BIM技術在同濟醫院光谷院區質子大樓項目中的應用*

林華敏，劉世夔，俞剛林，王 偉，黃心穎，李志正，陳芬芬，王梅杰

(1.中建三局集團有限公司工程總承包公司，湖北 武漢 430064； 2.艾比蒙(武漢)信息技術有限公司，湖北 武漢 430064； 3.華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院，湖北 武漢 430030)

1 工程概況

華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院光谷院區質子大樓項目位于光谷院區東北角，值班后勤樓南側(見圖1)。項目總建筑面積約12 500m2，地上6層，地下1層，建筑高度為30.8m，包含腫瘤科4 322m2，核醫學科5 019m2，國家醫學中心2 186m2，是亞洲首臺正式運營的超小型單室質子刀綜合診療中心。

圖1 武漢同濟質子大樓項目效果

2 重難點分析

1)設計協調難度大 該項目采用EPC總承包模式，設計周期短，且需協調各設備服務廠家，提前考慮各專業及設備預埋安裝空間，協同設計困難。

2)設備安裝定位要求高 質子大樓有回旋加速器、質子加速器、磁共振加速器、直線加速器、PET-CT，PET-MR，SPECT，MR，CT等大型醫療設備，安裝、調試難度大。

3)預埋安裝精度要求高 質子加速器支架、治療機架和治療床需預埋在指定位置，且每個預埋件在長、寬方向的誤差≤1mm/m，預埋精度控制難度極大。

4)機電管線復雜 項目機電管線復雜，除常規管線外，還包含醫療專項管道，項目凈空高度有限，管線安裝施工困難。

3 BIM創新應用

3.1 基于BIM的正向設計優化

項目前期各品牌設備廠家、設計、施工方重點深化設計質子機房、加速器區域及地下室底板，提前理清設備，滿足安裝及預埋定位要求，同步建立主體結構、設備、預埋件等BIM模型，開展協同正向設計工作。

項目前期成立BIM專班，采用歐特克系列軟件建立全專業BIM模型(見圖2)。結合初始設計圖紙建立結構、建筑、機電、設備、鋼筋等全專業模型，綜合分析各專業間空間關系，解決碰撞問題，優化設計圖紙精度。

圖2 質子大樓項目BIM模型

項目地下室筏板結構復雜，降板標高多達20余種，原設計筏板高差處采用45°倒角連接，經BIM建模發現，多區域倒角連接形式會加大降板區土方開挖難度，且模板搭設及墊層施工困難，增加施工成本，經與設計協調，將變標高處連接優化為直角形式，降低施工難度，節省混凝土用量(見圖3)。

圖3 筏板優化示意

3.2 基于BIM的成本核算管控

本項目因地下室筏板降板繁多，質子機房、加速器區構造復雜，傳統算量方法難以保證工程量的準確性，而質子機房因功能特殊，需采用重混凝土澆筑，價格昂貴，因此成本管控尤為重要。項目借助BIM技術對地下室筏板及質子機房進行精細化建模，精確創建各降板區節點，并借助BIM插件完成各構件間的空間剪切關系，同時按照抗滲及防輻射要求，拆分質子機房模型，賦予對應材質，最后借助Revit模型自帶明細表功能，按混凝土類型及強度等級輸出工程量表，指導商務成本核算及材料采購。

3.3 質子機房鋼筋深化

質子機房因防輻射要求較高，墻體設計厚度達3.35m，墻體內鋼筋密集，且降板、設備吊裝口及其他洞口區域的鋼筋做法復雜，通過BIM鋼筋翻樣建立可視化鋼筋模型，詳細深化集水井、電纜溝、柱帽、門洞、吊裝口及治療層板厚漸變區域(見圖4)。并利用Fuzor施工模擬軟件，模擬鋼筋排布施工，優化鋼筋下料方案，確定最優下料順序。輸出三維節點大樣圖及各型號鋼筋下料大樣圖，輔助施工人員更加高效地理解圖紙，提高作業效率。

圖4 質子機房鋼筋模型

3.4 質子區機房預埋BIM深化

質子區機房包含質子加速器及CT等設備，預埋件多達20余種，包含機架支架、治療支架、治療床支架、PA-X射線預埋件、視頻傳輸線導管、填充管、信號導管、CT滑軌、鋼梯架錨點、防墜落錨點、檢修平臺及其他機電管線預埋管道等，且需避讓機房墻體鋼筋，預埋安裝定位困難、施工難度極大。質子區機房三維效果如圖5所示。

