系統(tǒng)有效集成施工，將項目建設(shè)成為現(xiàn)代化、智能化、綠色化的綜合醫(yī)院，滿足社會診療需求是項目建設(shè)的最終目標(biāo)。項目全方位、全專業(yè)、全周期采用BIM 技術(shù)，以此服務(wù)項目整體建設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn)。

2 BIM模型搭建

項目組建BIM 人員集中辦公，配備必要的設(shè)施。重點應(yīng)用軟件包含：Revit（建筑、結(jié)構(gòu)、機電建模）、Navisworks（模型整合、模擬）、SketUp（幕墻建模）、TEKLA（鋼結(jié)構(gòu)深化）、Midas（受力計算）、FLAC3D（基坑計算）、3D MAX（模型渲染）、Fuzor（動畫制作、漫游）進行項目全專業(yè)模型搭建與應(yīng)用。如圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)模型

3 BIM技術(shù)綜合應(yīng)用

3.1 圖紙會審

基于BIM 模型深入開展深化設(shè)計工作，重點檢查各專業(yè)間的融合協(xié)調(diào)問題，累計提出問題報告736 份（2 332 項），其中直接優(yōu)化解決的問題報告448 份，有效規(guī)避圖紙問題。

3.2 方案模擬

本工程基坑施工階段（深度約20m），通過FLAC3D基坑軟件受力分析，從冗余度的角度對基坑水平支撐體系進行了模擬分析優(yōu)化。同時結(jié)合本工程施工安排，最終確定采用雙圓環(huán)大環(huán)撐的支護形式，加速地下室施工。如圖2 所示。

圖2 基坑BIM模型

在地上結(jié)構(gòu)施工階段約7 000m2網(wǎng)架頂升策劃中，由于網(wǎng)架位于地下室正上方，為不影響地下室施工，施工前擬定地下室框架柱作為網(wǎng)架的頂升點位，通過有限元受力分析，計算頂升過程中網(wǎng)架強度及變形情況，分析格構(gòu)支撐架受力狀態(tài)，最終確定網(wǎng)架頂升的施工方案。

3.3 專項深化設(shè)計

針對鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)采用TEKLA 軟件進行鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計，并根據(jù)出具相應(yīng)鋼構(gòu)件加工圖紙。

針對幕墻專業(yè)采用SketUp 軟件進行幕墻深化設(shè)計，并根據(jù)明細表出具相應(yīng)幕墻工程量。本工程石材板塊總數(shù)量57 000 余塊，其中異形石材板塊3 600 塊。如圖3 所示。

圖3 異形幕墻區(qū)域

針對精裝專業(yè)采用Revit 軟件對病房精裝深化，墻面制定相應(yīng)配色方案，劃分病床區(qū)域、醫(yī)患點位使用，采用不同顏色的面板，方便區(qū)分醫(yī)患用電等設(shè)備。

針對屋面等重點區(qū)域，利用BIM 技術(shù)，綜合考慮各細部節(jié)點做法及機房屋面布局，對屋面進行整體排版，指導(dǎo)現(xiàn)場屋面貼磚施工。如圖4 所示。

圖4 屋面排版

3.4 機電+醫(yī)療管線專項應(yīng)用

醫(yī)院包含常規(guī)機電管線以及醫(yī)療管線，以及醫(yī)療專項管線，是BIM 技術(shù)應(yīng)用的重中之重。

利用BIM 技術(shù)進行管線綜合排布，采用綜合支架對消防、電氣、給排水、強弱電等機電常規(guī)管線與物流、醫(yī)氣、純水等醫(yī)療專業(yè)管線進行綜合排布，減少空間浪費，優(yōu)化室內(nèi)凈空，滿足醫(yī)院就診需求。如圖5 所示。

圖5 6F～16F管線綜合排布

利用BIM 管線綜合模型，重點進行設(shè)計優(yōu)化，輸出如三維模型、二維施工圖、預(yù)留套管圖、碰撞監(jiān)測、工程量統(tǒng)計等成果，有效支撐各專業(yè)管線協(xié)調(diào)、融合。如圖6 所示。

圖6 三維模型

機電管線綜合排布另一應(yīng)用重點是依托高精度的BIM 模型進行凈高分析，提高空間利用率，并將機電管線標(biāo)高控制圖反饋給設(shè)計及業(yè)主單位，供其調(diào)整、確定精裝專業(yè)設(shè)計方案。如圖7所示。

