BIM技術(shù)在醫(yī)院建筑機電管線的設(shè)計優(yōu)化研究

嚴(yán) 威，陳 楠，潘 亮

（中國建筑第二工程局有限公司 華東分公司，上海 200135）

醫(yī)院建筑相比于住宅、辦公樓等民用建筑，其機電管線的敷設(shè)較為復(fù)雜。綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范對醫(yī)院各功能房間的凈高做了明確規(guī)定，且建設(shè)方對凈高要求通常高于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。如何處理醫(yī)院建筑融合專業(yè)多、凈高要求高的問題，給設(shè)計和施工方提出了較大挑戰(zhàn)。通過二維平面、立面和剖面圖來解決醫(yī)院機電管線問題存在很多弊端。BIM 技術(shù)因其可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性等特點，能對復(fù)雜管線進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化[1-4]。本文以南京棲霞區(qū)中醫(yī)院為研究對象，通過具體實例介紹BIM 設(shè)計優(yōu)化方法在醫(yī)院建筑機電管線的應(yīng)用，可為醫(yī)療建筑機電管線優(yōu)化提供參考。

1 項目概況

南京市棲霞區(qū)中醫(yī)院是集醫(yī)療、預(yù)防、康復(fù)、科研為一體的三甲中醫(yī)院。醫(yī)院總面積為148 180.11m2，其中地上80 875.69m2，地下67 304.42m2。門診醫(yī)技部樓1～4 層的層高均為4.5m，住院部樓一層、二層層高4.5m，3～5 層層高3.9m。地下室一層、二層的層高分別為6m和3.9m。建筑結(jié)構(gòu)形式為裝配整體式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計使用年限為50 年，醫(yī)院整體效果見圖1。

圖1 醫(yī)院整體效果圖

2 醫(yī)院建筑機電管線設(shè)計難點

1）凈高要求高 綜合醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范對醫(yī)院各功能用房凈高做了明確規(guī)定，如手術(shù)室宜為2.7～3m，診查室不低于2.6m，病房不低于2.8m，公共走道不低于2.3m 等。以地下一層總務(wù)庫房西側(cè)走道為例，走道凈空寬高為4.9m×5.1m，吊頂高度要求為2.9m?？紤]吊頂龍骨和安裝間隙100mm，則管線底標(biāo)高需達(dá)到3m以上。此走道包括給水、暖通、物流、消防、強電、智能化等專業(yè)，若不進(jìn)行相關(guān)管線設(shè)計優(yōu)化，很難達(dá)到業(yè)主對凈高的要求。

2）管線復(fù)雜多樣 醫(yī)院建筑給排水系統(tǒng)除了常規(guī)的水系統(tǒng)外，還增設(shè)了透氣、制劑和醫(yī)療用水系統(tǒng)。暖通系統(tǒng)包含舒適性空調(diào)系統(tǒng)、手術(shù)室潔凈空調(diào)系統(tǒng)、醫(yī)用氣體系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)。強弱電系統(tǒng)主要為照明空調(diào)發(fā)電機組供配電及控制系統(tǒng)、信息化應(yīng)用和智能化系統(tǒng)集成。各系統(tǒng)均具有自身特殊功能特點，從而能滿足醫(yī)院的各項功能需求，對機電各專業(yè)設(shè)計及施工人員提出較大挑戰(zhàn)。

3 機電管線設(shè)計優(yōu)化

僅參照傳統(tǒng)的建筑施工圖來進(jìn)行醫(yī)院建筑機電管線安裝，必然會因各專業(yè)之間不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致大量的返工，以致增加施工成本并影響工程整體的施工進(jìn)度。若依據(jù)BIM 三維模型和BIM 輸出的各機電專業(yè)施工圖對現(xiàn)場施工進(jìn)行指導(dǎo)，則能有效避免上述問題?；贐IM 技術(shù)對機電管線設(shè)計優(yōu)化包括圖紙分析、模型建立和機電優(yōu)化3 個環(huán)節(jié)。

3.1 圖紙分析

圖紙分析需結(jié)合建筑、結(jié)構(gòu)和機電各專業(yè)CAD 圖紙進(jìn)行相關(guān)圖紙會審。此過程包括以下兩部分，其一為設(shè)計院在機電各專業(yè)圖紙設(shè)計前期需對醫(yī)院建筑結(jié)構(gòu)CAD 圖紙進(jìn)行分析。了解建筑功能分區(qū)和各房間的布局，及結(jié)構(gòu)柱、梁、板、墻的位置及尺寸，可作為機電管線排布的重要參考依據(jù)。其二為設(shè)計院各機電專業(yè)圖紙設(shè)計完成后，需組織建筑結(jié)構(gòu)及相關(guān)機電專業(yè)進(jìn)行圖紙確認(rèn)。了解各專業(yè)管線設(shè)計布局，分析各管線尺寸、數(shù)量及路徑對機電各專業(yè)管線安裝的影響，并綜合考慮層高、凈高要求，對機電各專業(yè)圖紙進(jìn)行初步調(diào)整優(yōu)化。

