BIM 技術在西安某醫學中心的應用

鄒立，顏建國

（西安理工大學，陜西 西安 710048）

0 引言

BIM 作為數字化設計和建造工具，可集成和應用在整個項目策劃、設計、施工、維護和拆除等各個方面，應用前景廣泛，應用方向眾多。但在實際工程管理的應用過程中，仍然存在不能最大化發揮和應用BIM技術的現實情況。行業痛點在于：①設計、招投標、現場施工、結算均以二維圖為主的行業基調長期未改變。②BIM 全專業建模建設周期長，二維圖紙可以更快的完善和修改問題。③BIM 深化圖不具有設計單位二維圖紙的強制落實性。這些痛點一直制約著BIM 技術的發展。針對以上問題，本篇將以BIM 技術在某康復醫學中心的應用為例，著重從項目存在的具體問題和應用點出發，在脫離繁重而無效的翻模工作中討論BIM 技術的應用對項目管理的促進作用[1]。

1 案例情況

以某康復醫學中心建筑工程項目為例，針對工程全過程管理及BIM 技術的運用實效展開探討。該項目項目占地約200000m2，總建筑面積約42 萬m2，范圍包括康復醫學中心樓、后勤保障樓、生殖醫學樓及相應地下車庫，結構形式為框架結構。其中，康復醫學中心樓由3 棟塔樓及人字形裙房組成，地上15 層，地下2 層，建筑高度73m；橢圓形后勤保障樓地上5 層，地下2 層，建筑高度31m；生殖醫學中心地上5 層，地下1 層。該項目為集醫療、教學、科研、體檢、保健為一體的三級甲等醫院。圖1 為裝飾裝修階段施工模擬。

圖1 裝飾裝修階段施工模擬

2 BIM 技術在該項目應用的意義

2.1 應用BIM 技術，提升競爭實力

（1）BIM 技術的應用有利于提升企業形象。BIM 技術作為建設行業中一項重要的數字化工具，已經受到越來越多企業的關注和應用。BIM 技術通過數字化建模，實現了建設行業從傳統“二維平面圖紙”向“三維空間模型”的轉變，極大地提升了企業的形象[2]。

（2）BIM 技術提高了企業的制造效率。BIM 技術中的數字化建模早在設計中就考慮了建筑材料、配件和工藝制造等問題，可提前避免很多工程上的問題，使生產的效率更高，減少了制造缺陷和誤差。

（3）BIM 技術提高了企業的服務質量。BIM 技術中可以集成BIM 協同平臺，項目各方可以更好地進行溝通協作，實現多方面的數據協同共享，可更好地滿足客戶需求，提高項目效率和服務質量。

2.2 應用BIM 技術，探究預存在問題

（1）結構造型復雜，施工組織難度大。項目整體造型復雜，其中地下兩層車庫，且部分車庫貫穿既有已投入使用的市政雨污水和燃氣管路，交匯區域長約90m、寬約25m。項目地上3 層采用人字形造型。同時一期工程處于肥槽回填階段，在確保一期回填土方量的同時，盡量減少土方外運而。諸多因素大大增加項目總體部署和管理難度。項目應用BIM 技術對施工過程以時間為軸線進行三維模擬，有效的預測施工過程中的重難點，提前進行干預、協調和管理。

（2）單體面積大，群塔作業協調難。項目建筑面積42 萬m2，根據項目施工部署至少需13 臺塔吊同時作業才能滿足項目施工需求。施工過程中既要滿足單臺塔吊覆蓋施工區域廣、不影響卸料平臺及施工電梯等其他施工設施的安拆，同時還要滿足13 臺塔吊群塔作業安裝、頂升和作業過程中不發生相互制約影響施工效率或相互碰撞。對項目塔吊安裝、頂升和使用提出了更高的要求。

