基于BIM 技術的某醫院地下車庫管線綜合應用研究

徐天耀XU Tian-yao；佘遠彪SHE Yuan-biao；朱佳能ZHU Jia-neng

（龍信建設集團有限公司，南通 226100）

0 引言

醫院項目是重大的民生工程之一，隨著時代的發展，醫護人員與患者對醫院的使用功能提出了更高的要求，需要智能化、全面化、高端化、舒適化的空間領域，因此大、中型醫院均將自身的建設目標定位為“智慧醫院”，與多種信息技術相結合，打造成為醫療、教學、科研、預防保健、康復為一體的醫療機構。與住宅項目相比，醫院項目要求不同的房間具備相應的使用功能，在機電安裝方面，除了空調系統、通風系統、給水、排水、消防噴淋系統、燃氣系統、強弱電系統、防排煙系統等傳統的機電管線系統外，醫院還有分質供水系統、醫用氣體系統、物流管道系統、潔凈凈化系統等醫院特殊管道系統。房間的凈高要求越嚴格，必然會縮減管線空間，大幅度提高施工難度。采用Revit 軟件，對機電系統進行深化設計，將機電設備房、管線綜合進行三維可視化顯現，可以在施工前確保管線和機電設備的空間布局，更好的滿足各系統在精度方面的要求。

當前，我國學者主要對BIM 管線綜合優化設計方面研究較多，對BIM 技術在施工階段的實踐應用優化研究較少。對于施工企業來說，BIM 模型大多用于投標階段的可視化應用，在施工階段很少利用BIM 技術解決技術難題。當前，我國BIM 技術的研究主要集中在虛擬設計、虛擬施工和仿真模擬。李健等人[1]在模型構建、綜合碰撞分析、綜合調整分析及優化設計四個方面對BIM 技術在機電管線綜合深化設計應用方面進行了研究。韓杰等人[2]介紹了廣州南沙醫院項目概況與施工重難點，根據施工圖搭建BIM 模型，并對機電管線進行深化設計，減少了施工過程中機電各專業與醫療相關專業的碰撞與沖突，大幅度提高了項目進度，減少了機電安裝成本。王毅雄[3]以某醫院項目為例，從設計、優化、施工各階段對進BIM 技術優化應用進行了分析，論述了BIM 技術對建筑機電設備領域應用的優勢。

1 項目概況

海門北部新城醫學綜合體（中醫院新院）一期項目是海門市的重大民生工程之一，本項目用地面積64710m2，總建筑面積121363m2，其中地上89383m2，地下31830m2。本工程設計使用年限50 年，總投資約6.5 億元，核定床位800 床，日門診量約為2800 人次。本工程位于江蘇省南通市海門區北部新城內，東臨瑞江路，西臨珠江路，南臨河海路，北臨紅海路。

項目包括門診樓、醫技樓、住院部、后勤樓、行政樓、污水處理站、垃圾站、門衛、警務室、液氧站以及變電所等12個子單位工程，地下室機電設備用房包括排風機房、鍋爐房、制冷機房、生活水泵房、消防泵房、純水機房、進風機房、冷庫、弱電機房等，其中包括物流管道系統、潔凈凈化系統等特殊類型管道系統。此醫院項目地下車庫機電安裝大型醫療設備的安裝和特殊要求的管道安裝較為復雜，故在管線綜合調整過程中技術要求較高，難度較大。該醫院項目地下車庫機電工程包含電氣、通風空調、給排水、消防等專業和大型醫療設備的安裝、特殊管道的安裝，各類管線繁多復雜，機電設計與施工是關鍵環節，在設計、優化、施工階段運用BIM 技術對項目進行優化設計，通過BIM管理平臺完成機電設備房、管線綜合的優化設計提前預見施工問題，確保在施工前機電設備、管線的布置滿足現場施工的要求，避免出現返工和浪費材料的現象。本文以海門北部新城醫學綜合體（中醫院新院）一期項目為例，在地下車庫機電工程項目中，利用BIM 術將各專業三維可視化，提供新的方案設計方法，優化方案階段的沖突，并制定合適的施工方法，從而完善項目精確度，加快施工進度，提供工程質量，減少工程成本。

2 BIM 應用流程

BIM 技術的應用應從項目合同簽訂時刻開始，BIM 技術相關人員就應進場做好準備工作，針對項目本身制定好專屬對應的BIM 方案和細則，并合理分配人員開展相關工作。應用Revit、Navisworks 等相關BIM 軟件建立起全專業的模型，隨后做好機電系統的管線碰撞檢查和房間凈高分析工作，并導出相關報告，反饋給上級單位，并據此控制好房間及走廊的凈空高度，進行管綜優化，反復檢測修改后得到施工模型，接著做好工程量統計和支吊架布置工作，最終輸出各專業圖紙指導施工[4]。BIM 技術的應用流程圖如圖1 所示。BIM 深化設計流程圖如圖2 所示。[5]