3.2 模型建立

通過對建筑結(jié)構(gòu)及相關(guān)機電專業(yè)圖紙分析，借助Revit 軟件分別建立建筑結(jié)構(gòu)和機電各專業(yè)三維模型。本項目所建立的機電各專業(yè)三維Revit模型具體包括給排水系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、醫(yī)療氣體系統(tǒng)。

運用Revit 軟件建立建筑結(jié)構(gòu)及機電專業(yè)模型主要依據(jù)為設(shè)計院提供的CAD 版圖紙。根據(jù)CAD 圖紙分別單獨建立防排煙、給排水、暖通、氣動物流、醫(yī)療氣體、強弱電等專業(yè)Revit模型。通過Revit 軟件可將所建立的各個專業(yè)三維模型導(dǎo)出為NWC 格式文件，應(yīng)用Navisworks 軟件將其整合成完整三維模型。根據(jù)陳禹[5]所介紹的模型審核方法，對整合的模型進(jìn)行初步審核。

3.3 機電管線優(yōu)化

機電管線優(yōu)化階段主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)不合理的管線布置，并通過相關(guān)優(yōu)化方法對管線進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，以滿足凈高需求的同時也能保證安裝方便，維修容易。

3.3.1 機電管線設(shè)計階段

該項目應(yīng)用Navisworks 軟件對整合的三維模型進(jìn)行碰撞檢測、凈高分析和專業(yè)協(xié)調(diào)，生成問題報告21 份，共計問題368 處，其中涉及建筑43 處，結(jié)構(gòu)127 處，節(jié)點15 處，凈高問題183處。分析上述問題并對各專業(yè)管線進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整方法主要包括：①改變管線走向；②改變管線尺寸；③借助綜合支架。相比于在結(jié)構(gòu)上開洞，以上3 種方法具有經(jīng)濟、安全和易于施工的優(yōu)點，且不影響功能正常使用，因此在處理機電問題上應(yīng)用最為廣泛。

采用上述3 種方法對管線進(jìn)行調(diào)整之前，還需先考慮層高、結(jié)構(gòu)梁底標(biāo)高、凈高要求，確定建筑空間的容許布置寬度和高度。明確各管線的功能、接入端口及房間位置及考慮安裝間隙，優(yōu)先確立主要管線的位置，如風(fēng)管、冷凝水管。管線較密集的區(qū)域還需要給橋架及閥門留出300～450mm 檢修空間。

管線調(diào)整還需基于以下準(zhǔn)則：優(yōu)先調(diào)整小管、有壓管、水管、可彎管，盡量避免調(diào)整大管、無壓管、風(fēng)管、熱水管、不可彎管。綜合考慮管道支路、末端位置以及干管貼近使用端。管道及橋架遇風(fēng)管時做上翻處理，兩管線交叉時，支管少的管做上翻處理。管線密集區(qū)域需給橋架及閥門預(yù)留檢修空間。協(xié)調(diào)各機電專業(yè)管線布局，對機電管線設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化并輸出各專業(yè)施工圖。

3.3.2 機電管線施工階段

機電管線施工階段的優(yōu)化主要起到輔助作用，其目的是更好地執(zhí)行設(shè)計意圖、按圖施工。機電管線施工階段的優(yōu)化主要在以下兩方面。

1）對現(xiàn)場建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核。機電各專業(yè)管線安裝前需提前確定現(xiàn)場實際建筑結(jié)構(gòu)施工情況與圖紙之間的偏差，包括對梁底標(biāo)高和通道寬度進(jìn)行重點復(fù)核。若存在的偏差超過容許范圍，則需及時反饋給設(shè)計院，對管線排布進(jìn)行相關(guān)調(diào)整。

2）明確機電各專業(yè)管線的安裝順序及安裝位置。安裝前施工總承包單位需組織各專業(yè)分包以及設(shè)計方對施工順序進(jìn)行討論，并對機電管線各專業(yè)施工圖上標(biāo)注的管線類別、型號尺寸、位置和安裝底標(biāo)高進(jìn)行確認(rèn)，為分包提供相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)。總體遵循先難后易的原則，先安裝大管、無壓管、上層管線，后安裝小管、有壓管、下層管線。

