BIM在醫(yī)療建筑建設(shè)與運行管理中的應(yīng)用研究

卓 述 彭 穎

(莆田學(xué)院土木工程學(xué)院 福建莆田 351100)

0 引言

醫(yī)療建筑是復(fù)雜程度高、比較特別的民用建筑之一。近年來國家在醫(yī)療建筑領(lǐng)域的投入越來越多，各類綜合性、專業(yè)性的醫(yī)療建筑不斷出現(xiàn)。醫(yī)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(yè)建筑。醫(yī)療設(shè)備較大、安裝的準(zhǔn)確度要求高且復(fù)雜。而BIM技術(shù)正好可以應(yīng)對這種情況，非常有利于管理者在醫(yī)療建筑的全生命周期使用。

1 疫情下醫(yī)療建筑對BIM的需求

圖1 火神山醫(yī)院BIM效果圖

疫情襲來，確診人數(shù)不斷增加，醫(yī)院的床位問題越來越嚴(yán)重，建造醫(yī)院正是解決這一問題的關(guān)鍵。疫情當(dāng)下，時間緊迫，傳統(tǒng)的建筑方法根本無法滿足醫(yī)院的工期要求。因此，在特殊時期必須采用特殊的建設(shè)模式，而BIM技術(shù)，為這種建設(shè)模式的實施提供了技術(shù)支持。尹健[1]表明：火神山醫(yī)院的建設(shè)，采用“BIM+裝配式”的模式(圖1)，最大限度地降低現(xiàn)場作業(yè)工作量，實現(xiàn)效率最大化，僅用10天就建成，為中國戰(zhàn)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(yī)院也同樣采用BIM信息化管理，做好每一次施工的計劃，為現(xiàn)場數(shù)千技術(shù)人員和各種大型設(shè)備和運輸車輛順利作業(yè)提供保障。還有太原市中心醫(yī)院、廈門馬鑾灣醫(yī)院、中建三局潞河醫(yī)院等，都采用了BIM技術(shù)進行建造。

目前，絕大多數(shù)的醫(yī)療建筑建造主要根據(jù)CAD等二維圖紙。而圖紙本身在所難免存在錯誤，而在大型醫(yī)療建筑項目設(shè)計中，因醫(yī)療工藝要求繁多、布局復(fù)雜，易發(fā)生碰撞問題，影響建筑質(zhì)量及工期。利用BIM技術(shù)建模，對BIM模型進行各專業(yè)的碰撞檢測，顯示碰撞位置并提供相應(yīng)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(jié)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(yīng)用BIM建筑規(guī)模迅速拓展，增長幅度高達57%[3-4]。

表1 傳統(tǒng)施工與BIM施工對比

2 BIM技術(shù)在醫(yī)療建筑中的應(yīng)用

2.1 合理規(guī)劃工地

BIM模型為主要載體，規(guī)劃工地的運作，對工人、材料等進行分配。這種方法可繪制現(xiàn)場臨時設(shè)施執(zhí)行任務(wù)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(yīng)用3D系統(tǒng)設(shè)計的軟件工具，可以做出對應(yīng)建筑的虛擬模型(圖2)，對醫(yī)療建筑的整體施工進行詳細(xì)設(shè)計和分析，在提高施工效率的同時，保障建筑的質(zhì)量。 將醫(yī)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(diào)整器具位置，減少沖突。按BIM的，規(guī)劃將管道的穿墻孔洞預(yù)留在砌體墻上, 減少成本，提高生產(chǎn)力，能夠增加對醫(yī)療建筑系統(tǒng)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(shù)，可檢查醫(yī)療建筑圖紙與模型是否匹配，檢查系統(tǒng)缺失、模型錯誤等問題。應(yīng)用BIM可視化技術(shù)[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(gòu)件之間的沖突，最大程度減少施工時因為沖突導(dǎo)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(nèi)部

2.4 數(shù)字化加工構(gòu)件

利用BIM將醫(yī)療建筑模型相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型，在生產(chǎn)設(shè)施時，就可以進行數(shù)字化加工。目前，主要應(yīng)用在預(yù)制混凝土板生產(chǎn)、管線預(yù)制加工和鋼結(jié)構(gòu)加工3個方面。此外，利用BIM技術(shù)，還能將醫(yī)療建筑的構(gòu)件轉(zhuǎn)化為二維碼信息，更加方便查看構(gòu)建，并對構(gòu)建進行加工，有利于工程預(yù)算、工程造價及成本控制。

