BIM在合肥市第一人民醫院項目中的深度應用

陳萬里

(中天建設集團有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

合肥市第一人民醫院是大型三級甲等綜合性醫院，地處合肥市蒙城路與壽春路交口，新建綜合樓位于廬陽區老院區內，總建筑面積95 000m2，其中地下3層約21 200m2，地上部分約73 800m2。A樓地上共19層，建筑高度81.4m；B樓地上共24層，建筑高度99.7m；裙樓地上共9層。包含門診大樓、醫技樓、住院樓、多功能廳、食堂、設備用房等，為框架剪力墻結構(見圖1)。

圖1 合肥第一人民醫院效果

2 工程重難點

1)防輻射超厚混凝土墻 本工程直線加速器室墻體厚度達2 700mm，鋼筋密集，管線預埋要求高，混凝土澆筑冷縫控制嚴格。

2)大截面超重鋼構件 急診大廳頂部的轉換箱梁截面為2 300mm×1 300mm×60mm×60mm，重3 278kg/m，總質量達50t，環形梁柱節點施工復雜。

3)機電系統復雜 本工程包含8個專業分包，23個機電專業系統，15種綜合管線總長35km，且數量眾多的醫療器械極大增加了機電管線碰撞調節、凈高控制難度。

4)醫療特殊用房 醫院工程專業性強，具有核磁共振、手術潔凈、物流傳輸、醫用氣體、放射防護、污水處理等功能，施工工序復雜交錯，施工周期長、難度大。

3 重點難題攻克措施

針對以上重難點，項目部開展BIM深度應用，通過三維精細化建模，優化深化設計方案，制定可行性施工方案，導入Fuzor，Lumion等軟件進行漫游模擬，對比確定最優方案后，進行3D可視化交底，有效降低施工技術難度，提高建造效率，節約施工材料，提升工程品質，降低安全風險[1]。對重難點的BIM應用統計如表1所示。

表1 重難點BIM技術應用

3.1 防輻射超厚混凝土墻優化與模擬

本工程直線加速器室防輻射要求高，剪力墻厚達2 700mm，對混凝土裂縫控制要求極高，不能出現施工冷縫，且鋼筋排布密集，機電管線套管預留預埋構造特殊，應與墻體成45°，定位精度要求高。因此直線加速器室施工質量要求一次成優，否則產生放射性污染[2]，嚴重威脅醫務人員及患者生命安全。

3.1.1密集鋼筋排布優化

超厚混凝土墻中的鋼筋最大直徑為28mm，最小間距75mm，箍筋安裝綁扎困難，部分鋼筋無施工空間。針對上述難點，借助BIM三維可視化功能，模擬構建鋼筋工程，優化密集鋼筋排布和安裝順序，并結合Tekla軟件精準下料。

3.1.2超厚混凝土澆筑模擬

大體積混凝土澆筑完成后易產生裂縫，除去混凝土原材料因素，應合理安排施工流程，澆筑工藝與養護措施是裂縫控制要點。對該復雜工藝流程，應利用BIM進行澆筑模擬，避免出現施工冷縫。

3.1.3防輻射套管精準定位

為滿足防輻射要求，套管預埋需按45°角傾斜敷設，易導致預埋套管與鋼筋碰撞現象嚴重。通過建立三維模型，提前模擬套管位置、鋼筋排布，確保套管精準定位，如圖2所示。

圖2 抗輻射套管精準定位

3.2 急診大廳大截面超重鋼構件施工策劃

本工程急診大廳層高18.40m，最大跨度22m，轉換鋼箱梁截面尺寸為2 300mm×1 300mm×60mm×60mm，單根重50t，該區域施工難度大、風險高。

3.2.1急診大廳設計方案優化

急診大廳頂部原設計采用鋼筋混凝土梁板結構，支撐體系屬于超高、超重、超跨的超危大工程，施工安全風險高。結合BIM比選該處的設計方案，進行安全復核計算分析，形成方案比選分析報告，與甲方積極溝通后，將該處樓板結構優化為鋼承板+鋼筋混凝土結構。該體系無需搭設支撐架，不僅節省安裝時間，也避免高大支模架施工風險。設計方案優化如圖3所示。

圖3 設計方案優化

3.2.2鋼管柱環梁節點深化

急診大廳頂部大截面超重鋼箱梁支承在2φ1 000的鋼管柱上，其中鋼管柱環梁節點的鋼筋綁扎尤其復雜，另外所有鋼結構洞口、預埋件定位要求非常高。運用Tekla與魯班軟件進行節點深化設計，合理排布鋼筋位置，避免與鋼結構發生碰撞，優化施工順序，提前在軟件中進行施工模擬，并采用三維可視化技術對操作工人進行技術交底。鋼管柱環梁節點深化如圖4所示。

3.2.350t重鋼箱梁吊裝模擬

對重達50t的大截面超重鋼箱梁，運用BIM輔助吊裝方案，將鋼箱梁分為3段，采用130t履帶式起重機進行吊裝，履帶式起重機在頂板上的停放點采用500mm厚路基箱進行加固，并通過BIM可視化模擬吊裝施工，識別方案實施中可能出現的風險和缺陷，確保施工安全(見圖5)。對操作工人進行三維可視化交底，更直觀、形象地展現施工要點，大大提升交底質量和效率。

