BIM技術(shù)在醫(yī)院機(jī)電施工中的應(yīng)用
——以某市中心醫(yī)院羊山分院為例

李明柱 劉燕朝 李路彬 朱國(guó)鵬

（1.吉林建筑大學(xué) 2.河南廣筑工程咨詢有限公司）

1 前言

中心醫(yī)院羊山分院工期緊張，凈高要求嚴(yán)格，醫(yī)療小車軌道及氧氣管道等施工滯后，CAD二維圖紙支撐力度不夠，對(duì)醫(yī)院機(jī)電全專業(yè)施工帶來了挑戰(zhàn)。本文采用BIM技術(shù)對(duì)醫(yī)院的管線進(jìn)行參數(shù)化、可視化的研究，建立施工模型的創(chuàng)建和對(duì)機(jī)電管綜的優(yōu)化，為醫(yī)院的機(jī)電全專業(yè)安裝提供可視化參照，為醫(yī)院工期內(nèi)順利完成、機(jī)電優(yōu)化等機(jī)電施工應(yīng)用做了充足的準(zhǔn)備，提高了醫(yī)院機(jī)電施工的施工效率和質(zhì)量。

2 中心醫(yī)院羊山分院在施工過程中遇到的困難

2.1 凈高要求嚴(yán)格

因?yàn)槭枪差惤ㄖ追綄?duì)走廊狹小區(qū)域的凈高要求嚴(yán)格，為了提升視覺空間效果和品質(zhì)，多次強(qiáng)調(diào)要嚴(yán)格保證公共走廊等關(guān)鍵區(qū)域的凈高。比如，病房樓層高4500mm、梁高750mm并有將近20根管線布置的走廊（其中排煙風(fēng)管尺寸1250×400mm、水管管徑達(dá)到DN150mm，走廊凈寬只有1800mm），要求凈高達(dá)到2400mm以上。

2.2 醫(yī)療小車軌道及氧氣管道等施工滯后

目前機(jī)電專業(yè)中存在部分專業(yè)施工方案滯后情況，如氧氣管道、醫(yī)療小車、以及凈化空調(diào)等施工方案未完全確定，導(dǎo)致在前期施工過程中無(wú)法全方位地布置空間，給施工前期規(guī)劃上造成了一定的困擾。

2.3 CAD二維圖紙支撐力度不夠

對(duì)于該項(xiàng)目的特殊情況，顯然目前的CAD二維圖紙已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)精細(xì)化施工的需要，需要該項(xiàng)目的全體工程人員積極運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目的全過程進(jìn)行精細(xì)管理，確保項(xiàng)目順利完工，達(dá)到預(yù)期結(jié)果。

鑒于以上各種不利的情況，經(jīng)過項(xiàng)目組的深入討論，擬選擇病房樓管線較多、施工困難的8層區(qū)域，利用BIM技術(shù)先行規(guī)劃出樣板施工方案，指導(dǎo)樣板施工，過程中探索總結(jié)適合該項(xiàng)目實(shí)際情況的BIM深化流程及基于BIM技術(shù)的施工過程生產(chǎn)管理方法，進(jìn)行BIM技術(shù)的深度業(yè)務(wù)融合探索，為后續(xù)門診樓和病房樓的機(jī)電施工“打好樣”，以期達(dá)到保證質(zhì)量、保障工期、減少投入的目的。

