BIM在醫療建筑建設與運行管理中的應用研究

卓 述 彭 穎

(莆田學院土木工程學院 福建莆田 351100)

0 引言

醫療建筑是復雜程度高、比較特別的民用建筑之一。近年來國家在醫療建筑領域的投入越來越多，各類綜合性、專業性的醫療建筑不斷出現。醫療建筑建造進度慢、耗費資金高、綜合管理的難度較大， 并且有些部分的施工難度不亞于工業建筑。醫療設備較大、安裝的準確度要求高且復雜。而BIM技術正好可以應對這種情況，非常有利于管理者在醫療建筑的全生命周期使用。

1 疫情下醫療建筑對BIM的需求

圖1 火神山醫院BIM效果圖

疫情襲來，確診人數不斷增加，醫院的床位問題越來越嚴重，建造醫院正是解決這一問題的關鍵。疫情當下，時間緊迫，傳統的建筑方法根本無法滿足醫院的工期要求。因此，在特殊時期必須采用特殊的建設模式，而BIM技術，為這種建設模式的實施提供了技術支持。尹健[1]表明：火神山醫院的建設，采用“BIM+裝配式”的模式(圖1)，最大限度地降低現場作業工作量，實現效率最大化，僅用10天就建成，為中國戰勝新冠肺炎疫情搶占了時間。在滿吉芳[2]的研究中，雷神山醫院也同樣采用BIM信息化管理，做好每一次施工的計劃，為現場數千技術人員和各種大型設備和運輸車輛順利作業提供保障。還有太原市中心醫院、廈門馬鑾灣醫院、中建三局潞河醫院等，都采用了BIM技術進行建造。

目前，絕大多數的醫療建筑建造主要根據CAD等二維圖紙。而圖紙本身在所難免存在錯誤，而在大型醫療建筑項目設計中，因醫療工藝要求繁多、布局復雜，易發生碰撞問題，影響建筑質量及工期。利用BIM技術建模，對BIM模型進行各專業的碰撞檢測，顯示碰撞位置并提供相應的解決方案，利用軟件分析碰撞點，在施工前最大化防止錯漏碰缺，節約成本，保證施工進度順利開展，如表1所示。近年來我國高度重視并廣泛應用BIM建筑規模迅速拓展，增長幅度高達57%[3-4]。

表1 傳統施工與BIM施工對比

2 BIM技術在醫療建筑中的應用

2.1 合理規劃工地

BIM模型為主要載體，規劃工地的運作，對工人、材料等進行分配。這種方法可繪制現場臨時設施執行任務配置圖，以及施工各階段的材料運輸及使用，減少時間和空間的沖突。

2.2 建立模型，形象直觀

應用3D系統設計的軟件工具，可以做出對應建筑的虛擬模型(圖2)，對醫療建筑的整體施工進行詳細設計和分析，在提高施工效率的同時，保障建筑的質量。 將醫療建筑的BIM模型渲染出來, 可供管理者選擇ICU護理站方案[5]，并通過合理調整器具位置，減少沖突。按BIM的，規劃將管道的穿墻孔洞預留在砌體墻上, 減少成本，提高生產力，能夠增加對醫療建筑系統的安全性意識。

圖2 BIM施工模型

2.3 解決碰撞問題

利用BIM技術，可檢查醫療建筑圖紙與模型是否匹配，檢查系統缺失、模型錯誤等問題。應用BIM可視化技術[6](圖3)，工作人員在施工之前，就可以對該項目進行碰撞檢查及綜合管線，徹底消除構件之間的沖突，最大程度減少施工時因為沖突導致的成本增加的情況，大大提高工作效率[7-8]。

圖3 BIM可視化檢查內部

2.4 數字化加工構件

利用BIM將醫療建筑模型相關數據轉化為數字模型，在生產設施時，就可以進行數字化加工。目前，主要應用在預制混凝土板生產、管線預制加工和鋼結構加工3個方面。此外，利用BIM技術，還能將醫療建筑的構件轉化為二維碼信息，更加方便查看構建，并對構建進行加工，有利于工程預算、工程造價及成本控制。

