基于BIM＋技術(shù)的復(fù)雜地下工程精益智慧管理

顧向東 張柏祥

1. 上海中醫(yī)醫(yī)院 上海 200071；2. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080

1 工程概況和復(fù)雜性分析

上海某綜合醫(yī)院眼科臨床診療中心位于市中心虹口區(qū)海寧路，是目前上海市占地面積最大的三甲綜合性醫(yī)院?？偨ㄖ娣e約100 000 m2，其中A樓地上22層，建筑高度95.0 m，B樓地上5層，建筑高度23.9 m，地下室公用，建筑面積近30 000 m2，共3層，其中整個項目地下1層與基地內(nèi)原有的門診樓、醫(yī)技樓和外賓樓地下室分別設(shè)連通口，可相互連通。該診療中心是2019年上海市重大建設(shè)項目，也是上海市首批立項和首個開工建設(shè)的臨床診療中心，擬形成以眼科及視覺科學(xué)“尖峰”學(xué)科為引領(lǐng)，以國家眼科臨床研究中心建設(shè)為契機(jī)，打造具有優(yōu)勢學(xué)科品牌的疑難重癥診療中心。項目位于市中心繁華地帶，在原有院區(qū)內(nèi)，需要拆除部分既有建筑，所面臨的復(fù)雜性挑戰(zhàn)包括：

1）周邊環(huán)境復(fù)雜。場地北側(cè)為醫(yī)院內(nèi)部建筑，其中距離基坑4 m門診樓為無樁基礎(chǔ)，東側(cè)新亞公寓與場地僅圍墻相隔；南側(cè)為城市主干道海寧路，西側(cè)為城市主干道吳淞路。醫(yī)院院區(qū)內(nèi)各類地下管線錯綜復(fù)雜，且年久失修，前期摸排發(fā)現(xiàn)管線達(dá)142類，檢修井將近202個，這也是既有醫(yī)院改擴(kuò)建的普遍難點[1-3]。

2）現(xiàn)場管理復(fù)雜。工程位于醫(yī)院內(nèi)部，對環(huán)境、噪聲、光污染需嚴(yán)格管控；與居民距離較近，維穩(wěn)要求高；海寧路為城市主干道，交通組織困難；施工場布、安全管理和現(xiàn)場組織復(fù)雜。

3）施工難度高?；痈鶕?jù)開挖深度分為南北2個區(qū)，南區(qū)地下3層采用地下連續(xù)墻圍護(hù)逆作的形式，基坑面積約8 214 m2，基坑周長約563 m，基本開挖深度約18.65 m，局部深坑開挖深度2.50 m；北區(qū)地下2層和局部地下1層采用順作施工，基坑面積約1 405 m2，周長約170 m，開挖深度最深12.65 m。開挖時需嚴(yán)密監(jiān)控對周邊建筑的影響。

5）項目要求高。打造臨床診療中心的標(biāo)桿工程，實現(xiàn)綠色醫(yī)院施工。

2 基于BIM＋的復(fù)雜地下工程精益智慧管理應(yīng)用方案

該項目采用了全過程BIM應(yīng)用模式[4-6]，以實現(xiàn)綠色醫(yī)院的設(shè)計、施工與運維的全過程精益化管理。在施工階段，由全過程BIM咨詢單位和總包協(xié)同策劃了BIM應(yīng)用點（圖1），地下工程施工基本覆蓋了這些應(yīng)用點。

圖1 施工BIM應(yīng)用點策劃

BIM和施工管理進(jìn)行融合的技術(shù)依托離不開其他技術(shù)的融合，包括基坑監(jiān)測技術(shù)、揚塵和噪聲監(jiān)測平臺、無人機(jī)監(jiān)控、人臉識別的智慧工地技術(shù)、云平臺等，這些構(gòu)成了BIM＋集成技術(shù)體系，為復(fù)雜地下工程的精益化、智慧化施工提供了技術(shù)基礎(chǔ)[7]。該項目基于BIM＋的復(fù)雜地下工程精益智慧管理具體應(yīng)用方案框架如圖2所示。