圖5 質子區機房三維效果

BIM團隊在深化鋼筋模型的基礎上，建立精細化預埋件模型，結合廠家設備安裝要求，進一步深化埋件安裝位置，分析埋件與埋件、埋件與鋼筋間的碰撞關系，合理利用墻體內空間，調整埋件點位，并根據鋼筋網片及保護層厚度，優化錨點套筒規格尺寸。在質子加速器埋件方面，重點深化導管、機架支架及治療層支架，質子加速器因安裝特殊性，要求支架安裝精度控制在7mm內，墻體混凝土澆筑振搗對其影響較大，因此在支架底部及側面安放專項角鋼定位埋件，從平面定位及標高方面同步控制支架安裝精度，大幅降低施工對定位的影響。治療床高精度定位鋼結構布置如圖6所示。

圖6 治療床高精度定位鋼結構布置

質子區輻射較強，輻射為直線穿透或反射，因此防輻射措施與傳統輻射房間不同，機電管線及預埋套管不能垂直于墻體預埋，需采用Z字形方式預埋施工。項目借助BIM可視化技術，在機房有限的墻體空間內，對入墻管線進行Z字形預排，滿足防輻射要求，且能檢驗預埋件安裝空間是否足夠，質子區經BIM深化發現，門洞區域因高度空間不足，不能采用豎向翻彎方式，將風管及水管優化為水平翻彎形式，解決豎向安裝空間不足的問題(見圖7)。

圖7 質子機房管線翻彎優化

3.5 非質子區機房機電安裝BIM深化

本工程機電管線涉及專業多，除常規管線外包含醫療氣體等專項管道，管線密集，項目對凈高要求較高，傳統作業方式難以滿足凈高功能使用及業主要求，且施工過程中易出現專業間管線碰撞或因分包施工預留空間不足導致拆改返工的問題，采用BIM技術創建風、水、電、醫療專項等管道模型，綜合分析各管道空間定位關系，解決碰撞問題，優化排布方案，提升凈高，減少返工，縮短施工工期。

1)碰撞優化 質子機房南側走道及直線加速器熱室區域管線錯綜復雜，通過集成各專業管道模型，借助專業軟件，系統分析管線間的碰撞點位，并輸出可視化碰撞報告，指導碰撞調整。通過優化管線密集部位的路由及排布方案，減少管道翻彎、規避碰撞，從而提升凈高。項目累計解決有效碰撞點位1 365處，優化方案72處，為安裝施工一次成優提供可靠的模型數據。

2)凈高控制 利用BIM可出圖性，通過優化后的管線模型，輸出各樓層各功能分區的凈高色塊圖，實測優化后的管底凈高，組織業主、設計、施工單位共同確認，研討不滿足要求區域的解決方案，做進一步優化處理，直至滿足業主及項目功能要求。

本工程通過虛擬模型提前驗證管線綜合方案的可實施性，尤其是地下室走道區域，管線排布多達4層，可提前解決走道凈高通病，為精裝設計提供指導性數據。

3)綜合支吊架深化 為確保安裝一次成型，最大限度增加建筑使用空間，項目采用綜合支吊架進行管道安裝，借助品茗插件開展支吊架深化設計工作，計算各類型支吊架受力情況，合理選擇支架型鋼，布置各樓層點位，通過不斷優化布置形式及間距，確定最優支吊架方案，在保障施工質量及安全的同時，節省大量鋼材，避免因各分包協調問題造成的安裝返工。

4)深化設計出圖 基于深化后的零碰撞管線綜合模型，正向輸出管線綜合圖、單專業平面圖、綜合剖面圖、管線三維圖、結構留洞圖、砌體留洞圖、支架基礎定位圖及大樣圖等，以精確指導管線安裝。

4 BIM應用效益

本項目因施工難度大及設備安裝的特殊要求，施工前引入BIM技術，從設計、施工維度，分別研究BIM技術正向設計、成本核算、鋼筋翻樣、預埋安裝、機電優化等應用，為項目創造多方面的效益。

通過BIM輔助正向設計，優化設計圖紙的準確性，可大幅減少圖紙變更。通過BIM輔助成本核算，為項目節省大量價格高昂的材料用量。在鋼筋施工及預埋安裝方面，基于BIM可視化優化多項施工方案，提高現場作業效率，節省施工工期。基于BIM對機電安裝進行深化，確保項目管線安裝質量一次成優，最大程度減少返工。

5 結語

質子醫院類項目機電安裝管線繁多、復雜，質子機房預埋件繁多，施工難度較高。合理應用BIM技術綜合分析預埋工程及機電安裝工程，能顯著提升項目質量、安全、成本等各方面效益。

本項目通過研究BIM技術在設計及施工方面的應用，為減少變更、提升施工質量、縮短工期、節約成本等創造效益，并總結BIM技術在質子醫院類項目中的實際應用價值，探索出切實有效的應用方向。