BIM 技术在医院洁净手术部施工中的运用

高家骅 吴国斌 杨 伟 张自成 刘 颂

洁净手术部是医院的重要部门，被称为“医院的心脏”。从建筑角度看，洁净手术部由手术室和辅助用房组成，主要分为2 种建筑形式：一种是以全部洁净手术室为中心，包括辅助用房在内，形成一个完善的功能区域；另一种是以部分洁净手术室为中心，包括辅助用房在内，与普通手术部并存，形成独立的功能区域[1]。为满足医疗服务需求，洁净手术部的施工质量验收要求较高，在解决专业安装冲突、机电点位不协调等问题的过程中，建筑信息模型BIM 技术得到广泛应用。本文结合实践探讨了BIM 技术在医院洁净手术部施工中的运用，以供有关人士参考。

1 BIM 技术及其在建筑行业中的应用

1.1 BIM技术的核心软件

1.1.1 Revit软件

该软件是一款建筑三维设计产品，能帮助设计师设计、建造、维护质量更好、能效更高的建筑。Revit 支持可持续设计、碰撞检测、施工规划，有助于承包商更好地与业主方、设计师、工程师进行沟通协作。利用该软件能对建筑自由建模和参数化设计，快速创建三维形状，从概念模型到施工作业的整个流程均在直观环境下完成，具有较高的灵活性和精确性。

1.1.2 图形算量软件

目前，建筑行业采用清单计价方式，工程量计算是一个重点，利用图形算量软件不仅能代替人工作业，还能提高计算效率，避免出现人为差错。以广联达的图形算量软件为例，内置全国各地现行清单、定额计算规则等内容，能处理复杂的结构和部位，具有高效建模、三维绘图、分类统计、报表反查及数据共享等功能，可完成招投标、施工、竣工结算环节的工程量计算等任务。

1.1.3 VDP软件

虚拟现实设计平台（Virtual Design Platform，VDP）融合了虚拟现实（Virtual Reality，VR）、增强现实（Augmented Reality，AR）、混合现实（Mixed Reality，MR）等技术，是一站式设计工具[2]。VDP 软件可以导入多种3D 模型，实现建筑设计、施工与管理的一体化。利用VDP 软件能在短时间内制作出相关内容，优化建筑前期设计效果，提高最终施工方案的质量，为建筑施工提供指导。

1.2 BIM技术在建筑行业中的应用

1.2.1 在优化设计中的应用

应用BIM 技术建模，可将土建、结构、机电等专业整合在一个模型中。一方面，可以从不同方位、不同角度查看，有助于技术人员精准把握设计方案。另一方面，所有构件均通过数字化生成，方便进行碰撞检查，能够自动生成碰撞报告，方便设计人员及时修改，为后续施工作业打下基础。

1.2.2 在工程统计中的应用

工程统计既是施工材料配置的基础，又是进行预算管理的依据。应用BIM 技术建立建筑模型后，在算量软件的配合下即可得到主要材料的工程量，如钢筋用量、混凝土用量、管道长度及模板支架数量等。根据工程量统计表，方便建设单位和施工方提前了解预算。以上海迪士尼乐园二期工程为例，将BIM 技术应用在设计和施工中，每个部位的施工材料均有案可查，通过合理配置资源，既降低了施工成本，又减少了签证变更。

1.2.3 在施工指导中的应用

BIM 技术有助于施工单位更好地理解设计意图，避免或减少返工和浪费现象，满足绿色环保的要求[3]。以地下室管道施工为例，主体结构浇筑时需要预留孔洞，应用BIM 技术建立地下室的三维模型，根据管道位置准确标记预留孔洞的尺寸，就能避免后期砸墙开洞。再以进度管理为例，传统管理模式采用横道图和文字交底，难以体现工程的动态变化。应用BIM技术构建4D 施工模型，能直观反映施工过程和工序，方便安排人、机、料，降低出错风险，显著缩短工期。

