BIM 技術(shù)在西安某醫(yī)學(xué)中心的應(yīng)用

鄒立，顏建國

（西安理工大學(xué)，陜西 西安 710048）

0 引言

BIM 作為數(shù)字化設(shè)計和建造工具，可集成和應(yīng)用在整個項目策劃、設(shè)計、施工、維護(hù)和拆除等各個方面，應(yīng)用前景廣泛，應(yīng)用方向眾多。但在實際工程管理的應(yīng)用過程中，仍然存在不能最大化發(fā)揮和應(yīng)用BIM技術(shù)的現(xiàn)實情況。行業(yè)痛點在于：①設(shè)計、招投標(biāo)、現(xiàn)場施工、結(jié)算均以二維圖為主的行業(yè)基調(diào)長期未改變。②BIM 全專業(yè)建模建設(shè)周期長，二維圖紙可以更快的完善和修改問題。③BIM 深化圖不具有設(shè)計單位二維圖紙的強(qiáng)制落實性。這些痛點一直制約著BIM 技術(shù)的發(fā)展。針對以上問題，本篇將以BIM 技術(shù)在某康復(fù)醫(yī)學(xué)中心的應(yīng)用為例，著重從項目存在的具體問題和應(yīng)用點出發(fā)，在脫離繁重而無效的翻模工作中討論BIM 技術(shù)的應(yīng)用對項目管理的促進(jìn)作用[1]。

1 案例情況

以某康復(fù)醫(yī)學(xué)中心建筑工程項目為例，針對工程全過程管理及BIM 技術(shù)的運用實效展開探討。該項目項目占地約200000m2，總建筑面積約42 萬m2，范圍包括康復(fù)醫(yī)學(xué)中心樓、后勤保障樓、生殖醫(yī)學(xué)樓及相應(yīng)地下車庫，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)。其中，康復(fù)醫(yī)學(xué)中心樓由3 棟塔樓及人字形裙房組成，地上15 層，地下2 層，建筑高度73m；橢圓形后勤保障樓地上5 層，地下2 層，建筑高度31m；生殖醫(yī)學(xué)中心地上5 層，地下1 層。該項目為集醫(yī)療、教學(xué)、科研、體檢、保健為一體的三級甲等醫(yī)院。圖1 為裝飾裝修階段施工模擬。

圖1 裝飾裝修階段施工模擬

2 BIM 技術(shù)在該項目應(yīng)用的意義

2.1 應(yīng)用BIM 技術(shù)，提升競爭實力

（1）BIM 技術(shù)的應(yīng)用有利于提升企業(yè)形象。BIM 技術(shù)作為建設(shè)行業(yè)中一項重要的數(shù)字化工具，已經(jīng)受到越來越多企業(yè)的關(guān)注和應(yīng)用。BIM 技術(shù)通過數(shù)字化建模，實現(xiàn)了建設(shè)行業(yè)從傳統(tǒng)“二維平面圖紙”向“三維空間模型”的轉(zhuǎn)變，極大地提升了企業(yè)的形象[2]。

（2）BIM 技術(shù)提高了企業(yè)的制造效率。BIM 技術(shù)中的數(shù)字化建模早在設(shè)計中就考慮了建筑材料、配件和工藝制造等問題，可提前避免很多工程上的問題，使生產(chǎn)的效率更高，減少了制造缺陷和誤差。

（3）BIM 技術(shù)提高了企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。BIM 技術(shù)中可以集成BIM 協(xié)同平臺，項目各方可以更好地進(jìn)行溝通協(xié)作，實現(xiàn)多方面的數(shù)據(jù)協(xié)同共享，可更好地滿足客戶需求，提高項目效率和服務(wù)質(zhì)量。

