基于BIM 技術(shù)的某醫(yī)院地下車庫管線綜合應(yīng)用研究

徐天耀XU Tian-yao；佘遠(yuǎn)彪SHE Yuan-biao；朱佳能ZHU Jia-neng

（龍信建設(shè)集團(tuán)有限公司，南通 226100）

0 引言

醫(yī)院項(xiàng)目是重大的民生工程之一，隨著時(shí)代的發(fā)展，醫(yī)護(hù)人員與患者對醫(yī)院的使用功能提出了更高的要求，需要智能化、全面化、高端化、舒適化的空間領(lǐng)域，因此大、中型醫(yī)院均將自身的建設(shè)目標(biāo)定位為“智慧醫(yī)院”，與多種信息技術(shù)相結(jié)合，打造成為醫(yī)療、教學(xué)、科研、預(yù)防保健、康復(fù)為一體的醫(yī)療機(jī)構(gòu)。與住宅項(xiàng)目相比，醫(yī)院項(xiàng)目要求不同的房間具備相應(yīng)的使用功能，在機(jī)電安裝方面，除了空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、給水、排水、消防噴淋系統(tǒng)、燃?xì)庀到y(tǒng)、強(qiáng)弱電系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)等傳統(tǒng)的機(jī)電管線系統(tǒng)外，醫(yī)院還有分質(zhì)供水系統(tǒng)、醫(yī)用氣體系統(tǒng)、物流管道系統(tǒng)、潔凈凈化系統(tǒng)等醫(yī)院特殊管道系統(tǒng)。房間的凈高要求越嚴(yán)格，必然會(huì)縮減管線空間，大幅度提高施工難度。采用Revit 軟件，對機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，將機(jī)電設(shè)備房、管線綜合進(jìn)行三維可視化顯現(xiàn)，可以在施工前確保管線和機(jī)電設(shè)備的空間布局，更好的滿足各系統(tǒng)在精度方面的要求。

當(dāng)前，我國學(xué)者主要對BIM 管線綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方面研究較多，對BIM 技術(shù)在施工階段的實(shí)踐應(yīng)用優(yōu)化研究較少。對于施工企業(yè)來說，BIM 模型大多用于投標(biāo)階段的可視化應(yīng)用，在施工階段很少利用BIM 技術(shù)解決技術(shù)難題。當(dāng)前，我國BIM 技術(shù)的研究主要集中在虛擬設(shè)計(jì)、虛擬施工和仿真模擬。李健等人[1]在模型構(gòu)建、綜合碰撞分析、綜合調(diào)整分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)四個(gè)方面對BIM 技術(shù)在機(jī)電管線綜合深化設(shè)計(jì)應(yīng)用方面進(jìn)行了研究。韓杰等人[2]介紹了廣州南沙醫(yī)院項(xiàng)目概況與施工重難點(diǎn)，根據(jù)施工圖搭建BIM 模型，并對機(jī)電管線進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，減少了施工過程中機(jī)電各專業(yè)與醫(yī)療相關(guān)專業(yè)的碰撞與沖突，大幅度提高了項(xiàng)目進(jìn)度，減少了機(jī)電安裝成本。王毅雄[3]以某醫(yī)院項(xiàng)目為例，從設(shè)計(jì)、優(yōu)化、施工各階段對進(jìn)BIM 技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用進(jìn)行了分析，論述了BIM 技術(shù)對建筑機(jī)電設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢。

1 項(xiàng)目概況

海門北部新城醫(yī)學(xué)綜合體（中醫(yī)院新院）一期項(xiàng)目是海門市的重大民生工程之一，本項(xiàng)目用地面積64710m2，總建筑面積121363m2，其中地上89383m2，地下31830m2。本工程設(shè)計(jì)使用年限50 年，總投資約6.5 億元，核定床位800 床，日門診量約為2800 人次。本工程位于江蘇省南通市海門區(qū)北部新城內(nèi)，東臨瑞江路，西臨珠江路，南臨河海路，北臨紅海路。

