基于火神山医院的装配式建筑和BIM技术浅析

翟梓翔,张卓航

(东北大学，辽宁 沈阳 110004)

建筑行业的飞速发展离不开装配式建筑有关技术的广泛应用，其运作方式大大提高了建筑工程的推进速度，而结合以新型工具——BIM的应用，又进一步解决预制装配方式中隐含的种种问题，能够更好满足建筑施工行业的运行及发展要求。

1 项目概述-火神山医院

武汉地区爆发的传染性极强的新型冠状病毒感染的肺炎，致使当地医院收治能力严重不足，在成千上万病人急需隔离治疗的境况之下，武汉火神山医院在十天内平地而起。该医院参照2003年SARS期间的北京小汤山医院模式，在武汉蔡甸区新建一家专门医院，专门收治新型冠状病毒性肺炎患者。医院总建筑面积达33900m2，住院床位1000张，设立重症监护病房、普通病房区域以及感染控制、检查、特殊诊断等辅助部门和放射学诊断等医疗单元。

2 预制装配技术——支持组件的领先技术

混凝土构件预制装配技术，又称PC建筑技术，是在工厂按照确定尺寸预先制作混凝土构件，在施工现场完成混凝土构件组装的技术。在建筑工程中，将使用预制装配技术的建筑物称为装配式建筑物，在结构工程中，将其称为装配式结构。火神山医院能够在如此短的时间内建成，其主要原因是正确使用了预制装配技术[1]。

快速地部署医疗设施正在成为预制装配式建筑的主要应用之一。火神山医院以模块化的方式组装在带有容器的医疗单元中；部分医疗单元如ICU有较高的特殊要求，采用了轻钢结构与钢制复合板。在十天之内建成一个具有1000张床位的医院，集装箱式箱体活动板房的快速拼接使这种速度成为可能。该医院的建设采用了行业中最先进的安装技术，从而最大限度地利用了其拼装式的产品，大大减少了现场操作的负担，节省大量时间。同时，在外部的拼接之后，进行完整的装配，并且场地建设和整个吊装相交以实现最大效率[2]。

只有装配式建筑物才能在紧急情况下如此快地完成施工。预制装配式的建筑形式在武汉火神山医院短工期的条件下起到了关键的作用，由先预制再拼接组成的数个模块基本组成了整个医院，预制技术的成功实施可确保在尽可能短的时间内对患者进行治疗。

而预制装配技术的应用，往往离不开BIM技术的支持，例如对施工过程的模拟，以及时发现在施工过程中可能出现的种种问题，BIM与预制装配紧密相连，是使制作的预制构件更加安全稳定，满足各种实际需求等目的达成的必要条件[3]。

3 BIM技术，建筑行业信息技术的二次革命

得益于信息技术的发展，自20世纪80年代，CAD技术已经在建筑行业起到了不可替代的作用，而BIM(建筑信息模型)技术的日益兴起，更是将信息技术在建筑行业上的应用推进到前所未有的高度，建筑行业真正进入了计算机辅助设计的时代。

建筑信息模型的定义一般可以理解为“建筑信息模型是一种物理的和功能性的数字表示，它允许信息被共享，并为设施整个生命周期的所有决策提供可靠的基础，从概念到成型到产品淘汰；在项目不同阶段，不同利益相关部门通过在BIM中上传、下载、更新和改动信息，来完成各部门的一种协同合作”[4]简单地来说，BIM技术为各设计部门、施工部门和监管部门乃至运维部门提供了一个“云平台”，真正实现了工程设计、建设、监管、维护中的信息共享。

4 BIM技术和PC建筑技术的结合使用

火神山医院十天建成并交付使用，中国基建享誉全球，现代建筑速成的秘诀归功于BIM技术和PC建筑技术的融合。PC建筑本身已经大幅提高了工程效率，但是它本身仍存在缺陷，各建设阶段各建设部门仍存在大量信息差，导致各方人员无法协调一致，造成各方矛盾、误工等[5]。将其与BIM融合，能有效地缓解这些问题。

BIM技术和PC建筑技术的结合使用可以在以下四个过程中体现。

4.1 设计过程

在工程的设计过程中，由计算机搭建云平台，各部门人员设计同时进行，最大程度上做到了标准统一，信息互通。以Revit软件为例，总结了设计过程中两种技术结合使用的优势。

各部门设计人员可以通过软件的碰撞功能，对设计中出现的冲突问题进行优化和纠正，碰撞分为软碰撞和硬碰撞两种，硬碰撞指的是建筑本身出现的管道相撞，结构冲突等问题，而软碰撞检测的是像建筑设计阶段未能为施工安装做出的设计考虑之类的问题。通常技术人员采用Navisworks对Revit的建筑信息模型进行较为科学合理的碰撞测试，虽然Revit本身也具有碰撞功能，但其主要针对硬碰撞类的问题进行检测。在一般的PC建筑工程中，经常可以看到存在预制板件未预留孔洞需要工人现场改造的情况，这种情况既增加了施工难度，又破坏了构件安全性能，BIM技术中的碰撞功能很好的解决了这个问题。

BIM技术可以在设计阶段提前计算工程量，利用对Revit进行二次开发的国产软件，能够在设计阶段就较为科学地计算出工程量。造价人员也可以利用信息模型找出对成本控制不利的节点，由设计人员对节点进行优化，进而有效控制成本[6]。

此外BIM技术下的建筑模型具有较好的可视性，也使得建筑设计的深度设计和细节设计更加便利，在进行方案筛选时，其3D可视化模型更是起到了事半功倍的作用。

4.2 预制构件的生产阶段

BIM模型使得建筑信息可读，预制构件尺寸易提取，通常BIM模型可以直接导入预制构件厂商的预制件生产设备，实现智能化生产，在生产过程中，预制构件厂商可以通过植入RFID芯片，对设计，生产，物流，安装的信息进行保存，保障了整个流程的工程质量[7]。理论上BIM信息更是可以通过3D打印的技术进行构件生产，3D打印建筑技术的开发离不开BIM和PC建筑的技术支持。

4.3 施工阶段

物联网技术已经应用于BIM和PC建筑技术中，这种技术分三种分别是[8]：

RFID(射频识别)技术

WSN(无线传感器网络)技术

GIS(地理信息系统)技术

RFID技术负责储存预制构件信息。WSN技术是物物互联的关键，其目的是降低构件传递信息的耗能，通过耗能较低的通讯协议传递构件信息，GIS技术为构件物流、施工部署提供了监督和指导可能。这三种技术所得到的信息都会储存在RFID芯片中，通过多媒体技术，甚至可以将安装信息可视化，对工人友好，对建筑质量有着更高的保证，防止了因为安装、摆放失误造成的误工，此外也将安装地点和安装人员进行记录，把责任落实到了从设计到安装的每一个环节，最大程度上保证了施工效率，保障了施工质量。

4.4 运维阶段

BIM数据库可以与物业、工程质量监管部门直接对接，使得建筑维护和后期的监督管理更加便利，根据RFID芯片上所记录的一系列信息，可以对损坏构件进行局部替换。

5 结束语

信息技术的革命为各个行业带来的改变都是革命性的，建筑行业也是如此，BIM技术和预制装配式建筑技术的结合使用是大势所趋，智能化、模块化的建筑生产也会逐渐成熟，在BIM技术和预制装配式建筑技术的结合下，各个工程流程联系更加紧凑，各部门负责人员沟通更加便捷，大幅度提高了工程速度和工程质量。