2.2 應(yīng)用BIM 技術(shù)，探究預(yù)存在問題

（1）結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，施工組織難度大。項目整體造型復(fù)雜，其中地下兩層車庫，且部分車庫貫穿既有已投入使用的市政雨污水和燃?xì)夤苈?，交匯區(qū)域長約90m、寬約25m。項目地上3 層采用人字形造型。同時一期工程處于肥槽回填階段，在確保一期回填土方量的同時，盡量減少土方外運而。諸多因素大大增加項目總體部署和管理難度。項目應(yīng)用BIM 技術(shù)對施工過程以時間為軸線進(jìn)行三維模擬，有效的預(yù)測施工過程中的重難點，提前進(jìn)行干預(yù)、協(xié)調(diào)和管理。

（2）單體面積大，群塔作業(yè)協(xié)調(diào)難。項目建筑面積42 萬m2，根據(jù)項目施工部署至少需13 臺塔吊同時作業(yè)才能滿足項目施工需求。施工過程中既要滿足單臺塔吊覆蓋施工區(qū)域廣、不影響卸料平臺及施工電梯等其他施工設(shè)施的安拆，同時還要滿足13 臺塔吊群塔作業(yè)安裝、頂升和作業(yè)過程中不發(fā)生相互制約影響施工效率或相互碰撞。對項目塔吊安裝、頂升和使用提出了更高的要求。

（3）涉及醫(yī)療凈化，多專業(yè)協(xié)同難。首先，相比傳統(tǒng)施工的粗放式管理，醫(yī)療設(shè)備進(jìn)場、施工、安裝和運維難度高，需要多專業(yè)技術(shù)人員的參與，這對施工管理都提出了更高的要求[2]。其次，醫(yī)療項目協(xié)調(diào)復(fù)雜，醫(yī)院由多個科室組成的，施工期間不僅需要協(xié)調(diào)各醫(yī)療專業(yè)的配合，還要在有限的時間里管理諸多專業(yè)分包協(xié)同施工。最后，醫(yī)療項目需求的資金龐大，需要建設(shè)單位、設(shè)計單位和總承包單位共同優(yōu)化，以提供最合適的方案。

2.3 應(yīng)用BIM 技術(shù)，探索擬解決方向

（1）運用BIM 技術(shù)圖審，提前發(fā)現(xiàn)和解決問題；BIM技術(shù)圖審是基于建筑信息模型的圖紙審核和演繹過程。BIM 技術(shù)圖審能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計不合理之處，降低項目的質(zhì)量隱患，提前預(yù)防問題、優(yōu)化協(xié)同作業(yè)、有效控制成本、測算施工時間，從而實現(xiàn)提前預(yù)防問題的目的。

（2）運用BIM 施工模擬，在預(yù)先解決碰撞問題；BIM 技術(shù)可以在設(shè)計和施工過程中實現(xiàn)碰撞檢測，BIM模型可用來模擬施工過程的各個階段，并確定可能的碰撞問題。這可以有助于團(tuán)隊更好地了解建筑和工程的復(fù)雜性，并更準(zhǔn)確地計劃施工過程，避免不必要的成本和時間浪費。

（3）運用BIM 輔助醫(yī)療管理，優(yōu)化醫(yī)療工藝。BIM可以模擬設(shè)計規(guī)劃醫(yī)療設(shè)施、優(yōu)化醫(yī)療工序輔助醫(yī)療機(jī)構(gòu)設(shè)計。通過建模和軟件分析，可以更好地理解設(shè)計、功能和空間布局的影響，幫助項目優(yōu)化每個設(shè)計和施工環(huán)節(jié)，從而制定出更優(yōu)化的方案。

（4）組織BIM 協(xié)調(diào)會議，做好分包協(xié)同管理。BIM協(xié)調(diào)會可不僅能實現(xiàn)多專業(yè)在線會議，同時能將施工中可能出現(xiàn)的問題可視化交底，及時協(xié)調(diào)每個施工階段和關(guān)鍵節(jié)點各專業(yè)分包的穿插情況，更高效的對下一步工作安排進(jìn)行跟蹤和管理。