項(xiàng)目包括門診樓、醫(yī)技樓、住院部、后勤樓、行政樓、污水處理站、垃圾站、門衛(wèi)、警務(wù)室、液氧站以及變電所等12個(gè)子單位工程，地下室機(jī)電設(shè)備用房包括排風(fēng)機(jī)房、鍋爐房、制冷機(jī)房、生活水泵房、消防泵房、純水機(jī)房、進(jìn)風(fēng)機(jī)房、冷庫、弱電機(jī)房等，其中包括物流管道系統(tǒng)、潔凈凈化系統(tǒng)等特殊類型管道系統(tǒng)。此醫(yī)院項(xiàng)目地下車庫機(jī)電安裝大型醫(yī)療設(shè)備的安裝和特殊要求的管道安裝較為復(fù)雜，故在管線綜合調(diào)整過程中技術(shù)要求較高，難度較大。該醫(yī)院項(xiàng)目地下車庫機(jī)電工程包含電氣、通風(fēng)空調(diào)、給排水、消防等專業(yè)和大型醫(yī)療設(shè)備的安裝、特殊管道的安裝，各類管線繁多復(fù)雜，機(jī)電設(shè)計(jì)與施工是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)、優(yōu)化、施工階段運(yùn)用BIM 技術(shù)對項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過BIM管理平臺完成機(jī)電設(shè)備房、管線綜合的優(yōu)化設(shè)計(jì)提前預(yù)見施工問題，確保在施工前機(jī)電設(shè)備、管線的布置滿足現(xiàn)場施工的要求，避免出現(xiàn)返工和浪費(fèi)材料的現(xiàn)象。本文以海門北部新城醫(yī)學(xué)綜合體（中醫(yī)院新院）一期項(xiàng)目為例，在地下車庫機(jī)電工程項(xiàng)目中，利用BIM 術(shù)將各專業(yè)三維可視化，提供新的方案設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化方案階段的沖突，并制定合適的施工方法，從而完善項(xiàng)目精確度，加快施工進(jìn)度，提供工程質(zhì)量，減少工程成本。

2 BIM 應(yīng)用流程

BIM 技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)從項(xiàng)目合同簽訂時(shí)刻開始，BIM 技術(shù)相關(guān)人員就應(yīng)進(jìn)場做好準(zhǔn)備工作，針對項(xiàng)目本身制定好專屬對應(yīng)的BIM 方案和細(xì)則，并合理分配人員開展相關(guān)工作。應(yīng)用Revit、Navisworks 等相關(guān)BIM 軟件建立起全專業(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，最終輸出各專業(yè)圖紙指導(dǎo)施工[4]。BIM 技術(shù)的應(yīng)用流程圖如圖1 所示。BIM 深化設(shè)計(jì)流程圖如圖2 所示。[5]

圖1 BIM 技術(shù)的應(yīng)用流程圖

圖2 BIM 深化設(shè)計(jì)流程圖

2.1 各專業(yè)BIM 模型搭建

BIM 技術(shù)通過互聯(lián)網(wǎng)與各類軟件將建筑信息、組織架構(gòu)和技術(shù)設(shè)備聯(lián)結(jié)在一起，實(shí)現(xiàn)了建筑項(xiàng)目的信息化、高效化管理[5]。BIM 技術(shù)以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)搭建數(shù)據(jù)模型，為項(xiàng)目提供技術(shù)服務(wù)，各專業(yè)模型搭建的精度與速度對現(xiàn)場指導(dǎo)施工影響較大，數(shù)據(jù)模型應(yīng)用于項(xiàng)目的整個(gè)生命周期，因此項(xiàng)目要求各主要參與方在前期能夠及早的確定并及時(shí)參與進(jìn)來，協(xié)同工作[6]。項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工階段對BIM模型精度的要求各不相同，根據(jù)業(yè)主方的要求確定模型精度，搭建模型，能夠提供工作效率。英國AEC（UK）以及美國建筑學(xué)會(huì)（AIA）組織對BIM 模型建立精度（Level of Detail，LOD）進(jìn)行了相關(guān)定義。美國建筑學(xué)會(huì)將模型精度分 為 五 階 段，各 分 別 為LOD100、LOD200、LOD300、LOD400 及LOD500，每一階段LOD 模型內(nèi)容必須符合所訂定的度要求[7]。

