BIM在合肥市第一人民医院项目中的深度应用
时间：2023-06-12 22:45:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
陈万里
(中天建设集团有限公司，浙江 杭州 310000)
合肥市第一人民医院是大型三级甲等综合性医院，地处合肥市蒙城路与寿春路交口，新建综合楼位于庐阳区老院区内，总建筑面积95 000m2，其中地下3层约21 200m2，地上部分约73 800m2。A楼地上共19层，建筑高度81.4m；
B楼地上共24层，建筑高度99.7m；
裙楼地上共9层。包含门诊大楼、医技楼、住院楼、多功能厅、食堂、设备用房等，为框架剪力墙结构(见图1)。
图1 合肥第一人民医院效果
1)防辐射超厚混凝土墙 本工程直线加速器室墙体厚度达2 700mm，钢筋密集，管线预埋要求高，混凝土浇筑冷缝控制严格。
2)大截面超重钢构件 急诊大厅顶部的转换箱梁截面为2 300mm×1 300mm×60mm×60mm，重3 278kg/m，总质量达50t，环形梁柱节点施工复杂。
3)机电系统复杂 本工程包含8个专业分包，23个机电专业系统，15种综合管线总长35km，且数量众多的医疗器械极大增加了机电管线碰撞调节、净高控制难度。
4)医疗特殊用房 医院工程专业性强，具有核磁共振、手术洁净、物流传输、医用气体、放射防护、污水处理等功能，施工工序复杂交错，施工周期长、难度大。
针对以上重难点，项目部开展BIM深度应用，通过三维精细化建模，优化深化设计方案，制定可行性施工方案，导入Fuzor，Lumion等软件进行漫游模拟，对比确定最优方案后，进行3D可视化交底，有效降低施工技术难度，提高建造效率，节约施工材料，提升工程品质，降低安全风险[1]。对重难点的BIM应用统计如表1所示。
表1 重难点BIM技术应用
3.1 防辐射超厚混凝土墙优化与模拟
本工程直线加速器室防辐射要求高，剪力墙厚达2 700mm，对混凝土裂缝控制要求极高，不能出现施工冷缝，且钢筋排布密集，机电管线套管预留预埋构造特殊，应与墙体成45°，定位精度要求高。因此直线加速器室施工质量要求一次成优，否则产生放射性污染[2]，严重威胁医务人员及患者生命安全。
3.1.1密集钢筋排布优化
超厚混凝土墙中的钢筋最大直径为28mm，最小间距75mm，箍筋安装绑扎困难，部分钢筋无施工空间。针对上述难点，借助BIM三维可视化功能，模拟构建钢筋工程，优化密集钢筋排布和安装顺序，并结合Tekla软件精准下料。
3.1.2超厚混凝土浇筑模拟
大体积混凝土浇筑完成后易产生裂缝，除去混凝土原材料因素，应合理安排施工流程，浇筑工艺与养护措施是裂缝控制要点。对该复杂工艺流程，应利用BIM进行浇筑模拟，避免出现施工冷缝。
3.1.3防辐射套管精准定位
为满足防辐射要求，套管预埋需按45°角倾斜敷设，易导致预埋套管与钢筋碰撞现象严重。通过建立三维模型，提前模拟套管位置、钢筋排布，确保套管精准定位，如图2所示。
图2 抗辐射套管精准定位
3.2 急诊大厅大截面超重钢构件施工策划
本工程急诊大厅层高18.40m，最大跨度22m，转换钢箱梁截面尺寸为2 300mm×1 300mm×60mm×60mm，单根重50t，该区域施工难度大、风险高。
3.2.1急诊大厅设计方案优化
急诊大厅顶部原设计采用钢筋混凝土梁板结构，支撑体系属于超高、超重、超跨的超危大工程，施工安全风险高。结合BIM比选该处的设计方案，进行安全复核计算分析，形成方案比选分析报告，与甲方积极沟通后，将该处楼板结构优化为钢承板+钢筋混凝土结构。该体系无需搭设支撑架，不仅节省安装时间，也避免高大支模架施工风险。设计方案优化如图3所示。
图3 设计方案优化
3.2.2钢管柱环梁节点深化
急诊大厅顶部大截面超重钢箱梁支承在2φ1 000的钢管柱上，其中钢管柱环梁节点的钢筋绑扎尤其复杂，另外所有钢结构洞口、预埋件定位要求非常高。运用Tekla与鲁班软件进行节点深化设计，合理排布钢筋位置，避免与钢结构发生碰撞，优化施工顺序，提前在软件中进行施工模拟，并采用三维可视化技术对操作工人进行技术交底。钢管柱环梁节点深化如图4所示。
3.2.350t重钢箱梁吊装模拟
对重达50t的大截面超重钢箱梁，运用BIM辅助吊装方案，将钢箱梁分为3段，采用130t履带式起重机进行吊装，履带式起重机在顶板上的停放点采用500mm厚路基箱进行加固，并通过BIM可视化模拟吊装施工，识别方案实施中可能出现的风险和缺陷，确保施工安全(见图5)。对操作工人进行三维可视化交底，更直观、形象地展现施工要点，大大提升交底质量和效率。
