大型醫(yī)院建筑項(xiàng)目BIM管線綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用

魏昌智，丁 盛，余 浩，王世亮，陳 浩

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

現(xiàn)如今大型醫(yī)院均致力于將自身打造成為信息技術(shù)領(lǐng)先的“智慧醫(yī)院”，為醫(yī)護(hù)人員和患者提供高端化、全方位、智能化、舒適化的空間領(lǐng)域。導(dǎo)致大型醫(yī)院建筑項(xiàng)目房間的使用功能要求也在不斷地提高，在機(jī)電方面，除傳統(tǒng)的機(jī)電管線系統(tǒng)外，還有潔凈空調(diào)系統(tǒng)、物流管道系統(tǒng)等醫(yī)院特殊管道系統(tǒng)，使其在保證房間凈高要求的情況下，管線空間愈發(fā)減小，施工難度愈發(fā)加大。采用基于Revit 平臺(tái)的三維可視化管線綜合設(shè)計(jì)方式，可以有效避免參照二維機(jī)電管線綜合圖紙無(wú)法直觀體現(xiàn)出管線綜合效果的弊端，且因其以三維模型可視化方式體現(xiàn)，在精度要求滿(mǎn)足的情況下，還可以作為醫(yī)院運(yùn)行后的機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維使用。

BIM 應(yīng)用貫穿項(xiàng)目始終，從設(shè)計(jì)階段入手，在三維模型中做好項(xiàng)目施工應(yīng)用前的模擬工作，通過(guò)凈高分析、碰撞檢查、管綜優(yōu)化、預(yù)留預(yù)埋、支吊架深化、管線分段、工程量統(tǒng)計(jì)、輸出圖紙等一系列的深化設(shè)計(jì)應(yīng)用。在項(xiàng)目施工階段，配合BIM 三維可視化交底，盡可能避免因施工工序及方法問(wèn)題引起的拆改及返工現(xiàn)象，達(dá)成加快施工進(jìn)度和節(jié)省材料的目標(biāo)，從而提高項(xiàng)目的綜合收益。后續(xù)搭配BIM5D 平臺(tái)從質(zhì)量、安全、進(jìn)度三方面的應(yīng)用控制，為最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的全生命周期運(yùn)營(yíng)管理奠定基礎(chǔ)。

1 項(xiàng)目概況

合肥長(zhǎng)豐縣北城醫(yī)院項(xiàng)目是合肥的重大民生工程之一，醫(yī)院設(shè)計(jì)采用“院中院”模式，融入“智慧、人性、生態(tài)、綠色”的理念。本項(xiàng)目建成后將成為整個(gè)華東地區(qū)最大的一所醫(yī)院，總建筑面積約42.7 萬(wàn)m2，總投資約31 億元，用地282.2畝，地上總建筑面積28 2975.63m2，地下總建筑面積146 907.53m2，設(shè)計(jì)床位1 900 張。本工程位于合肥北城新區(qū)龍湖路以北，湯都路以南，譙城路以東，阜陽(yáng)北路以西。合肥長(zhǎng)豐縣北城醫(yī)院項(xiàng)目效果圖如圖1 所示。

圖1 合肥長(zhǎng)豐縣北城醫(yī)院

工程包括突發(fā)公共衛(wèi)生事件救治及骨傷中心、婦幼醫(yī)學(xué)中心、眼耳鼻咽喉及口腔中心、綜合科教中心、感染樓、污水處理站以及開(kāi)閉所等11 個(gè)子單位工程，下設(shè)冷凍機(jī)房、生活冷熱水泵房、消防泵房、變電所等設(shè)備用房。包括軌道物流小車(chē)系統(tǒng)、潔凈空調(diào)系統(tǒng)等特殊類(lèi)型管道系統(tǒng)。此醫(yī)院項(xiàng)目業(yè)主對(duì)BIM 精度要求擬達(dá)到LOD400 精度，包含了完整制造、設(shè)備安裝組裝、細(xì)部施工所需的信息，模型將作為中心數(shù)據(jù)庫(kù)整合到醫(yī)院運(yùn)營(yíng)和維護(hù)系統(tǒng)中，故在建模模型過(guò)程中需要模型的精度達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)，各類(lèi)族信息完全，且要保證模型與后期現(xiàn)場(chǎng)施工的一致性。又因?yàn)楸卷?xiàng)目為大型醫(yī)院，超重梁區(qū)域較多，最大規(guī)格為900mm×1 800mm，機(jī)電大型醫(yī)療設(shè)備的安裝和特殊要求的管道安裝又較為復(fù)雜，故在管線綜合調(diào)整過(guò)程中技術(shù)要求較高，難度較大。施工現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)業(yè)分包較多（主要有消防、人防、裝飾裝修、智能化單位），總包管理及協(xié)調(diào)亦為項(xiàng)目管理重點(diǎn)。