3 BIM技術(shù)在醫(yī)院機(jī)電施工中的價(jià)值及實(shí)施策略

3.1 BIM技術(shù)在醫(yī)院機(jī)電施工中的價(jià)值

3.1.1 通過碰撞檢查，有效減少返工

在建筑工程機(jī)電設(shè)計(jì)中，水暖電等不同專業(yè)的設(shè)計(jì)工作是分開進(jìn)行的。在施工之前，施工單位需要將水暖電等專業(yè)設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行審查，以保證各專業(yè)之間不發(fā)生碰撞。傳統(tǒng)的檢查方式是采用二維圖紙一一對(duì)比，這種方法往往難以發(fā)現(xiàn)、解決一些空間上的碰撞問題，且因?yàn)槭┕D紙眾多，在實(shí)際操作中難度系數(shù)增大，這樣的審查方法無(wú)疑會(huì)造成后期施工過程中設(shè)計(jì)變更的增加，甚至是施工操作上的返工重建。應(yīng)用BIM技術(shù)可以將水電暖、真空氧氣等所有專業(yè)模型集成統(tǒng)一到一個(gè)模型中，通過Naviswork等軟件將模型進(jìn)行管線碰撞檢查，在計(jì)算機(jī)三維虛擬環(huán)境中便可以得到快速、準(zhǔn)確、全面的檢查結(jié)果，并且因?yàn)槌绦蚝蛙浖南到y(tǒng)性和完備性，碰撞檢查結(jié)果幾乎不會(huì)出現(xiàn)遺漏問題。這樣做不僅可以排查出所有的碰撞問題，還可以消除后期施工中的90%的設(shè)計(jì)變更和三方會(huì)議談判，更減少了施工中的返工，節(jié)約了成本，也縮短了工期。

3.1.2 通過施工模擬，優(yōu)化施工方案

在施工前，施工單位需要編制合理的施工方案。傳統(tǒng)的施工方案都是采用二維圖紙和施工單位經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編制，其施工可行性往往偏低，無(wú)法滿足實(shí)際施工的需求，導(dǎo)致施工的過程中施工方案不斷的修改、完善和優(yōu)化，對(duì)施工的進(jìn)度、質(zhì)量和成本造成了很大的影響。借助BIM技術(shù)可視化、參數(shù)化的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程的仿真模擬，在計(jì)算機(jī)虛擬模型中，按設(shè)計(jì)和施工要求對(duì)水電暖等專業(yè)管線進(jìn)行綜合優(yōu)化，滿足功能要求的同時(shí)，對(duì)施工的進(jìn)度、質(zhì)量和成本都是很大的積極作用。

3.1.3 凈高優(yōu)化控制，增加美觀度，使空間更舒適

對(duì)于每一幢建筑來說，樓層凈高越高，給人感覺會(huì)越舒適，所以甲方在凈高方面都會(huì)提出很高的要求。在以往的施工方案中，采用二維圖紙進(jìn)行施工的情況下，為了滿足凈高常常會(huì)有管道翻彎嚴(yán)重的情況，不僅對(duì)專業(yè)不利，還大大增加了成本；采用BIM技術(shù)在走廊管線交匯復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行碰撞檢查，然后進(jìn)行管線優(yōu)化。應(yīng)用BIM技術(shù)在其他相對(duì)開闊的區(qū)域內(nèi)排布，將管道集中在對(duì)凈高要求不高的區(qū)域，在保證專業(yè)度和美觀度的同時(shí)，獲得比原設(shè)計(jì)更為合理的凈高設(shè)計(jì)。

3.1.4 工程量實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，物料管理更有效率

物料管理是項(xiàng)目管理重要的一環(huán)。它關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目的直接支出。傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理方法是項(xiàng)目中的材料員每日用筆記錄耗材，根據(jù)材料余量進(jìn)行備貨這種情況下很容易出現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)材料不足，而采購(gòu)又需要大量時(shí)間，周轉(zhuǎn)材料耗時(shí)太長(zhǎng)，耽誤工期的情況。然若材料購(gòu)置太多，又容易引起材料積壓，造成一定的流動(dòng)資金占用及新材料的損耗費(fèi)用。基于BIM技術(shù)就可以快速、準(zhǔn)確獲得過程中工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)換算成實(shí)物量，這樣做的目的是為采購(gòu)計(jì)劃的制定提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。隨時(shí)為限額材料提供準(zhǔn)確、詳盡的數(shù)據(jù)，為物料管理提供準(zhǔn)確的、三維可視的理論基礎(chǔ)。

