左 鋒

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院 上海 200092

1 研究背景

為滿(mǎn)足不斷提高的醫(yī)療需求，醫(yī)院建筑的空間布局越來(lái)越復(fù)雜、機(jī)電系統(tǒng)越來(lái)越繁多，并且醫(yī)院一旦建成便投入不間斷運(yùn)營(yíng)，建造質(zhì)量和運(yùn)行保障要求特別高。然而，目前醫(yī)院建設(shè)總體上還是以二維圖紙為載體的建造和監(jiān)管模式[1]，不同科室的醫(yī)療需求難以在圖紙中清晰準(zhǔn)確地展現(xiàn)，導(dǎo)致竣工后改建工作量大，不利于“綠色醫(yī)院”“智慧醫(yī)院”建設(shè)。

近年來(lái)，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）成為描述建筑全過(guò)程信息的三維數(shù)字化主導(dǎo)，在設(shè)計(jì)、施工等階段已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[2]。僅上海地區(qū)，已有近10個(gè)醫(yī)院新建工程應(yīng)用了BIM技術(shù)[3-4]。但是由于目前我國(guó)設(shè)計(jì)施工分離、以二維圖紙作為主要信息載體等現(xiàn)狀[5]，BIM和傳統(tǒng)管理仍存在脫節(jié)等問(wèn)題。另外，BIM在運(yùn)維階段的研究和應(yīng)用相對(duì)較少[6]， BIM的價(jià)值仍未能最大化發(fā)揮。

上海新華醫(yī)院兒科綜合樓于2016年8月開(kāi)工建設(shè)，計(jì)劃于2019年底竣工，總建筑面積為57 670 m2，工期較為緊張；其主樓地上18層，裙房地上8層；下設(shè)3層地下室（圖1）。在該工程建設(shè)過(guò)程中，院方通過(guò)整合設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方、施工總承包方以及各家施工分包，創(chuàng)建各專(zhuān)業(yè)BIM模型，管線綜合后運(yùn)用BIM出施工圖，應(yīng)用BIM平臺(tái)進(jìn)行建設(shè)過(guò)程進(jìn)度、質(zhì)量、安全管控和成本估算，并以運(yùn)維為導(dǎo)向完善BIM模型。目前，新華醫(yī)院正以已建成的兒外科樓為試點(diǎn)，探索基于BIM的醫(yī)院建筑運(yùn)維管理技術(shù)，為建造中基于BIM的建設(shè)全過(guò)程管控技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

圖1 兒科綜合樓BIM模型

本文旨在結(jié)合新華醫(yī)院建筑物建造過(guò)程中BIM應(yīng)用實(shí)踐案例，從院方的視角，介紹基于BIM的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維全過(guò)程建設(shè)管理體系，分析各階段BIM應(yīng)用要點(diǎn)和價(jià)值，以供分享與討論。

2 基于BIM的醫(yī)院建筑建造全過(guò)程管控體系

目前BIM在應(yīng)用推廣過(guò)程中，最大的阻礙就在于BIM未能在設(shè)計(jì)評(píng)審、工程報(bào)驗(yàn)、竣工驗(yàn)收、招投標(biāo)等重要環(huán)節(jié)發(fā)揮主導(dǎo)作用，造成BIM只能作為CAD圖紙的輔助工具，而非權(quán)威成果。BIM在建造全過(guò)程的應(yīng)用需要制度和管控體系上的保障?；贐IM的醫(yī)院建筑建造全過(guò)程管控體系包括4個(gè)關(guān)鍵要素，即組織要素、過(guò)程要素、應(yīng)用要素、集成要素，這4個(gè)要素相互關(guān)聯(lián)，形成管理體系框架的四面體模型[7]。

我國(guó)醫(yī)院建筑建設(shè)常見(jiàn)組織模式包括設(shè)計(jì)施工分離模式（施工總承包模式）、設(shè)計(jì)施工一體化模式、EPC模式等。新華醫(yī)院項(xiàng)目采用的是設(shè)計(jì)施工分離模式，但包括院方、代建方、設(shè)計(jì)院、工程監(jiān)理、施工總承包方，以及各施工分包等各方均愿意基于BIM進(jìn)行全過(guò)程管控。醫(yī)院建筑的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)主體都是醫(yī)院，這有利于從全過(guò)程角度應(yīng)用BIM技術(shù)。

過(guò)程要素是指在建設(shè)過(guò)程的工作流和信息流。傳統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程被認(rèn)為是彼此分裂和順序進(jìn)行的。基于BIM的全過(guò)程管控技術(shù)需要對(duì)部分傳統(tǒng)流程進(jìn)行改造；譬如基于BIM對(duì)暖通空調(diào)、給排水、電氣、醫(yī)用氣體、軌道小車(chē)、氣動(dòng)物流等多專(zhuān)業(yè)同步深化設(shè)計(jì)，最后形成各專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)一致的BIM模型，改變了原來(lái)各專(zhuān)業(yè)線性設(shè)計(jì)的工作流程。