（3）涉及醫療凈化，多專業協同難。首先，相比傳統施工的粗放式管理，醫療設備進場、施工、安裝和運維難度高，需要多專業技術人員的參與，這對施工管理都提出了更高的要求[2]。其次，醫療項目協調復雜，醫院由多個科室組成的，施工期間不僅需要協調各醫療專業的配合，還要在有限的時間里管理諸多專業分包協同施工。最后，醫療項目需求的資金龐大，需要建設單位、設計單位和總承包單位共同優化，以提供最合適的方案。

2.3 應用BIM 技術，探索擬解決方向

（1）運用BIM 技術圖審，提前發現和解決問題；BIM技術圖審是基于建筑信息模型的圖紙審核和演繹過程。BIM 技術圖審能及時發現設計不合理之處，降低項目的質量隱患，提前預防問題、優化協同作業、有效控制成本、測算施工時間，從而實現提前預防問題的目的。

（2）運用BIM 施工模擬，在預先解決碰撞問題；BIM 技術可以在設計和施工過程中實現碰撞檢測，BIM模型可用來模擬施工過程的各個階段，并確定可能的碰撞問題。這可以有助于團隊更好地了解建筑和工程的復雜性，并更準確地計劃施工過程，避免不必要的成本和時間浪費。

（3）運用BIM 輔助醫療管理，優化醫療工藝。BIM可以模擬設計規劃醫療設施、優化醫療工序輔助醫療機構設計。通過建模和軟件分析，可以更好地理解設計、功能和空間布局的影響，幫助項目優化每個設計和施工環節，從而制定出更優化的方案。

（4）組織BIM 協調會議，做好分包協同管理。BIM協調會可不僅能實現多專業在線會議，同時能將施工中可能出現的問題可視化交底，及時協調每個施工階段和關鍵節點各專業分包的穿插情況，更高效的對下一步工作安排進行跟蹤和管理。

3 BIM 技術實用性分析，助力現場工程管理

3.1 輔助總平面及施工部署

首先，應用BIM 技術輔助空間規劃，通過空間規劃來完善施工部署[3]。通過施工部署模擬，施工人員可以更好地了解項目施工限制和優化空間規劃。其次，項目應用BIM 技術輔助物料管理，通過使用3D 模型，可以更好地理解和規劃物料的使用和儲存方式，優化物料管理流程。最后，BIM 輔助總平面布置防止施工沖突，包括進出場道路、臨建布局等。通過施工模擬可以避免工期延誤和額外的成本。

3.2 兩期工程協同土方平衡

該項目應用BIM 技術，采用Civil 3D 軟件進行土方開挖、土方倒運和土方回填建模，實現最大限度的合理土方內倒，減少土方外運作業。為土方分包和建設單位節省時間與資金支出。采用Civil 3D 土方平衡預算，得出康復項目需挖方54.89 萬m3，國醫需填方12.02 萬m3，康復需填方8.97 萬m3，實際土方外運量33.90 萬m3，節省土方外運量20.99 萬m3。綜合經濟效益為1400 多萬元。

3.3 交錯式群塔作業可視化管理

根據施工組織設計總要求需13 臺塔吊同作業才能滿足施工需求，群塔作業防碰撞成為設備管理的重中之重。平面圖紙塔吊規劃錯綜復雜，容易出現考慮不周的局面[4]。運用BIM 技術模擬施工進度并同步對塔吊設備建模，模擬不同階段各塔吊工況，做到“一臺塔吊調整，群塔作業聯動”的效果。并導出各階段塔吊工況數據。

3.4 潔凈手術室垂直層流分析

層流手術室具有潔凈度高、氣流流速恒定、高校空氣過濾特點和要求。手術室空氣中允許容許的顆粒數量極少，一般為每立方米不超過10 萬個0.5μm 以下顆粒。層流手術室需要設置強制機械通風系統，確保氣流流速恒定。同時手術室內需要安裝多層空氣過濾器，有效過濾空氣中的顆粒物和細菌等有害物質，保證手術室內潔凈的環境。應用BIM 技術中的fluent 軟件對額定風量下進排風口的位置進行模擬，可最大程度滿足室內潔凈空氣高效穩定循環。潔凈手術室氣流分析如圖2 所示。

