大型医院建筑项目BIM管线综合设计应用

魏昌智，丁 盛，余 浩，王世亮，陈 浩

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

现如今大型医院均致力于将自身打造成为信息技术领先的“智慧医院”，为医护人员和患者提供高端化、全方位、智能化、舒适化的空间领域。导致大型医院建筑项目房间的使用功能要求也在不断地提高，在机电方面，除传统的机电管线系统外，还有洁净空调系统、物流管道系统等医院特殊管道系统，使其在保证房间净高要求的情况下，管线空间愈发减小，施工难度愈发加大。采用基于Revit 平台的三维可视化管线综合设计方式，可以有效避免参照二维机电管线综合图纸无法直观体现出管线综合效果的弊端，且因其以三维模型可视化方式体现，在精度要求满足的情况下，还可以作为医院运行后的机电系统运维使用。

BIM 应用贯穿项目始终，从设计阶段入手，在三维模型中做好项目施工应用前的模拟工作，通过净高分析、碰撞检查、管综优化、预留预埋、支吊架深化、管线分段、工程量统计、输出图纸等一系列的深化设计应用。在项目施工阶段，配合BIM 三维可视化交底，尽可能避免因施工工序及方法问题引起的拆改及返工现象，达成加快施工进度和节省材料的目标，从而提高项目的综合收益。后续搭配BIM5D 平台从质量、安全、进度三方面的应用控制，为最终实现项目的全生命周期运营管理奠定基础。

1 项目概况

合肥长丰县北城医院项目是合肥的重大民生工程之一，医院设计采用“院中院”模式，融入“智慧、人性、生态、绿色”的理念。本项目建成后将成为整个华东地区最大的一所医院，总建筑面积约42.7 万m2，总投资约31 亿元，用地282.2亩，地上总建筑面积28 2975.63m2，地下总建筑面积146 907.53m2，设计床位1 900 张。本工程位于合肥北城新区龙湖路以北，汤都路以南，谯城路以东，阜阳北路以西。合肥长丰县北城医院项目效果图如图1 所示。

图1 合肥长丰县北城医院

工程包括突发公共卫生事件救治及骨伤中心、妇幼医学中心、眼耳鼻咽喉及口腔中心、综合科教中心、感染楼、污水处理站以及开闭所等11 个子单位工程，下设冷冻机房、生活冷热水泵房、消防泵房、变电所等设备用房。包括轨道物流小车系统、洁净空调系统等特殊类型管道系统。此医院项目业主对BIM 精度要求拟达到LOD400 精度，包含了完整制造、设备安装组装、细部施工所需的信息，模型将作为中心数据库整合到医院运营和维护系统中，故在建模模型过程中需要模型的精度达到较高的标准，各类族信息完全，且要保证模型与后期现场施工的一致性。又因为本项目为大型医院，超重梁区域较多，最大规格为900mm×1 800mm，机电大型医疗设备的安装和特殊要求的管道安装又较为复杂，故在管线综合调整过程中技术要求较高，难度较大。施工现场专业分包较多（主要有消防、人防、装饰装修、智能化单位），总包管理及协调亦为项目管理重点。

2 BIM应用流程

BIM 技术应贯穿项目始终，从项目签署时刻起，BIM 就应进场做好相关准备工作，针对项目本身制定好专属对应的BIM 方案和细则，并合理分配人员开展相关工作。应用Revit、Navisworks 等相关BIM 软件建立起全专业的模型，随后做好机电系统的管线碰撞检查和房间净高分析工作，并导出相关报告，反馈给上级单位，并据此控制好房间及走廊的净空高度，进行管综优化，反复检测修改后得到施工模型，接着做好工程量统计和支吊架布置工作，最终输出各专业图纸指导施工。BIM 技术的应用流程图如图2 所示。BIM 设计阶段管线综合流程如图3 所示。

图2 BIM技术应用流程图

图3 BIM设计管线综合流程图

2.1 各专业模型搭建及净高分析

大型医院的层高通常较低，但因为建筑功能要求的愈加完善，导致管线系统和大型设备繁多。在设计阶段，利用BIM 技术预先建立起项目的三维模型可以预先发现项目整体的相关问题，及时进行处理并反馈甲方及设计院，同时组织管综会议，让各专业分包管理人员能够在可视化的三维模型环境下及时的讨论交流。使得能够预先根据管线运输的介质和管径的大小规划好各条管线复杂的走廊大体上的排布方案，在保证净空高度的基础上，预留出检修空间和施工距离，尽可能减少管材的损耗，降低施工的周期和难度，确定出最为合理的管综方案。