3 BIM 技術(shù)實用性分析，助力現(xiàn)場工程管理

3.1 輔助總平面及施工部署

首先，應(yīng)用BIM 技術(shù)輔助空間規(guī)劃，通過空間規(guī)劃來完善施工部署[3]。通過施工部署模擬，施工人員可以更好地了解項目施工限制和優(yōu)化空間規(guī)劃。其次，項目應(yīng)用BIM 技術(shù)輔助物料管理，通過使用3D 模型，可以更好地理解和規(guī)劃物料的使用和儲存方式，優(yōu)化物料管理流程。最后，BIM 輔助總平面布置防止施工沖突，包括進(jìn)出場道路、臨建布局等。通過施工模擬可以避免工期延誤和額外的成本。

3.2 兩期工程協(xié)同土方平衡

該項目應(yīng)用BIM 技術(shù)，采用Civil 3D 軟件進(jìn)行土方開挖、土方倒運和土方回填建模，實現(xiàn)最大限度的合理土方內(nèi)倒，減少土方外運作業(yè)。為土方分包和建設(shè)單位節(jié)省時間與資金支出。采用Civil 3D 土方平衡預(yù)算，得出康復(fù)項目需挖方54.89 萬m3，國醫(yī)需填方12.02 萬m3，康復(fù)需填方8.97 萬m3，實際土方外運量33.90 萬m3，節(jié)省土方外運量20.99 萬m3。綜合經(jīng)濟(jì)效益為1400 多萬元。

3.3 交錯式群塔作業(yè)可視化管理

根據(jù)施工組織設(shè)計總要求需13 臺塔吊同作業(yè)才能滿足施工需求，群塔作業(yè)防碰撞成為設(shè)備管理的重中之重。平面圖紙塔吊規(guī)劃錯綜復(fù)雜，容易出現(xiàn)考慮不周的局面[4]。運用BIM 技術(shù)模擬施工進(jìn)度并同步對塔吊設(shè)備建模，模擬不同階段各塔吊工況，做到“一臺塔吊調(diào)整，群塔作業(yè)聯(lián)動”的效果。并導(dǎo)出各階段塔吊工況數(shù)據(jù)。

3.4 潔凈手術(shù)室垂直層流分析

層流手術(shù)室具有潔凈度高、氣流流速恒定、高?？諝膺^濾特點和要求。手術(shù)室空氣中允許容許的顆粒數(shù)量極少，一般為每立方米不超過10 萬個0.5μm 以下顆粒。層流手術(shù)室需要設(shè)置強(qiáng)制機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，確保氣流流速恒定。同時手術(shù)室內(nèi)需要安裝多層空氣過濾器，有效過濾空氣中的顆粒物和細(xì)菌等有害物質(zhì)，保證手術(shù)室內(nèi)潔凈的環(huán)境。應(yīng)用BIM 技術(shù)中的fluent 軟件對額定風(fēng)量下進(jìn)排風(fēng)口的位置進(jìn)行模擬，可最大程度滿足室內(nèi)潔凈空氣高效穩(wěn)定循環(huán)。潔凈手術(shù)室氣流分析如圖2 所示。

圖2 潔凈手術(shù)室氣流分析

3.5 地下動力管廊綜合應(yīng)用分析

康復(fù)中心項目動力需系統(tǒng)穿越既有市政道路接入醫(yī)學(xué)中心動力系統(tǒng)。康復(fù)中心項目開工之時此市政道路已完成施工，施工前存在以下問題：①施工時間緊迫，施工方僅有一個月的道路圍擋施工權(quán)限，期間需完成地下綜合管廊土方開、管廊結(jié)構(gòu)及安裝工程、防水保溫、土方回填、市政道路恢復(fù)等相關(guān)工[5]。②康復(fù)中心、市政道路、醫(yī)學(xué)中心隸屬3 家設(shè)計單位分別設(shè)計，各單位提供的圖紙存在一定程度的偏差。③市政道路燃?xì)夤苈凡荒苤袛?，此外還有雨、污水等管道需做保護(hù)和改道方案。④原管廊內(nèi)普通支吊架可能存在承載力不足的情況。