應(yīng)用要素指支持BIM創(chuàng)建、分析和應(yīng)用的軟件硬件系統(tǒng)，包括BIM設(shè)計(jì)軟件、碰撞檢測(cè)軟件、施工模擬軟件、BIM建造管理平臺(tái)、BIM運(yùn)維管理平臺(tái)等。其中，BIM運(yùn)維管理平臺(tái)是BIM從施工走向運(yùn)維的關(guān)鍵，也是目前最為不成熟的應(yīng)用系統(tǒng)。

集成要素是指將不同階段不同應(yīng)用產(chǎn)生的BIM信息進(jìn)行集成，形成建筑生命期大數(shù)據(jù)，為醫(yī)院建筑運(yùn)維提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。由于建筑生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)眾多、格式多樣，如何將這些信息有效地集成和共享，是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。

3 基于BIM的醫(yī)院建筑建造全過(guò)程管控技術(shù)

3.1 基于BIM的設(shè)計(jì)管控技術(shù)

從院方角度出發(fā)，基于BIM的醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)技術(shù)以滿(mǎn)足醫(yī)療需求和綠色節(jié)能為主要目標(biāo)，包括基于BIM的設(shè)計(jì)方案和空間布局三維展現(xiàn)、管線綜合、凈高控制、停車(chē)位分析、人流分析、BIM出圖等。本文重點(diǎn)介紹新華醫(yī)院項(xiàng)目中較為重要和具有創(chuàng)新性的應(yīng)用。

3.1.1 基于BIM的空間布局展現(xiàn)

宏觀層面上，展現(xiàn)各房間的使用部門(mén)信息，譬如門(mén)診、急診、醫(yī)技、住院、動(dòng)力保障，分析不同樓層的空間分布合理性（圖2）。兒科綜合樓B1～B2主要是車(chē)庫(kù)和動(dòng)力保障空間，F(xiàn)1～F3主要是門(mén)診用房，F(xiàn)4～F6主要是醫(yī)技用房，主樓上部是病房；該布置方案可減少就醫(yī)人員的行走路線，也可減少豎向交通壓力，較為合理。

圖2 空間布置宏觀分析

微觀層面上，基于BIM可建立門(mén)診大廳、候診大廳、手術(shù)室、診療室、設(shè)備間等復(fù)雜空間的空間布局情況，并結(jié)合VR設(shè)備展現(xiàn)高度真實(shí)感的設(shè)計(jì)方案，使醫(yī)生、護(hù)士、運(yùn)維管理人員等最終用戶(hù)能夠在建造以前直觀地體驗(yàn)建筑設(shè)計(jì)的視覺(jué)效果。在兒科綜合樓某候診大廳的視覺(jué)效果中（圖3），活潑可愛(ài)的裝修效果有利于緩解兒童就醫(yī)緊張感。

圖3 基于BIM的門(mén)診大廳空間布局展現(xiàn)

解決停車(chē)問(wèn)題已經(jīng)是現(xiàn)代化醫(yī)院建設(shè)的一個(gè)重要要求?；诰?xì)化的BIM模型，將土建、機(jī)電、精裝模型進(jìn)行擬合，通過(guò)自動(dòng)分析及漫游操作，可對(duì)醫(yī)院新建建筑的車(chē)位進(jìn)行全方位的檢驗(yàn)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)合格的車(chē)位數(shù)量，檢驗(yàn)車(chē)位數(shù)是否達(dá)到院方的使用需求。

3.1.2 基于BIM的管線綜合與凈空控制

大廳、走廊等公共區(qū)域的標(biāo)高控制對(duì)醫(yī)院建設(shè)至關(guān)重要，否則容易導(dǎo)致空間過(guò)于壓抑，影響就診和工作體驗(yàn)?；贐IM的管線綜合技術(shù)通過(guò)建立機(jī)電管線模型，基于三維模型進(jìn)行管線分析和優(yōu)化，解決各機(jī)電專(zhuān)業(yè)間管線碰撞、二結(jié)構(gòu)留洞、裝飾裝修吊頂標(biāo)高等疑難問(wèn)題，可有效提高機(jī)電管線的施工操作簡(jiǎn)易性、提升使用凈高、優(yōu)化室內(nèi)空間深度。在兒科綜合樓項(xiàng)目中，通過(guò)BIM技術(shù)將門(mén)診大廳凈空從3.55 m提高到3.95 m（圖4）。