不同專業(yè)在項(xiàng)目各階段對BIM 模型精度的要求也大不相同。本工程依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對醫(yī)院地下車庫管綜機(jī)電安裝模型進(jìn)行搭建，涉及暖通、給排水、消防、電氣以及醫(yī)療專項(xiàng)等專業(yè)，根據(jù)圖紙修改優(yōu)化后的模型精度要求需要能夠現(xiàn)場施工指導(dǎo)。因此在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段就確定了模型精度為LOD300，即在模型中能夠體現(xiàn)各元素的數(shù)量、構(gòu)件的位置、方向以及相互之間的關(guān)系。

2.2 凈高與車位、車道轉(zhuǎn)型分析

醫(yī)院除了傳統(tǒng)的機(jī)電管線系統(tǒng)外，還有醫(yī)療專項(xiàng)管線系統(tǒng)和大型設(shè)備的安裝線路，造成某部分管線碰撞而導(dǎo)致的凈高不足。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段根據(jù)完善后的施工圖紙預(yù)先搭建BIM 模型，能夠提前發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目地下車庫管線安裝的相關(guān)問題，并報(bào)送甲方及設(shè)計(jì)院，同時(shí)組織技術(shù)人員解決相關(guān)問題。BIM 模型可以讓項(xiàng)目管理人員更直觀的規(guī)劃好各專業(yè)管線的排布方案，在保證凈空高度滿足規(guī)范要求的前提下，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，制定最合理的管綜方案。

甲方和業(yè)主要求地下車庫停車位的數(shù)量和布局要滿足規(guī)劃要求，但在實(shí)際施工過程中，由于結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電、暖通、給排水各專業(yè)及醫(yī)療專項(xiàng)設(shè)計(jì)變更，可能對靠近車行道、設(shè)備機(jī)房或柱身部位的停車位區(qū)域做出優(yōu)化調(diào)整。運(yùn)用BIM 技術(shù)搭建三維可視化模型，能夠提前發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問題，根據(jù)模型數(shù)據(jù)能夠清晰直觀的了解停車位的數(shù)量和區(qū)域，使停車位數(shù)量和空間布局符合總體規(guī)劃的要求。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求地下車庫的凈高需滿足最低標(biāo)高限制，本項(xiàng)目地下車庫包含機(jī)械停車位，普通車位，電梯廳和車道，其中地下車庫機(jī)械車位需滿足凈高3.6m 的要求，對管線進(jìn)行綜合排布與優(yōu)化的同時(shí)，不僅需要管線綜合排布美觀合理，還需要將機(jī)械車位凈高要求作為重要參考因素，滿足規(guī)范要求的凈高標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)留盡可能多的凈高高度。

2.3 碰撞檢查

醫(yī)院的機(jī)電管線系統(tǒng)眾多，管徑也較大，其中包含潔凈凈化系統(tǒng)、物流管道系統(tǒng)和醫(yī)用氣體系統(tǒng)等特殊管道系統(tǒng)，在實(shí)際施工過程中，容易發(fā)生機(jī)電管線碰撞現(xiàn)象。因此在設(shè)計(jì)階段，運(yùn)用Revit、Navisworks 等軟件，將搭建好的BIM 模型導(dǎo)入Navisworks 軟件中，對各專業(yè)模型之間的碰撞進(jìn)行檢查與優(yōu)化，并將檢查的結(jié)果出具相應(yīng)的碰撞檢查報(bào)告。設(shè)計(jì)人員再根據(jù)碰撞檢查報(bào)告，對機(jī)電管線位置進(jìn)行優(yōu)化，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。

