基于火神山醫(yī)院的裝配式建筑和BIM技術(shù)淺析

翟梓翔,張卓航

(東北大學(xué)，遼寧 沈陽 110004)

建筑行業(yè)的飛速發(fā)展離不開裝配式建筑有關(guān)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其運(yùn)作方式大大提高了建筑工程的推進(jìn)速度，而結(jié)合以新型工具——BIM的應(yīng)用，又進(jìn)一步解決預(yù)制裝配方式中隱含的種種問題，能夠更好滿足建筑施工行業(yè)的運(yùn)行及發(fā)展要求。

1 項(xiàng)目概述-火神山醫(yī)院

武漢地區(qū)爆發(fā)的傳染性極強(qiáng)的新型冠狀病毒感染的肺炎，致使當(dāng)?shù)蒯t(yī)院收治能力嚴(yán)重不足，在成千上萬病人急需隔離治療的境況之下，武漢火神山醫(yī)院在十天內(nèi)平地而起。該醫(yī)院參照2003年SARS期間的北京小湯山醫(yī)院模式，在武漢蔡甸區(qū)新建一家專門醫(yī)院，專門收治新型冠狀病毒性肺炎患者。醫(yī)院總建筑面積達(dá)33900m2，住院床位1000張，設(shè)立重癥監(jiān)護(hù)病房、普通病房區(qū)域以及感染控制、檢查、特殊診斷等輔助部門和放射學(xué)診斷等醫(yī)療單元。

2 預(yù)制裝配技術(shù)——支持組件的領(lǐng)先技術(shù)

混凝土構(gòu)件預(yù)制裝配技術(shù)，又稱PC建筑技術(shù)，是在工廠按照確定尺寸預(yù)先制作混凝土構(gòu)件，在施工現(xiàn)場(chǎng)完成混凝土構(gòu)件組裝的技術(shù)。在建筑工程中，將使用預(yù)制裝配技術(shù)的建筑物稱為裝配式建筑物，在結(jié)構(gòu)工程中，將其稱為裝配式結(jié)構(gòu)。火神山醫(yī)院能夠在如此短的時(shí)間內(nèi)建成，其主要原因是正確使用了預(yù)制裝配技術(shù)[1]。

快速地部署醫(yī)療設(shè)施正在成為預(yù)制裝配式建筑的主要應(yīng)用之一。火神山醫(yī)院以模塊化的方式組裝在帶有容器的醫(yī)療單元中；部分醫(yī)療單元如ICU有較高的特殊要求，采用了輕鋼結(jié)構(gòu)與鋼制復(fù)合板。在十天之內(nèi)建成一個(gè)具有1000張床位的醫(yī)院，集裝箱式箱體活動(dòng)板房的快速拼接使這種速度成為可能。該醫(yī)院的建設(shè)采用了行業(yè)中最先進(jìn)的安裝技術(shù)，從而最大限度地利用了其拼裝式的產(chǎn)品，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)操作的負(fù)擔(dān)，節(jié)省大量時(shí)間。同時(shí)，在外部的拼接之后，進(jìn)行完整的裝配，并且場(chǎng)地建設(shè)和整個(gè)吊裝相交以實(shí)現(xiàn)最大效率[2]。

只有裝配式建筑物才能在緊急情況下如此快地完成施工。預(yù)制裝配式的建筑形式在武漢火神山醫(yī)院短工期的條件下起到了關(guān)鍵的作用，由先預(yù)制再拼接組成的數(shù)個(gè)模塊基本組成了整個(gè)醫(yī)院，預(yù)制技術(shù)的成功實(shí)施可確保在盡可能短的時(shí)間內(nèi)對(duì)患者進(jìn)行治療。

而預(yù)制裝配技術(shù)的應(yīng)用，往往離不開BIM技術(shù)的支持，例如對(duì)施工過程的模擬，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)在施工過程中可能出現(xiàn)的種種問題，BIM與預(yù)制裝配緊密相連，是使制作的預(yù)制構(gòu)件更加安全穩(wěn)定，滿足各種實(shí)際需求等目的達(dá)成的必要條件[3]。

3 BIM技術(shù)，建筑行業(yè)信息技術(shù)的二次革命

得益于信息技術(shù)的發(fā)展，自20世紀(jì)80年代，CAD技術(shù)已經(jīng)在建筑行業(yè)起到了不可替代的作用，而BIM(建筑信息模型)技術(shù)的日益興起，更是將信息技術(shù)在建筑行業(yè)上的應(yīng)用推進(jìn)到前所未有的高度，建筑行業(yè)真正進(jìn)入了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的時(shí)代。

建筑信息模型的定義一般可以理解為“建筑信息模型是一種物理的和功能性的數(shù)字表示，它允許信息被共享，并為設(shè)施整個(gè)生命周期的所有決策提供可靠的基礎(chǔ)，從概念到成型到產(chǎn)品淘汰；在項(xiàng)目不同階段，不同利益相關(guān)部門通過在BIM中上傳、下載、更新和改動(dòng)信息，來完成各部門的一種協(xié)同合作”[4]簡(jiǎn)單地來說，BIM技術(shù)為各設(shè)計(jì)部門、施工部門和監(jiān)管部門乃至運(yùn)維部門提供了一個(gè)“云平臺(tái)”，真正實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、監(jiān)管、維護(hù)中的信息共享。

