大型醫(yī)療建筑BIM+智慧工地綜合建造技術(shù)

胡龍

（陜西建工第六建設(shè)集團有限公司，陜西咸陽 712000）

0.引言

智慧工地系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)智能特性技術(shù)，實現(xiàn)項目建設(shè)過程中可視化管理，并通過智能設(shè)備收集管理過程中的進度、現(xiàn)場協(xié)調(diào)、質(zhì)量、安全、材料等方面數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)分析中心，輔助項目管理決策人員進行問題追溯，做出科學決策[1]。智慧工地須以信息的互聯(lián)互通為支撐，覆蓋項目全生命周期，按照項目現(xiàn)場業(yè)務(wù)管理的邏輯，打通數(shù)據(jù)間的互聯(lián)互通，形成橫向到邊、縱向到底的數(shù)據(jù)交互關(guān)系，避免信息孤島和數(shù)據(jù)死角。

1.工程概況

西安高新區(qū)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)園項目位于堰渡大道以西，南橫線以北，242鄉(xiāng)道以東，318縣道以南區(qū)域，總建筑面積約為27.6萬m2，建設(shè)規(guī)模為1500張病床。涵蓋門診樓、醫(yī)技樓、住院樓、科研教學樓、后勤樓、傳染病防治樓、污水處理站及其他相關(guān)配套，共計14棟單體。該項目建筑功能分類繁多，醫(yī)療工藝與機電管線復(fù)雜，外立面造型多變，建設(shè)過程有如下特點：

（1）工程復(fù)雜，涉及專業(yè)系統(tǒng)多，是集門診、住院、醫(yī)技、手術(shù)、科研、教育于一體的現(xiàn)代化綜合型醫(yī)院，設(shè)計、施工、運營維護復(fù)雜，僅靠傳統(tǒng)作業(yè)方式與技術(shù)手段，風險系數(shù)較高。（2）本工程設(shè)計及施工周期緊張，且不確定因素多，需大量工作進行動態(tài)設(shè)計調(diào)整。（3）工程建設(shè)信息海量，參建單位多，各單位管理水平及標準差異較大，信息傳遞和工作溝通協(xié)調(diào)困難，需要系統(tǒng)集中控制所有信息，實現(xiàn)協(xié)同管理和信息共享，以提升管理效率。

2.BIM技術(shù)+智慧工地應(yīng)用

2.1 智慧工地平臺部署

智慧工地管理平臺范圍包括軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)及項目展示部分。軟件部分包括安全、技術(shù)等項目實際部門的系統(tǒng)應(yīng)用，硬件包括項目通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)的各種智能監(jiān)測系統(tǒng)，項目展示部分通過項目展示大屏、手機端及更多的展示工具可展示項目概況及各級應(yīng)用的實時數(shù)據(jù)。通過此系統(tǒng)使用，可將項目情況及項目優(yōu)勢向項目各個部門的關(guān)鍵人物數(shù)據(jù)直觀展示，輔助項目管理者了解項目各個維度情況，實現(xiàn)綠色施工信息化，在施工過程中圍繞節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)地和環(huán)境保護等目標，借助科技手段提升管理水平的綜合方案。通過科技手段完成工程項目管理工作，進而提高人工效率、縮短管理流程、節(jié)約辦公資源、提高材料設(shè)備利用率、減低管理成本。

2.2 BIM技術(shù)+智慧工地平臺節(jié)地方面應(yīng)用

通過BIM技術(shù)輔助施工現(xiàn)場布置，合理安排施工區(qū)、生活區(qū)、辦公區(qū)以及永臨路網(wǎng)等，綜合考慮各階段場地轉(zhuǎn)換，科學合理地進行現(xiàn)場策劃，節(jié)約施工生產(chǎn)用地。工程初始階段，由于施工現(xiàn)場開挖面積大，現(xiàn)場可利用空間小。施工現(xiàn)場周邊基本無可利用的場地。考慮到現(xiàn)場材料的堆放以及現(xiàn)場存土等問題，項目部決定對現(xiàn)場進行分階段施工，先進行主體部位的基坑開挖，把輔助用房、感染樓、污水處理站等開挖量較少的建筑放在后邊施工，利用這些場地臨時作為材料、存土的場地設(shè)置。主體階段：項目部加快后澆帶提前封閉、加快基礎(chǔ)頂板回填速度，車庫頂板、樓座周邊回填完成以后能夠滿足現(xiàn)場材料堆放的要求。從而避免施工現(xiàn)場各種材料無法堆放的問題，材料布置在樓座周邊減少材料的二次搬運工作。裝修階段：原鋼筋、木工、安裝加工棚等區(qū)域作為大件裝修物資的堆放區(qū)，小型的物資堆放在各樓提升機附近。施工現(xiàn)場的規(guī)劃與布設(shè)，利用BIM技術(shù)實景再現(xiàn)，動態(tài)利用規(guī)劃場地[2]。