2 BIM應(yīng)用流程

BIM 技術(shù)應(yīng)貫穿項(xiàng)目始終，從項(xiàng)目簽署時(shí)刻起，BIM 就應(yīng)進(jìn)場(chǎng)做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，針對(duì)項(xiàng)目本身制定好專(zhuān)屬對(duì)應(yīng)的BIM 方案和細(xì)則，并合理分配人員開(kāi)展相關(guān)工作。應(yīng)用Revit、Navisworks 等相關(guān)BIM 軟件建立起全專(zhuān)業(yè)的模型，隨后做好機(jī)電系統(tǒng)的管線碰撞檢查和房間凈高分析工作，并導(dǎo)出相關(guān)報(bào)告，反饋給上級(jí)單位，并據(jù)此控制好房間及走廊的凈空高度，進(jìn)行管綜優(yōu)化，反復(fù)檢測(cè)修改后得到施工模型，接著做好工程量統(tǒng)計(jì)和支吊架布置工作，最終輸出各專(zhuān)業(yè)圖紙指導(dǎo)施工。BIM 技術(shù)的應(yīng)用流程圖如圖2 所示。BIM 設(shè)計(jì)階段管線綜合流程如圖3 所示。

圖2 BIM技術(shù)應(yīng)用流程圖

圖3 BIM設(shè)計(jì)管線綜合流程圖

2.1 各專(zhuān)業(yè)模型搭建及凈高分析

大型醫(yī)院的層高通常較低，但因?yàn)榻ㄖδ芤蟮挠油晟?，?dǎo)致管線系統(tǒng)和大型設(shè)備繁多。在設(shè)計(jì)階段，利用BIM 技術(shù)預(yù)先建立起項(xiàng)目的三維模型可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目整體的相關(guān)問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行處理并反饋甲方及設(shè)計(jì)院，同時(shí)組織管綜會(huì)議，讓各專(zhuān)業(yè)分包管理人員能夠在可視化的三維模型環(huán)境下及時(shí)的討論交流。使得能夠預(yù)先根據(jù)管線運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)和管徑的大小規(guī)劃好各條管線復(fù)雜的走廊大體上的排布方案，在保證凈空高度的基礎(chǔ)上，預(yù)留出檢修空間和施工距離，盡可能減少管材的損耗，降低施工的周期和難度，確定出最為合理的管綜方案。

同時(shí)醫(yī)院的軌道物流小車(chē)系統(tǒng)、潔凈空調(diào)系統(tǒng)等特殊管道系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)的凈空干擾比較大，容易出現(xiàn)凈高不滿(mǎn)足的情況。故應(yīng)在確定好機(jī)電管綜方案的BIM 模型中，預(yù)先做出各房間的凈高分析，同時(shí)出具凈高分析報(bào)告，如圖4 所示。再根據(jù)出具的凈高分析報(bào)告，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及房間所需負(fù)荷，找出合理的解決方案，并報(bào)送甲方及設(shè)計(jì)單位確認(rèn)。