圖1 BIM 技術的應用流程圖

圖2 BIM 深化設計流程圖

2.1 各專業BIM 模型搭建

BIM 技術通過互聯網與各類軟件將建筑信息、組織架構和技術設備聯結在一起，實現了建筑項目的信息化、高效化管理[5]。BIM 技術以設計圖紙為依據搭建數據模型，為項目提供技術服務，各專業模型搭建的精度與速度對現場指導施工影響較大，數據模型應用于項目的整個生命周期，因此項目要求各主要參與方在前期能夠及早的確定并及時參與進來，協同工作[6]。項目在設計、施工階段對BIM模型精度的要求各不相同，根據業主方的要求確定模型精度，搭建模型，能夠提供工作效率。英國AEC（UK）以及美國建筑學會（AIA）組織對BIM 模型建立精度（Level of Detail，LOD）進行了相關定義。美國建筑學會將模型精度分 為 五 階 段，各 分 別 為LOD100、LOD200、LOD300、LOD400 及LOD500，每一階段LOD 模型內容必須符合所訂定的度要求[7]。

不同專業在項目各階段對BIM 模型精度的要求也大不相同。本工程依據設計圖紙對醫院地下車庫管綜機電安裝模型進行搭建，涉及暖通、給排水、消防、電氣以及醫療專項等專業，根據圖紙修改優化后的模型精度要求需要能夠現場施工指導。因此在項目設計階段就確定了模型精度為LOD300，即在模型中能夠體現各元素的數量、構件的位置、方向以及相互之間的關系。

2.2 凈高與車位、車道轉型分析

醫院除了傳統的機電管線系統外，還有醫療專項管線系統和大型設備的安裝線路，造成某部分管線碰撞而導致的凈高不足。本項目在設計階段根據完善后的施工圖紙預先搭建BIM 模型，能夠提前發現項目地下車庫管線安裝的相關問題，并報送甲方及設計院，同時組織技術人員解決相關問題。BIM 模型可以讓項目管理人員更直觀的規劃好各專業管線的排布方案，在保證凈空高度滿足規范要求的前提下，預留出檢修空間和施工距離，盡可能減少管材的損耗，降低施工的周期和難度，制定最合理的管綜方案。

甲方和業主要求地下車庫停車位的數量和布局要滿足規劃要求，但在實際施工過程中，由于結構、建筑、機電、暖通、給排水各專業及醫療專項設計變更，可能對靠近車行道、設備機房或柱身部位的停車位區域做出優化調整。運用BIM 技術搭建三維可視化模型，能夠提前發現圖紙中存在的問題，根據模型數據能夠清晰直觀的了解停車位的數量和區域，使停車位數量和空間布局符合總體規劃的要求。根據標準規范要求地下車庫的凈高需滿足最低標高限制，本項目地下車庫包含機械停車位，普通車位，電梯廳和車道，其中地下車庫機械車位需滿足凈高3.6m 的要求，對管線進行綜合排布與優化的同時，不僅需要管線綜合排布美觀合理，還需要將機械車位凈高要求作為重要參考因素，滿足規范要求的凈高標準，預留盡可能多的凈高高度。

2.3 碰撞檢查

醫院的機電管線系統眾多，管徑也較大，其中包含潔凈凈化系統、物流管道系統和醫用氣體系統等特殊管道系統，在實際施工過程中，容易發生機電管線碰撞現象。因此在設計階段，運用Revit、Navisworks 等軟件，將搭建好的BIM 模型導入Navisworks 軟件中，對各專業模型之間的碰撞進行檢查與優化，并將檢查的結果出具相應的碰撞檢查報告。設計人員再根據碰撞檢查報告，對機電管線位置進行優化，從而有效避免因發生機電管線碰撞造成的拆改返工現象，在節省材料的同時，加快了項目的施工進度。

將地下室土建結構模型和機電模型導入BIM 碰撞檢測平臺進行碰撞檢測。碰撞檢測完成后，平臺中會顯示碰撞部位，然后進行碰撞點篩選，生成碰撞檢測報告，共發現碰撞點109 處，其中各專業內部碰撞點46 處，不同專業之間的碰撞點63 處，碰撞報告中詳細明確的給出了碰撞點定位、名稱及描述。主要碰撞點集中在建筑、結構與機電安裝專業的給排水、暖通、電氣管道。