同时医院的轨道物流小车系统、洁净空调系统等特殊管道系统对室内的净空干扰比较大，容易出现净高不满足的情况。故应在确定好机电管综方案的BIM 模型中，预先做出各房间的净高分析，同时出具净高分析报告，如图4 所示。再根据出具的净高分析报告，结合现场实际情况及房间所需负荷，找出合理的解决方案，并报送甲方及设计单位确认。

图4 净高分析

2.2 碰撞检查

大型医院机电管线系统繁多，管径较大，又有轨道物流小车系统、洁净空调系统等特殊管道系统，且医院建筑层高普遍较低，超重梁过大，在实际施工时，容易发生机电管线碰撞现象。故在项目正式施工前，需要将在Revit软件中建立好的BIM 模型导入Navisworks 软件中做好机电模型自身管线间和机电管线与土建模型间的碰撞检查工作，并将检查的结果出具相应的碰撞检查报告。再根据碰撞检查报告，找出对应模型中机电管线位置进行管线综合修改，从而有效避免因发生机电管线碰撞造成的拆改返工现象，在节省材料的同时，加快了项目的施工进度。项目中水管系统碰撞检查三维模型如图5 所示。

图5 水管碰撞三维模型

2.3 管线综合优化

在设计阶段，依托建立好的BIM 模型通过各方管综会议确定好医院各条管线复杂走廊的管综方案后，在根据分析出房间的合理净空高度和机电碰撞检查出的问题，进行细化管线综合处理工作，包括：机电管线布置、设备摆放、末端连接处理、管线引出位置等，最终完成管综优化处理工作。进而在施工阶段，减少材料的损耗，设计好合理的工序，提高人员的利用率，加快项目进度，提高项目的综合效益。

为提高医院在实际使用过程的医用物品运输效率，故此医院项目采用医用轨道物流系统。医用轨道物流系统广泛应用于大型综合医院中，医护人员通过计算机技术集中控制各个物流站点的轨道传输，分为箱式物流管道和管道式物流管道，箱式物流管道内部以合金轨道作为运输路径，管道式物流管道分为垃圾回收管道及被服回收管道，从而建立医疗物品运输及医用垃圾回收运输专用通道，在各个区域间实现快速高效的物品传递。因此类管道需经常将物品进行输送与回收，故需将其排布在管线最下方，又因为此类管道尺寸较大，不能翻弯，易对其他管线造成较大影响，应用BIM 技术预先将其尽量与其他管线避开排布，若不能避开，即将其他管线对其避让排布。物流管道小车系统与其他管线系统综合排布情况如图6 所示。

图6 物流管道小车系统排布

管线综合中的重要环节包含了机房安装的质量要求，利用BIM 技术在满足设计图纸和使用功能的前提下，进行优化设计，优化过程中充分考虑设备位置及尺寸，对设备的摆放位置进行调节，使得机房能满足设备安装、维修、试运行的要求。因机房管线管径尺寸较大，需尽量减少管线翻弯，同时考虑管道附件的安装间距和设备的摆放位置，重新对管线的路由及高程进行排布，使排布出的管线既满足机房的使用要求，又达到整齐、美观的效果。冷冻机房管综排布如图7 所示。

图7 冷冻机房管综排布

2.4 洞口预留及支吊架深化

利用BIM 技术建立可视化三维模型在模型中从各个角度参考管线的分层排布，翻弯位置及阀门设备的定位，同时考虑物流轨道等特殊管线的空间排布，在建筑结构模型中，做好管线的一次和二次预留孔洞工作，根据管线的空间位置和管径大小确定好洞口尺寸、中心标高及平面位置，出具预留洞口图纸，并在施工阶段据此施工，方便后续机电的安装工作。

为满足安装要求和保证走廊净高，利用BIM技术进行管线综合排布，对此区域进行综合支吊架设计，使其安装符合施工要求，美观合理。项目中管线洞口预留和支吊架布置三维模型如图8所示。

