BIM技术在同济医院光谷院区质子大楼项目中的应用*

林华敏，刘世夔，俞刚林，王 伟，黄心颖，李志正，陈芬芬，王梅杰

(1.中建三局集团有限公司工程总承包公司，湖北 武汉 430064； 2.艾比蒙(武汉)信息技术有限公司，湖北 武汉 430064； 3.华中科技大学同济医学院附属同济医院，湖北 武汉 430030)

1 工程概况

华中科技大学同济医学院附属同济医院光谷院区质子大楼项目位于光谷院区东北角，值班后勤楼南侧(见图1)。项目总建筑面积约12 500m2，地上6层，地下1层，建筑高度为30.8m，包含肿瘤科4 322m2，核医学科5 019m2，国家医学中心2 186m2，是亚洲首台正式运营的超小型单室质子刀综合诊疗中心。

图1 武汉同济质子大楼项目效果

2 重难点分析

1)设计协调难度大 该项目采用EPC总承包模式，设计周期短，且需协调各设备服务厂家，提前考虑各专业及设备预埋安装空间，协同设计困难。

2)设备安装定位要求高 质子大楼有回旋加速器、质子加速器、磁共振加速器、直线加速器、PET-CT，PET-MR，SPECT，MR，CT等大型医疗设备，安装、调试难度大。

3)预埋安装精度要求高 质子加速器支架、治疗机架和治疗床需预埋在指定位置，且每个预埋件在长、宽方向的误差≤1mm/m，预埋精度控制难度极大。

4)机电管线复杂 项目机电管线复杂，除常规管线外，还包含医疗专项管道，项目净空高度有限，管线安装施工困难。

3 BIM创新应用

3.1 基于BIM的正向设计优化

项目前期各品牌设备厂家、设计、施工方重点深化设计质子机房、加速器区域及地下室底板，提前理清设备，满足安装及预埋定位要求，同步建立主体结构、设备、预埋件等BIM模型，开展协同正向设计工作。

项目前期成立BIM专班，采用欧特克系列软件建立全专业BIM模型(见图2)。结合初始设计图纸建立结构、建筑、机电、设备、钢筋等全专业模型，综合分析各专业间空间关系，解决碰撞问题，优化设计图纸精度。

图2 质子大楼项目BIM模型

项目地下室筏板结构复杂，降板标高多达20余种，原设计筏板高差处采用45°倒角连接，经BIM建模发现，多区域倒角连接形式会加大降板区土方开挖难度，且模板搭设及垫层施工困难，增加施工成本，经与设计协调，将变标高处连接优化为直角形式，降低施工难度，节省混凝土用量(见图3)。

图3 筏板优化示意

3.2 基于BIM的成本核算管控

本项目因地下室筏板降板繁多，质子机房、加速器区构造复杂，传统算量方法难以保证工程量的准确性，而质子机房因功能特殊，需采用重混凝土浇筑，价格昂贵，因此成本管控尤为重要。项目借助BIM技术对地下室筏板及质子机房进行精细化建模，精确创建各降板区节点，并借助BIM插件完成各构件间的空间剪切关系，同时按照抗渗及防辐射要求，拆分质子机房模型，赋予对应材质，最后借助Revit模型自带明细表功能，按混凝土类型及强度等级输出工程量表，指导商务成本核算及材料采购。

3.3 质子机房钢筋深化

质子机房因防辐射要求较高，墙体设计厚度达3.35m，墙体内钢筋密集，且降板、设备吊装口及其他洞口区域的钢筋做法复杂，通过BIM钢筋翻样建立可视化钢筋模型，详细深化集水井、电缆沟、柱帽、门洞、吊装口及治疗层板厚渐变区域(见图4)。并利用Fuzor施工模拟软件，模拟钢筋排布施工，优化钢筋下料方案，确定最优下料顺序。输出三维节点大样图及各型号钢筋下料大样图，辅助施工人员更加高效地理解图纸，提高作业效率。

图4 质子机房钢筋模型

3.4 质子区机房预埋BIM深化

质子区机房包含质子加速器及CT等设备，预埋件多达20余种，包含机架支架、治疗支架、治疗床支架、PA-X射线预埋件、视频传输线导管、填充管、信号导管、CT滑轨、钢梯架锚点、防坠落锚点、检修平台及其他机电管线预埋管道等，且需避让机房墙体钢筋，预埋安装定位困难、施工难度极大。质子区机房三维效果如图5所示。