4 BIM技術(shù)機電管線設(shè)計優(yōu)化應(yīng)用

本醫(yī)院項目地下一層設(shè)有較多設(shè)備機房和專業(yè)診室，管線復(fù)雜，各功能房間對凈高要求高?？紤]到管線敷設(shè)方便及不影響房間的凈高，管線通常敷設(shè)在走道內(nèi)，因此走道是機電管線優(yōu)化的重點區(qū)域。以地下一層總務(wù)庫房西側(cè)走道的管線敷設(shè)優(yōu)化為例進(jìn)行分析。

總務(wù)庫房西側(cè)走道作為連通東部餐廳和中部影像中心的主要通道，此區(qū)域人流量大，業(yè)主對走道凈高要求為2.9m。此走道匯集了地下一層?xùn)|側(cè)和中部的大多數(shù)管線，其中包括物流、消防排煙管、消防橋架、電力橋架、冷熱供回水管、冷凍水供回水管等尺寸較大管線。以建筑完成面作為參考，走道管道有效敷設(shè)空間為4 900mm×2 200mm。為使管線合理的布置，對此區(qū)域管道進(jìn)行綜合分析。

4.1 水平方向

首先考慮管線的功能、接入端口及房間位置，確定主要管線的水平布局。此區(qū)域走道內(nèi)物流管尺寸為1 700mm×700mm，根據(jù)使用功能，將其布置在靠近總務(wù)庫房一側(cè)。走道西側(cè)包括影像中心、診室、排風(fēng)排煙機房和空調(diào)機房、正壓機房等功能房間，則消防排煙管（1 250×500mm）、冷熱供回水管（DN325）、給水管（DN150）、冷凍水供回水管（DN273）、熱水供回水管（DN159）、排風(fēng)風(fēng)管（320×250mm）布置于該側(cè)。走道兩側(cè)房間均存在較多電力和消防管線支路點位，電力橋架（1 000×150mm）、消防橋架（800×150mm）兩側(cè)并排布置。

其它管線兼顧使用功能和凈高要求進(jìn)行合理排布。母線槽（200×300mm）、運營商橋架（200×100mm）、智能化橋架（300×100mm）、聯(lián)網(wǎng)線槽（100×100mm）敷設(shè)于走道西側(cè)。廣播及防火門監(jiān)控線槽（200×100mm）、火災(zāi)報警線槽（250×100mm）、通氣管（DN89）、噴淋管（DN150）敷設(shè)于走道東側(cè)。空氣冷凝水管（DN25）屬于無壓管，敷設(shè)時需考慮管線坡度，將管線布置在中間區(qū)域。因此區(qū)域管線密集，走道中間預(yù)留檢修空間。

4.2 豎直方向

在確立管線大致水平布局后，還需考慮層高、結(jié)構(gòu)梁底標(biāo)高、凈高要求，確定管線的豎向位置。首先排布形狀規(guī)則的橋架，其次是水管類，最后敷設(shè)排風(fēng)排煙管?；谒胶拓Q直的容許安裝空間這一標(biāo)準(zhǔn)，并通過Revit軟件的碰撞檢查、凈高分析，對管線進(jìn)行局部微調(diào)后，確定最終的管線空間布置圖。

應(yīng)用Revit 軟件對管線進(jìn)行水平及豎直方向的設(shè)計優(yōu)化，可明確出管線在容許空間中的水平和豎直位置，其通過Revit 軟件所輸出的各專業(yè)施工圖紙中，表示為水平距離和標(biāo)高。總務(wù)庫房西側(cè)走道BIM 圖如圖2 所示，管線排布如圖3 所示。

圖2 總務(wù)庫房西側(cè)走道BIM圖

圖3 管線排布剖面圖

總務(wù)庫房西側(cè)走道管線最低處為消防排煙和排風(fēng)管，其底標(biāo)高為3 100mm，考慮保溫層及裝飾要求，能保證此區(qū)域2 900mm 的凈高要求。

5 結(jié)論

根據(jù)機電管線設(shè)計優(yōu)化方法對醫(yī)院復(fù)雜區(qū)域走道管線水平和豎直方向分析，并應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行碰撞檢測和凈高分析能有效解決管線敷設(shè)和凈高問題。基于優(yōu)化后的BIM 機電管線模型所輸出的各機電專業(yè)施工圖可作為現(xiàn)場施工的主要依據(jù)。機電管線設(shè)計優(yōu)化方法也能為現(xiàn)場施工提供解決問題的思路。因此，BIM 技術(shù)在醫(yī)院建筑機電管線的設(shè)計優(yōu)化既能為設(shè)計方完善管線設(shè)計，也能為施工方將復(fù)雜問題簡單化，最終能較好實現(xiàn)建設(shè)方對醫(yī)院建筑凈高的要求。