將地下室土建結(jié)構(gòu)模型和機(jī)電模型導(dǎo)入BIM 碰撞檢測平臺進(jìn)行碰撞檢測。碰撞檢測完成后，平臺中會(huì)顯示碰撞部位，然后進(jìn)行碰撞點(diǎn)篩選，生成碰撞檢測報(bào)告，共發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)109 處，其中各專業(yè)內(nèi)部碰撞點(diǎn)46 處，不同專業(yè)之間的碰撞點(diǎn)63 處，碰撞報(bào)告中詳細(xì)明確的給出了碰撞點(diǎn)定位、名稱及描述。主要碰撞點(diǎn)集中在建筑、結(jié)構(gòu)與機(jī)電安裝專業(yè)的給排水、暖通、電氣管道。

2.4 管線綜合優(yōu)化

在設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)院根據(jù)初步設(shè)計(jì)圖紙搭建BIM 模型，再聯(lián)合甲方、業(yè)主、施工單位、醫(yī)療專項(xiàng)設(shè)計(jì)單位對此模型的管線布局進(jìn)行討論，最終結(jié)合各方意見確定醫(yī)院的管綜方案，設(shè)計(jì)單位再根據(jù)各方意見對模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，分析出地下車庫合理凈空高度和各專業(yè)管線布局中存在的問題，最終對管線布局進(jìn)行優(yōu)化處理。從而在項(xiàng)目施工階段能夠加快項(xiàng)目進(jìn)度，避免材料浪費(fèi)，合理設(shè)計(jì)施工工序，減少返工，提高工人勞動(dòng)生產(chǎn)率，增加項(xiàng)目的綜合效益。醫(yī)院為提高醫(yī)用物品運(yùn)輸效率，本工程采用氣動(dòng)物流與箱式物流系統(tǒng)。醫(yī)院氣動(dòng)物流系統(tǒng)是將現(xiàn)代通訊技術(shù)與光機(jī)電一體化技術(shù)相結(jié)合，通過專用管道系統(tǒng)將醫(yī)院各個(gè)部門連接在一起。運(yùn)用BIM 技術(shù)能夠預(yù)先發(fā)現(xiàn)物流管道與其他專業(yè)管道之間有無碰撞沖突，提前對物流管道進(jìn)行布局，確保滿足醫(yī)院物流系統(tǒng)的使用要求。

2.5 洞口預(yù)留及支吊架深化

利用BIM 技術(shù)搭建的三維模型，能夠從各個(gè)角度對地下車庫的預(yù)留孔洞及凈高進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮醫(yī)療專項(xiàng)等特殊管線的空間排布，根據(jù)不同專業(yè)的管線布局和管徑參數(shù)來確定預(yù)留洞口的尺寸、標(biāo)高及平面位置，并在各專業(yè)模型中標(biāo)記孔洞位置，出具施工圖紙，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，為后續(xù)機(jī)電安裝工作提供施工依據(jù)。為滿足凈高最低高度和醫(yī)院不同房間使用功能的要求，需要對支吊架進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，滿足施工要求，并排布整齊，美觀合理。

2.6 管線綜合出圖

傳統(tǒng)的紙質(zhì)圖紙各專業(yè)項(xiàng)目信息雜亂，利用BIM 技術(shù)，先建立各專業(yè)模型，進(jìn)行碰撞檢查、管線優(yōu)化，再出具施工圖紙，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)與現(xiàn)場緊密聯(lián)系起來，利用BIM 技術(shù)不僅可以導(dǎo)出二維平面圖，還可以對于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)大樣圖，管道的層次關(guān)系直觀、明確，加強(qiáng)施工人員對項(xiàng)目的了解，提高工作效率，可以依照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)完成管道的施工質(zhì)量和進(jìn)度控制[8]。

