深圳市医疗器械检测和生物医药安全评价中心项目施工BIM应用

史伟民1 徐兆颖1 何季昆1 明艳丽 李醒春

(1.深圳市建筑工务署，深圳 518006； 2.上海市地下空间设计研究总院有限公司，上海 200020)

1 工程概况

1.1 项目简介

深圳市医疗器械检测和生物医药安全评价中心建设项目，位于深圳市南山区科技园中区药检院内，北环大道和深南中路之间，周边是以医疗器械和生物研发为主的产业园。新建大楼总建筑面积约4.8万m2、总建筑高度94.8m，建筑层数为地上19层，地下3层。

本项目集医疗器械检测、GLP安全性评价、微生物检测、保化毒理检测及实验动物用房等各类功能复杂的实验室为一体，垂直分布在一栋建筑中，是为科学检测与研究提供的一种特殊实验场所，在全国乃至全球范围都尚属首例。

图1 项目效果图

图2 项目场地现状

1.2 工程特点及难点

本项目将各类型实验室以及实验动物用房均集中放置在同一座建筑中，是目前全国药检系统中规模最大、工艺最复杂、涉及使用领域最广的专业高层实验大楼，项目在建设过程中面临诸多难点，主要体现在以下四方面：

(1)基坑临近原有建筑。深基坑临近周围老建筑，本项目基坑深度达16.1m，距离无桩基的药检一期建筑最近处仅6m；

(2)地下连廊等二次开挖。由于结构设计的需要，污水处理间和地下室连廊在基坑围护之外的负一层，且与地下室主体结构连为一体，这样势必造成二次开挖，带来深基坑围护、咬合桩截桩、褥垫层保护、施工缝处理、底板防水与地下室墙体防水的闭合等施工难点需要突破。尤其是对唯一进场道路的二次开挖与恢复期间，会造成其他区域断料停工；

(3)机电设备管线复杂。根据综合科学实验楼的需要，项目共设有8套空调系统、4套工艺系统、22套电气系统、13套给排水系统，多专业系统综合管线复杂，数量、种类不同于一般建筑，为保证最终的净高效果，管线安装的空间管理难度很大；

(4)专业分包单位多。由于参与项目建设的专业单位多，在项目施工过程中会面临不同专业、不同施工队伍穿插施工，对施工工艺、施工顺序、施工安全和质量的协调与管理提出很大的挑战。

1.3 对BIM的需求

针对本项目的特点及难点，需要借助先进的可视化工具来模拟和论证施工过程，提前发现并解决施工可能出现的问题，制定相关的应对措施，为项目建设提供质量、安全和进度保障。因此，医疗器械项目组在初期策划中确立了运用BIM技术贯穿于整个设计、施工过程直至项目竣工的目标，为后续BIM管理体系建设和BIM实施工作开展提供有力保障。

2 BIM管理体系建设

2.1 BIM应用目标

基于设计BIM模型，在符合相关设计规范和施工规范的前提下，对模型进行深化，消除各专业碰撞及设计不合理之处，提交审核，通过监理单位、设计单位、咨询单位审查确认后，最终形成深化后的标准模型，并出具满足施工要求的深化图纸，指导现场施工。利用设计、施工阶段的 BIM 应用保障项目质量和进度； 建立基于 BIM 模型和平台的工作模式，管控各参建单位的计划任务和督办事项，远程、细粒度、闭环管理，显著提升项目组的管控效率； 利用BIM平台，提高现场质量验收的直观性、合理性； 有效监管施工、监理的履约情况，促进质量提升。以项目为依托优化深圳市建筑工务署各项指引、规范文件，建立基于BIM的管理体系，实现面向全生命周期的BIM技术在城市建设工程中的集成综合应用，为后续相似工程推进BIM技术应用管理提供示范基础。

2.2 BIM管控体系

为了明确项目BIM实施各方的职责和规范BIM实施流程，BIM咨询方综合深圳市建筑工务署标准《工程项目BIM普及应用指引》及各方意见编制并完善了《BIM总体实施方案》、《BIM实施管理制度》、《施工BIM模型创建标准》、《BIM实施管控细则》四册管理文件，从制度及流程上保证了各项BIM工作的进度及质量。