1.2.4 在后期运行中的应用

建筑工程完工后，在后期运行阶段应用BIM 技术，能对建筑空间、设备资产等进行管理，有利于降低维护成本。尤其是隐蔽工程，如屋顶漏水、地下室塌陷等，利用BIM 模型可迅速找到问题的原因，加快修复速度，减小对建筑功能和正常运行带来的影响。

2 洁净手术部施工中的需求

2.1 位置布局

位置上，洁净手术部宜临近与其有密切关系的外科护理单元，缩短与放射科、病理科、消毒供应室及血库的距离。在医院内要远离污染源，位于城市或当地最多风向的上风侧，且不宜设置在建筑的首层或顶层。

布局方面，手术部内划分洁净区和非洁净区，采用洁污分流原则，降低感染风险。人员上，术前患者和术后患者的推行路线分开；物料上，术前物品和术后物品经不同廊道运送。

2.2 数量设置

手术室的数量并非越多越好，应结合医疗服务现状和未来发展规划确定。估算方法有2 种：一是每100 张病床设置2 间手术室，二是每25 张手术科室病床设置1 间手术室。

2.3 洁净级别

洁净手术室的级别越高，对细菌含量和空气洁净度的要求越高（表1），其建设和运行成本越高。一般医院只建设Ⅰ级和Ⅲ级手术室即可，原因在于Ⅱ级手术室的投资与Ⅰ级接近，同等条件下，Ⅰ级手术室适合更多类型、难度更大的手术。Ⅲ级手术室通过正负压转换，也能满足手术需求。

表1 洁净手术室的等级标准

2.4 设备配置

洁净手术室内的设备配置如表2所示。以无影灯为例，应结合手术特征进行配置，重点关注聚焦深度、色温等指标；最好配置摄像系统，方便观摩和开展教学活动。

表2 洁净手术室的基本装备配置要求

3 BIM 技术在洁净手术部施工中的应用

3.1 模拟施工

BIM 技术在洁净手术部的模拟施工分为如下3 个方面：

1）管线综合。整合建筑、结构和各类管线的模型，检测管线与结构之间、管线与管线之间的碰撞问题，保证吊顶净高的同时，提高后续施工效率。

2）洞口预留。手术部的空调、风管等设备数量多、尺寸大，需要在墙体上开洞，后期开洞会影响整个墙体的稳定性[4]。根据管线综合效果，提前预留孔洞，指导墙体砌筑作业，既能降低成本，又能保证质量。

3）设备进场路线复核。部分医疗设备体型较大，正常门洞尺寸不能满足运输要求，必须在设计环节考虑好进场路线。在BIM 中输入关键参数，能复核进场路线是否满足要求。

3.2 验证分析

BIM 技术在洁净手术部施工中可进行验证分析，具体为：

1）检修空间分析。吊顶以上的管道、桥架、阀门、仪表，要设置合适的检修空间。检修口一般设置在走廊中心线，可与风口共用空间。利用BIM 技术分析检修空间的参数设置，检查是否满足检修作业要求。

2）水系统运行分析。空调系统的水阻力过大，导致水流量不够会报警，原因在于水系统的设计图纸上多出一部分弯头。利用BIM 技术排设管线，弯头可以直观展示出来，通过计算预测阻力分布情况，保证水系统正常运行。

3） 磁 共 振 成 像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）失超管走向分析。MRI 手术室发生失超后，氦会从液态变为气态，体积瞬间膨胀数百倍。因此，生产厂家对失超管的走向、阻力有严格要求。利用BIM 技术优化失超管的路线，有助于将氦气顺利排出室外，保证手术室安全。

3.3 空间优化

在洁净手术部施工中，BIM 技术可以帮助空间优化，具体如下：

1）术中核磁环境下的机电优化。与常规手术室相比，核磁手术室的最大特点是室内有较强的磁场，需要对射频和磁场进行屏蔽处理。手术操作时，室内要减少能被磁化的材料，并牢固安装材料，避免磁场变化时出现安全事故。以无磁材质的风管为例，在工厂内预制加工制成，经BIM 模型进行尺寸复核、局部细化，进一步调整定位和走向，方便工厂照图加工，提高风管构件的精准度。