3.1.5 BIM技術(shù)綜合管線出圖，讓管線更清晰

在進(jìn)行BIM技術(shù)交底時(shí)，因?yàn)槌杀鞠拗疲芏喙さ剡€無(wú)法做到用ipad等工具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工的工作，這時(shí)候就需要運(yùn)用BIM來進(jìn)行實(shí)時(shí)圖紙出圖的工作。傳統(tǒng)的方法是由施工方根據(jù)設(shè)計(jì)方有限的圖紙進(jìn)行指導(dǎo)或者現(xiàn)場(chǎng)CAD圖紙繪制，這種情況下繪制的圖紙一方面容易產(chǎn)生疏漏，另一方面因人為繪制CAD圖紙?jiān)诜较蛐浴?shí)操性、記憶程度等限制，在方向、比例、設(shè)備的數(shù)量等等方面都容易出現(xiàn)問題。而在運(yùn)用BIM技術(shù)的情況下，完全可以運(yùn)用BIM類軟件對(duì)施工節(jié)點(diǎn)的任意一個(gè)角度進(jìn)行二維甚至是3D打印。這樣既保證了輸出圖紙的準(zhǔn)確度，也可以讓施工現(xiàn)場(chǎng)工人非常直觀地識(shí)別圖紙信息，更加有利于施工。

3.2 BIM技術(shù)在醫(yī)院機(jī)電施工中的實(shí)施策略

先對(duì)機(jī)電的各個(gè)專業(yè)根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行大方向上的系統(tǒng)排布，確定大范圍內(nèi)管道的基本標(biāo)高和翻彎兒原則；然后用Revit等BIM軟件對(duì)醫(yī)院進(jìn)行整理的建模，尤其是機(jī)電全專業(yè)的模型搭建。繼而對(duì)機(jī)電各個(gè)專業(yè)進(jìn)行管線布置優(yōu)化、凈高優(yōu)化等專業(yè)性的優(yōu)化，最終得出最佳施工方法，導(dǎo)出BIM圖紙，將模型和圖紙一起帶到施工現(xiàn)場(chǎng)，方便施工人員查看、理解、施工。

4 應(yīng)用實(shí)踐

根據(jù)中心醫(yī)院羊山分院的實(shí)際需要，以BIM技術(shù)為手段，采用協(xié)同工作模式創(chuàng)建了綜合的虛擬的項(xiàng)目模型，又將模型導(dǎo)入其他BIM軟件中進(jìn)行碰撞檢查、施工模型、管線優(yōu)化、工程量提取、BIM出圖等應(yīng)用，不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工作上的不足，還大大提高了項(xiàng)目管理的質(zhì)量、進(jìn)度和綜合管理水平。

圖1 中心醫(yī)院羊山分院的機(jī)電綜合模型

4.1 通過碰撞檢查，有效減少返工

在設(shè)計(jì)院給出全套的設(shè)計(jì)圖紙后，對(duì)所有的圖紙進(jìn)行有效核對(duì)。核對(duì)、梳理完畢后便進(jìn)行水暖電等全專業(yè)的模型繪制，然后在三方會(huì)審中對(duì)各個(gè)專業(yè)的高度調(diào)整做出專業(yè)的、符合規(guī)范的調(diào)整，然后將模型文件導(dǎo)入到Naviswork、Fuzor等軟件中并導(dǎo)出碰撞報(bào)告。對(duì)管線碰撞的位置根據(jù)管線排布原則進(jìn)行調(diào)整，是模型達(dá)到無(wú)碰撞、能指導(dǎo)施工的程度，這樣做大大減少了施工過程中因設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的工程變更、現(xiàn)場(chǎng)簽證甚至是返工的現(xiàn)象。

