深圳市醫療器械檢測和生物醫藥安全評價中心項目施工BIM應用

史偉民1 徐兆穎1 何季昆1 明艷麗 李醒春

(1.深圳市建筑工務署，深圳 518006； 2.上海市地下空間設計研究總院有限公司，上海 200020)

1 工程概況

1.1 項目簡介

深圳市醫療器械檢測和生物醫藥安全評價中心建設項目，位于深圳市南山區科技園中區藥檢院內，北環大道和深南中路之間，周邊是以醫療器械和生物研發為主的產業園。新建大樓總建筑面積約4.8萬m2、總建筑高度94.8m，建筑層數為地上19層，地下3層。

本項目集醫療器械檢測、GLP安全性評價、微生物檢測、保化毒理檢測及實驗動物用房等各類功能復雜的實驗室為一體，垂直分布在一棟建筑中，是為科學檢測與研究提供的一種特殊實驗場所，在全國乃至全球范圍都尚屬首例。

圖1 項目效果圖

圖2 項目場地現狀

1.2 工程特點及難點

本項目將各類型實驗室以及實驗動物用房均集中放置在同一座建筑中，是目前全國藥檢系統中規模最大、工藝最復雜、涉及使用領域最廣的專業高層實驗大樓，項目在建設過程中面臨諸多難點，主要體現在以下四方面：

(1)基坑臨近原有建筑。深基坑臨近周圍老建筑，本項目基坑深度達16.1m，距離無樁基的藥檢一期建筑最近處僅6m；

(2)地下連廊等二次開挖。由于結構設計的需要，污水處理間和地下室連廊在基坑圍護之外的負一層，且與地下室主體結構連為一體，這樣勢必造成二次開挖，帶來深基坑圍護、咬合樁截樁、褥墊層保護、施工縫處理、底板防水與地下室墻體防水的閉合等施工難點需要突破。尤其是對唯一進場道路的二次開挖與恢復期間，會造成其他區域斷料停工；

(3)機電設備管線復雜。根據綜合科學實驗樓的需要，項目共設有8套空調系統、4套工藝系統、22套電氣系統、13套給排水系統，多專業系統綜合管線復雜，數量、種類不同于一般建筑，為保證最終的凈高效果，管線安裝的空間管理難度很大；

(4)專業分包單位多。由于參與項目建設的專業單位多，在項目施工過程中會面臨不同專業、不同施工隊伍穿插施工，對施工工藝、施工順序、施工安全和質量的協調與管理提出很大的挑戰。

1.3 對BIM的需求

針對本項目的特點及難點，需要借助先進的可視化工具來模擬和論證施工過程，提前發現并解決施工可能出現的問題，制定相關的應對措施，為項目建設提供質量、安全和進度保障。因此，醫療器械項目組在初期策劃中確立了運用BIM技術貫穿于整個設計、施工過程直至項目竣工的目標，為后續BIM管理體系建設和BIM實施工作開展提供有力保障。

2 BIM管理體系建設

2.1 BIM應用目標

基于設計BIM模型，在符合相關設計規范和施工規范的前提下，對模型進行深化，消除各專業碰撞及設計不合理之處，提交審核，通過監理單位、設計單位、咨詢單位審查確認后，最終形成深化后的標準模型，并出具滿足施工要求的深化圖紙，指導現場施工。利用設計、施工階段的 BIM 應用保障項目質量和進度； 建立基于 BIM 模型和平臺的工作模式，管控各參建單位的計劃任務和督辦事項，遠程、細粒度、閉環管理，顯著提升項目組的管控效率； 利用BIM平臺，提高現場質量驗收的直觀性、合理性； 有效監管施工、監理的履約情況，促進質量提升。以項目為依托優化深圳市建筑工務署各項指引、規范文件，建立基于BIM的管理體系，實現面向全生命周期的BIM技術在城市建設工程中的集成綜合應用，為后續相似工程推進BIM技術應用管理提供示范基礎。

2.2 BIM管控體系

為了明確項目BIM實施各方的職責和規范BIM實施流程，BIM咨詢方綜合深圳市建筑工務署標準《工程項目BIM普及應用指引》及各方意見編制并完善了《BIM總體實施方案》、《BIM實施管理制度》、《施工BIM模型創建標準》、《BIM實施管控細則》四冊管理文件，從制度及流程上保證了各項BIM工作的進度及質量。

