基于BIM＋技術的復雜地下工程精益智慧管理

顧向東 張柏祥

1. 上海中醫醫院 上海 200071；2. 上海建工二建集團有限公司 上海 200080

1 工程概況和復雜性分析

上海某綜合醫院眼科臨床診療中心位于市中心虹口區海寧路，是目前上海市占地面積最大的三甲綜合性醫院。總建筑面積約100 000 m2，其中A樓地上22層，建筑高度95.0 m，B樓地上5層，建筑高度23.9 m，地下室公用，建筑面積近30 000 m2，共3層，其中整個項目地下1層與基地內原有的門診樓、醫技樓和外賓樓地下室分別設連通口，可相互連通。該診療中心是2019年上海市重大建設項目，也是上海市首批立項和首個開工建設的臨床診療中心，擬形成以眼科及視覺科學“尖峰”學科為引領，以國家眼科臨床研究中心建設為契機，打造具有優勢學科品牌的疑難重癥診療中心。項目位于市中心繁華地帶，在原有院區內，需要拆除部分既有建筑，所面臨的復雜性挑戰包括：

1）周邊環境復雜。場地北側為醫院內部建筑，其中距離基坑4 m門診樓為無樁基礎，東側新亞公寓與場地僅圍墻相隔；南側為城市主干道海寧路，西側為城市主干道吳淞路。醫院院區內各類地下管線錯綜復雜，且年久失修，前期摸排發現管線達142類，檢修井將近202個，這也是既有醫院改擴建的普遍難點[1-3]。

2）現場管理復雜。工程位于醫院內部，對環境、噪聲、光污染需嚴格管控；與居民距離較近，維穩要求高；海寧路為城市主干道，交通組織困難；施工場布、安全管理和現場組織復雜。

3）施工難度高。基坑根據開挖深度分為南北2個區，南區地下3層采用地下連續墻圍護逆作的形式，基坑面積約8 214 m2，基坑周長約563 m，基本開挖深度約18.65 m，局部深坑開挖深度2.50 m；北區地下2層和局部地下1層采用順作施工，基坑面積約1 405 m2，周長約170 m，開挖深度最深12.65 m。開挖時需嚴密監控對周邊建筑的影響。

5）項目要求高。打造臨床診療中心的標桿工程，實現綠色醫院施工。

2 基于BIM＋的復雜地下工程精益智慧管理應用方案

該項目采用了全過程BIM應用模式[4-6]，以實現綠色醫院的設計、施工與運維的全過程精益化管理。在施工階段，由全過程BIM咨詢單位和總包協同策劃了BIM應用點（圖1），地下工程施工基本覆蓋了這些應用點。

圖1 施工BIM應用點策劃

BIM和施工管理進行融合的技術依托離不開其他技術的融合，包括基坑監測技術、揚塵和噪聲監測平臺、無人機監控、人臉識別的智慧工地技術、云平臺等，這些構成了BIM＋集成技術體系，為復雜地下工程的精益化、智慧化施工提供了技術基礎[7]。該項目基于BIM＋的復雜地下工程精益智慧管理具體應用方案框架如圖2所示。

圖2 基于BIM＋技術的復雜地下工程精益智慧管理應用方案框架

3 基于BIM＋技術的復雜地下工程精益智慧管理實施

3.1 基于BIM的復雜地下工程精益施工模擬

3.1.1 大臨設施和場地布置精益模擬

在大型臨時設施和場地布置方面，根據本工程場地及工程特點，在海寧路設置主、輔兩個施工大門。在具體施工時，需結合沿街實際情況，同時考慮規劃設計的永久出入口，并根據現有的BIM模型反映出新的問題，建議醫院針對規劃設計的出入口提前考慮外圍單位協調事項，例如公交、市政、電力等。而整體場布分析則分為第一階段的臨時用電、用水和用房，以及第二階段的B0板整體布局。