图3 《工程项目BIM普及应用指引》

2.2.1 BIM总体实施方案

BIM咨询方综合深圳市建筑工务署标准《工程项目BIM普及应用指引》及各方意见编制并完善了《BIM总体实施方案》，明确工务署项目BIM实施统一要求与方案内容，为项目BIM实施工作开展提供指导依据和保障。

2.2.2 BIM实施管理制度

为了使各方的BIM工作流程标准化，并明确各实施方的管理职责，更好地推进BIM在施工阶段的管理工作，BIM咨询方根据项目需求编制了《BIM实施管理制度》，保证BIM工作有序、合理推进，提升项目整体效益。

图4 《BIM总体实施方案》

图5 《BIM实施管理制度》

2.2.3 施工BIM模型创建标准

规范本项目施工阶段的BIM模型创建，形成规范统一的模型创建要求，提高BIM建筑信息模型的应用和质量管理，保证模型的有效转递和使用。

2.2.4 BIM实施管控细则

为了明确本项目BIM实施的具体范围和内容，明确BIM实施的流程、责任主体、管理制度及评价机制，编制了BIM实施管控细则。

2.2.5 BIM应用点实施流程

前期确定BIM应用实施框架和管理办法，利用施工标准模型、施工方案或相关标准文件，创建施工BIM应用模型。并基于模型开展相关应用点制作； 应用点通过内部自审后，提交给项目相关单位进行合理性、合规性、标准化审核； 审核通过后，由施工单位整理并分发相关应用成果，用于指导或辅助项目施工。

图6 《施工BIM模型创建标准》

图7 《BIM实施管控细则》

图8 BIM应用点实施流程

2.3 BIM组织架构

项目BIM实施团队由项目组、全过程工程咨询单位、BIM咨询单位、设计单位、施工单位、监理单位、造价咨询单位等各参建单位的BIM团队共同组成，其组织框架如图9所示。

图9 项目BIM实施组织架构

其中，医疗器械项目组负责项目BIM整体策划和统筹； 项目管理单位负责协助项目组落实BIM事宜； BIM咨询单位负责BIM实施组织、协调、管理和审核工作； 设计、施工及相关参建单位负责项目BIM实施工作。

2.4 软硬件环境

模型是BIM实施的基础，为了使 BIM 模型能够在实施过程中无障碍的传递和共享，在项目前期，规定项目各参建单位使用同系列和版本的 BIM 软件，包括：Revit、Navisworks、Rhino、Lumion等BIM软件，以及工务署工程管理平台。硬件采用高性能台式工作站、移动工作站、无人机以及移动终端等硬件设备。

3 BIM应用

3.1 BIM模型创建

本项目施工阶段的《BIM模型创建标准》从模型创建标准、模型命名标准、模型图形设色标准、模型拆分原则、模型交付标准等方面进行编制，形成规范统一的模型创建要求，保证模型的有效转递和使用。为了提高BIM模型的质量，在BIM管理文件《BIM实施管理制度》中对模型的审查机制做出了统一要求：项目在前期制定建模计划和模型标准，利用设计模型和图纸，创建施工深化模型，模型通过内部自审后，提交给设计单位和BIM咨询单位进行合理性、合规性、标准化审核，审核通过后，BIM咨询单位组织模型会审会议，由各方共同确认模型成果，并在施工前，利用最终的BIM模型成果生成施工深化图纸，指导现场施工。

图10 模型会审工作

3.2 BIM应用情况

为提高项目施工质量，保障施工进度和各项工作的顺利开展，本项目利用BIM技术结合施工工艺、施工规范，对各项BIM应用进行深化和论证，并出具对应的实施成果指导施工。本文将重点从方案论证、质量管控、安全管控三个方面进行举例阐述。

3.2.1 基于BIM的方案论证

将所建的三维信息模型导入相关BIM施工管理软件， 模拟现场的整个施工过程。通过对施工过程的模拟， 能更好地控制施工进度、施工质量， 及时发现施工中隐藏的问题并优化施工方案， 极大地节约了成本， 缩短工期[1]。

