BIM 技術(shù)在醫(yī)院潔凈手術(shù)部施工中的運(yùn)用

高家驊 吳國斌 楊 偉 張自成 劉 頌

潔凈手術(shù)部是醫(yī)院的重要部門，被稱為“醫(yī)院的心臟”。從建筑角度看，潔凈手術(shù)部由手術(shù)室和輔助用房組成，主要分為2 種建筑形式：一種是以全部潔凈手術(shù)室為中心，包括輔助用房在內(nèi)，形成一個(gè)完善的功能區(qū)域；另一種是以部分潔凈手術(shù)室為中心，包括輔助用房在內(nèi)，與普通手術(shù)部并存，形成獨(dú)立的功能區(qū)域[1]。為滿足醫(yī)療服務(wù)需求，潔凈手術(shù)部的施工質(zhì)量驗(yàn)收要求較高，在解決專業(yè)安裝沖突、機(jī)電點(diǎn)位不協(xié)調(diào)等問題的過程中，建筑信息模型BIM 技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合實(shí)踐探討了BIM 技術(shù)在醫(yī)院潔凈手術(shù)部施工中的運(yùn)用，以供有關(guān)人士參考。

1 BIM 技術(shù)及其在建筑行業(yè)中的應(yīng)用

1.1 BIM技術(shù)的核心軟件

1.1.1 Revit軟件

該軟件是一款建筑三維設(shè)計(jì)產(chǎn)品，能幫助設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)、建造、維護(hù)質(zhì)量更好、能效更高的建筑。Revit 支持可持續(xù)設(shè)計(jì)、碰撞檢測、施工規(guī)劃，有助于承包商更好地與業(yè)主方、設(shè)計(jì)師、工程師進(jìn)行溝通協(xié)作。利用該軟件能對建筑自由建模和參數(shù)化設(shè)計(jì)，快速創(chuàng)建三維形狀，從概念模型到施工作業(yè)的整個(gè)流程均在直觀環(huán)境下完成，具有較高的靈活性和精確性。

1.1.2 圖形算量軟件

目前，建筑行業(yè)采用清單計(jì)價(jià)方式，工程量計(jì)算是一個(gè)重點(diǎn)，利用圖形算量軟件不僅能代替人工作業(yè)，還能提高計(jì)算效率，避免出現(xiàn)人為差錯(cuò)。以廣聯(lián)達(dá)的圖形算量軟件為例，內(nèi)置全國各地現(xiàn)行清單、定額計(jì)算規(guī)則等內(nèi)容，能處理復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和部位，具有高效建模、三維繪圖、分類統(tǒng)計(jì)、報(bào)表反查及數(shù)據(jù)共享等功能，可完成招投標(biāo)、施工、竣工結(jié)算環(huán)節(jié)的工程量計(jì)算等任務(wù)。

1.1.3 VDP軟件

虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)平臺（Virtual Design Platform，VDP）融合了虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）、混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）等技術(shù)，是一站式設(shè)計(jì)工具[2]。VDP 軟件可以導(dǎo)入多種3D 模型，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)、施工與管理的一體化。利用VDP 軟件能在短時(shí)間內(nèi)制作出相關(guān)內(nèi)容，優(yōu)化建筑前期設(shè)計(jì)效果，提高最終施工方案的質(zhì)量，為建筑施工提供指導(dǎo)。

1.2 BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用

1.2.1 在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

應(yīng)用BIM 技術(shù)建模，可將土建、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)整合在一個(gè)模型中。一方面，可以從不同方位、不同角度查看，有助于技術(shù)人員精準(zhǔn)把握設(shè)計(jì)方案。另一方面，所有構(gòu)件均通過數(shù)字化生成，方便進(jìn)行碰撞檢查，能夠自動(dòng)生成碰撞報(bào)告，方便設(shè)計(jì)人員及時(shí)修改，為后續(xù)施工作業(yè)打下基礎(chǔ)。

1.2.2 在工程統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)用

工程統(tǒng)計(jì)既是施工材料配置的基礎(chǔ)，又是進(jìn)行預(yù)算管理的依據(jù)。應(yīng)用BIM 技術(shù)建立建筑模型后，在算量軟件的配合下即可得到主要材料的工程量，如鋼筋用量、混凝土用量、管道長度及模板支架數(shù)量等。根據(jù)工程量統(tǒng)計(jì)表，方便建設(shè)單位和施工方提前了解預(yù)算。以上海迪士尼樂園二期工程為例，將BIM 技術(shù)應(yīng)用在設(shè)計(jì)和施工中，每個(gè)部位的施工材料均有案可查，通過合理配置資源，既降低了施工成本，又減少了簽證變更。