3 BIM 施工階段應(yīng)用

3.1 施工質(zhì)量、安全管理

施工質(zhì)量和安全是項(xiàng)目管理人員最關(guān)注的兩個(gè)方面，本項(xiàng)目運(yùn)用BIM 技術(shù)將信息技術(shù)與現(xiàn)場施工聯(lián)結(jié)在一起，構(gòu)建了建筑信息化共享模式，項(xiàng)目管理人員借助BIM 管理平臺能夠更便捷得對項(xiàng)目的質(zhì)量、安全進(jìn)行管理?，F(xiàn)場管理人員能夠及時(shí)將現(xiàn)場施工過程中存在的質(zhì)量、安全問題上傳至信息管理平臺，各方管理人員在平臺上可以進(jìn)行信息共享，并將存在的問題通過三維模型顯現(xiàn)出來。技術(shù)人員依托BIM 模型可以更精準(zhǔn)、快速的對現(xiàn)場質(zhì)量、安全問題進(jìn)行整改，并在之后的施工過程中避免類似問題的發(fā)生，從而進(jìn)一步提高工程質(zhì)量，消除安全隱患，保障施工安全。運(yùn)用BIM 技術(shù)搭建的管理平臺有利于管理人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高項(xiàng)目的管理效率。

3.2 施工進(jìn)度管理

在施工初期，項(xiàng)目部會(huì)根據(jù)人員配置、項(xiàng)目規(guī)模、班組數(shù)量來制定施工進(jìn)度，在施工過程中，項(xiàng)目管理人員根據(jù)此施工進(jìn)度計(jì)劃對施工進(jìn)度進(jìn)行控制往往存在偏差，因?yàn)樵趯?shí)際現(xiàn)場施工過程中，天氣狀況、材料設(shè)備、組織架構(gòu)、班組數(shù)量、施工工藝、政府政策等方面都會(huì)對施工進(jìn)度造成影響，通過BIM 技術(shù)可以將影響施工進(jìn)度的因素考慮進(jìn)去，將初步制定的施工進(jìn)度計(jì)劃與各類因素進(jìn)行結(jié)合，根據(jù)資源、班組的實(shí)時(shí)變化，對現(xiàn)場進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)控和糾偏，加快施工進(jìn)度，保證工程在規(guī)定的工期內(nèi)完工，節(jié)約成本。運(yùn)用建筑三維模型可以更直觀的反映工程進(jìn)度，將實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行比較，可以更準(zhǔn)確的找出影響工期的主要因素，并對整個(gè)工程的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的控制。

4 結(jié)語

醫(yī)院地下車庫項(xiàng)目涉及專業(yè)繁多，機(jī)電管線安裝復(fù)雜，施工難度較高。本文以海門北部新城醫(yī)學(xué)綜合體（中醫(yī)院新院）一期地下車庫機(jī)電管線安裝項(xiàng)目為依托，進(jìn)而探索BIM 技術(shù)在優(yōu)化機(jī)電管線路徑上的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在通過搭建各專業(yè)三維模型分析多專業(yè)、跨專業(yè)協(xié)同碰撞檢測及優(yōu)化；根據(jù)一次結(jié)構(gòu)施工情況對二次結(jié)構(gòu)的預(yù)留孔洞位置、線路排布位置進(jìn)行調(diào)整，通過模型和優(yōu)化圖紙指導(dǎo)現(xiàn)場施工；通過對各專業(yè)管線進(jìn)行碰撞分析，借助Navisworks 軟件對碰撞結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，深化支吊架設(shè)計(jì)，滿足項(xiàng)目凈高要求，使得管線排布美觀合理，并對多種方案進(jìn)行比選，最終確定機(jī)電管線路徑最優(yōu)方案，滿足中醫(yī)院項(xiàng)目在進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本等方面的要求，也為BIM 技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)院地下車庫管線優(yōu)化提供了參考。