2.5 協(xié)調(diào)并優(yōu)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(yōu)化協(xié)調(diào)，即“3D協(xié)調(diào)作業(yè)”，從根本上解決應(yīng)用系統(tǒng)在功能上不關(guān)聯(lián)互助、信息不共享互換，以及信息與業(yè)務(wù)流程和應(yīng)用相互脫節(jié)的問題，解決醫(yī)療建筑電梯井布置與其他設(shè)計布置及凈空要求的協(xié)調(diào)、防火分區(qū)，以及與其他設(shè)計布置的協(xié)調(diào)、地下排水布置與其他設(shè)計布置的協(xié)調(diào)[9]。BIM醫(yī)療建筑模型可以提供其構(gòu)件的幾何參數(shù)、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(yī)療建筑進行一系列的優(yōu)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(shè)計模型，編制施工進度計劃的資料及依據(jù)，能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。根據(jù)施工任務(wù)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(shù)，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(diào)整，優(yōu)化完成后便可用于正式施工。如國外 菲尼克斯兒童醫(yī)院案例。在建造過程中，使用了BIM技術(shù)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(yīng)用于醫(yī)療建筑的措施

3.1 全面升級裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈

BIM技術(shù)與裝配式建筑深度融合后,二者在醫(yī)療建筑建造上體現(xiàn)出了巨大的成效。我國目前BIM裝配式的產(chǎn)業(yè)鏈還未完善,各施工階段的技術(shù)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(yīng)用于醫(yī)療建筑的發(fā)展。因此，大力發(fā)展BIM裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)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(shù)將建筑運維、建筑施工等一系列施工過程聯(lián)系起來。但由于缺乏統(tǒng)一的管理，使得這一系列項目很難進一步結(jié)合。如果可以使用總承包模式，建筑項目的管理由總負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)，有利于所有施工進程有機結(jié)合，使得BIM數(shù)字化管理在醫(yī)療建筑全壽命周期成為現(xiàn)實。所以，大力發(fā)展這種模式，將有利于促進BIM技術(shù)在醫(yī)療建筑上的應(yīng)用。

3.3 大力培養(yǎng)專業(yè)人才

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

4 BIM技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療建筑的展望

4.1 BIM專業(yè)化發(fā)展

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

4.2 BIM與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合應(yīng)用于醫(yī)療建筑

物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，是虛擬與現(xiàn)實的結(jié)合。實現(xiàn)“BIM+物聯(lián)網(wǎng)”，有利于更直觀地分析醫(yī)療建筑內(nèi)部構(gòu)件。將 BIM 技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行高效傳導(dǎo)、互用和協(xié)同， 搭建云平臺，并將各類BIM 軟件進行深度融合，將給實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化帶來很大優(yōu)勢[12]。不過需要注意的是，與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，需要在設(shè)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(shè)備與BIM模型進行關(guān)聯(lián)，并且在設(shè)備選型時，對設(shè)備供應(yīng)商進行要求，包括開發(fā)設(shè)備數(shù)據(jù)接口，設(shè)備BIM模型等。

4.3 BIM與新技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于醫(yī)療建筑

科技不斷發(fā)展，隨之出現(xiàn)了許多新技術(shù)和方法，我們可以將BIM技術(shù)與其結(jié)合，例如BIM技術(shù)+智慧工地平臺[13]、BIM與3D打印技術(shù)結(jié)合[14-15]等。這些技術(shù)在醫(yī)療建筑制造中的應(yīng)用，有很長的路要走。

5 結(jié)論

根據(jù)上文研究，可以得出以下結(jié)論：BIM建立出虛擬的醫(yī)療建筑3D模型，并加以數(shù)字化技術(shù)，為此醫(yī)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(yī)療建筑物構(gòu)件的形狀、材質(zhì)、狀態(tài)等信息，為醫(yī)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(shù)有助于醫(yī)療建筑工程項目減少成本同時，降低錯誤率?，F(xiàn)在我國將BIM技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療建筑上還處于初級階段，必須增加項目經(jīng)驗、優(yōu)化流程使BIM技術(shù)在醫(yī)療建筑上熟練運用，使其在有限的空間里發(fā)揮其最大作用。