4.2 通過施工模擬，優(yōu)化施工方案

在進(jìn)行優(yōu)化實(shí)施之前，先對(duì)中心醫(yī)院羊山分院樹立了一個(gè)實(shí)施目標(biāo)，即減少翻彎次數(shù)，降低施工難度。繼而對(duì)各個(gè)專業(yè)分別進(jìn)行系統(tǒng)性的專業(yè)性的優(yōu)化。比如對(duì)暖通管道在不影響安全和使用功能的前提下，對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整通風(fēng)管道的寬高比例，絕對(duì)它對(duì)其他管道碰撞的同時(shí)，也減少了其他管道在與風(fēng)管橫向相遇時(shí)，需要翻彎的高度和幾率；然后依據(jù)設(shè)計(jì)文件和施工規(guī)范，對(duì)走廊及設(shè)備間的水、暖、電、通風(fēng)等各專業(yè)管線交叉比較復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。這樣既可以滿足優(yōu)化目標(biāo)，最重要的是可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，減少因管線碰撞或施工不符設(shè)計(jì)規(guī)范而引起的返工。

圖2 優(yōu)化后

4.3 凈高優(yōu)化控制，增加美觀度，使空間更舒適

先對(duì)管線優(yōu)化后的凈高進(jìn)行梳理，在凈高不滿足條件的區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。甚至可以應(yīng)用BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)梁內(nèi)精確預(yù)留布置套管，讓一些管道穿梁而過，進(jìn)而提升管線安裝高度；也可以將一定區(qū)域的管線，在不影響專業(yè)效果的同時(shí)，排布到其他對(duì)凈高要求不高或者是管線較為稀疏的區(qū)域，這樣優(yōu)化出的方案不僅滿足凈高要求，也可以增加建筑內(nèi)部的美觀度，使建筑更加舒適，更易于人類居住。

4.4 工程量實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，物料管理更有效率

根據(jù)BIM模型，分專業(yè)導(dǎo)出施工材料表，按照進(jìn)度、流水段、構(gòu)件類型等等維度快速精確的提取工程量，可以快速進(jìn)行風(fēng)、水、電等各專業(yè)材料設(shè)備的月需用計(jì)劃的編制，提高管理效率、減少材料二次搬運(yùn)和過度積壓，從而精確地控制材料用量，達(dá)到加強(qiáng)成本控制的目的。

4.5 BIM技術(shù)綜合管線出圖，讓管線更清晰

因?yàn)槟壳笆┕がF(xiàn)場(chǎng)平板等設(shè)備有限，在工程交底、解說的過程中，仍需要打印出整體的是施工效果圖紙，但基于設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的CAD圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的顆粒度、清晰度相對(duì)有限，無(wú)法打印出不同方向的模擬施工圖紙，但是利用BIM技術(shù)不僅可以快速打印出復(fù)雜節(jié)點(diǎn)不同方向的精確圖紙，還可以運(yùn)用3D打印技術(shù)，將圖紙的某個(gè)細(xì)節(jié)或場(chǎng)地的某塊區(qū)域運(yùn)用3D技術(shù)快速打印出來。不僅省去了審核期間多張圖片平鋪計(jì)算的時(shí)間，還可以讓施工人員更加清晰地了解施工圖紙，減少理解時(shí)間，增加工作效率。

表1 某風(fēng)管管道的工程量提取表

圖3 水、暖、風(fēng)等機(jī)電專業(yè)全圖紙

5 結(jié)語(yǔ)

作為某市重點(diǎn)項(xiàng)目，中心醫(yī)院羊山分院在機(jī)電上挑戰(zhàn)難度極高。不僅包括風(fēng)、水、電、暖等專業(yè)，還包括真空、氧氣等專業(yè)管道的輸送工作，這給地下設(shè)備間、走廊等區(qū)域增加了管線綜合的難度，在項(xiàng)目施工過程中，運(yùn)用了BIM技術(shù)，不僅解決了管線綜合的問題，也成功運(yùn)用方案策劃、凈高優(yōu)化、物料管理、BIM出圖等應(yīng)用點(diǎn)，讓項(xiàng)目如期、高質(zhì)完成。

BIM技術(shù)是項(xiàng)目走向智能化的必經(jīng)之路。如今BIM技術(shù)儼然成為建筑業(yè)的主流技術(shù)，成為提高建筑業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率和建筑質(zhì)量、進(jìn)度和節(jié)約成本的利器。日后會(huì)繼續(xù)拓寬BIM技術(shù)的應(yīng)用維度和深度，向建筑企業(yè)信息化更深處邁進(jìn)！