3.1.2 逆作法施工及管線綜合模擬

由于場地狹小，該項目地下工程采用了逆作法施工方法[8]。項目采用一柱一樁施工工藝流程，而鋼立柱分別有格構柱、鋼管柱、十字鋼骨柱，首層柱頂采用倒置埋件，中間樓層梁鋼筋遇格構柱采用節點加腋放大，鋼管柱采用連接環板，十字鋼骨柱采用焊接直螺紋套筒的方法來完成鋼筋在柱節點的處理。由于項目北側存在大量地下障礙物，針對此情況改用咬合樁施工工藝，為了合理規劃咬合樁施工，進行了工藝與工序上的4D模擬。另外，地下也涉及相關管線安裝，以及與既有管線的對接分析。以上如結構配筋較為復雜的節點和管線等都需要通過BIM進行精細化節點模擬和4D施工模擬。基于BIM的逆作法施工及管線綜合模擬如圖3所示。

中國部分城市非工業區與工業區降塵重金屬統計結果見表 4。因王明仕等（2015）的研究未區分非工業區和工業區，故As、Hg、Cd、Cu、Pb、Zn等重金屬只得到一個濃度均值，與本研究相比，其值高于非工業區而顯著低于工業區。這也與降塵中的重金屬隨著離工業區距離的增加而降低（王世豪等，2017）的趨勢相符。

圖3 基于BIM的逆作法施工及管線綜合模擬

3.1.3 工程量分析及物資管理

本工程大底板設有大量下承臺，施工難度極大，從BIM模型提取各施工段混凝土工程量報送混凝土泵站供料，避免材料浪費，節約施工成本。運用BIM建模的方法模擬土石方的開挖和回填，可以直觀有效地開展土石方的挖運分析與運算，能做到土方平衡計算的精確化，對項目成本管控發揮了重要作用。基于BIM技術，可以對現場物料倉庫、料場進行準確布置，有利于現場物料的精確存儲，BIM技術與二維碼相結合也可優化物料記錄管理。

3.2 基于BIM的綠色和文明施工策劃模擬及智慧工地技術應用

3.2.1 綠色施工策劃模擬

綠色施工包括“四節一環保”。在節能方面，主要利用BIM技術對場地內照明燈具及建筑房間內空調進出風口位置進行合理排布，結合日照時間通過BIM模擬場地內施工照明方向和時間，減小夜間照明對周邊環境影響，并降低能源損耗。在節水方面，主要通過BIM技術加強對非傳統水源的利用，根據場地條件布置收集管道，最大化收集雨水，然后進行沉淀處理后用于洗車、清洗路面、滅火等用途，回收再利用均達到100%。在節地方面，本工程南區基坑采用逆作法施工，南區基坑面積約8 200 m2，規劃道路用BIM技術考慮永臨結合，進行三維動畫分析模擬，滿足車輛進出場、消防疏散。在節材方面，利用BIM技術對復雜梁柱節點處鋼筋進行合理排布，并對鋼筋余料進行統計再利用。在環境保護方面，現場設置揚塵噪聲在線實時監測系統，對場地內的揚塵、噪聲加強管控，一旦出現揚塵高數據監測指標，馬上采取降塵措施。

3.2.2 安全文明施工策劃模擬及智慧工地技術應用

在前期施工策劃階段，利用BIM軟件建立大臨布置模型，合理布置施工設施、設備，劃分工作區域，保證施工需求。場地東側搭設安全通道，并設置樣板展示區域。

3.3 基于BIM＋技術的智慧監測、物料跟蹤與無人機應用

將BIM與物聯網、無人機等結合應用，可對復雜地下工程進行智慧管理。本項目主要包括利用基坑監測系統進行基坑變形及安全預警、通過噪聲揚塵監測將對醫院運營的影響降至最小、通過無線測溫監控大底板混凝土溫度、實時跟蹤混凝土等物料運輸路線、采用無人機進行施工現場和進度監控及利用攝像頭進行工地實時監控等。