图5 超重钢箱梁吊装模拟
3.3 复杂机电系统深化
本工程安装系统复杂，除常规系统管道外还包含净化管道、医用蒸汽管道、医用氧气管道、洁净除菌管道等20余种医疗系统管线。传统二维识图很难发现各专业图纸相互冲突的地方，加上各操作班组不了解彼此的工艺工序，导致施工后才发现管线碰撞、施工空间不足、建筑界限侵入等问题，造成大量返工，导致工期延误[3]。利用BIM能有效解决二维识图存在的弊端，通过三维碰撞检查、净高分析、虚拟漫游等技术，可优化深化管线综合排布方案。
3.3.1碰撞检查
针对管线系统复杂的特点，结合Revit+Navisworks软件进行管线碰撞检查，特别是机房、管井、走道等部位，得出相应的冲突检测报告后，可提前模拟管线安装，避免设计错误传递到施工阶段，以前移深化周期。
3.3.2净高分析
医院建筑需在有限空间内满足特定区域的功能要求，协调各区域内净空高度[4](见图6)。如对公区走廊、标准病房、机械车位、设备机房等部位，需根据不同使用功能、设计理念分析空间高度要求，提前发现不满足净高要求的区域，减少经济损失。
图6 净高分析
3.3.3综合深化
采用Revit三维可视化模型设计方式，可有效避免二维机电管线综合图纸无法直观体现管线综合效果的弊端[5-7]。针对管线系统复杂、结构预留洞口及预埋管道繁多的特点，BIM团队结合我司深化出图标准，在精细管线综合深化模型的基础上，出具各层管线综合平面图、单专业深化图、一次与二次结构预留预埋图、综合支吊架深化图等，共200余张，以指导加工生产综合支吊架，进行精准预留预埋，减少后期开洞，降本增效。
对管道井等管线密集部位进行专项深化，优化管道间距及水表阀门位置，以保证施工安装及检修空间，精确落实管道井套管预埋点位，便于随一次结构同步成型，节省造价，提升观感质量。
3.3.4装配式泵房施工
本项目换热泵房位于地下室1层，共17台设备，其他阀部件234件，管道长288m，涉及焊缝460余处。传统现场加工易出现焊缝渗漏、套管预埋偏位、整体工期过长、工艺复杂导致的出错返工等问题。
利用BIM+工厂化预制技术，依靠Revit+Inventor进行模型深化、预制构件设计、加工，完成定尺分段(见图7)。
图7 深化后的装配式泵房
利用CNC数据实现模型与数控加工设备的无缝衔接。管件在加工厂进行集中预制加工后，将半成品运至现场直接进行装配式施工，大大提高施工效率，提升安装质量。
将BIM技术应用于复杂机电工程中，解决大量的图纸碰撞、净高与空间优化等问题，充分发挥BIM模型可视化、精确化、协调性及模拟性等优势。优化与土建专业的碰撞86处、机电自身碰撞342处，模型变更维护15处，优化区域净高80处，进行三维出图202处。
3.4 医疗特殊功能房优化与模拟
本工程涉及核磁共振、手术洁净、物流运输放射防护、污水处理等功能分类。手术室宽高限制严格，管线系统复杂密集，且特殊医疗室对洁净度有很高的要求，导致管线安装、室内洁净度维持、后期医疗设备运输等难度巨大。
3.4.1医疗用房节点优化
针对手术室内管线复杂情况，利用BIM深化洁净手术室管线、口腔诊室排水节点、标准病房设备等，并结合厂家对部分构件形成模块化物品使用规程(见图8)。
图8 医疗用房节点深化
3.4.2CFD气流模拟
部分手术室对室内洁净度有很高要求，通过BIM建模深化，结合流体力学理论，最终利用CFD软件模拟室内气流。模拟过程中依靠手术室内产生的气体流动形态和指标，优化手术室风口，引导气流，使手术区优先接受洁净气流，并使微尘颗粒处于受控状态，以确保手术区较低的细菌浓度。
3.4.3大型设备运输路线模拟
大型医疗设备在楼层内运输时，为顺利通过各门洞及通道等狭小空间，BIM工程师基于精细化三维模型，结合设备尺寸、运输工具、室内空间分布及多专业协调因素，模拟大型设备的运输路线，避免后续返工的风险(见图9)。
图9 大型设备运输路线模拟
综上所述，在大型综合医院项目建设过程中，通过BIM应用开展施工模拟、深化设计、净高分析、可视化交底等工作，减少误解平面图纸和设计方案意图导致的施工问题。通过可视化三维技术辅助二维技术方案进行论证、比选，可提前规避方案中的不合理之处，并形象地向施工人员展示方案意图。通过三维模型深化设计，便于明确各专业图纸中的管线空间位置关系，确保施工人员操作的精确性，从而减少复杂管线系统中因频繁避让造成的材料损耗。
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