圖3 《工程項目BIM普及應用指引》

2.2.1 BIM總體實施方案

BIM咨詢方綜合深圳市建筑工務署標準《工程項目BIM普及應用指引》及各方意見編制并完善了《BIM總體實施方案》，明確工務署項目BIM實施統一要求與方案內容，為項目BIM實施工作開展提供指導依據和保障。

2.2.2 BIM實施管理制度

為了使各方的BIM工作流程標準化，并明確各實施方的管理職責，更好地推進BIM在施工階段的管理工作，BIM咨詢方根據項目需求編制了《BIM實施管理制度》，保證BIM工作有序、合理推進，提升項目整體效益。

圖4 《BIM總體實施方案》

圖5 《BIM實施管理制度》

2.2.3 施工BIM模型創建標準

規范本項目施工階段的BIM模型創建，形成規范統一的模型創建要求，提高BIM建筑信息模型的應用和質量管理，保證模型的有效轉遞和使用。

2.2.4 BIM實施管控細則

為了明確本項目BIM實施的具體范圍和內容，明確BIM實施的流程、責任主體、管理制度及評價機制，編制了BIM實施管控細則。

2.2.5 BIM應用點實施流程

前期確定BIM應用實施框架和管理辦法，利用施工標準模型、施工方案或相關標準文件，創建施工BIM應用模型。并基于模型開展相關應用點制作； 應用點通過內部自審后，提交給項目相關單位進行合理性、合規性、標準化審核； 審核通過后，由施工單位整理并分發相關應用成果，用于指導或輔助項目施工。

圖6 《施工BIM模型創建標準》

圖7 《BIM實施管控細則》

圖8 BIM應用點實施流程

2.3 BIM組織架構

項目BIM實施團隊由項目組、全過程工程咨詢單位、BIM咨詢單位、設計單位、施工單位、監理單位、造價咨詢單位等各參建單位的BIM團隊共同組成，其組織框架如圖9所示。

圖9 項目BIM實施組織架構

其中，醫療器械項目組負責項目BIM整體策劃和統籌； 項目管理單位負責協助項目組落實BIM事宜； BIM咨詢單位負責BIM實施組織、協調、管理和審核工作； 設計、施工及相關參建單位負責項目BIM實施工作。

2.4 軟硬件環境

模型是BIM實施的基礎，為了使 BIM 模型能夠在實施過程中無障礙的傳遞和共享，在項目前期，規定項目各參建單位使用同系列和版本的 BIM 軟件，包括：Revit、Navisworks、Rhino、Lumion等BIM軟件，以及工務署工程管理平臺。硬件采用高性能臺式工作站、移動工作站、無人機以及移動終端等硬件設備。

3 BIM應用

3.1 BIM模型創建

本項目施工階段的《BIM模型創建標準》從模型創建標準、模型命名標準、模型圖形設色標準、模型拆分原則、模型交付標準等方面進行編制，形成規范統一的模型創建要求，保證模型的有效轉遞和使用。為了提高BIM模型的質量，在BIM管理文件《BIM實施管理制度》中對模型的審查機制做出了統一要求：項目在前期制定建模計劃和模型標準，利用設計模型和圖紙，創建施工深化模型，模型通過內部自審后，提交給設計單位和BIM咨詢單位進行合理性、合規性、標準化審核，審核通過后，BIM咨詢單位組織模型會審會議，由各方共同確認模型成果，并在施工前，利用最終的BIM模型成果生成施工深化圖紙，指導現場施工。

圖10 模型會審工作

3.2 BIM應用情況

為提高項目施工質量，保障施工進度和各項工作的順利開展，本項目利用BIM技術結合施工工藝、施工規范，對各項BIM應用進行深化和論證，并出具對應的實施成果指導施工。本文將重點從方案論證、質量管控、安全管控三個方面進行舉例闡述。

3.2.1 基于BIM的方案論證

將所建的三維信息模型導入相關BIM施工管理軟件， 模擬現場的整個施工過程。通過對施工過程的模擬， 能更好地控制施工進度、施工質量， 及時發現施工中隱藏的問題并優化施工方案， 極大地節約了成本， 縮短工期[1]。

