BIM技術(shù)在同濟(jì)醫(yī)院光谷院區(qū)質(zhì)子大樓項目中的應(yīng)用*

林華敏，劉世夔，俞剛林，王 偉，黃心穎，李志正，陳芬芬，王梅杰

(1.中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430064； 2.艾比蒙(武漢)信息技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430064； 3.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院，湖北 武漢 430030)

1 工程概況

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院光谷院區(qū)質(zhì)子大樓項目位于光谷院區(qū)東北角，值班后勤樓南側(cè)(見圖1)。項目總建筑面積約12 500m2，地上6層，地下1層，建筑高度為30.8m，包含腫瘤科4 322m2，核醫(yī)學(xué)科5 019m2，國家醫(yī)學(xué)中心2 186m2，是亞洲首臺正式運(yùn)營的超小型單室質(zhì)子刀綜合診療中心。

圖1 武漢同濟(jì)質(zhì)子大樓項目效果

2 重難點(diǎn)分析

1)設(shè)計協(xié)調(diào)難度大 該項目采用EPC總承包模式，設(shè)計周期短，且需協(xié)調(diào)各設(shè)備服務(wù)廠家，提前考慮各專業(yè)及設(shè)備預(yù)埋安裝空間，協(xié)同設(shè)計困難。

2)設(shè)備安裝定位要求高 質(zhì)子大樓有回旋加速器、質(zhì)子加速器、磁共振加速器、直線加速器、PET-CT，PET-MR，SPECT，MR，CT等大型醫(yī)療設(shè)備，安裝、調(diào)試難度大。

3)預(yù)埋安裝精度要求高 質(zhì)子加速器支架、治療機(jī)架和治療床需預(yù)埋在指定位置，且每個預(yù)埋件在長、寬方向的誤差≤1mm/m，預(yù)埋精度控制難度極大。

4)機(jī)電管線復(fù)雜 項目機(jī)電管線復(fù)雜，除常規(guī)管線外，還包含醫(yī)療專項管道，項目凈空高度有限，管線安裝施工困難。

3 BIM創(chuàng)新應(yīng)用

3.1 基于BIM的正向設(shè)計優(yōu)化

項目前期各品牌設(shè)備廠家、設(shè)計、施工方重點(diǎn)深化設(shè)計質(zhì)子機(jī)房、加速器區(qū)域及地下室底板，提前理清設(shè)備，滿足安裝及預(yù)埋定位要求，同步建立主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備、預(yù)埋件等BIM模型，開展協(xié)同正向設(shè)計工作。

項目前期成立BIM專班，采用歐特克系列軟件建立全專業(yè)BIM模型(見圖2)。結(jié)合初始設(shè)計圖紙建立結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電、設(shè)備、鋼筋等全專業(yè)模型，綜合分析各專業(yè)間空間關(guān)系，解決碰撞問題，優(yōu)化設(shè)計圖紙精度。

圖2 質(zhì)子大樓項目BIM模型

項目地下室筏板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降板標(biāo)高多達(dá)20余種，原設(shè)計筏板高差處采用45°倒角連接，經(jīng)BIM建模發(fā)現(xiàn)，多區(qū)域倒角連接形式會加大降板區(qū)土方開挖難度，且模板搭設(shè)及墊層施工困難，增加施工成本，經(jīng)與設(shè)計協(xié)調(diào)，將變標(biāo)高處連接優(yōu)化為直角形式，降低施工難度，節(jié)省混凝土用量(見圖3)。

圖3 筏板優(yōu)化示意

3.2 基于BIM的成本核算管控

本項目因地下室筏板降板繁多，質(zhì)子機(jī)房、加速器區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，傳統(tǒng)算量方法難以保證工程量的準(zhǔn)確性，而質(zhì)子機(jī)房因功能特殊，需采用重混凝土澆筑，價格昂貴，因此成本管控尤為重要。項目借助BIM技術(shù)對地下室筏板及質(zhì)子機(jī)房進(jìn)行精細(xì)化建模，精確創(chuàng)建各降板區(qū)節(jié)點(diǎn)，并借助BIM插件完成各構(gòu)件間的空間剪切關(guān)系，同時按照抗?jié)B及防輻射要求，拆分質(zhì)子機(jī)房模型，賦予對應(yīng)材質(zhì)，最后借助Revit模型自帶明細(xì)表功能，按混凝土類型及強(qiáng)度等級輸出工程量表，指導(dǎo)商務(wù)成本核算及材料采購。