1.2.3 在施工指導(dǎo)中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)有助于施工單位更好地理解設(shè)計(jì)意圖，避免或減少返工和浪費(fèi)現(xiàn)象，滿足綠色環(huán)保的要求[3]。以地下室管道施工為例，主體結(jié)構(gòu)澆筑時(shí)需要預(yù)留孔洞，應(yīng)用BIM 技術(shù)建立地下室的三維模型，根據(jù)管道位置準(zhǔn)確標(biāo)記預(yù)留孔洞的尺寸，就能避免后期砸墻開洞。再以進(jìn)度管理為例，傳統(tǒng)管理模式采用橫道圖和文字交底，難以體現(xiàn)工程的動(dòng)態(tài)變化。應(yīng)用BIM技術(shù)構(gòu)建4D 施工模型，能直觀反映施工過程和工序，方便安排人、機(jī)、料，降低出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)，顯著縮短工期。

1.2.4 在后期運(yùn)行中的應(yīng)用

建筑工程完工后，在后期運(yùn)行階段應(yīng)用BIM 技術(shù)，能對建筑空間、設(shè)備資產(chǎn)等進(jìn)行管理，有利于降低維護(hù)成本。尤其是隱蔽工程，如屋頂漏水、地下室塌陷等，利用BIM 模型可迅速找到問題的原因，加快修復(fù)速度，減小對建筑功能和正常運(yùn)行帶來的影響。

2 潔凈手術(shù)部施工中的需求

2.1 位置布局

位置上，潔凈手術(shù)部宜臨近與其有密切關(guān)系的外科護(hù)理單元，縮短與放射科、病理科、消毒供應(yīng)室及血庫的距離。在醫(yī)院內(nèi)要遠(yuǎn)離污染源，位于城市或當(dāng)?shù)刈疃囡L(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，且不宜設(shè)置在建筑的首層或頂層。

布局方面，手術(shù)部內(nèi)劃分潔凈區(qū)和非潔凈區(qū)，采用潔污分流原則，降低感染風(fēng)險(xiǎn)。人員上，術(shù)前患者和術(shù)后患者的推行路線分開；物料上，術(shù)前物品和術(shù)后物品經(jīng)不同廊道運(yùn)送。

2.2 數(shù)量設(shè)置

手術(shù)室的數(shù)量并非越多越好，應(yīng)結(jié)合醫(yī)療服務(wù)現(xiàn)狀和未來發(fā)展規(guī)劃確定。估算方法有2 種：一是每100 張病床設(shè)置2 間手術(shù)室，二是每25 張手術(shù)科室病床設(shè)置1 間手術(shù)室。

2.3 潔凈級別

潔凈手術(shù)室的級別越高，對細(xì)菌含量和空氣潔凈度的要求越高（表1），其建設(shè)和運(yùn)行成本越高。一般醫(yī)院只建設(shè)Ⅰ級和Ⅲ級手術(shù)室即可，原因在于Ⅱ級手術(shù)室的投資與Ⅰ級接近，同等條件下，Ⅰ級手術(shù)室適合更多類型、難度更大的手術(shù)。Ⅲ級手術(shù)室通過正負(fù)壓轉(zhuǎn)換，也能滿足手術(shù)需求。

表1 潔凈手術(shù)室的等級標(biāo)準(zhǔn)

2.4 設(shè)備配置

潔凈手術(shù)室內(nèi)的設(shè)備配置如表2所示。以無影燈為例，應(yīng)結(jié)合手術(shù)特征進(jìn)行配置，重點(diǎn)關(guān)注聚焦深度、色溫等指標(biāo)；最好配置攝像系統(tǒng)，方便觀摩和開展教學(xué)活動(dòng)。

表2 潔凈手術(shù)室的基本裝備配置要求

3 BIM 技術(shù)在潔凈手術(shù)部施工中的應(yīng)用

3.1 模擬施工

BIM 技術(shù)在潔凈手術(shù)部的模擬施工分為如下3 個(gè)方面：

1）管線綜合。整合建筑、結(jié)構(gòu)和各類管線的模型，檢測管線與結(jié)構(gòu)之間、管線與管線之間的碰撞問題，保證吊頂凈高的同時(shí)，提高后續(xù)施工效率。

