BIM在合肥市第一人民醫(yī)院項(xiàng)目中的深度應(yīng)用

陳萬里

(中天建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

合肥市第一人民醫(yī)院是大型三級(jí)甲等綜合性醫(yī)院，地處合肥市蒙城路與壽春路交口，新建綜合樓位于廬陽區(qū)老院區(qū)內(nèi)，總建筑面積95 000m2，其中地下3層約21 200m2，地上部分約73 800m2。A樓地上共19層，建筑高度81.4m；B樓地上共24層，建筑高度99.7m；裙樓地上共9層。包含門診大樓、醫(yī)技樓、住院樓、多功能廳、食堂、設(shè)備用房等，為框架剪力墻結(jié)構(gòu)(見圖1)。

圖1 合肥第一人民醫(yī)院效果

2 工程重難點(diǎn)

1)防輻射超厚混凝土墻 本工程直線加速器室墻體厚度達(dá)2 700mm，鋼筋密集，管線預(yù)埋要求高，混凝土澆筑冷縫控制嚴(yán)格。

2)大截面超重鋼構(gòu)件 急診大廳頂部的轉(zhuǎn)換箱梁截面為2 300mm×1 300mm×60mm×60mm，重3 278kg/m，總質(zhì)量達(dá)50t，環(huán)形梁柱節(jié)點(diǎn)施工復(fù)雜。

3)機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜 本工程包含8個(gè)專業(yè)分包，23個(gè)機(jī)電專業(yè)系統(tǒng)，15種綜合管線總長35km，且數(shù)量眾多的醫(yī)療器械極大增加了機(jī)電管線碰撞調(diào)節(jié)、凈高控制難度。

4)醫(yī)療特殊用房 醫(yī)院工程專業(yè)性強(qiáng)，具有核磁共振、手術(shù)潔凈、物流傳輸、醫(yī)用氣體、放射防護(hù)、污水處理等功能，施工工序復(fù)雜交錯(cuò)，施工周期長、難度大。

3 重點(diǎn)難題攻克措施

針對以上重難點(diǎn)，項(xiàng)目部開展BIM深度應(yīng)用，通過三維精細(xì)化建模，優(yōu)化深化設(shè)計(jì)方案，制定可行性施工方案，導(dǎo)入Fuzor，Lumion等軟件進(jìn)行漫游模擬，對比確定最優(yōu)方案后，進(jìn)行3D可視化交底，有效降低施工技術(shù)難度，提高建造效率，節(jié)約施工材料，提升工程品質(zhì)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。對重難點(diǎn)的BIM應(yīng)用統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 重難點(diǎn)BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 防輻射超厚混凝土墻優(yōu)化與模擬

本工程直線加速器室防輻射要求高，剪力墻厚達(dá)2 700mm，對混凝土裂縫控制要求極高，不能出現(xiàn)施工冷縫，且鋼筋排布密集，機(jī)電管線套管預(yù)留預(yù)埋構(gòu)造特殊，應(yīng)與墻體成45°，定位精度要求高。因此直線加速器室施工質(zhì)量要求一次成優(yōu)，否則產(chǎn)生放射性污染[2]，嚴(yán)重威脅醫(yī)務(wù)人員及患者生命安全。

3.1.1密集鋼筋排布優(yōu)化

超厚混凝土墻中的鋼筋最大直徑為28mm，最小間距75mm，箍筋安裝綁扎困難，部分鋼筋無施工空間。針對上述難點(diǎn)，借助BIM三維可視化功能，模擬構(gòu)建鋼筋工程，優(yōu)化密集鋼筋排布和安裝順序，并結(jié)合Tekla軟件精準(zhǔn)下料。

3.1.2超厚混凝土澆筑模擬

大體積混凝土澆筑完成后易產(chǎn)生裂縫，除去混凝土原材料因素，應(yīng)合理安排施工流程，澆筑工藝與養(yǎng)護(hù)措施是裂縫控制要點(diǎn)。對該復(fù)雜工藝流程，應(yīng)利用BIM進(jìn)行澆筑模擬，避免出現(xiàn)施工冷縫。

3.1.3防輻射套管精準(zhǔn)定位

為滿足防輻射要求，套管預(yù)埋需按45°角傾斜敷設(shè)，易導(dǎo)致預(yù)埋套管與鋼筋碰撞現(xiàn)象嚴(yán)重。通過建立三維模型，提前模擬套管位置、鋼筋排布，確保套管精準(zhǔn)定位，如圖2所示。

圖2 抗輻射套管精準(zhǔn)定位

3.2 急診大廳大截面超重鋼構(gòu)件施工策劃

本工程急診大廳層高18.40m，最大跨度22m，轉(zhuǎn)換鋼箱梁截面尺寸為2 300mm×1 300mm×60mm×60mm，單根重50t，該區(qū)域施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。