4 BIM技術(shù)和PC建筑技術(shù)的結(jié)合使用

火神山醫(yī)院十天建成并交付使用，中國基建享譽(yù)全球，現(xiàn)代建筑速成的秘訣歸功于BIM技術(shù)和PC建筑技術(shù)的融合。PC建筑本身已經(jīng)大幅提高了工程效率，但是它本身仍存在缺陷，各建設(shè)階段各建設(shè)部門仍存在大量信息差，導(dǎo)致各方人員無法協(xié)調(diào)一致，造成各方矛盾、誤工等[5]。將其與BIM融合，能有效地緩解這些問題。

BIM技術(shù)和PC建筑技術(shù)的結(jié)合使用可以在以下四個(gè)過程中體現(xiàn)。

4.1 設(shè)計(jì)過程

在工程的設(shè)計(jì)過程中，由計(jì)算機(jī)搭建云平臺(tái)，各部門人員設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，最大程度上做到了標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，信息互通。以Revit軟件為例，總結(jié)了設(shè)計(jì)過程中兩種技術(shù)結(jié)合使用的優(yōu)勢(shì)。

各部門設(shè)計(jì)人員可以通過軟件的碰撞功能，對(duì)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的沖突問題進(jìn)行優(yōu)化和糾正，碰撞分為軟碰撞和硬碰撞兩種，硬碰撞指的是建筑本身出現(xiàn)的管道相撞，結(jié)構(gòu)沖突等問題，而軟碰撞檢測(cè)的是像建筑設(shè)計(jì)階段未能為施工安裝做出的設(shè)計(jì)考慮之類的問題。通常技術(shù)人員采用Navisworks對(duì)Revit的建筑信息模型進(jìn)行較為科學(xué)合理的碰撞測(cè)試，雖然Revit本身也具有碰撞功能，但其主要針對(duì)硬碰撞類的問題進(jìn)行檢測(cè)。在一般的PC建筑工程中，經(jīng)常可以看到存在預(yù)制板件未預(yù)留孔洞需要工人現(xiàn)場(chǎng)改造的情況，這種情況既增加了施工難度，又破壞了構(gòu)件安全性能，BIM技術(shù)中的碰撞功能很好的解決了這個(gè)問題。

BIM技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段提前計(jì)算工程量，利用對(duì)Revit進(jìn)行二次開發(fā)的國產(chǎn)軟件，能夠在設(shè)計(jì)階段就較為科學(xué)地計(jì)算出工程量。造價(jià)人員也可以利用信息模型找出對(duì)成本控制不利的節(jié)點(diǎn)，由設(shè)計(jì)人員對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而有效控制成本[6]。

此外BIM技術(shù)下的建筑模型具有較好的可視性，也使得建筑設(shè)計(jì)的深度設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)更加便利，在進(jìn)行方案篩選時(shí)，其3D可視化模型更是起到了事半功倍的作用。

4.2 預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)階段

BIM模型使得建筑信息可讀，預(yù)制構(gòu)件尺寸易提取，通常BIM模型可以直接導(dǎo)入預(yù)制構(gòu)件廠商的預(yù)制件生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中，預(yù)制構(gòu)件廠商可以通過植入RFID芯片，對(duì)設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，物流，安裝的信息進(jìn)行保存，保障了整個(gè)流程的工程質(zhì)量[7]。理論上BIM信息更是可以通過3D打印的技術(shù)進(jìn)行構(gòu)件生產(chǎn)，3D打印建筑技術(shù)的開發(fā)離不開BIM和PC建筑的技術(shù)支持。

4.3 施工階段

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于BIM和PC建筑技術(shù)中，這種技術(shù)分三種分別是[8]：

RFID(射頻識(shí)別)技術(shù)

WSN(無線傳感器網(wǎng)絡(luò))技術(shù)

GIS(地理信息系統(tǒng))技術(shù)

RFID技術(shù)負(fù)責(zé)儲(chǔ)存預(yù)制構(gòu)件信息。WSN技術(shù)是物物互聯(lián)的關(guān)鍵，其目的是降低構(gòu)件傳遞信息的耗能，通過耗能較低的通訊協(xié)議傳遞構(gòu)件信息，GIS技術(shù)為構(gòu)件物流、施工部署提供了監(jiān)督和指導(dǎo)可能。這三種技術(shù)所得到的信息都會(huì)儲(chǔ)存在RFID芯片中，通過多媒體技術(shù)，甚至可以將安裝信息可視化，對(duì)工人友好，對(duì)建筑質(zhì)量有著更高的保證，防止了因?yàn)榘惭b、擺放失誤造成的誤工，此外也將安裝地點(diǎn)和安裝人員進(jìn)行記錄，把責(zé)任落實(shí)到了從設(shè)計(jì)到安裝的每一個(gè)環(huán)節(jié)，最大程度上保證了施工效率，保障了施工質(zhì)量。

4.4 運(yùn)維階段

BIM數(shù)據(jù)庫可以與物業(yè)、工程質(zhì)量監(jiān)管部門直接對(duì)接，使得建筑維護(hù)和后期的監(jiān)督管理更加便利，根據(jù)RFID芯片上所記錄的一系列信息，可以對(duì)損壞構(gòu)件進(jìn)行局部替換。

5 結(jié)束語

信息技術(shù)的革命為各個(gè)行業(yè)帶來的改變都是革命性的，建筑行業(yè)也是如此，BIM技術(shù)和預(yù)制裝配式建筑技術(shù)的結(jié)合使用是大勢(shì)所趨，智能化、模塊化的建筑生產(chǎn)也會(huì)逐漸成熟，在BIM技術(shù)和預(yù)制裝配式建筑技術(shù)的結(jié)合下，各個(gè)工程流程聯(lián)系更加緊湊，各部門負(fù)責(zé)人員溝通更加便捷，大幅度提高了工程速度和工程質(zhì)量。