(1)土方開挖方案BIM論證

本項目基坑開挖深度16.1m，采用咬合樁+兩道混凝土內支撐的支護形式。施工現場場地狹小，臨近無樁基的藥檢一期建筑最近處僅6m。基坑開挖及內支撐施工危險性大，施工組織難度大、技術難點較多，施工工期緊。

項目在基坑施工階段，根據基坑特點、施工難點、現場條件及周邊環境，結合基坑施工專項方案，通過對基于BIM的基坑開挖流程模擬分析[2]，結合工時工序、施工進度計劃、施工方案等內容，重點解決了基于開挖機械、出土量計算的基坑開挖流程模擬及方案優化、分層開挖分析[3]、車輛運輸方案分析、倒運階梯廢除部分垂直運土方案可行性論證、內支撐梁下小型挖機干涉分析及挖土方案優化、洗車槽位置的合理性分析、坑內12m長鋼筋運輸方案分析，極大地保證了項目施工進度，提高了項目施工質量，有效規避了施工中可能存在的安全風險。

圖11 基坑施工模擬流程

(2)施工場地布置BIM論證

本項目的施工場地狹小，周邊與多棟原有建筑相鄰，最近的建筑離基坑距離僅6m，如何緊湊合理地布置施工場地是本項目一大難題。

利用BIM技術，對不同施工階段的場地布置進行動態規劃，對不同的場布方案進行比選，合理規劃施工現場布局，保證了施工道路的暢通，施工作業順利進行。在施工場地布置時結合施工進度，合理安排材料堆放，減少因為二次搬運而產生的費用，有效降低施工措施成本[4]。規避施工過程中可能出現的施工協調問題，保障施工計劃的順利實施。通過合理布置安全文明施工措施，有效地加強施工人員的安全意識，保障了建筑施工的質量和安全。

圖12 主體施工階段場地布置

3.2.2 基于BIM的質量管控

(1)砌體排磚BIM應用

本項目是一棟集實驗室檢測、動物飼養的科學實驗樓，其每層機電管綜錯復雜，且每層因功能需求不同導致建筑格局都不一樣，在建筑墻需要預留的洞口較多。然而復雜區域的砌體排布若不合理又往往會影響周邊墻體的施工，一旦出現問題再來修改勢必會對工期造成影響，甚至會出現大面積返工的情況。通過BIM管線綜合排布后，確定砌體墻預留孔洞位置后，優化過梁、構造柱位置以及砌體排布，減少砌塊種類，減少切割量，降低材料耗損率，提升砌筑觀感和砌筑質量[5]。

圖13 砌體預留洞口

(2)基于BIM的施工指導

本項目專業分包多，施工作業交叉面廣，工序穿插困難，總承包管理難度大，利用BIM技術，將建筑、結構、水暖電系統、純水軟水系統、實驗室空調及廢氣等系統進行整合，并建立綜合支吊架、抗震支吊架模型，綜合分析支吊架對機電模型的影響，形成完整的模型體系。生成碰撞檢測報告，調整并優化模型，完成深化設計。經深化設計后的各系統管線走向合理，各功能設備用房布局美觀， 滿足相關規范及現場施工要求[6]。

在機電管線安裝施工前，根據優化后的BIM機電深化模型，輸出各專業BIM施工圖紙，指導現場施工，減少各專業溝通成本、提高現場安裝質量，加快安裝施工進度。

圖14 模型(左)與現場(右)對比

3.2.3 基于BIM的施工現場安全管理[7]

(1)內支撐拆除BIM論證

本項目內支撐階段難點主要有兩大方面：一方面，項目施工場地狹小，施工場地內施工作業車輛的運輸路線、吊車的停放位置受到很大的制約； 另一方面，施工工期緊張，如何才能安全高效地拆除內支撐，這對施工管理提出了很大的挑戰。

采用BIM技術對內支撐拆除方案模擬、叉車行駛路徑優化、局部高低板處理、核心筒區域內支撐構件吊運、安全文明施工措施等內容進行BIM論證，有效保證了內支撐拆除過程的安全性和高效性，從而為內支撐拆除施工提供有效的依據和保障。