2.5 協調并優化施工流程

使用3D模型軟件，可以自動檢測施工中一些元件的沖突并進行優化協調，即“3D協調作業”，從根本上解決應用系統在功能上不關聯互助、信息不共享互換，以及信息與業務流程和應用相互脫節的問題，解決醫療建筑電梯井布置與其他設計布置及凈空要求的協調、防火分區，以及與其他設計布置的協調、地下排水布置與其他設計布置的協調[9]。BIM醫療建筑模型可以提供其構件的幾何參數、族群與類型、綱要碼與組件碼等。BIM及與其包含的一些工具可以對醫療建筑進行一系列的優化，如圖4所示。

圖4 BIM施工流程圖

2.6 4D施工進度模擬

趙文凱[10]表明：利用BIM-4D施工進度模擬，收集施工圖深化設計模型，編制施工進度計劃的資料及依據，能夠確保數據的準確性。根據施工任務將總工程按要求劃分，并列出各進度的具體活動，制定施工計劃。利用BIM的可視化技術，可檢查該計劃是否符合客觀條件。若不滿足客觀要求，則進行調整，優化完成后便可用于正式施工。如國外 菲尼克斯兒童醫院案例。在建造過程中，使用了BIM技術進行4D施工分析, 通過4D模型反映實際的施工情況，大大減少了成本[11]。

3 推動BIM應用于醫療建筑的措施

3.1 全面升級裝配式建筑產業鏈

BIM技術與裝配式建筑深度融合后,二者在醫療建筑建造上體現出了巨大的成效。我國目前BIM裝配式的產業鏈還未完善,各施工階段的技術管理水平大有不同，各個施工階段相互影響,不利于BIM廣泛應用于醫療建筑的發展。因此，大力發展BIM裝配式建筑的產業鏈，是一個非常重要的措施。

3.2 大力推廣工程總承包模式

BIM技術將建筑運維、建筑施工等一系列施工過程聯系起來。但由于缺乏統一的管理，使得這一系列項目很難進一步結合。如果可以使用總承包模式，建筑項目的管理由總負責人負責，有利于所有施工進程有機結合，使得BIM數字化管理在醫療建筑全壽命周期成為現實。所以，大力發展這種模式，將有利于促進BIM技術在醫療建筑上的應用。

3.3 大力培養專業人才

進一步發展和完善BIM智慧建造,是推動國家經濟發展的重要方法之一。因此，每個企業都應該重視BIM專業人才的培養，建立培養人才的體系和機制，為他們提供更多的機遇，提升行業競爭力。

4 BIM技術應用于醫療建筑的展望

4.1 BIM專業化發展

土木工程的專業有很多種，包括道路、隧道、橋梁建筑、水電站、港口及近海結構、房屋建筑與設施等等，不同的建筑類型建模技術也有差別。因而，一個軟件是遠遠不夠的，所以，各個專業要大力發展各自領域的BIM。各個領域的BIM技術不斷完善，將是未來的發展趨勢，要做出用戶體驗好、投入產生高的BIM技術體系。

4.2 BIM與物聯網結合應用于醫療建筑

物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，是虛擬與現實的結合。實現“BIM+物聯網”，有利于更直觀地分析醫療建筑內部構件。將 BIM 技術產生的數據進行高效傳導、互用和協同， 搭建云平臺，并將各類BIM 軟件進行深度融合，將給實現建筑產業現代化帶來很大優勢[12]。不過需要注意的是，與物聯網的結合，需要在設計階段就開始介入。從項目立項開始，即考慮哪些智能機電設備與BIM模型進行關聯，并且在設備選型時，對設備供應商進行要求，包括開發設備數據接口，設備BIM模型等。

4.3 BIM與新技術結合應用于醫療建筑

科技不斷發展，隨之出現了許多新技術和方法，我們可以將BIM技術與其結合，例如BIM技術+智慧工地平臺[13]、BIM與3D打印技術結合[14-15]等。這些技術在醫療建筑制造中的應用，有很長的路要走。

5 結論

根據上文研究，可以得出以下結論：BIM建立出虛擬的醫療建筑3D模型，并加以數字化技術，為此醫療建筑模型提供真實的建筑工程信息庫。這個信息庫包括醫療建筑物構件的形狀、材質、狀態等信息，為醫療建筑工程項目提供了一個工程信息交互和共享的平臺。BIM技術有助于醫療建筑工程項目減少成本同時，降低錯誤率。現在我國將BIM技術應用于醫療建筑上還處于初級階段，必須增加項目經驗、優化流程使BIM技術在醫療建筑上熟練運用，使其在有限的空間里發揮其最大作用。