圖2 基于BIM＋技術(shù)的復(fù)雜地下工程精益智慧管理應(yīng)用方案框架

3 基于BIM＋技術(shù)的復(fù)雜地下工程精益智慧管理實施

3.1 基于BIM的復(fù)雜地下工程精益施工模擬

3.1.1 大臨設(shè)施和場地布置精益模擬

在大型臨時設(shè)施和場地布置方面，根據(jù)本工程場地及工程特點，在海寧路設(shè)置主、輔兩個施工大門。在具體施工時，需結(jié)合沿街實際情況，同時考慮規(guī)劃設(shè)計的永久出入口，并根據(jù)現(xiàn)有的BIM模型反映出新的問題，建議醫(yī)院針對規(guī)劃設(shè)計的出入口提前考慮外圍單位協(xié)調(diào)事項，例如公交、市政、電力等。而整體場布分析則分為第一階段的臨時用電、用水和用房，以及第二階段的B0板整體布局。

3.1.2 逆作法施工及管線綜合模擬

由于場地狹小，該項目地下工程采用了逆作法施工方法[8]。項目采用一柱一樁施工工藝流程，而鋼立柱分別有格構(gòu)柱、鋼管柱、十字鋼骨柱，首層柱頂采用倒置埋件，中間樓層梁鋼筋遇格構(gòu)柱采用節(jié)點加腋放大，鋼管柱采用連接環(huán)板，十字鋼骨柱采用焊接直螺紋套筒的方法來完成鋼筋在柱節(jié)點的處理。由于項目北側(cè)存在大量地下障礙物，針對此情況改用咬合樁施工工藝，為了合理規(guī)劃咬合樁施工，進(jìn)行了工藝與工序上的4D模擬。另外，地下也涉及相關(guān)管線安裝，以及與既有管線的對接分析。以上如結(jié)構(gòu)配筋較為復(fù)雜的節(jié)點和管線等都需要通過BIM進(jìn)行精細(xì)化節(jié)點模擬和4D施工模擬?；贐IM的逆作法施工及管線綜合模擬如圖3所示。

中國部分城市非工業(yè)區(qū)與工業(yè)區(qū)降塵重金屬統(tǒng)計結(jié)果見表 4。因王明仕等（2015）的研究未區(qū)分非工業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)，故As、Hg、Cd、Cu、Pb、Zn等重金屬只得到一個濃度均值，與本研究相比，其值高于非工業(yè)區(qū)而顯著低于工業(yè)區(qū)。這也與降塵中的重金屬隨著離工業(yè)區(qū)距離的增加而降低（王世豪等，2017）的趨勢相符。

圖3 基于BIM的逆作法施工及管線綜合模擬

3.1.3 工程量分析及物資管理

本工程大底板設(shè)有大量下承臺，施工難度極大，從BIM模型提取各施工段混凝土工程量報送混凝土泵站供料，避免材料浪費，節(jié)約施工成本。運用BIM建模的方法模擬土石方的開挖和回填，可以直觀有效地開展土石方的挖運分析與運算，能做到土方平衡計算的精確化，對項目成本管控發(fā)揮了重要作用?；贐IM技術(shù)，可以對現(xiàn)場物料倉庫、料場進(jìn)行準(zhǔn)確布置，有利于現(xiàn)場物料的精確存儲，BIM技術(shù)與二維碼相結(jié)合也可優(yōu)化物料記錄管理。

3.2 基于BIM的綠色和文明施工策劃模擬及智慧工地技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 綠色施工策劃模擬