圖15 局部高低板處理

(2)外腳手架BIM論證

外腳手架方案編制的傳統方式是建立在對CAD圖紙的深入分析、基于二維平面圖紙對外架進行設計、從而輔助方案編制，但傳統方式對于外架的設計無法直觀地表現出來，對腳手架材料計劃也無法做到精細化統計管理。利用BIM技術，對主體結構模型進行創建，能更加直觀表現結構形體，而根據對外架的設計，通過對外架精細化模型搭建，對外架施工進行提前模擬，能更直觀地對外架施工方案進行優化，提前發現并解決特殊結構節點的架體搭設，保證了架體的安全性、美觀度。

圖16 外腳手架圍護

根據BIM深化出圖的懸挑工字鋼及連墻件[8]定位圖，指導現場預埋，通過精細化模型準確控制周轉材料使用量，減少了材料浪費現象，從而降低了材料成本，在保證施工材料足夠的情況下最大程度地緩解了現場材料堆放的壓力。對腳手架安全系統進行高度模擬保障，最大程度地降低施工風險，提高了施工質量與施工效率。

4 BIM技術創新應用

(1)基于BIM的精裝色彩方案應用

本項目集實驗室和動物房為一體，傳統的精裝設計表現形式以效果圖和二維方案圖為主，效果圖僅僅是視覺效果，基本不能利用在二維方案圖中[9]，存在圖面比例不準確、無法查看每個功能區域色彩搭配的情況。

運用BIM技術，建立精裝BIM模型，結合相關方對各個樓層裝飾裝修的要求，對墻面、地面、天花、門窗、實驗設備臺柜、燈具等模型進行材質、顏色選型。利用BIM技術的可視化模擬功能，通過第一人稱漫游或VR的方式直觀展示項目每個空間的裝修風格、色彩搭配等精裝方案，并邀請項目使用方參與其中，從多角度、全方位地查看項目未來狀態，從而為材質、色彩的選定提供決策依據，減少后期因材料選擇、色彩搭配問題而引起的變更、拆改，從而保證項目的工期和品質。

圖17 色彩方案確認

圖18 BIM模型(左)和實景(右)

(2)移動端“掃碼看模”應用

由于本項目的特殊性，機電設備管線錯綜復雜，現場施工僅查閱BIM深化圖紙仍無法理清各標段、各專業管線的空間關系。其次，項目管理人員需實時對比機電管線施工情況與模型的吻合度，作為現場施工是否按BIM成果實施的依據。為此，項目引入了BIM協同管理平臺。

利用平臺中的視圖“二維碼”分享功能，將各樓層的全專業模型分別生成二維碼。經排版、印刷后，粘貼在項目各樓層主要出入口處，使用移動端掃碼，即可方便、快捷地查看相應樓層的BIM模型。

圖19 樓層二維碼展板

圖20 移動端“掃碼看模”

5 效益分析

BIM技術應用對于經濟成本和時間成本的節約，主要體現在碰撞檢測、管線優化、預留點位、孔洞復核、方案論證、精細化管理等部分，產生了良好的經濟效益。根據可量化的數據，經過施工總承包單位技術部門的測算，對本項目做了大致的統計，如表1和表2。

表1 BIM投入費用

表2 BIM應用產出

從BIM產出和BIM投入費用比較，效益分析對比差額為：743.7-216.17=527.53萬元，獲得良好的經濟效益。

6 總結

建筑信息模型(BIM)作為一項信息化前沿技術，廣泛應用于工程建設領域，有效提升工程項目建設管理的質量和效率，推進工程建設行業的健康發展。醫療器械項目以深圳市建筑工務署各項指引、規范文件為基礎，結合項目目標，建立基于BIM的管理體系，明確項目BIM實施各方的職責和規范BIM實施流程。在基于BIM的管理體系下，項目通過BIM技術應用，能在施工準備階段更好地發現和解決傳統工作模式中不可避免的問題，將工程價值前置，減少施工實施階段的變更和返工。利用BIM輸出的成果對現場施工進行指導，有效提高施工生產效率和質量，降低溝通協調的成本。通過BIM論證和模擬施工，及時發現施工方案中存在的問題，在需要更改某些施工措施的時候，提供直觀的影響評估數據，輔助項目管理決策。

醫療器械項目利用BIM技術應用，為項目高質量建設提供有力保障，實現面向全生命周期的BIM技術在城市建設工程中的集成綜合應用，為后續相似工程推進BIM技術應用管理提供示范基礎。