图8 洞口预留及支吊架排布

2.5 管道分段及工程量统计

传统的机电安装模式，存在大量的现场加工环节，不仅难以保障加工质量，导致材料浪费，同时也影响安装进度，直接关系到机电安装的成本。应用BIM 技术对管线进行预制化分段设计编号，数字化描述机电管线从预制到安装的整个过程，实现机电管线从工厂规模化预制、仓库数字化管理和现场高精度安装的一体化综合管理和施工。管线分段模型如图9 所示。

图9 管线预制化分段

通过建立专业的BIM 模型，工作量可以分专业来计算统计。根据模型统计的工程量仅为净工作量，不等同于工程采购量、预算量。使用BIM建筑信息模型来替代图纸，计算机将会把模型当作真实的建筑来看待，土建和机电构件的各项信息可以在模型建立及管综完成后，由Revit 软件中的明细表功能直接提取生成统计表格。BIM 的核心即是信息，例如：构件名称、生产厂家、长度、尺寸、数量等信息都可直接反映在明细表当中，并且在修改模型的同时，对应信息也将反映到明细表之中做到实时更新，在实际施工中，现场工程师可依据此明细表进行提取工程量，从而加快了工程算量的速度和精度，降低人力资源的浪费。

3 BIM施工阶段应用

建筑施工管理往往具有涉及面广、工作量大、制约性强、信息流量大等特点，信息流动复杂而频繁。在激烈的市场竞争环境下，传统的项目管理模式在速度、可靠性和经济可行性等方面明显制约了施工企业的生存和可持续发展。建筑信息化技术的应用从经济、技术和工程应用三个方面保证了建筑工程数字化和现代化的可行性。在施工阶段，BIM5D 协同管理平台是近些年较为火热的建筑信息化应用方向，轻量化、仿真性、信息化作为其主要的特点，通过现场工程师上传信息做到实时与现场同步，方便项目各方直接在平台上查看审核文件和解决现场问题，并做到信息留存，从质量、安全、进度三方面对现场进行实时把控。

3.1 施工质量、安全管理

施工阶段项目质量、安全的控制工作可基于BIM 体系构建建筑信息化共享模式进行协同管理，基于BIM5D 协同管理平台可将这一体系进行信息化展现。预先将优化完成的项目BIM 模型导入BIM5D 平台作为云端轻量化模型，现场管理人员将施工各阶段遇到的质量、安全问题实时上传到BIM5D 平台当中，并将其一一对应到模型上的问题发生点位，同时共享给各方管理人员，做到全员信息共享，并参与到现场的质量、安全把控工作中。这样有利于将现场问题的情况做到全员知晓和实时解决，在今后能够提前采取预防措施，增强项目的管理能力，并将问题梳理汇总形成文件资料，归为项目自控管理档案，作为项目案例，为今后的项目的实施提供参考。

3.2 施工进度管理

在施工阶段常用施工进度计划来控制施工现场的进度，而在实际现场的施工中，施工进度常常受到多方面的影响，例如：施工工序、天气状况、材料入场情况、劳务人员数量、项目管理水平等，通过BIM5D 协同管理平台可以将以上全部的现场信息进行录入，并且和施工进度计划相结合，根据现场各方面资源的实时变化，做到实时调整项目的施工进度计划，保证现场工作的实施，尽可能地加快施工进度。

利用建筑信息模型直接控制工程进度，可以根据建筑信息模型和工程量清单制定施工进度计划，将施工进度的实际值与计划值进行比较，对工程延误进行预警，动态控制整个工程的风险。实现了不同施工方案的灵活比较，找出了影响工期的潜在风险。当设计发生变更时，运用BIM 技术也能迅速调整施工进度。

4 结语

大型医院项目属于机电管线复杂，施工难度较高的建筑工程，本文以一个实际应用BIM 技术的医院项目的案例来探索机电管线路由路径优化可通过三维模型可视化表达及管线优化成果分析确立多方案进行方案比选，从而选择机电管线路由路径最优方案，提升工作效率，提高工程质量；探索结构洞口预留预埋的BIM 应用主要是对二次结构的预留洞口位置、套管位置进行调整，更新预留洞口图通过模型实现多方协调并通过参数化精确洞口预留预埋进行探索及优化；探索机电管线碰撞分析可通过模型参数化进行碰撞及可视化表达碰撞结果进行统计分析。通过分析进行多专业跨专业协同碰撞检测及优化，在类似此类大型医院项目中合理应用BIM 技术进行管线综合分析设计能够显著提升项目质量、安全、成本等各方面效益，也为后续BIM 技术在同类型工程项目中的实际应用提供了参考。