綠色施工包括“四節(jié)一環(huán)保”。在節(jié)能方面，主要利用BIM技術(shù)對場地內(nèi)照明燈具及建筑房間內(nèi)空調(diào)進(jìn)出風(fēng)口位置進(jìn)行合理排布，結(jié)合日照時間通過BIM模擬場地內(nèi)施工照明方向和時間，減小夜間照明對周邊環(huán)境影響，并降低能源損耗。在節(jié)水方面，主要通過BIM技術(shù)加強(qiáng)對非傳統(tǒng)水源的利用，根據(jù)場地條件布置收集管道，最大化收集雨水，然后進(jìn)行沉淀處理后用于洗車、清洗路面、滅火等用途，回收再利用均達(dá)到100%。在節(jié)地方面，本工程南區(qū)基坑采用逆作法施工，南區(qū)基坑面積約8 200 m2，規(guī)劃道路用BIM技術(shù)考慮永臨結(jié)合，進(jìn)行三維動畫分析模擬，滿足車輛進(jìn)出場、消防疏散。在節(jié)材方面，利用BIM技術(shù)對復(fù)雜梁柱節(jié)點處鋼筋進(jìn)行合理排布，并對鋼筋余料進(jìn)行統(tǒng)計再利用。在環(huán)境保護(hù)方面，現(xiàn)場設(shè)置揚塵噪聲在線實時監(jiān)測系統(tǒng)，對場地內(nèi)的揚塵、噪聲加強(qiáng)管控，一旦出現(xiàn)揚塵高數(shù)據(jù)監(jiān)測指標(biāo)，馬上采取降塵措施。

3.2.2 安全文明施工策劃模擬及智慧工地技術(shù)應(yīng)用

在前期施工策劃階段，利用BIM軟件建立大臨布置模型，合理布置施工設(shè)施、設(shè)備，劃分工作區(qū)域，保證施工需求。場地東側(cè)搭設(shè)安全通道，并設(shè)置樣板展示區(qū)域。

3.3 基于BIM＋技術(shù)的智慧監(jiān)測、物料跟蹤與無人機(jī)應(yīng)用

將BIM與物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)等結(jié)合應(yīng)用，可對復(fù)雜地下工程進(jìn)行智慧管理。本項目主要包括利用基坑監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行基坑變形及安全預(yù)警、通過噪聲揚塵監(jiān)測將對醫(yī)院運營的影響降至最小、通過無線測溫監(jiān)控大底板混凝土溫度、實時跟蹤混凝土等物料運輸路線、采用無人機(jī)進(jìn)行施工現(xiàn)場和進(jìn)度監(jiān)控及利用攝像頭進(jìn)行工地實時監(jiān)控等。

3.4 基于BIM＋的云平臺應(yīng)用

由于項目參與單位多，如何進(jìn)行有效地溝通管理以及精細(xì)化項目控制一直是復(fù)雜工程管理的難點，基于BIM＋的云平臺可有效解決這一問題，實現(xiàn)現(xiàn)場進(jìn)度、質(zhì)量、安全、風(fēng)險、成本管理以及協(xié)同管理和文檔管理。通過基于BIM及視頻監(jiān)控來有效實現(xiàn)可視化項目管理，結(jié)合移動端隨時掌握現(xiàn)場施工情況。云平臺功能模塊包括現(xiàn)場工況、視頻監(jiān)控、模型瀏覽、項目文檔、施工日志等。項目采用施工單位和業(yè)主單位兩套云平臺，分別用于不同的管理目的?；贐IM＋技術(shù)的云平臺具體應(yīng)用包括：

1）風(fēng)險管控。每日晨會明確今日作業(yè)內(nèi)容、條件有無變化、作業(yè)人數(shù)，明確安全內(nèi)容等；隔天上傳前日施工日志，實現(xiàn)現(xiàn)場質(zhì)量、安全、資料的可追溯性。運用管理平臺對項目重大風(fēng)險源進(jìn)行實施上傳便于管控。公司督導(dǎo)隊定期檢查，及時上傳整改回復(fù)記錄，消除現(xiàn)場安全隱患。

2）現(xiàn)場管理。每日巡視現(xiàn)場，若發(fā)現(xiàn)隱患，上傳平臺，要求責(zé)任人限時整改，復(fù)查完成后，完成閉合。確保隱患出現(xiàn)及時整改，及時閉合。