(1)土方开挖方案BIM论证

本项目基坑开挖深度16.1m，采用咬合桩+两道混凝土内支撑的支护形式。施工现场场地狭小，临近无桩基的药检一期建筑最近处仅6m。基坑开挖及内支撑施工危险性大，施工组织难度大、技术难点较多，施工工期紧。

项目在基坑施工阶段，根据基坑特点、施工难点、现场条件及周边环境，结合基坑施工专项方案，通过对基于BIM的基坑开挖流程模拟分析[2]，结合工时工序、施工进度计划、施工方案等内容，重点解决了基于开挖机械、出土量计算的基坑开挖流程模拟及方案优化、分层开挖分析[3]、车辆运输方案分析、倒运阶梯废除部分垂直运土方案可行性论证、内支撑梁下小型挖机干涉分析及挖土方案优化、洗车槽位置的合理性分析、坑内12m长钢筋运输方案分析，极大地保证了项目施工进度，提高了项目施工质量，有效规避了施工中可能存在的安全风险。

图11 基坑施工模拟流程

(2)施工场地布置BIM论证

本项目的施工场地狭小，周边与多栋原有建筑相邻，最近的建筑离基坑距离仅6m，如何紧凑合理地布置施工场地是本项目一大难题。

利用BIM技术，对不同施工阶段的场地布置进行动态规划，对不同的场布方案进行比选，合理规划施工现场布局，保证了施工道路的畅通，施工作业顺利进行。在施工场地布置时结合施工进度，合理安排材料堆放，减少因为二次搬运而产生的费用，有效降低施工措施成本[4]。规避施工过程中可能出现的施工协调问题，保障施工计划的顺利实施。通过合理布置安全文明施工措施，有效地加强施工人员的安全意识，保障了建筑施工的质量和安全。

图12 主体施工阶段场地布置

3.2.2 基于BIM的质量管控

(1)砌体排砖BIM应用

本项目是一栋集实验室检测、动物饲养的科学实验楼，其每层机电管综错复杂，且每层因功能需求不同导致建筑格局都不一样，在建筑墙需要预留的洞口较多。然而复杂区域的砌体排布若不合理又往往会影响周边墙体的施工，一旦出现问题再来修改势必会对工期造成影响，甚至会出现大面积返工的情况。通过BIM管线综合排布后，确定砌体墙预留孔洞位置后，优化过梁、构造柱位置以及砌体排布，减少砌块种类，减少切割量，降低材料耗损率，提升砌筑观感和砌筑质量[5]。

图13 砌体预留洞口

(2)基于BIM的施工指导

本项目专业分包多，施工作业交叉面广，工序穿插困难，总承包管理难度大，利用BIM技术，将建筑、结构、水暖电系统、纯水软水系统、实验室空调及废气等系统进行整合，并建立综合支吊架、抗震支吊架模型，综合分析支吊架对机电模型的影响，形成完整的模型体系。生成碰撞检测报告，调整并优化模型，完成深化设计。经深化设计后的各系统管线走向合理，各功能设备用房布局美观， 满足相关规范及现场施工要求[6]。

在机电管线安装施工前，根据优化后的BIM机电深化模型，输出各专业BIM施工图纸，指导现场施工，减少各专业沟通成本、提高现场安装质量，加快安装施工进度。

图14 模型(左)与现场(右)对比

3.2.3 基于BIM的施工现场安全管理[7]

(1)内支撑拆除BIM论证

本项目内支撑阶段难点主要有两大方面：一方面，项目施工场地狭小，施工场地内施工作业车辆的运输路线、吊车的停放位置受到很大的制约； 另一方面，施工工期紧张，如何才能安全高效地拆除内支撑，这对施工管理提出了很大的挑战。

采用BIM技术对内支撑拆除方案模拟、叉车行驶路径优化、局部高低板处理、核心筒区域内支撑构件吊运、安全文明施工措施等内容进行BIM论证，有效保证了内支撑拆除过程的安全性和高效性，从而为内支撑拆除施工提供有效的依据和保障。