2）术中放疗方案的验证优化。进行术中放疗时，可利用BIM 技术对放疗使用的钢架、铅砖、铅板进行建模，重点关注肋板、弯矩、转折等细节。

3.4 集成施工

BIM 技术可以在洁净技术部施工中实现集成施工，具体为：

1）墙板模块化。模块化是建筑行业的一个重要发展趋势，利用BIM技术对手术室墙板进行排版，复核尺寸后导出数据，方便工厂加工生产，相较于现浇施工能缩短工期、降低成本，而且方便现场施工管理[5]。

2）空调水系统控制模块。空调水系统控制部分的管件和阀门较多，容易出现漏水问题。基于BIM 技术，根据机组尺寸、主管道位置设置水系统控制模块，预制加工后现场安装，可提高施工效率和质量。

3）一体化智能柜。该智能柜将强电、医气、等电位等部分集成在一起，并且预留出升级空间，如果手术室需要升级，升级智能柜里的硬件即可。

4 BIM 技术在洁净手术部施工中的效益

4.1 降低施工成本

洁净手术部施工中，应用BIM 技术建立建筑模型，将各个专业整合起来，可展示出不同元素、不同对象之间的关联，让施工技术人员直观地看到细节。而且，利用BIM 技术可完成自动化算量，辅助开展进度管理，显著降低施工成本。

4.2 提高管理效率

洁净手术部施工中，运用BIM 技术能够将设计、施工、机电安装、运行管理等各个环节串联起来，方便协同管理。各个参建方根据建筑模型提供的信息，能够提前发现存在的冲突和问题，可避免风险事件，降低沟通成本，提高施工管理效率。

5 BIM 技术在洁净手术部施工中的应用案例

5.1 工程概况

某妇幼保健院住院综合楼项目占地8400 m2，建筑面积共6.34 万m2，包括地下2 层、地上17 层。其中，洁净手术部位于综合楼5 层，建筑面积约2800 m2，设置Ⅰ级手术室2 间、Ⅲ级手术室12 间；手术部采用污物回收型双通道布局，配套相关辅助性功能用房；手术室吊顶设计高度为3 m，走廊及辅助用房吊顶设计高度2.6 m，建设内容包括净化空调、通风、电气、医用气体、空调自控、医疗装备、净化装饰及给排水等；医疗设备配置包括无影灯、吊塔、医学显示屏、电动手术床及达芬奇机器人等。

5.2 BIM技术的应用

5.2.1 初步设计与建筑需求联动

应用BIM 技术可以实现初步设计与建筑需求联动，具体如下：

第1，完成初步设计，建立整个洁净手术部的三维模型，对各类管线进行碰撞检查，避免后续施工中返工。第2，对暖通、新风、电气、材料进行考察和确定，有初步实施意向后，将参数输入BIM 进行检查，结合医院实际需求进行参数修正，最终体现在施工方案中，辅助招投标管理。第3，以施工单位为核心，组织设计方、设备供应方、医院方进行建筑模型的深化设计，明确各系统、各专业的关联界面，确定结构承重、预留孔洞、阀门开关位置，并进行3D 效果模拟，对医疗设备的摆放、朝向和布局进行动态模拟与优化[6]。

5.2.2 方案设计与现场施工联动

在洁净手术部施工中应用BIM 技术可以实现方案设计与现场施工联动，具体为：

第1，后续招标的设备基于前期调研确定的模型参数进行招标，并完善局部细节和衔接点。第2，落实现场勘查工作，分析实际环境和建筑模型之间的差异，根据医院方的新要求进一步完善施工方案。第3，将VR 技术和BIM 技术相结合，通过空间漫游感知建成后的建筑空间，并完成冷热环境模拟、应急疏散模拟、洁污流程管理模拟等工作，为洁净手术部的施工提供科学依据。

6 结语

洁净手术部是医院开展救治工作、提供医疗服务的重要场所，对建筑施工质量提出了高要求。将BIM 技术应用在洁净手术部施工中，能显著降低成本，提高管理效率。通过本次研究，能为类似工程施工提供参考，促进BIM 技术的推广应用。