圖5 超重鋼箱梁吊裝模擬

3.3 復雜機電系統深化

本工程安裝系統復雜，除常規系統管道外還包含凈化管道、醫用蒸汽管道、醫用氧氣管道、潔凈除菌管道等20余種醫療系統管線。傳統二維識圖很難發現各專業圖紙相互沖突的地方，加上各操作班組不了解彼此的工藝工序，導致施工后才發現管線碰撞、施工空間不足、建筑界限侵入等問題，造成大量返工，導致工期延誤[3]。利用BIM能有效解決二維識圖存在的弊端，通過三維碰撞檢查、凈高分析、虛擬漫游等技術，可優化深化管線綜合排布方案。

3.3.1碰撞檢查

針對管線系統復雜的特點，結合Revit+Navisworks軟件進行管線碰撞檢查，特別是機房、管井、走道等部位，得出相應的沖突檢測報告后，可提前模擬管線安裝，避免設計錯誤傳遞到施工階段，以前移深化周期。

3.3.2凈高分析

醫院建筑需在有限空間內滿足特定區域的功能要求，協調各區域內凈空高度[4](見圖6)。如對公區走廊、標準病房、機械車位、設備機房等部位，需根據不同使用功能、設計理念分析空間高度要求，提前發現不滿足凈高要求的區域，減少經濟損失。

圖6 凈高分析

3.3.3綜合深化

采用Revit三維可視化模型設計方式，可有效避免二維機電管線綜合圖紙無法直觀體現管線綜合效果的弊端[5-7]。針對管線系統復雜、結構預留洞口及預埋管道繁多的特點，BIM團隊結合我司深化出圖標準，在精細管線綜合深化模型的基礎上，出具各層管線綜合平面圖、單專業深化圖、一次與二次結構預留預埋圖、綜合支吊架深化圖等，共200余張，以指導加工生產綜合支吊架，進行精準預留預埋，減少后期開洞，降本增效。

對管道井等管線密集部位進行專項深化，優化管道間距及水表閥門位置，以保證施工安裝及檢修空間，精確落實管道井套管預埋點位，便于隨一次結構同步成型，節省造價，提升觀感質量。

3.3.4裝配式泵房施工

本項目換熱泵房位于地下室1層，共17臺設備，其他閥部件234件，管道長288m，涉及焊縫460余處。傳統現場加工易出現焊縫滲漏、套管預埋偏位、整體工期過長、工藝復雜導致的出錯返工等問題。

利用BIM+工廠化預制技術，依靠Revit+Inventor進行模型深化、預制構件設計、加工，完成定尺分段(見圖7)。

圖7 深化后的裝配式泵房

利用CNC數據實現模型與數控加工設備的無縫銜接。管件在加工廠進行集中預制加工后，將半成品運至現場直接進行裝配式施工，大大提高施工效率，提升安裝質量。

將BIM技術應用于復雜機電工程中，解決大量的圖紙碰撞、凈高與空間優化等問題，充分發揮BIM模型可視化、精確化、協調性及模擬性等優勢。優化與土建專業的碰撞86處、機電自身碰撞342處，模型變更維護15處，優化區域凈高80處，進行三維出圖202處。

3.4 醫療特殊功能房優化與模擬

本工程涉及核磁共振、手術潔凈、物流運輸放射防護、污水處理等功能分類。手術室寬高限制嚴格，管線系統復雜密集，且特殊醫療室對潔凈度有很高的要求，導致管線安裝、室內潔凈度維持、后期醫療設備運輸等難度巨大。

3.4.1醫療用房節點優化

針對手術室內管線復雜情況，利用BIM深化潔凈手術室管線、口腔診室排水節點、標準病房設備等，并結合廠家對部分構件形成模塊化物品使用規程(見圖8)。

圖8 醫療用房節點深化

3.4.2CFD氣流模擬

部分手術室對室內潔凈度有很高要求，通過BIM建模深化，結合流體力學理論，最終利用CFD軟件模擬室內氣流。模擬過程中依靠手術室內產生的氣體流動形態和指標，優化手術室風口，引導氣流，使手術區優先接受潔凈氣流，并使微塵顆粒處于受控狀態，以確保手術區較低的細菌濃度。

3.4.3大型設備運輸路線模擬

大型醫療設備在樓層內運輸時，為順利通過各門洞及通道等狹小空間，BIM工程師基于精細化三維模型，結合設備尺寸、運輸工具、室內空間分布及多專業協調因素，模擬大型設備的運輸路線，避免后續返工的風險(見圖9)。

圖9 大型設備運輸路線模擬

4 結語

綜上所述，在大型綜合醫院項目建設過程中，通過BIM應用開展施工模擬、深化設計、凈高分析、可視化交底等工作，減少誤解平面圖紙和設計方案意圖導致的施工問題。通過可視化三維技術輔助二維技術方案進行論證、比選，可提前規避方案中的不合理之處，并形象地向施工人員展示方案意圖。通過三維模型深化設計，便于明確各專業圖紙中的管線空間位置關系，確保施工人員操作的精確性，從而減少復雜管線系統中因頻繁避讓造成的材料損耗。