2.3 BIM技術(shù)+智慧工地平臺環(huán)境保護方面應(yīng)用

項目部署智慧管理平臺，利用手機移動端與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行施工現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)涉及環(huán)境保護方面的問題，管理人員可通過手機端進行快速發(fā)布，及時推送至責任人進行整改，顯著提高了施工現(xiàn)場揚塵控制、有害氣體排放、水土污染控制、光污染控制、噪聲振動控制方面的管理效率，保障了項目在基礎(chǔ)和主體階段環(huán)境保護主要指標完成綠色建造目標要求。

3.大型醫(yī)療建筑BIM+智慧工地綜合建造技術(shù)

3.1 BIM技術(shù)應(yīng)用流程

采集數(shù)據(jù)，通過BIM技術(shù)實施建模，在建模前期進入施工現(xiàn)場展開勘查，了解現(xiàn)場機械設(shè)備配置、建筑原材料采購、設(shè)計圖紙等實際情況，確定醫(yī)療建筑施工的重難點，獲取關(guān)鍵信息將其加以整合之后上傳到數(shù)據(jù)平臺層中，將本次醫(yī)療建筑工程所有數(shù)據(jù)有效儲存。優(yōu)化BIM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用BIM技術(shù)一般會創(chuàng)建管理系統(tǒng)與三維立體模型，可以更加真實準確地獲取數(shù)據(jù)。結(jié)合醫(yī)療工程現(xiàn)場施工情況優(yōu)化施工進度，使得現(xiàn)場施工管理能夠更加深入地實施。除此之外，BIM技術(shù)也可以優(yōu)化BIM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確保該項技術(shù)功能優(yōu)勢能夠充分體現(xiàn)，加強施工管理效率?，F(xiàn)場施工環(huán)節(jié)細化處理，BIM技術(shù)整理大型醫(yī)療工程的施工數(shù)據(jù)，將關(guān)鍵性信息作為建模的重要參考依據(jù)。作為技術(shù)人員，將采集到的信息及時分類、整合與分析，創(chuàng)建BIM模型[3]。一方面將醫(yī)療建筑工程的各個施工環(huán)節(jié)加以簡化與優(yōu)化，使得現(xiàn)場施工效率得到提升。另一方面BIM系統(tǒng)之間統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，可以發(fā)揮出系統(tǒng)的功能優(yōu)勢。在BIM系統(tǒng)中設(shè)定管理權(quán)限，促使施工管理能夠深入落實。與此同時，BIM技術(shù)對現(xiàn)場工作人員專業(yè)水平有非常高的要求，這也是操作BIM技術(shù)進行大型醫(yī)療建筑工程施工的重要前提。

3.2 BIM技術(shù)與醫(yī)療建筑施工的結(jié)合

3.2.1 管線碰撞與排布處理

本次醫(yī)院主樓結(jié)構(gòu)建筑工程設(shè)計環(huán)節(jié)，不同專業(yè)設(shè)備管線鋪設(shè)，考慮到醫(yī)療工藝規(guī)定比較復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)管線之間交叉碰撞的現(xiàn)象，會對室內(nèi)凈高帶來影響，進而出現(xiàn)返工問題。以往管線設(shè)計主要采用二維管線綜合設(shè)計的方式對專業(yè)管線排布進行協(xié)調(diào)，難免會存在失誤或者布局抽象等問題，本次管線碰撞與排布施工專門采用BIM技術(shù)，創(chuàng)建BIM模型，針對所有專業(yè)碰撞組織檢測，獲取針對性的碰撞檢測報告，有效規(guī)避了碰撞問題。開展BIM碰撞檢測，在施工圖紙會審、施工圖紙深化設(shè)計與碰撞檢查等諸多環(huán)節(jié)均有所應(yīng)用，通過BIM模型展開智能識別，了解所有構(gòu)建的基本屬性，隨后操作智能軟件進行合理性檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙存在的問題，按照最終得到碰撞檢查結(jié)果分析碰撞點，不僅可以優(yōu)化設(shè)計圖紙，還能夠避免成本浪費[4]。