图15 局部高低板处理

(2)外脚手架BIM论证

外脚手架方案编制的传统方式是建立在对CAD图纸的深入分析、基于二维平面图纸对外架进行设计、从而辅助方案编制，但传统方式对于外架的设计无法直观地表现出来，对脚手架材料计划也无法做到精细化统计管理。利用BIM技术，对主体结构模型进行创建，能更加直观表现结构形体，而根据对外架的设计，通过对外架精细化模型搭建，对外架施工进行提前模拟，能更直观地对外架施工方案进行优化，提前发现并解决特殊结构节点的架体搭设，保证了架体的安全性、美观度。

图16 外脚手架围护

根据BIM深化出图的悬挑工字钢及连墙件[8]定位图，指导现场预埋，通过精细化模型准确控制周转材料使用量，减少了材料浪费现象，从而降低了材料成本，在保证施工材料足够的情况下最大程度地缓解了现场材料堆放的压力。对脚手架安全系统进行高度模拟保障，最大程度地降低施工风险，提高了施工质量与施工效率。

4 BIM技术创新应用

(1)基于BIM的精装色彩方案应用

本项目集实验室和动物房为一体，传统的精装设计表现形式以效果图和二维方案图为主，效果图仅仅是视觉效果，基本不能利用在二维方案图中[9]，存在图面比例不准确、无法查看每个功能区域色彩搭配的情况。

运用BIM技术，建立精装BIM模型，结合相关方对各个楼层装饰装修的要求，对墙面、地面、天花、门窗、实验设备台柜、灯具等模型进行材质、颜色选型。利用BIM技术的可视化模拟功能，通过第一人称漫游或VR的方式直观展示项目每个空间的装修风格、色彩搭配等精装方案，并邀请项目使用方参与其中，从多角度、全方位地查看项目未来状态，从而为材质、色彩的选定提供决策依据，减少后期因材料选择、色彩搭配问题而引起的变更、拆改，从而保证项目的工期和品质。

图17 色彩方案确认

图18 BIM模型(左)和实景(右)

(2)移动端“扫码看模”应用

由于本项目的特殊性，机电设备管线错综复杂，现场施工仅查阅BIM深化图纸仍无法理清各标段、各专业管线的空间关系。其次，项目管理人员需实时对比机电管线施工情况与模型的吻合度，作为现场施工是否按BIM成果实施的依据。为此，项目引入了BIM协同管理平台。

利用平台中的视图“二维码”分享功能，将各楼层的全专业模型分别生成二维码。经排版、印刷后，粘贴在项目各楼层主要出入口处，使用移动端扫码，即可方便、快捷地查看相应楼层的BIM模型。

图19 楼层二维码展板

图20 移动端“扫码看模”

5 效益分析

BIM技术应用对于经济成本和时间成本的节约，主要体现在碰撞检测、管线优化、预留点位、孔洞复核、方案论证、精细化管理等部分，产生了良好的经济效益。根据可量化的数据，经过施工总承包单位技术部门的测算，对本项目做了大致的统计，如表1和表2。

表1 BIM投入费用

表2 BIM应用产出

从BIM产出和BIM投入费用比较，效益分析对比差额为：743.7-216.17=527.53万元，获得良好的经济效益。

6 总结

建筑信息模型(BIM)作为一项信息化前沿技术，广泛应用于工程建设领域，有效提升工程项目建设管理的质量和效率，推进工程建设行业的健康发展。医疗器械项目以深圳市建筑工务署各项指引、规范文件为基础，结合项目目标，建立基于BIM的管理体系，明确项目BIM实施各方的职责和规范BIM实施流程。在基于BIM的管理体系下，项目通过BIM技术应用，能在施工准备阶段更好地发现和解决传统工作模式中不可避免的问题，将工程价值前置，减少施工实施阶段的变更和返工。利用BIM输出的成果对现场施工进行指导，有效提高施工生产效率和质量，降低沟通协调的成本。通过BIM论证和模拟施工，及时发现施工方案中存在的问题，在需要更改某些施工措施的时候，提供直观的影响评估数据，辅助项目管理决策。

医疗器械项目利用BIM技术应用，为项目高质量建设提供有力保障，实现面向全生命周期的BIM技术在城市建设工程中的集成综合应用，为后续相似工程推进BIM技术应用管理提供示范基础。