图5 质子区机房三维效果

BIM团队在深化钢筋模型的基础上，建立精细化预埋件模型，结合厂家设备安装要求，进一步深化埋件安装位置，分析埋件与埋件、埋件与钢筋间的碰撞关系，合理利用墙体内空间，调整埋件点位，并根据钢筋网片及保护层厚度，优化锚点套筒规格尺寸。在质子加速器埋件方面，重点深化导管、机架支架及治疗层支架，质子加速器因安装特殊性，要求支架安装精度控制在7mm内，墙体混凝土浇筑振捣对其影响较大，因此在支架底部及侧面安放专项角钢定位埋件，从平面定位及标高方面同步控制支架安装精度，大幅降低施工对定位的影响。治疗床高精度定位钢结构布置如图6所示。

图6 治疗床高精度定位钢结构布置

质子区辐射较强，辐射为直线穿透或反射，因此防辐射措施与传统辐射房间不同，机电管线及预埋套管不能垂直于墙体预埋，需采用Z字形方式预埋施工。项目借助BIM可视化技术，在机房有限的墙体空间内，对入墙管线进行Z字形预排，满足防辐射要求，且能检验预埋件安装空间是否足够，质子区经BIM深化发现，门洞区域因高度空间不足，不能采用竖向翻弯方式，将风管及水管优化为水平翻弯形式，解决竖向安装空间不足的问题(见图7)。

图7 质子机房管线翻弯优化

3.5 非质子区机房机电安装BIM深化

本工程机电管线涉及专业多，除常规管线外包含医疗气体等专项管道，管线密集，项目对净高要求较高，传统作业方式难以满足净高功能使用及业主要求，且施工过程中易出现专业间管线碰撞或因分包施工预留空间不足导致拆改返工的问题，采用BIM技术创建风、水、电、医疗专项等管道模型，综合分析各管道空间定位关系，解决碰撞问题，优化排布方案，提升净高，减少返工，缩短施工工期。

1)碰撞优化 质子机房南侧走道及直线加速器热室区域管线错综复杂，通过集成各专业管道模型，借助专业软件，系统分析管线间的碰撞点位，并输出可视化碰撞报告，指导碰撞调整。通过优化管线密集部位的路由及排布方案，减少管道翻弯、规避碰撞，从而提升净高。项目累计解决有效碰撞点位1 365处，优化方案72处，为安装施工一次成优提供可靠的模型数据。

2)净高控制 利用BIM可出图性，通过优化后的管线模型，输出各楼层各功能分区的净高色块图，实测优化后的管底净高，组织业主、设计、施工单位共同确认，研讨不满足要求区域的解决方案，做进一步优化处理，直至满足业主及项目功能要求。

本工程通过虚拟模型提前验证管线综合方案的可实施性，尤其是地下室走道区域，管线排布多达4层，可提前解决走道净高通病，为精装设计提供指导性数据。

3)综合支吊架深化 为确保安装一次成型，最大限度增加建筑使用空间，项目采用综合支吊架进行管道安装，借助品茗插件开展支吊架深化设计工作，计算各类型支吊架受力情况，合理选择支架型钢，布置各楼层点位，通过不断优化布置形式及间距，确定最优支吊架方案，在保障施工质量及安全的同时，节省大量钢材，避免因各分包协调问题造成的安装返工。

4)深化设计出图 基于深化后的零碰撞管线综合模型，正向输出管线综合图、单专业平面图、综合剖面图、管线三维图、结构留洞图、砌体留洞图、支架基础定位图及大样图等，以精确指导管线安装。

4 BIM应用效益

本项目因施工难度大及设备安装的特殊要求，施工前引入BIM技术，从设计、施工维度，分别研究BIM技术正向设计、成本核算、钢筋翻样、预埋安装、机电优化等应用，为项目创造多方面的效益。

通过BIM辅助正向设计，优化设计图纸的准确性，可大幅减少图纸变更。通过BIM辅助成本核算，为项目节省大量价格高昂的材料用量。在钢筋施工及预埋安装方面，基于BIM可视化优化多项施工方案，提高现场作业效率，节省施工工期。基于BIM对机电安装进行深化，确保项目管线安装质量一次成优，最大程度减少返工。

5 结语

质子医院类项目机电安装管线繁多、复杂，质子机房预埋件繁多，施工难度较高。合理应用BIM技术综合分析预埋工程及机电安装工程，能显著提升项目质量、安全、成本等各方面效益。

本项目通过研究BIM技术在设计及施工方面的应用，为减少变更、提升施工质量、缩短工期、节约成本等创造效益，并总结BIM技术在质子医院类项目中的实际应用价值，探索出切实有效的应用方向。