3.1.3 基于BIM的人流分析

醫(yī)院建筑內(nèi)部存在醫(yī)護(hù)人員流程、病人就醫(yī)流程、污物運(yùn)輸流程、潔物運(yùn)輸流程等不同流程。醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)應(yīng)以人為本，盡量做到病人、醫(yī)護(hù)人員流程簡(jiǎn)單，潔物分流，不出現(xiàn)人員過(guò)于聚集的地方。應(yīng)用BIM模型和人流分析軟件可進(jìn)行三維的人流模擬和疏散模擬，保障醫(yī)院建筑滿(mǎn)足醫(yī)療需求。

圖4 管線綜合和凈高優(yōu)化

3.2 基于BIM的招投標(biāo)管控技術(shù)

建筑施工招投標(biāo)一般采用廣聯(lián)達(dá)、魯班等算量軟件根據(jù)招標(biāo)圖紙建立三維模型，然后進(jìn)行工程算量。該方式建立的三維模型未能集成設(shè)計(jì)模型，也難以在施工管理中使用。而直接采用BIM軟件基于BIM模型進(jìn)行算量，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、施工跨階段的信息集成與共享，更適用于基于BIM的全過(guò)程管控技術(shù)。

在新華醫(yī)院兒外科樓的應(yīng)用探索發(fā)現(xiàn)，基于BIM的算量與傳統(tǒng)算量軟件在原理和結(jié)果上基本一致，但可節(jié)省大量建模工作量。另外，基于BIM的算量可將各個(gè)構(gòu)件的工程量和清單導(dǎo)出為Excel文件，供建造過(guò)程的產(chǎn)值計(jì)報(bào)、竣工結(jié)算等使用?；贐IM的算量軟件在混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等專(zhuān)業(yè)較為準(zhǔn)確，技術(shù)上已比較成熟。但是由于圖紙仍是法律規(guī)定的設(shè)計(jì)成果，基于BIM進(jìn)行算量應(yīng)用仍不夠廣泛，仍未被相關(guān)主管部門(mén)接受；因此基于BIM的算量結(jié)果仍是輔助性數(shù)據(jù)，僅供參考。

3.3 基于BIM的建造管控技術(shù)

基于BIM的醫(yī)院建筑建造管控技術(shù)可實(shí)現(xiàn)施工方案模擬、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理等方面的可視化、精細(xì)化、流程化管控，支持項(xiàng)目各方面信息的自動(dòng)收集和集成。

在兒科綜合樓建造過(guò)程中，項(xiàng)目部應(yīng)用施工總承包方自主研發(fā)的基于BIM的智慧建造平臺(tái)進(jìn)行總體管控。院方、監(jiān)理、設(shè)計(jì)方、施工總包和各個(gè)分包均可基于該平臺(tái)進(jìn)行管控，具體包括以下功能。

3.3.1 進(jìn)度管理

基于BIM可實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度查看、施工計(jì)劃管理、實(shí)際進(jìn)度錄入和進(jìn)度對(duì)比分析等?？山Y(jié)合錄入的實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度分析各施工段的進(jìn)度執(zhí)行情況，在三維視角下查看超時(shí)未開(kāi)始、超時(shí)未完成的工作（圖5），從而方便業(yè)主有針對(duì)性地推進(jìn)工程進(jìn)度。

圖5 進(jìn)度對(duì)比分析

3.3.2 質(zhì)量管理

基于BIM的質(zhì)量管理，支持管理人員通過(guò)手機(jī)微信發(fā)起、處理、關(guān)閉、追蹤工程質(zhì)量整改單。監(jiān)理和業(yè)主使用微信拍照、輸入文字或語(yǔ)音描述，發(fā)起質(zhì)量問(wèn)題；BIM平臺(tái)通過(guò)微信自動(dòng)通知相關(guān)施工單位；施工單位使用微信直接將處理后的情況通過(guò)照片和文字方式提交，實(shí)現(xiàn)在線的質(zhì)量整改管理，方便業(yè)主分析項(xiàng)目質(zhì)量通病和提高質(zhì)量問(wèn)題整改的及時(shí)性。在施工現(xiàn)場(chǎng)，管理人員也可以通過(guò)iPad查看BIM模型與現(xiàn)場(chǎng)的區(qū)別，發(fā)起質(zhì)量問(wèn)題（圖6）。

圖6 使用iPad查看BIM模型

3.3.3 安全管理

基于BIM的安全管理可將施工現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控與BIM模型集成，支持在BIM平臺(tái)中調(diào)用選定位置的視頻畫(huà)面，輔助對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全監(jiān)管。

3.4 基于BIM的運(yùn)維管理技術(shù)