針對以上問題，應(yīng)用BIM 技術(shù)提出以下解決方案：①根據(jù)工期，合理推演施工組織設(shè)計。②按現(xiàn)有圖紙分別對康復(fù)中心、地下動力管廊、醫(yī)學(xué)中心相應(yīng)位置建模，暴露軸線和豎向標(biāo)高問題，反推設(shè)計加以調(diào)整。③根據(jù)3D 施工模擬，分批做好對市政燃?xì)夤艿?、雨污水管道做保護(hù)、改道措施。④應(yīng)用受力分析軟件計算普通支吊架可能存在承載力不足，最終各參建方同意變更為抗震支吊架。

3.6 BIM 在日照分析方面的探索

在建項目不同朝向所接收光照時間及強(qiáng)度有所不同，每日混凝土養(yǎng)護(hù)時間和強(qiáng)度也自然不同。項目采用BIM 技術(shù)相關(guān)分析軟件對在建工程全天日照強(qiáng)度分析，針對日照強(qiáng)的部位根據(jù)具體數(shù)值量化養(yǎng)護(hù)時間和養(yǎng)護(hù)成本，加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)。同時也符合綠色施工的理念。

3.7 BIM 輔助混泥土提資及三算對比

一般建設(shè)項目中混凝土材料成本占整體項目材料成本約30%，若項目含有大型基礎(chǔ)工程或抗震設(shè)計等級較高的建筑，混凝土占比則更高，因此混凝土用量的節(jié)約和控制無疑將節(jié)省建設(shè)成本。但是在實際施工中混凝土用量往往存在3 個不同的參數(shù)：①施工單位的清單預(yù)算量。②商混單位的小票量。③BIM 模型商混預(yù)算量。三者之間往往存在5%～10%的量差。項目應(yīng)用BIM 技術(shù)輔助商混用量分析。首先，利用BIM進(jìn)行商混量模型提資，同時對比清單預(yù)算量及小票實際量，進(jìn)行物資盈虧分析。其次，計算出實際節(jié)約量（小票實際量-清單預(yù)算量），幫助項目控制、節(jié)約實際混凝土用量。最后，計算出預(yù)算節(jié)約量（BIM 提資量-清單預(yù)算量），分析造成混凝土浪費的原因，加以控制。

3.8 BIM 技術(shù)輔助方案優(yōu)化及現(xiàn)場交底

該主樓地下一層層高6.15m，主樓與車庫交接部位2.5m 高差部位，采用2.5m 高梁封閉，存在高大支模情況。項目還存在頂板2m 厚防輻射外溢的質(zhì)子中心，以及局部車庫頂板停機(jī)坪等符合高大支模的施工部位。各專項施工方案缺少直觀的三維布局，存在方案核心意圖不能傳達(dá)到一線施工作業(yè)團(tuán)隊中，存在一定安全隱患。針對危大工程施工方案采用BIM 技術(shù)直觀表達(dá)各專家意見和設(shè)計者的意圖，并根據(jù)受力分析軟件進(jìn)行承載力計算，采用BIM 技術(shù)進(jìn)行架體精準(zhǔn)排布，并對理論不易發(fā)現(xiàn)的位置進(jìn)行優(yōu)化，最大限度消除關(guān)鍵環(huán)節(jié)的安全隱患。

4 結(jié)語

本項目以某康復(fù)醫(yī)學(xué)中心項目為載體，結(jié)合醫(yī)療項目對診療、科研、教學(xué)等集成度高，同時滿足手術(shù)室等醫(yī)療設(shè)施安裝及合理布局、大型醫(yī)療器械運輸安裝及使用便捷性等高標(biāo)準(zhǔn)多種功能的特殊行業(yè)需求背景下，應(yīng)用BIM 技術(shù)參與項目全過程管理。過程中通過平臺數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)參建各方了解項目實際問題和進(jìn)展，也在一定程度上應(yīng)用BIM 技術(shù)的各工具和算法，預(yù)測、識別和解決潛在的風(fēng)險。同時進(jìn)一步增強(qiáng)了團(tuán)隊的協(xié)作和溝通，提高項目生產(chǎn)效率和安全質(zhì)量等級。