3.3 質(zhì)子機(jī)房鋼筋深化

質(zhì)子機(jī)房因防輻射要求較高，墻體設(shè)計厚度達(dá)3.35m，墻體內(nèi)鋼筋密集，且降板、設(shè)備吊裝口及其他洞口區(qū)域的鋼筋做法復(fù)雜，通過BIM鋼筋翻樣建立可視化鋼筋模型，詳細(xì)深化集水井、電纜溝、柱帽、門洞、吊裝口及治療層板厚漸變區(qū)域(見圖4)。并利用Fuzor施工模擬軟件，模擬鋼筋排布施工，優(yōu)化鋼筋下料方案，確定最優(yōu)下料順序。輸出三維節(jié)點(diǎn)大樣圖及各型號鋼筋下料大樣圖，輔助施工人員更加高效地理解圖紙，提高作業(yè)效率。

圖4 質(zhì)子機(jī)房鋼筋模型

3.4 質(zhì)子區(qū)機(jī)房預(yù)埋BIM深化

質(zhì)子區(qū)機(jī)房包含質(zhì)子加速器及CT等設(shè)備，預(yù)埋件多達(dá)20余種，包含機(jī)架支架、治療支架、治療床支架、PA-X射線預(yù)埋件、視頻傳輸線導(dǎo)管、填充管、信號導(dǎo)管、CT滑軌、鋼梯架錨點(diǎn)、防墜落錨點(diǎn)、檢修平臺及其他機(jī)電管線預(yù)埋管道等，且需避讓機(jī)房墻體鋼筋，預(yù)埋安裝定位困難、施工難度極大。質(zhì)子區(qū)機(jī)房三維效果如圖5所示。

圖5 質(zhì)子區(qū)機(jī)房三維效果

BIM團(tuán)隊在深化鋼筋模型的基礎(chǔ)上，建立精細(xì)化預(yù)埋件模型，結(jié)合廠家設(shè)備安裝要求，進(jìn)一步深化埋件安裝位置，分析埋件與埋件、埋件與鋼筋間的碰撞關(guān)系，合理利用墻體內(nèi)空間，調(diào)整埋件點(diǎn)位，并根據(jù)鋼筋網(wǎng)片及保護(hù)層厚度，優(yōu)化錨點(diǎn)套筒規(guī)格尺寸。在質(zhì)子加速器埋件方面，重點(diǎn)深化導(dǎo)管、機(jī)架支架及治療層支架，質(zhì)子加速器因安裝特殊性，要求支架安裝精度控制在7mm內(nèi)，墻體混凝土澆筑振搗對其影響較大，因此在支架底部及側(cè)面安放專項角鋼定位埋件，從平面定位及標(biāo)高方面同步控制支架安裝精度，大幅降低施工對定位的影響。治療床高精度定位鋼結(jié)構(gòu)布置如圖6所示。

圖6 治療床高精度定位鋼結(jié)構(gòu)布置

質(zhì)子區(qū)輻射較強(qiáng)，輻射為直線穿透或反射，因此防輻射措施與傳統(tǒng)輻射房間不同，機(jī)電管線及預(yù)埋套管不能垂直于墻體預(yù)埋，需采用Z字形方式預(yù)埋施工。項目借助BIM可視化技術(shù)，在機(jī)房有限的墻體空間內(nèi)，對入墻管線進(jìn)行Z字形預(yù)排，滿足防輻射要求，且能檢驗預(yù)埋件安裝空間是否足夠，質(zhì)子區(qū)經(jīng)BIM深化發(fā)現(xiàn)，門洞區(qū)域因高度空間不足，不能采用豎向翻彎方式，將風(fēng)管及水管優(yōu)化為水平翻彎形式，解決豎向安裝空間不足的問題(見圖7)。

圖7 質(zhì)子機(jī)房管線翻彎優(yōu)化

3.5 非質(zhì)子區(qū)機(jī)房機(jī)電安裝BIM深化

本工程機(jī)電管線涉及專業(yè)多，除常規(guī)管線外包含醫(yī)療氣體等專項管道，管線密集，項目對凈高要求較高，傳統(tǒng)作業(yè)方式難以滿足凈高功能使用及業(yè)主要求，且施工過程中易出現(xiàn)專業(yè)間管線碰撞或因分包施工預(yù)留空間不足導(dǎo)致拆改返工的問題，采用BIM技術(shù)創(chuàng)建風(fēng)、水、電、醫(yī)療專項等管道模型，綜合分析各管道空間定位關(guān)系，解決碰撞問題，優(yōu)化排布方案，提升凈高，減少返工，縮短施工工期。