2）洞口預(yù)留。手術(shù)部的空調(diào)、風(fēng)管等設(shè)備數(shù)量多、尺寸大，需要在墻體上開洞，后期開洞會影響整個(gè)墻體的穩(wěn)定性[4]。根據(jù)管線綜合效果，提前預(yù)留孔洞，指導(dǎo)墻體砌筑作業(yè)，既能降低成本，又能保證質(zhì)量。

3）設(shè)備進(jìn)場路線復(fù)核。部分醫(yī)療設(shè)備體型較大，正常門洞尺寸不能滿足運(yùn)輸要求，必須在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)考慮好進(jìn)場路線。在BIM 中輸入關(guān)鍵參數(shù)，能復(fù)核進(jìn)場路線是否滿足要求。

3.2 驗(yàn)證分析

BIM 技術(shù)在潔凈手術(shù)部施工中可進(jìn)行驗(yàn)證分析，具體為：

1）檢修空間分析。吊頂以上的管道、橋架、閥門、儀表，要設(shè)置合適的檢修空間。檢修口一般設(shè)置在走廊中心線，可與風(fēng)口共用空間。利用BIM 技術(shù)分析檢修空間的參數(shù)設(shè)置，檢查是否滿足檢修作業(yè)要求。

2）水系統(tǒng)運(yùn)行分析。空調(diào)系統(tǒng)的水阻力過大，導(dǎo)致水流量不夠會報(bào)警，原因在于水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙上多出一部分彎頭。利用BIM 技術(shù)排設(shè)管線，彎頭可以直觀展示出來，通過計(jì)算預(yù)測阻力分布情況，保證水系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3） 磁 共 振 成 像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）失超管走向分析。MRI 手術(shù)室發(fā)生失超后，氦會從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，體積瞬間膨脹數(shù)百倍。因此，生產(chǎn)廠家對失超管的走向、阻力有嚴(yán)格要求。利用BIM 技術(shù)優(yōu)化失超管的路線，有助于將氦氣順利排出室外，保證手術(shù)室安全。

3.3 空間優(yōu)化

在潔凈手術(shù)部施工中，BIM 技術(shù)可以幫助空間優(yōu)化，具體如下：

1）術(shù)中核磁環(huán)境下的機(jī)電優(yōu)化。與常規(guī)手術(shù)室相比，核磁手術(shù)室的最大特點(diǎn)是室內(nèi)有較強(qiáng)的磁場，需要對射頻和磁場進(jìn)行屏蔽處理。手術(shù)操作時(shí)，室內(nèi)要減少能被磁化的材料，并牢固安裝材料，避免磁場變化時(shí)出現(xiàn)安全事故。以無磁材質(zhì)的風(fēng)管為例，在工廠內(nèi)預(yù)制加工制成，經(jīng)BIM 模型進(jìn)行尺寸復(fù)核、局部細(xì)化，進(jìn)一步調(diào)整定位和走向，方便工廠照圖加工，提高風(fēng)管構(gòu)件的精準(zhǔn)度。

2）術(shù)中放療方案的驗(yàn)證優(yōu)化。進(jìn)行術(shù)中放療時(shí)，可利用BIM 技術(shù)對放療使用的鋼架、鉛磚、鉛板進(jìn)行建模，重點(diǎn)關(guān)注肋板、彎矩、轉(zhuǎn)折等細(xì)節(jié)。

3.4 集成施工

BIM 技術(shù)可以在潔凈技術(shù)部施工中實(shí)現(xiàn)集成施工，具體為：

1）墻板模塊化。模塊化是建筑行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢，利用BIM技術(shù)對手術(shù)室墻板進(jìn)行排版，復(fù)核尺寸后導(dǎo)出數(shù)據(jù)，方便工廠加工生產(chǎn)，相較于現(xiàn)澆施工能縮短工期、降低成本，而且方便現(xiàn)場施工管理[5]。

2）空調(diào)水系統(tǒng)控制模塊?？照{(diào)水系統(tǒng)控制部分的管件和閥門較多，容易出現(xiàn)漏水問題?；贐IM 技術(shù)，根據(jù)機(jī)組尺寸、主管道位置設(shè)置水系統(tǒng)控制模塊，預(yù)制加工后現(xiàn)場安裝，可提高施工效率和質(zhì)量。

3）一體化智能柜。該智能柜將強(qiáng)電、醫(yī)氣、等電位等部分集成在一起，并且預(yù)留出升級空間，如果手術(shù)室需要升級，升級智能柜里的硬件即可。