圖7 重點區(qū)域標(biāo)高效果圖

針對重點機房采用BIM 技術(shù)進行專項深化，充分滿足功能使用、施工便捷、后期運維、施工質(zhì)量一次成優(yōu)。

本項目走道除常規(guī)機電管線外還有大量醫(yī)用專項系統(tǒng)，管線密集，排布空間狹小，最多達7層，且凈空要求高，施工協(xié)調(diào)難度大，傳統(tǒng)綜合支架難以滿足施工要求。通過BIM 模型建立高密集管線綜合支撐體系（采用組合支架便于調(diào)整），并對綜合支吊架BIM 模型受力分析及計算校核，出具分析報告書，保證支吊架設(shè)計的安全可靠，確定最優(yōu)布置方案。如圖8 所示。

圖8 高密集管線綜合支架體系

住院樓弧形區(qū)域軸線夾角為3.8°，管線施工困難，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)將管線提前精確定位，采用煨彎機將鋼管制作出弧型管道，以保證鋼管焊接安全可靠且弧度美觀。如圖9 所示。

圖9 弧形管道排布模型

BIM 模塊化設(shè)計主要包含結(jié)構(gòu)復(fù)核、預(yù)制拆分、支架設(shè)計、模塊劃分四個環(huán)節(jié)，根據(jù)模塊化設(shè)計成果進行預(yù)制加工、組裝運輸、施工安裝，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)、施工一體化與精細化，使機電綜合構(gòu)件精度偏差由厘米級向毫米級轉(zhuǎn)變，同時裝配式施工具有綠色施工特征。

BIM+運維管理總體思路是利用輕量化模型，通過集成平臺中對模型信息的集中顯示及數(shù)據(jù)追蹤，實現(xiàn)可視化管理。①建立輕量化模型：項目包含常規(guī)機電管線（暖通、電氣、給排水、消防、智能化等）以及醫(yī)院專項管線（凈化、垃圾被服、軌道物流、氣動物流、醫(yī)用氣體、真空排水、純水、軟化水、天軌、防護等）兩大類，系統(tǒng)龐大復(fù)雜且管線密集，凈空要求高，BIM 運維要求高。為確保后期運維平臺無縫銜接、提高運維功能查詢與BIM 模型快速互交性，BIM 運維組結(jié)合后期運維功能模塊，制定BIM 模型簡化標(biāo)準(zhǔn)，形成運維專屬BIM 輕量化模型。②將運維BIM 信息錄入：通過前期介入，及早和業(yè)主溝通，確定后期物業(yè)運營所需的BIM 數(shù)據(jù)，提前將數(shù)據(jù)錄入模型，提高模型復(fù)用性，為后期物業(yè)管理提供數(shù)據(jù)支持。通過二維碼技術(shù)應(yīng)用將機電設(shè)備、管線的系統(tǒng)類型、規(guī)格、材質(zhì)、安裝位置以及最近的啟閉閥件等信息集成，粘貼在相應(yīng)管線設(shè)備上，實現(xiàn)“一管一線一碼”的信息跟蹤，并錄入至運維集成平臺中，助力醫(yī)院后期運維管理。如圖10 所示。

圖10 管線運維信息

4 結(jié)語

1）項目基于BIM 技術(shù)，以醫(yī)院現(xiàn)代化、智能化、綠色化建設(shè)需求為切入點，在圖紙會審、方案模擬、深化設(shè)計、管綜排布、運維管理等方面重點應(yīng)用，實現(xiàn)專業(yè)融合，工期節(jié)約，成本降低。

2）在土建與機電專業(yè)技術(shù)協(xié)調(diào)過程中，利用BIM 技術(shù)圖紙會審、方案模擬、專項深化設(shè)計、排版等方面的應(yīng)用，不僅可有效識別專業(yè)接口，使多專業(yè)施工組織更加順暢，也可以規(guī)避因土建機電不融合導(dǎo)致建筑功能不足或缺失的情況。

3）綜合醫(yī)院建設(shè)中，利用BIM 技術(shù)針對傳統(tǒng)機電安裝管線與醫(yī)療專項管線進行綜合排布，通過模塊化設(shè)計與施工，切實實現(xiàn)“一管一線一碼”的信息跟蹤，可在滿足診療功能的基礎(chǔ)上，更有利于后期運維需求。