3.2.2 凈高分析與空間設(shè)計

醫(yī)療建筑室內(nèi)凈高的分析，利用BIM模擬預(yù)建造手段，可以清晰地了解建筑工程各個區(qū)域凈高，按照制定的凈高要求、管線排布規(guī)劃方案展開分析，檢查BIM分析結(jié)果，對比該結(jié)果和精裝修原設(shè)計凈高之間的差別，并且明確二者之間的增減關(guān)系，保證醫(yī)療建筑裝飾空間美觀性。與此同時，獲得凈高分析結(jié)果后，分別采用不同的顏色在設(shè)計圖紙中清晰標注，可以更加直觀地對比，聯(lián)系設(shè)計人員及時調(diào)整，以免后續(xù)施工環(huán)節(jié)再次出現(xiàn)不必要的設(shè)計變更行為，延長施工周期。

3.2.3 預(yù)留預(yù)埋優(yōu)化調(diào)整

本次醫(yī)療主體結(jié)構(gòu)項目的施工，在墻體砌筑環(huán)節(jié)采用竣工模型，按照機電管線路徑標高與設(shè)計圖紙中的數(shù)據(jù)，提前預(yù)留預(yù)埋孔洞和預(yù)埋件，通過BIM技術(shù)具備的三維可視化功能，在創(chuàng)建BIM模型之后，便可以直觀了解預(yù)留預(yù)埋孔洞所在位置，避免重要信息遺漏問題，也能夠保證預(yù)留預(yù)埋孔洞精準性，并且提升了這一部分的施工效率。該醫(yī)療工程機電管線布設(shè)相對復(fù)雜，室內(nèi)外之間的銜接也面臨諸多要求，如果預(yù)留預(yù)埋環(huán)節(jié)存在問題，必然會對整體施工質(zhì)量造成影響，甚至會埋下安全隱患，縮短醫(yī)療建筑的使用期限。本次施工中采用BIM技術(shù)，將以上問題及時解決，并且使預(yù)留預(yù)埋更為精準，按照竣工模型中的機電管線排布情況，醫(yī)療主體建筑的結(jié)構(gòu)墻體、樓板等部位，所設(shè)置預(yù)留孔洞與預(yù)埋件，按照不同的類型編排與整合，為精準預(yù)留預(yù)埋作業(yè)提供便利。

3.2.4 施工現(xiàn)場模擬與指導(dǎo)

BIM技術(shù)具有虛擬建造這一項功能，為現(xiàn)場施工提供專業(yè)性指導(dǎo)，大型醫(yī)療建筑中的機械設(shè)備、機電設(shè)備等構(gòu)件，也可以利用BIM技術(shù)搭建尺寸模型，現(xiàn)場施工重難點與重要的施工工序展開施工方案模擬，通過自動化分析了解醫(yī)療建筑工程現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)潛在隱患，在施工現(xiàn)場逐一排查，確保各個專項方案內(nèi)容合理與可行。除此之外，BIM模型進行直觀演示，幫助醫(yī)療建筑的業(yè)主、施工單位等主體更加詳細地理解施工方案內(nèi)容，按照業(yè)主提出的建議修改[5]。除此之外，BIM技術(shù)也可以在施工方案模擬交底中運用，有利于提升這一環(huán)節(jié)的施工效率，通過原預(yù)留洞口展開機電施工，創(chuàng)建BIM機電施工模型還原度非常高，保證施工現(xiàn)場模擬與指導(dǎo)建議的可行性。

3.2.5 工程量清單精準計量

對于大型醫(yī)療建筑工程設(shè)計而言，編制工程量清單非常重要。那么在這一環(huán)節(jié)也可以采用BIM技術(shù)。將其運用在參數(shù)化設(shè)計環(huán)節(jié)，創(chuàng)建模型之后采集不同類型的建筑原材料實物量，按照清單生成規(guī)則，由系統(tǒng)自動編制工程量清單。該清單中涉及現(xiàn)場施工需要運用的管道材料、節(jié)點大樣、施工圖片與BIM生成料單等諸多內(nèi)容。工程師對工程量清單進行復(fù)核，按照材料清單庫明確材料采購需求，并且根據(jù)采購重要程度引用分級管理模式，發(fā)揮BIM技術(shù)在工程量清單計量這一環(huán)節(jié)的優(yōu)勢，加強計量精準性。