圖4 凈高分析

2.2 碰撞檢查

大型醫(yī)院機(jī)電管線系統(tǒng)繁多，管徑較大，又有軌道物流小車(chē)系統(tǒng)、潔凈空調(diào)系統(tǒng)等特殊管道系統(tǒng)，且醫(yī)院建筑層高普遍較低，超重梁過(guò)大，在實(shí)際施工時(shí)，容易發(fā)生機(jī)電管線碰撞現(xiàn)象。故在項(xiàng)目正式施工前，需要將在Revit軟件中建立好的BIM 模型導(dǎo)入Navisworks 軟件中做好機(jī)電模型自身管線間和機(jī)電管線與土建模型間的碰撞檢查工作，并將檢查的結(jié)果出具相應(yīng)的碰撞檢查報(bào)告。再根據(jù)碰撞檢查報(bào)告，找出對(duì)應(yīng)模型中機(jī)電管線位置進(jìn)行管線綜合修改，從而有效避免因發(fā)生機(jī)電管線碰撞造成的拆改返工現(xiàn)象，在節(jié)省材料的同時(shí)，加快了項(xiàng)目的施工進(jìn)度。項(xiàng)目中水管系統(tǒng)碰撞檢查三維模型如圖5 所示。

圖5 水管碰撞三維模型

2.3 管線綜合優(yōu)化

在設(shè)計(jì)階段，依托建立好的BIM 模型通過(guò)各方管綜會(huì)議確定好醫(yī)院各條管線復(fù)雜走廊的管綜方案后，在根據(jù)分析出房間的合理凈空高度和機(jī)電碰撞檢查出的問(wèn)題，進(jìn)行細(xì)化管線綜合處理工作，包括：機(jī)電管線布置、設(shè)備擺放、末端連接處理、管線引出位置等，最終完成管綜優(yōu)化處理工作。進(jìn)而在施工階段，減少材料的損耗，設(shè)計(jì)好合理的工序，提高人員的利用率，加快項(xiàng)目進(jìn)度，提高項(xiàng)目的綜合效益。

為提高醫(yī)院在實(shí)際使用過(guò)程的醫(yī)用物品運(yùn)輸效率，故此醫(yī)院項(xiàng)目采用醫(yī)用軌道物流系統(tǒng)。醫(yī)用軌道物流系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于大型綜合醫(yī)院中，醫(yī)護(hù)人員通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)集中控制各個(gè)物流站點(diǎn)的軌道傳輸，分為箱式物流管道和管道式物流管道，箱式物流管道內(nèi)部以合金軌道作為運(yùn)輸路徑，管道式物流管道分為垃圾回收管道及被服回收管道，從而建立醫(yī)療物品運(yùn)輸及醫(yī)用垃圾回收運(yùn)輸專(zhuān)用通道，在各個(gè)區(qū)域間實(shí)現(xiàn)快速高效的物品傳遞。因此類(lèi)管道需經(jīng)常將物品進(jìn)行輸送與回收，故需將其排布在管線最下方，又因?yàn)榇祟?lèi)管道尺寸較大，不能翻彎，易對(duì)其他管線造成較大影響，應(yīng)用BIM 技術(shù)預(yù)先將其盡量與其他管線避開(kāi)排布，若不能避開(kāi)，即將其他管線對(duì)其避讓排布。物流管道小車(chē)系統(tǒng)與其他管線系統(tǒng)綜合排布情況如圖6 所示。

圖6 物流管道小車(chē)系統(tǒng)排布

管線綜合中的重要環(huán)節(jié)包含了機(jī)房安裝的質(zhì)量要求，利用BIM 技術(shù)在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)圖紙和使用功能的前提下，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化過(guò)程中充分考慮設(shè)備位置及尺寸，對(duì)設(shè)備的擺放位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得機(jī)房能滿(mǎn)足設(shè)備安裝、維修、試運(yùn)行的要求。因機(jī)房管線管徑尺寸較大，需盡量減少管線翻彎，同時(shí)考慮管道附件的安裝間距和設(shè)備的擺放位置，重新對(duì)管線的路由及高程進(jìn)行排布，使排布出的管線既滿(mǎn)足機(jī)房的使用要求，又達(dá)到整齊、美觀的效果。冷凍機(jī)房管綜排布如圖7 所示。