1)碰撞優(yōu)化 質(zhì)子機(jī)房南側(cè)走道及直線加速器熱室區(qū)域管線錯綜復(fù)雜，通過集成各專業(yè)管道模型，借助專業(yè)軟件，系統(tǒng)分析管線間的碰撞點(diǎn)位，并輸出可視化碰撞報告，指導(dǎo)碰撞調(diào)整。通過優(yōu)化管線密集部位的路由及排布方案，減少管道翻彎、規(guī)避碰撞，從而提升凈高。項目累計解決有效碰撞點(diǎn)位1 365處，優(yōu)化方案72處，為安裝施工一次成優(yōu)提供可靠的模型數(shù)據(jù)。

2)凈高控制 利用BIM可出圖性，通過優(yōu)化后的管線模型，輸出各樓層各功能分區(qū)的凈高色塊圖，實測優(yōu)化后的管底凈高，組織業(yè)主、設(shè)計、施工單位共同確認(rèn)，研討不滿足要求區(qū)域的解決方案，做進(jìn)一步優(yōu)化處理，直至滿足業(yè)主及項目功能要求。

本工程通過虛擬模型提前驗證管線綜合方案的可實施性，尤其是地下室走道區(qū)域，管線排布多達(dá)4層，可提前解決走道凈高通病，為精裝設(shè)計提供指導(dǎo)性數(shù)據(jù)。

3)綜合支吊架深化 為確保安裝一次成型，最大限度增加建筑使用空間，項目采用綜合支吊架進(jìn)行管道安裝，借助品茗插件開展支吊架深化設(shè)計工作，計算各類型支吊架受力情況，合理選擇支架型鋼，布置各樓層點(diǎn)位，通過不斷優(yōu)化布置形式及間距，確定最優(yōu)支吊架方案，在保障施工質(zhì)量及安全的同時，節(jié)省大量鋼材，避免因各分包協(xié)調(diào)問題造成的安裝返工。

4)深化設(shè)計出圖 基于深化后的零碰撞管線綜合模型，正向輸出管線綜合圖、單專業(yè)平面圖、綜合剖面圖、管線三維圖、結(jié)構(gòu)留洞圖、砌體留洞圖、支架基礎(chǔ)定位圖及大樣圖等，以精確指導(dǎo)管線安裝。

4 BIM應(yīng)用效益

本項目因施工難度大及設(shè)備安裝的特殊要求，施工前引入BIM技術(shù)，從設(shè)計、施工維度，分別研究BIM技術(shù)正向設(shè)計、成本核算、鋼筋翻樣、預(yù)埋安裝、機(jī)電優(yōu)化等應(yīng)用，為項目創(chuàng)造多方面的效益。

通過BIM輔助正向設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計圖紙的準(zhǔn)確性，可大幅減少圖紙變更。通過BIM輔助成本核算，為項目節(jié)省大量價格高昂的材料用量。在鋼筋施工及預(yù)埋安裝方面，基于BIM可視化優(yōu)化多項施工方案，提高現(xiàn)場作業(yè)效率，節(jié)省施工工期?；贐IM對機(jī)電安裝進(jìn)行深化，確保項目管線安裝質(zhì)量一次成優(yōu)，最大程度減少返工。

5 結(jié)語

質(zhì)子醫(yī)院類項目機(jī)電安裝管線繁多、復(fù)雜，質(zhì)子機(jī)房預(yù)埋件繁多，施工難度較高。合理應(yīng)用BIM技術(shù)綜合分析預(yù)埋工程及機(jī)電安裝工程，能顯著提升項目質(zhì)量、安全、成本等各方面效益。

本項目通過研究BIM技術(shù)在設(shè)計及施工方面的應(yīng)用，為減少變更、提升施工質(zhì)量、縮短工期、節(jié)約成本等創(chuàng)造效益，并總結(jié)BIM技術(shù)在質(zhì)子醫(yī)院類項目中的實際應(yīng)用價值，探索出切實有效的應(yīng)用方向。