3.3 全面建模形象

直觀以往項目開發(fā)建設(shè)過程中，項目參建各方對相關(guān)技術(shù)參數(shù)的掌握和理解程度不同，常出現(xiàn)認識偏差，加之信息溝通不充分，使一些問題在項目實施過程中才顯現(xiàn)，因此需常組織參建各方召開專題會，找問題產(chǎn)生原因及解決辦法，然后按建設(shè)程序調(diào)整變更，執(zhí)行補救措施。該協(xié)調(diào)方式常造成參建各方間的責任推諉并增大協(xié)調(diào)工作量。本工程采用BIM模型技術(shù)進行全專業(yè)BIM建模，如住院樓-結(jié)構(gòu)、住院樓-建筑、醫(yī)技樓-幕墻、醫(yī)技樓-結(jié)構(gòu)、醫(yī)技樓-建筑等BIM模型，各設(shè)計專業(yè)可共享彼此的數(shù)據(jù)，減少設(shè)計錯誤。施工方也可借助信息模型提前介入設(shè)計，輔助設(shè)計人員提高設(shè)計可施工性。在設(shè)計施工階段搭建的模型中保存海量的項目數(shù)據(jù)，包含幾何信息、材料物理屬性等，該信息在竣工后可轉(zhuǎn)給運維方進行加工，形成運維必須數(shù)據(jù)。

3.4 輔助設(shè)計合理經(jīng)濟

在符合相關(guān)設(shè)計規(guī)范的前提下，優(yōu)化管線，減少浪費，降低不必要的投資。結(jié)合管道及管線設(shè)計，合理調(diào)整建筑墻體平面布局，既滿足建筑使用功能，又避免后期機電拆改返工。根據(jù)BIM圖設(shè)計支架，可模擬支架空間位置進行受力分析，確保支架受力體系安全。支吊架設(shè)計包括BIM支架體系設(shè)計、平面布置、支架大樣、成果積累、受力分析報告等。

3.5 數(shù)字工廠預(yù)制組裝BIM技術(shù)

結(jié)合工廠化預(yù)制加工和現(xiàn)場組合安裝可提高機電安裝的生產(chǎn)效率與施工質(zhì)量?；贐IM技術(shù)，實現(xiàn)智慧建造、精益建造，建筑機電安裝工程的許多構(gòu)件可工廠化預(yù)制加工，然后裝配到建筑中。通過數(shù)字工廠化預(yù)制加工，可自動完成建筑構(gòu)件的預(yù)制，提高工程質(zhì)量、縮短施工工期、減少安全事故、節(jié)約施工場地和加工現(xiàn)場，且減少工程材料不合理損耗[6]。

3.6 BIM融合與智慧建造本工程搭建

BIM技術(shù)+智慧工地平臺，集成BIM信息化管理。通過BIM模型輕量化處理實現(xiàn)智慧工地平臺實時在線預(yù)覽，質(zhì)量安全問題與模型掛接，BIM進度展示，BIM工藝交底，實體建筑信息與BIM模型掛接，使項目數(shù)據(jù)與場地BIM模型緊密關(guān)聯(lián)，通過智慧工地平臺使實體建筑與BIM模型成為虛實映射的數(shù)字孿生，全面優(yōu)化設(shè)計，提升品質(zhì)為后期運維提供便利。

4.結(jié)語

西安高新區(qū)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)園項目借助BIM技術(shù)實現(xiàn)各專業(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，為各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在模型中解決錯漏碰缺問題，減少各專業(yè)間出現(xiàn)的溝通障礙，挖掘模型在深化設(shè)計、施工模擬、造價分析等方面的融合應(yīng)用，取得良好的經(jīng)濟效益及社會效益，具有一定推廣價值，以信息化、精細化、智能化高效輔助全專業(yè)、全過程施工管理，推動工程建造向工業(yè)建造的精益管理方向發(fā)展。