4 BIM 技術(shù)在潔凈手術(shù)部施工中的效益

4.1 降低施工成本

潔凈手術(shù)部施工中，應(yīng)用BIM 技術(shù)建立建筑模型，將各個(gè)專業(yè)整合起來，可展示出不同元素、不同對象之間的關(guān)聯(lián)，讓施工技術(shù)人員直觀地看到細(xì)節(jié)。而且，利用BIM 技術(shù)可完成自動(dòng)化算量，輔助開展進(jìn)度管理，顯著降低施工成本。

4.2 提高管理效率

潔凈手術(shù)部施工中，運(yùn)用BIM 技術(shù)能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)、施工、機(jī)電安裝、運(yùn)行管理等各個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，方便協(xié)同管理。各個(gè)參建方根據(jù)建筑模型提供的信息，能夠提前發(fā)現(xiàn)存在的沖突和問題，可避免風(fēng)險(xiǎn)事件，降低溝通成本，提高施工管理效率。

5 BIM 技術(shù)在潔凈手術(shù)部施工中的應(yīng)用案例

5.1 工程概況

某婦幼保健院住院綜合樓項(xiàng)目占地8400 m2，建筑面積共6.34 萬m2，包括地下2 層、地上17 層。其中，潔凈手術(shù)部位于綜合樓5 層，建筑面積約2800 m2，設(shè)置Ⅰ級手術(shù)室2 間、Ⅲ級手術(shù)室12 間；手術(shù)部采用污物回收型雙通道布局，配套相關(guān)輔助性功能用房；手術(shù)室吊頂設(shè)計(jì)高度為3 m，走廊及輔助用房吊頂設(shè)計(jì)高度2.6 m，建設(shè)內(nèi)容包括凈化空調(diào)、通風(fēng)、電氣、醫(yī)用氣體、空調(diào)自控、醫(yī)療裝備、凈化裝飾及給排水等；醫(yī)療設(shè)備配置包括無影燈、吊塔、醫(yī)學(xué)顯示屏、電動(dòng)手術(shù)床及達(dá)芬奇機(jī)器人等。

5.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

5.2.1 初步設(shè)計(jì)與建筑需求聯(lián)動(dòng)

應(yīng)用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)初步設(shè)計(jì)與建筑需求聯(lián)動(dòng)，具體如下：

第1，完成初步設(shè)計(jì)，建立整個(gè)潔凈手術(shù)部的三維模型，對各類管線進(jìn)行碰撞檢查，避免后續(xù)施工中返工。第2，對暖通、新風(fēng)、電氣、材料進(jìn)行考察和確定，有初步實(shí)施意向后，將參數(shù)輸入BIM 進(jìn)行檢查，結(jié)合醫(yī)院實(shí)際需求進(jìn)行參數(shù)修正，最終體現(xiàn)在施工方案中，輔助招投標(biāo)管理。第3，以施工單位為核心，組織設(shè)計(jì)方、設(shè)備供應(yīng)方、醫(yī)院方進(jìn)行建筑模型的深化設(shè)計(jì)，明確各系統(tǒng)、各專業(yè)的關(guān)聯(lián)界面，確定結(jié)構(gòu)承重、預(yù)留孔洞、閥門開關(guān)位置，并進(jìn)行3D 效果模擬，對醫(yī)療設(shè)備的擺放、朝向和布局進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬與優(yōu)化[6]。

5.2.2 方案設(shè)計(jì)與現(xiàn)場施工聯(lián)動(dòng)

在潔凈手術(shù)部施工中應(yīng)用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)與現(xiàn)場施工聯(lián)動(dòng)，具體為：

第1，后續(xù)招標(biāo)的設(shè)備基于前期調(diào)研確定的模型參數(shù)進(jìn)行招標(biāo)，并完善局部細(xì)節(jié)和銜接點(diǎn)。第2，落實(shí)現(xiàn)場勘查工作，分析實(shí)際環(huán)境和建筑模型之間的差異，根據(jù)醫(yī)院方的新要求進(jìn)一步完善施工方案。第3，將VR 技術(shù)和BIM 技術(shù)相結(jié)合，通過空間漫游感知建成后的建筑空間，并完成冷熱環(huán)境模擬、應(yīng)急疏散模擬、潔污流程管理模擬等工作，為潔凈手術(shù)部的施工提供科學(xué)依據(jù)。

6 結(jié)語

潔凈手術(shù)部是醫(yī)院開展救治工作、提供醫(yī)療服務(wù)的重要場所，對建筑施工質(zhì)量提出了高要求。將BIM 技術(shù)應(yīng)用在潔凈手術(shù)部施工中，能顯著降低成本，提高管理效率。通過本次研究，能為類似工程施工提供參考，促進(jìn)BIM 技術(shù)的推廣應(yīng)用。