圖7 冷凍機(jī)房管綜排布

2.4 洞口預(yù)留及支吊架深化

利用BIM 技術(shù)建立可視化三維模型在模型中從各個(gè)角度參考管線的分層排布，翻彎位置及閥門(mén)設(shè)備的定位，同時(shí)考慮物流軌道等特殊管線的空間排布，在建筑結(jié)構(gòu)模型中，做好管線的一次和二次預(yù)留孔洞工作，根據(jù)管線的空間位置和管徑大小確定好洞口尺寸、中心標(biāo)高及平面位置，出具預(yù)留洞口圖紙，并在施工階段據(jù)此施工，方便后續(xù)機(jī)電的安裝工作。

為滿(mǎn)足安裝要求和保證走廊凈高，利用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合排布，對(duì)此區(qū)域進(jìn)行綜合支吊架設(shè)計(jì)，使其安裝符合施工要求，美觀合理。項(xiàng)目中管線洞口預(yù)留和支吊架布置三維模型如圖8所示。

圖8 洞口預(yù)留及支吊架排布

2.5 管道分段及工程量統(tǒng)計(jì)

傳統(tǒng)的機(jī)電安裝模式，存在大量的現(xiàn)場(chǎng)加工環(huán)節(jié)，不僅難以保障加工質(zhì)量，導(dǎo)致材料浪費(fèi)，同時(shí)也影響安裝進(jìn)度，直接關(guān)系到機(jī)電安裝的成本。應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)管線進(jìn)行預(yù)制化分段設(shè)計(jì)編號(hào)，數(shù)字化描述機(jī)電管線從預(yù)制到安裝的整個(gè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)機(jī)電管線從工廠規(guī)?；A(yù)制、倉(cāng)庫(kù)數(shù)字化管理和現(xiàn)場(chǎng)高精度安裝的一體化綜合管理和施工。管線分段模型如圖9 所示。

圖9 管線預(yù)制化分段

通過(guò)建立專(zhuān)業(yè)的BIM 模型，工作量可以分專(zhuān)業(yè)來(lái)計(jì)算統(tǒng)計(jì)。根據(jù)模型統(tǒng)計(jì)的工程量?jī)H為凈工作量，不等同于工程采購(gòu)量、預(yù)算量。使用BIM建筑信息模型來(lái)替代圖紙，計(jì)算機(jī)將會(huì)把模型當(dāng)作真實(shí)的建筑來(lái)看待，土建和機(jī)電構(gòu)件的各項(xiàng)信息可以在模型建立及管綜完成后，由Revit 軟件中的明細(xì)表功能直接提取生成統(tǒng)計(jì)表格。BIM 的核心即是信息，例如：構(gòu)件名稱(chēng)、生產(chǎn)廠家、長(zhǎng)度、尺寸、數(shù)量等信息都可直接反映在明細(xì)表當(dāng)中，并且在修改模型的同時(shí)，對(duì)應(yīng)信息也將反映到明細(xì)表之中做到實(shí)時(shí)更新，在實(shí)際施工中，現(xiàn)場(chǎng)工程師可依據(jù)此明細(xì)表進(jìn)行提取工程量，從而加快了工程算量的速度和精度，降低人力資源的浪費(fèi)。

3 BIM施工階段應(yīng)用

建筑施工管理往往具有涉及面廣、工作量大、制約性強(qiáng)、信息流量大等特點(diǎn)，信息流動(dòng)復(fù)雜而頻繁。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理模式在速度、可靠性和經(jīng)濟(jì)可行性等方面明顯制約了施工企業(yè)的生存和可持續(xù)發(fā)展。建筑信息化技術(shù)的應(yīng)用從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和工程應(yīng)用三個(gè)方面保證了建筑工程數(shù)字化和現(xiàn)代化的可行性。在施工階段，BIM5D 協(xié)同管理平臺(tái)是近些年較為火熱的建筑信息化應(yīng)用方向，輕量化、仿真性、信息化作為其主要的特點(diǎn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工程師上傳信息做到實(shí)時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)同步，方便項(xiàng)目各方直接在平臺(tái)上查看審核文件和解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，并做到信息留存，從質(zhì)量、安全、進(jìn)度三方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)把控。