醫(yī)院建筑不間斷運(yùn)營(yíng)，管理難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。傳統(tǒng)基于二維圖紙或示意圖的方式，對(duì)樓宇設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行管控，不直觀，容易形成知識(shí)孤島，僅僅存在于個(gè)別人腦里。通過(guò)BIM與樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、報(bào)修等運(yùn)維信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合，實(shí)現(xiàn)基于BIM的三維可視化運(yùn)維管理，支持結(jié)合醫(yī)院運(yùn)維需求進(jìn)行綜合分析、評(píng)價(jià)，達(dá)到主動(dòng)式運(yùn)維管理的目標(biāo)，可全面提升醫(yī)院建筑精細(xì)化管理水平。核心技術(shù)包括運(yùn)維BIM模型構(gòu)建和基于BIM的集成運(yùn)維管理。

3.4.1 運(yùn)維BIM模型構(gòu)建

運(yùn)維BIM模型構(gòu)建通過(guò)施工BIM模型向運(yùn)維BIM模型的轉(zhuǎn)化，然后集成現(xiàn)有運(yùn)維信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)與BIM模型2個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。新華醫(yī)院兒外科樓試點(diǎn)研究表明，面向運(yùn)維的BIM構(gòu)建要求在BIM建模時(shí)考慮以下幾個(gè)方面問(wèn)題：

1）建立房間或空間單元，錄入房間的功能、使用單位等信息，支持空間管理。

2）建立機(jī)電安裝設(shè)備與管線的物理連接，支持基于BIM的系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)生成與展現(xiàn)，輔助運(yùn)維。應(yīng)用BIM，可在三維視圖中查看樓層空調(diào)箱的空氣流向、上下游閥門(mén)、下游風(fēng)口、上游冷水機(jī)組等（圖7）。

圖7 基于BIM機(jī)電設(shè)備上下游分析

3）建立包括真實(shí)材質(zhì)的精裝飾和機(jī)電模型，基于BIM提供高真實(shí)感的場(chǎng)景，輔助可視化運(yùn)維管理、運(yùn)維操作培訓(xùn)。

4）建立樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與BIM中相應(yīng)設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與靜態(tài)BIM信息的集成，達(dá)到基于BIM的機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控。譬如基于BIM的污水處理系統(tǒng)監(jiān)控情況（圖8），可在三維視圖中查看沉淀池的水位高低情況，提升泵的啟停情況，以及污水處理系統(tǒng)的水流流向。

圖8 基于BIM的污水處理系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控

3.4.2 基于BIM的集成化運(yùn)維管理技術(shù)

基于BIM的集成運(yùn)維管理技術(shù)支持護(hù)士、病人等用戶(hù)通過(guò)手機(jī)微信報(bào)修，并快速錄入報(bào)修位置和問(wèn)題描述。譬如A房間空調(diào)制冷效果不佳，病人或醫(yī)護(hù)人員在微信中報(bào)修，接著后勤服務(wù)中心應(yīng)用BIM運(yùn)維平臺(tái)接收到報(bào)修問(wèn)題，在BIM中定位到A房間，并可定位到A房間空調(diào)風(fēng)口對(duì)應(yīng)的上游空調(diào)箱C；然后，調(diào)取該空調(diào)箱C的BA監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，查看其出風(fēng)溫度、過(guò)濾網(wǎng)壓差等信息，分析是否有異常情況（圖9），并可以調(diào)取空調(diào)箱C附件的視頻監(jiān)控畫(huà)面了解現(xiàn)場(chǎng)情況。如果發(fā)現(xiàn)該空調(diào)箱C有異常情況，將報(bào)修信息、空調(diào)箱C位置、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和異常情況發(fā)送給維修班組管理，從而提高維修效率，減少維修班組多次往返的時(shí)間。基于BIM的集成化運(yùn)維管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了報(bào)修服務(wù)、設(shè)備監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控和BIM系統(tǒng)的集成，可逐步形成建筑全生命周期大數(shù)據(jù)，并探索基于大數(shù)據(jù)挖掘的智能運(yùn)維技術(shù)。

圖9 基于BIM的機(jī)電設(shè)備運(yùn)維管理

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合上海新華醫(yī)院兒科綜合樓建設(shè)實(shí)際案例，探討了基于BIM進(jìn)行醫(yī)院建筑建造全過(guò)程管控的體系架構(gòu)，以及各階段基于BIM進(jìn)行管控的要點(diǎn)和應(yīng)用價(jià)值。研究和實(shí)踐表明，目前BIM技術(shù)可以初步支持基于BIM的醫(yī)院建筑建造全過(guò)程管控，包括設(shè)計(jì)階段的空間規(guī)劃分析、人流分析和管線綜合，招投標(biāo)階段的算量與成本預(yù)算，建造階段的進(jìn)度、質(zhì)量、安全管控，以及運(yùn)維階段的可視化、集成化設(shè)備運(yùn)行管控和空間管理；但在應(yīng)用軟件和集成平臺(tái)方面仍需要進(jìn)一步完善，在管理體系和流程方面仍有不少阻礙，需要進(jìn)一步改革和推動(dòng)。