2.4 管線綜合優化

在設計初期，設計院根據初步設計圖紙搭建BIM 模型，再聯合甲方、業主、施工單位、醫療專項設計單位對此模型的管線布局進行討論，最終結合各方意見確定醫院的管綜方案，設計單位再根據各方意見對模型進行優化調整，分析出地下車庫合理凈空高度和各專業管線布局中存在的問題，最終對管線布局進行優化處理。從而在項目施工階段能夠加快項目進度，避免材料浪費，合理設計施工工序，減少返工，提高工人勞動生產率，增加項目的綜合效益。醫院為提高醫用物品運輸效率，本工程采用氣動物流與箱式物流系統。醫院氣動物流系統是將現代通訊技術與光機電一體化技術相結合，通過專用管道系統將醫院各個部門連接在一起。運用BIM 技術能夠預先發現物流管道與其他專業管道之間有無碰撞沖突，提前對物流管道進行布局，確保滿足醫院物流系統的使用要求。

2.5 洞口預留及支吊架深化

利用BIM 技術搭建的三維模型，能夠從各個角度對地下車庫的預留孔洞及凈高進行優化設計，同時考慮醫療專項等特殊管線的空間排布，根據不同專業的管線布局和管徑參數來確定預留洞口的尺寸、標高及平面位置，并在各專業模型中標記孔洞位置，出具施工圖紙，指導現場施工，為后續機電安裝工作提供施工依據。為滿足凈高最低高度和醫院不同房間使用功能的要求，需要對支吊架進行深化設計，滿足施工要求，并排布整齊，美觀合理。

2.6 管線綜合出圖

傳統的紙質圖紙各專業項目信息雜亂，利用BIM 技術，先建立各專業模型，進行碰撞檢查、管線優化，再出具施工圖紙，能夠將設計與現場緊密聯系起來，利用BIM 技術不僅可以導出二維平面圖，還可以對于復雜節點導出節點大樣圖，管道的層次關系直觀、明確，加強施工人員對項目的了解，提高工作效率，可以依照設計標準完成管道的施工質量和進度控制[8]。

3 BIM 施工階段應用

3.1 施工質量、安全管理

施工質量和安全是項目管理人員最關注的兩個方面，本項目運用BIM 技術將信息技術與現場施工聯結在一起，構建了建筑信息化共享模式，項目管理人員借助BIM 管理平臺能夠更便捷得對項目的質量、安全進行管理。現場管理人員能夠及時將現場施工過程中存在的質量、安全問題上傳至信息管理平臺，各方管理人員在平臺上可以進行信息共享，并將存在的問題通過三維模型顯現出來。技術人員依托BIM 模型可以更精準、快速的對現場質量、安全問題進行整改，并在之后的施工過程中避免類似問題的發生，從而進一步提高工程質量，消除安全隱患，保障施工安全。運用BIM 技術搭建的管理平臺有利于管理人員實時掌握現場情況，及時發現并解決問題，提高項目的管理效率。

3.2 施工進度管理

在施工初期，項目部會根據人員配置、項目規模、班組數量來制定施工進度，在施工過程中，項目管理人員根據此施工進度計劃對施工進度進行控制往往存在偏差，因為在實際現場施工過程中，天氣狀況、材料設備、組織架構、班組數量、施工工藝、政府政策等方面都會對施工進度造成影響，通過BIM 技術可以將影響施工進度的因素考慮進去，將初步制定的施工進度計劃與各類因素進行結合，根據資源、班組的實時變化，對現場進度進行動態的監控和糾偏，加快施工進度，保證工程在規定的工期內完工，節約成本。運用建筑三維模型可以更直觀的反映工程進度，將實際進度與計劃進度進行比較，可以更準確的找出影響工期的主要因素，并對整個工程的風險進行動態的控制。

4 結語

醫院地下車庫項目涉及專業繁多，機電管線安裝復雜，施工難度較高。本文以海門北部新城醫學綜合體（中醫院新院）一期地下車庫機電管線安裝項目為依托，進而探索BIM 技術在優化機電管線路徑上的應用，主要體現在通過搭建各專業三維模型分析多專業、跨專業協同碰撞檢測及優化；根據一次結構施工情況對二次結構的預留孔洞位置、線路排布位置進行調整，通過模型和優化圖紙指導現場施工；通過對各專業管線進行碰撞分析，借助Navisworks 軟件對碰撞結果進行統計分析，深化支吊架設計，滿足項目凈高要求，使得管線排布美觀合理，并對多種方案進行比選，最終確定機電管線路徑最優方案，滿足中醫院項目在進度、質量、安全、成本等方面的要求，也為BIM 技術應用于醫院地下車庫管線優化提供了參考。