3.1 施工質(zhì)量、安全管理

施工階段項(xiàng)目質(zhì)量、安全的控制工作可基于BIM 體系構(gòu)建建筑信息化共享模式進(jìn)行協(xié)同管理，基于BIM5D 協(xié)同管理平臺(tái)可將這一體系進(jìn)行信息化展現(xiàn)。預(yù)先將優(yōu)化完成的項(xiàng)目BIM 模型導(dǎo)入BIM5D 平臺(tái)作為云端輕量化模型，現(xiàn)場(chǎng)管理人員將施工各階段遇到的質(zhì)量、安全問(wèn)題實(shí)時(shí)上傳到BIM5D 平臺(tái)當(dāng)中，并將其一一對(duì)應(yīng)到模型上的問(wèn)題發(fā)生點(diǎn)位，同時(shí)共享給各方管理人員，做到全員信息共享，并參與到現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量、安全把控工作中。這樣有利于將現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的情況做到全員知曉和實(shí)時(shí)解決，在今后能夠提前采取預(yù)防措施，增強(qiáng)項(xiàng)目的管理能力，并將問(wèn)題梳理匯總形成文件資料，歸為項(xiàng)目自控管理檔案，作為項(xiàng)目案例，為今后的項(xiàng)目的實(shí)施提供參考。

3.2 施工進(jìn)度管理

在施工階段常用施工進(jìn)度計(jì)劃來(lái)控制施工現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)度，而在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的施工中，施工進(jìn)度常常受到多方面的影響，例如：施工工序、天氣狀況、材料入場(chǎng)情況、勞務(wù)人員數(shù)量、項(xiàng)目管理水平等，通過(guò)BIM5D 協(xié)同管理平臺(tái)可以將以上全部的現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行錄入，并且和施工進(jìn)度計(jì)劃相結(jié)合，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各方面資源的實(shí)時(shí)變化，做到實(shí)時(shí)調(diào)整項(xiàng)目的施工進(jìn)度計(jì)劃，保證現(xiàn)場(chǎng)工作的實(shí)施，盡可能地加快施工進(jìn)度。

利用建筑信息模型直接控制工程進(jìn)度，可以根據(jù)建筑信息模型和工程量清單制定施工進(jìn)度計(jì)劃，將施工進(jìn)度的實(shí)際值與計(jì)劃值進(jìn)行比較，對(duì)工程延誤進(jìn)行預(yù)警，動(dòng)態(tài)控制整個(gè)工程的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)現(xiàn)了不同施工方案的靈活比較，找出了影響工期的潛在風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)設(shè)計(jì)發(fā)生變更時(shí)，運(yùn)用BIM 技術(shù)也能迅速調(diào)整施工進(jìn)度。

4 結(jié)語(yǔ)

大型醫(yī)院項(xiàng)目屬于機(jī)電管線復(fù)雜，施工難度較高的建筑工程，本文以一個(gè)實(shí)際應(yīng)用BIM 技術(shù)的醫(yī)院項(xiàng)目的案例來(lái)探索機(jī)電管線路由路徑優(yōu)化可通過(guò)三維模型可視化表達(dá)及管線優(yōu)化成果分析確立多方案進(jìn)行方案比選，從而選擇機(jī)電管線路由路徑最優(yōu)方案，提升工作效率，提高工程質(zhì)量；探索結(jié)構(gòu)洞口預(yù)留預(yù)埋的BIM 應(yīng)用主要是對(duì)二次結(jié)構(gòu)的預(yù)留洞口位置、套管位置進(jìn)行調(diào)整，更新預(yù)留洞口圖通過(guò)模型實(shí)現(xiàn)多方協(xié)調(diào)并通過(guò)參數(shù)化精確洞口預(yù)留預(yù)埋進(jìn)行探索及優(yōu)化；探索機(jī)電管線碰撞分析可通過(guò)模型參數(shù)化進(jìn)行碰撞及可視化表達(dá)碰撞結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)分析進(jìn)行多專(zhuān)業(yè)跨專(zhuān)業(yè)協(xié)同碰撞檢測(cè)及優(yōu)化，在類(lèi)似此類(lèi)大型醫(yī)院項(xiàng)目中合理應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行管線綜合分析設(shè)計(jì)能夠顯著提升項(xiàng)目質(zhì)量、安全、成本等各方面效益，也為后續(xù)BIM 技術(shù)在同類(lèi)型工程項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。