3.2.1急診大廳設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

急診大廳頂部原設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，支撐體系屬于超高、超重、超跨的超危大工程，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。結(jié)合BIM比選該處的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行安全復(fù)核計(jì)算分析，形成方案比選分析報(bào)告，與甲方積極溝通后，將該處樓板結(jié)構(gòu)優(yōu)化為鋼承板+鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該體系無需搭設(shè)支撐架，不僅節(jié)省安裝時(shí)間，也避免高大支模架施工風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)方案優(yōu)化如圖3所示。

圖3 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

3.2.2鋼管柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)深化

急診大廳頂部大截面超重鋼箱梁支承在2φ1 000的鋼管柱上，其中鋼管柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)的鋼筋綁扎尤其復(fù)雜，另外所有鋼結(jié)構(gòu)洞口、預(yù)埋件定位要求非常高。運(yùn)用Tekla與魯班軟件進(jìn)行節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)，合理排布鋼筋位置，避免與鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞，優(yōu)化施工順序，提前在軟件中進(jìn)行施工模擬，并采用三維可視化技術(shù)對操作工人進(jìn)行技術(shù)交底。鋼管柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)深化如圖4所示。

3.2.350t重鋼箱梁吊裝模擬

對重達(dá)50t的大截面超重鋼箱梁，運(yùn)用BIM輔助吊裝方案，將鋼箱梁分為3段，采用130t履帶式起重機(jī)進(jìn)行吊裝，履帶式起重機(jī)在頂板上的停放點(diǎn)采用500mm厚路基箱進(jìn)行加固，并通過BIM可視化模擬吊裝施工，識(shí)別方案實(shí)施中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和缺陷，確保施工安全(見圖5)。對操作工人進(jìn)行三維可視化交底，更直觀、形象地展現(xiàn)施工要點(diǎn)，大大提升交底質(zhì)量和效率。

圖5 超重鋼箱梁吊裝模擬

3.3 復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)深化

本工程安裝系統(tǒng)復(fù)雜，除常規(guī)系統(tǒng)管道外還包含凈化管道、醫(yī)用蒸汽管道、醫(yī)用氧氣管道、潔凈除菌管道等20余種醫(yī)療系統(tǒng)管線。傳統(tǒng)二維識(shí)圖很難發(fā)現(xiàn)各專業(yè)圖紙相互沖突的地方，加上各操作班組不了解彼此的工藝工序，導(dǎo)致施工后才發(fā)現(xiàn)管線碰撞、施工空間不足、建筑界限侵入等問題，造成大量返工，導(dǎo)致工期延誤[3]。利用BIM能有效解決二維識(shí)圖存在的弊端，通過三維碰撞檢查、凈高分析、虛擬漫游等技術(shù)，可優(yōu)化深化管線綜合排布方案。

3.3.1碰撞檢查

針對管線系統(tǒng)復(fù)雜的特點(diǎn)，結(jié)合Revit+Navisworks軟件進(jìn)行管線碰撞檢查，特別是機(jī)房、管井、走道等部位，得出相應(yīng)的沖突檢測報(bào)告后，可提前模擬管線安裝，避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤傳遞到施工階段，以前移深化周期。

3.3.2凈高分析

醫(yī)院建筑需在有限空間內(nèi)滿足特定區(qū)域的功能要求，協(xié)調(diào)各區(qū)域內(nèi)凈空高度[4](見圖6)。如對公區(qū)走廊、標(biāo)準(zhǔn)病房、機(jī)械車位、設(shè)備機(jī)房等部位，需根據(jù)不同使用功能、設(shè)計(jì)理念分析空間高度要求，提前發(fā)現(xiàn)不滿足凈高要求的區(qū)域，減少經(jīng)濟(jì)損失。

圖6 凈高分析

3.3.3綜合深化

采用Revit三維可視化模型設(shè)計(jì)方式，可有效避免二維機(jī)電管線綜合圖紙無法直觀體現(xiàn)管線綜合效果的弊端[5-7]。針對管線系統(tǒng)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)預(yù)留洞口及預(yù)埋管道繁多的特點(diǎn)，BIM團(tuán)隊(duì)結(jié)合我司深化出圖標(biāo)準(zhǔn)，在精細(xì)管線綜合深化模型的基礎(chǔ)上，出具各層管線綜合平面圖、單專業(yè)深化圖、一次與二次結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)埋圖、綜合支吊架深化圖等，共200余張，以指導(dǎo)加工生產(chǎn)綜合支吊架，進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)留預(yù)埋，減少后期開洞，降本增效。