3.4 基于BIM＋的云平臺應用

由于項目參與單位多，如何進行有效地溝通管理以及精細化項目控制一直是復雜工程管理的難點，基于BIM＋的云平臺可有效解決這一問題，實現現場進度、質量、安全、風險、成本管理以及協同管理和文檔管理。通過基于BIM及視頻監控來有效實現可視化項目管理，結合移動端隨時掌握現場施工情況。云平臺功能模塊包括現場工況、視頻監控、模型瀏覽、項目文檔、施工日志等。項目采用施工單位和業主單位兩套云平臺，分別用于不同的管理目的。基于BIM＋技術的云平臺具體應用包括：

1）風險管控。每日晨會明確今日作業內容、條件有無變化、作業人數，明確安全內容等；隔天上傳前日施工日志，實現現場質量、安全、資料的可追溯性。運用管理平臺對項目重大風險源進行實施上傳便于管控。公司督導隊定期檢查，及時上傳整改回復記錄，消除現場安全隱患。

2）現場管理。每日巡視現場，若發現隱患，上傳平臺，要求責任人限時整改，復查完成后，完成閉合。確保隱患出現及時整改，及時閉合。

3）混凝土澆灌管理。包括混凝土施工前上傳混凝土澆筑令，施工過程拍攝現場照片，每天上傳項目經理帶班巡查記錄，切實落實整改每日問題。

4）沉降監測管理。通過對監測數據的分析，為了有效控制門診樓持續沉降變形，先行加強對門診樓監測及巡視工作。

5）文檔管理。各種施工管理文件及時上傳與共享等。

3.5 基于BIM＋技術的溝通與協調

項目還充分利用BIM及相關平臺的優勢，開展項目溝通與協調。主要包括：每周除了工程例會外，召開BIM例會，就相關技術問題開展溝通和協調，大大提高了例會效率；基于BIM的可視化技術交底，在關鍵復雜節點，利用BIM進行可視化交底，可大大提高交底效率，提高溝通準確度；基于BIM的安全交底，可有效提高安全交底的效率和效果；與周邊社區的溝通，為社區穩定提供了可視化支撐；通過云平臺進行問題提出和解決，大大提高了問題解決效率。

4 基于BIM＋技術的復雜地下工程精益智慧管理應用效果及展望

該項目于2020年1月10日按計劃完成了地下工程，整個工程安全、高效和平穩進行，對周邊建筑進行了嚴格的檢測，未出現大的影響。同時，對醫院運營的影響也降到了最低，受到了建設單位的好評。作為BIM深度應用的典型工程，該項目具有廣泛的社會影響，已經接待了來自多個單位的現場觀摩。BIM應用成果也有效支撐了全國《醫院建筑信息模型應用指南》的編寫。2019年12月25日，由上海市綠色建筑協會以及上海市建筑信息模型技術應用推廣中心等主辦的“BIM技術在綠色醫院建設中的應用”全市觀摩研討會在項目上舉行，針對該項目進行了專題匯報與研討，獲得了與會者的高度評價。

按照項目BIM應用的總體策劃，該項目將打造BIM在醫療建筑中的典型示范工程和診療中心標桿工程，在后續施工階段，將繼續圍繞BIM＋、復雜工程施工與安全、精益施工和智慧施工等應用點進行深度應用，為醫院建筑的復雜工程管理進行探索和實踐。

5 結語

近幾年，BIM技術在我國得到了飛速發展，應用日趨廣泛和深入。但是，隨著工程復雜性日益增大，工程管理目標要求的日益提高，以及現代新技術發展的日新月異，BIM在復雜工程中的應用也遇到了新的挑戰和機遇，需要結合具體實踐進行研究和探索。信息技術的發展使得BIM技術的“BIM＋”創新模式逐漸形成新的業態，推動建設行業眾多領域的創新變革。

醫院建筑作為一類特殊的復雜建筑，其施工管理在進度、安全、質量、成本等方面均具有典型代表性。本文以上海某醫院眼科臨床診療中心復雜地下工程為例，探索了基于BIM＋技術的復雜地下工程精益智慧管理的措施、技術和方法，為此類工程管理及BIM深度應用提供了借鑒，也為下一步BIM在全過程中的應用奠定了基礎。