3）混凝土澆灌管理。包括混凝土施工前上傳混凝土澆筑令，施工過程拍攝現(xiàn)場照片，每天上傳項目經(jīng)理帶班巡查記錄，切實落實整改每日問題。

4）沉降監(jiān)測管理。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，為了有效控制門診樓持續(xù)沉降變形，先行加強(qiáng)對門診樓監(jiān)測及巡視工作。

5）文檔管理。各種施工管理文件及時上傳與共享等。

3.5 基于BIM＋技術(shù)的溝通與協(xié)調(diào)

項目還充分利用BIM及相關(guān)平臺的優(yōu)勢，開展項目溝通與協(xié)調(diào)。主要包括：每周除了工程例會外，召開BIM例會，就相關(guān)技術(shù)問題開展溝通和協(xié)調(diào)，大大提高了例會效率；基于BIM的可視化技術(shù)交底，在關(guān)鍵復(fù)雜節(jié)點，利用BIM進(jìn)行可視化交底，可大大提高交底效率，提高溝通準(zhǔn)確度；基于BIM的安全交底，可有效提高安全交底的效率和效果；與周邊社區(qū)的溝通，為社區(qū)穩(wěn)定提供了可視化支撐；通過云平臺進(jìn)行問題提出和解決，大大提高了問題解決效率。

4 基于BIM＋技術(shù)的復(fù)雜地下工程精益智慧管理應(yīng)用效果及展望

該項目于2020年1月10日按計劃完成了地下工程，整個工程安全、高效和平穩(wěn)進(jìn)行，對周邊建筑進(jìn)行了嚴(yán)格的檢測，未出現(xiàn)大的影響。同時，對醫(yī)院運營的影響也降到了最低，受到了建設(shè)單位的好評。作為BIM深度應(yīng)用的典型工程，該項目具有廣泛的社會影響，已經(jīng)接待了來自多個單位的現(xiàn)場觀摩。BIM應(yīng)用成果也有效支撐了全國《醫(yī)院建筑信息模型應(yīng)用指南》的編寫。2019年12月25日，由上海市綠色建筑協(xié)會以及上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用推廣中心等主辦的“BIM技術(shù)在綠色醫(yī)院建設(shè)中的應(yīng)用”全市觀摩研討會在項目上舉行，針對該項目進(jìn)行了專題匯報與研討，獲得了與會者的高度評價。

按照項目BIM應(yīng)用的總體策劃，該項目將打造BIM在醫(yī)療建筑中的典型示范工程和診療中心標(biāo)桿工程，在后續(xù)施工階段，將繼續(xù)圍繞BIM＋、復(fù)雜工程施工與安全、精益施工和智慧施工等應(yīng)用點進(jìn)行深度應(yīng)用，為醫(yī)院建筑的復(fù)雜工程管理進(jìn)行探索和實踐。

5 結(jié)語

近幾年，BIM技術(shù)在我國得到了飛速發(fā)展，應(yīng)用日趨廣泛和深入。但是，隨著工程復(fù)雜性日益增大，工程管理目標(biāo)要求的日益提高，以及現(xiàn)代新技術(shù)發(fā)展的日新月異，BIM在復(fù)雜工程中的應(yīng)用也遇到了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，需要結(jié)合具體實踐進(jìn)行研究和探索。信息技術(shù)的發(fā)展使得BIM技術(shù)的“BIM＋”創(chuàng)新模式逐漸形成新的業(yè)態(tài)，推動建設(shè)行業(yè)眾多領(lǐng)域的創(chuàng)新變革。

醫(yī)院建筑作為一類特殊的復(fù)雜建筑，其施工管理在進(jìn)度、安全、質(zhì)量、成本等方面均具有典型代表性。本文以上海某醫(yī)院眼科臨床診療中心復(fù)雜地下工程為例，探索了基于BIM＋技術(shù)的復(fù)雜地下工程精益智慧管理的措施、技術(shù)和方法，為此類工程管理及BIM深度應(yīng)用提供了借鑒，也為下一步BIM在全過程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。