對管道井等管線密集部位進(jìn)行專項(xiàng)深化，優(yōu)化管道間距及水表閥門位置，以保證施工安裝及檢修空間，精確落實(shí)管道井套管預(yù)埋點(diǎn)位，便于隨一次結(jié)構(gòu)同步成型，節(jié)省造價(jià)，提升觀感質(zhì)量。

3.3.4裝配式泵房施工

本項(xiàng)目換熱泵房位于地下室1層，共17臺(tái)設(shè)備，其他閥部件234件，管道長288m，涉及焊縫460余處。傳統(tǒng)現(xiàn)場加工易出現(xiàn)焊縫滲漏、套管預(yù)埋偏位、整體工期過長、工藝復(fù)雜導(dǎo)致的出錯(cuò)返工等問題。

利用BIM+工廠化預(yù)制技術(shù)，依靠Revit+Inventor進(jìn)行模型深化、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)、加工，完成定尺分段(見圖7)。

圖7 深化后的裝配式泵房

利用CNC數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)模型與數(shù)控加工設(shè)備的無縫銜接。管件在加工廠進(jìn)行集中預(yù)制加工后，將半成品運(yùn)至現(xiàn)場直接進(jìn)行裝配式施工，大大提高施工效率，提升安裝質(zhì)量。

將BIM技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜機(jī)電工程中，解決大量的圖紙碰撞、凈高與空間優(yōu)化等問題，充分發(fā)揮BIM模型可視化、精確化、協(xié)調(diào)性及模擬性等優(yōu)勢。優(yōu)化與土建專業(yè)的碰撞86處、機(jī)電自身碰撞342處，模型變更維護(hù)15處，優(yōu)化區(qū)域凈高80處，進(jìn)行三維出圖202處。

3.4 醫(yī)療特殊功能房優(yōu)化與模擬

本工程涉及核磁共振、手術(shù)潔凈、物流運(yùn)輸放射防護(hù)、污水處理等功能分類。手術(shù)室寬高限制嚴(yán)格，管線系統(tǒng)復(fù)雜密集，且特殊醫(yī)療室對潔凈度有很高的要求，導(dǎo)致管線安裝、室內(nèi)潔凈度維持、后期醫(yī)療設(shè)備運(yùn)輸?shù)入y度巨大。

3.4.1醫(yī)療用房節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

針對手術(shù)室內(nèi)管線復(fù)雜情況，利用BIM深化潔凈手術(shù)室管線、口腔診室排水節(jié)點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)病房設(shè)備等，并結(jié)合廠家對部分構(gòu)件形成模塊化物品使用規(guī)程(見圖8)。

圖8 醫(yī)療用房節(jié)點(diǎn)深化

3.4.2CFD氣流模擬

部分手術(shù)室對室內(nèi)潔凈度有很高要求，通過BIM建模深化，結(jié)合流體力學(xué)理論，最終利用CFD軟件模擬室內(nèi)氣流。模擬過程中依靠手術(shù)室內(nèi)產(chǎn)生的氣體流動(dòng)形態(tài)和指標(biāo)，優(yōu)化手術(shù)室風(fēng)口，引導(dǎo)氣流，使手術(shù)區(qū)優(yōu)先接受潔凈氣流，并使微塵顆粒處于受控狀態(tài)，以確保手術(shù)區(qū)較低的細(xì)菌濃度。

3.4.3大型設(shè)備運(yùn)輸路線模擬

大型醫(yī)療設(shè)備在樓層內(nèi)運(yùn)輸時(shí)，為順利通過各門洞及通道等狹小空間，BIM工程師基于精細(xì)化三維模型，結(jié)合設(shè)備尺寸、運(yùn)輸工具、室內(nèi)空間分布及多專業(yè)協(xié)調(diào)因素，模擬大型設(shè)備的運(yùn)輸路線，避免后續(xù)返工的風(fēng)險(xiǎn)(見圖9)。

圖9 大型設(shè)備運(yùn)輸路線模擬

4 結(jié)語

綜上所述，在大型綜合醫(yī)院項(xiàng)目建設(shè)過程中，通過BIM應(yīng)用開展施工模擬、深化設(shè)計(jì)、凈高分析、可視化交底等工作，減少誤解平面圖紙和設(shè)計(jì)方案意圖導(dǎo)致的施工問題。通過可視化三維技術(shù)輔助二維技術(shù)方案進(jìn)行論證、比選，可提前規(guī)避方案中的不合理之處，并形象地向施工人員展示方案意圖。通過三維模型深化設(shè)計(jì)，便于明確各專業(yè)圖紙中的管線空間位置關(guān)系，確保施工人員操作的精確性，從而減少復(fù)雜管線系統(tǒng)中因頻繁避讓造成的材料損耗。