圖2 潔凈手術室氣流分析

3.5 地下動力管廊綜合應用分析

康復中心項目動力需系統穿越既有市政道路接入醫學中心動力系統。康復中心項目開工之時此市政道路已完成施工，施工前存在以下問題：①施工時間緊迫，施工方僅有一個月的道路圍擋施工權限，期間需完成地下綜合管廊土方開、管廊結構及安裝工程、防水保溫、土方回填、市政道路恢復等相關工[5]。②康復中心、市政道路、醫學中心隸屬3 家設計單位分別設計，各單位提供的圖紙存在一定程度的偏差。③市政道路燃氣管路不能中斷，此外還有雨、污水等管道需做保護和改道方案。④原管廊內普通支吊架可能存在承載力不足的情況。

針對以上問題，應用BIM 技術提出以下解決方案：①根據工期，合理推演施工組織設計。②按現有圖紙分別對康復中心、地下動力管廊、醫學中心相應位置建模，暴露軸線和豎向標高問題，反推設計加以調整。③根據3D 施工模擬，分批做好對市政燃氣管道、雨污水管道做保護、改道措施。④應用受力分析軟件計算普通支吊架可能存在承載力不足，最終各參建方同意變更為抗震支吊架。

3.6 BIM 在日照分析方面的探索

在建項目不同朝向所接收光照時間及強度有所不同，每日混凝土養護時間和強度也自然不同。項目采用BIM 技術相關分析軟件對在建工程全天日照強度分析，針對日照強的部位根據具體數值量化養護時間和養護成本，加強混凝土養護。同時也符合綠色施工的理念。

3.7 BIM 輔助混泥土提資及三算對比

一般建設項目中混凝土材料成本占整體項目材料成本約30%，若項目含有大型基礎工程或抗震設計等級較高的建筑，混凝土占比則更高，因此混凝土用量的節約和控制無疑將節省建設成本。但是在實際施工中混凝土用量往往存在3 個不同的參數：①施工單位的清單預算量。②商混單位的小票量。③BIM 模型商混預算量。三者之間往往存在5%～10%的量差。項目應用BIM 技術輔助商混用量分析。首先，利用BIM進行商混量模型提資，同時對比清單預算量及小票實際量，進行物資盈虧分析。其次，計算出實際節約量（小票實際量-清單預算量），幫助項目控制、節約實際混凝土用量。最后，計算出預算節約量（BIM 提資量-清單預算量），分析造成混凝土浪費的原因，加以控制。

3.8 BIM 技術輔助方案優化及現場交底

該主樓地下一層層高6.15m，主樓與車庫交接部位2.5m 高差部位，采用2.5m 高梁封閉，存在高大支模情況。項目還存在頂板2m 厚防輻射外溢的質子中心，以及局部車庫頂板停機坪等符合高大支模的施工部位。各專項施工方案缺少直觀的三維布局，存在方案核心意圖不能傳達到一線施工作業團隊中，存在一定安全隱患。針對危大工程施工方案采用BIM 技術直觀表達各專家意見和設計者的意圖，并根據受力分析軟件進行承載力計算，采用BIM 技術進行架體精準排布，并對理論不易發現的位置進行優化，最大限度消除關鍵環節的安全隱患。

4 結語

本項目以某康復醫學中心項目為載體，結合醫療項目對診療、科研、教學等集成度高，同時滿足手術室等醫療設施安裝及合理布局、大型醫療器械運輸安裝及使用便捷性等高標準多種功能的特殊行業需求背景下，應用BIM 技術參與項目全過程管理。過程中通過平臺數據共享實現參建各方了解項目實際問題和進展，也在一定程度上應用BIM 技術的各工具和算法，預測、識別和解決潛在的風險。同時進一步增強了團隊的協作和溝通，提高項目生產效率和安全質量等級。