蔣鳳昌，周桂香，朱水勇，奚晟翔，董 杰，吉盛凱

(1.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300；2.江蘇永泰建造工程有限公司，江蘇 泰州 225300；3.上?？迫鹫嬲\建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，上海 200092)

1 引言

隨著預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)(PC)在房屋建筑中的推廣應(yīng)用，醫(yī)院建筑也逐步采用這種結(jié)構(gòu)形式[1]。為了更好地達(dá)到綠色設(shè)計(jì)、綠色施工、提高施工進(jìn)度、施工質(zhì)量和安全等目標(biāo)[2]，建筑信息模型(BIM)技術(shù)被應(yīng)用于預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)全過程，可以較好地提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)和施工中可能存在的隱患，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和施工方案，利于醫(yī)院建筑進(jìn)行工程質(zhì)量、安裝、進(jìn)度和造價(jià)的控制管理[3]。本文以上海市皮膚病醫(yī)院門急診醫(yī)技病房綜合樓建設(shè)為例，進(jìn)行BIM+PC的技術(shù)融合研究與工程實(shí)踐。

2 工程概況

上海市皮膚病醫(yī)院新建門急診醫(yī)技病房綜合樓(圖1)，位于上海靜安區(qū)保德路1278號(hào)，該項(xiàng)目建設(shè)總面積為48988 m2，其中地下二層，建筑面積17733 m2，地上十層，建筑面積31205 m2，建筑高度44.9 m。建筑功能用房主要包括門急診、醫(yī)技、病房等。

本項(xiàng)目是設(shè)計(jì)過程中調(diào)整為預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的醫(yī)院建筑，也是上海市“十三五”規(guī)劃項(xiàng)目中第一幢采用預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的醫(yī)院建筑。在前期報(bào)建階段均未按照裝配式建筑要求進(jìn)行報(bào)建，在滬建建材【2019】97號(hào)文件實(shí)施后，醫(yī)院領(lǐng)導(dǎo)與設(shè)計(jì)院及時(shí)溝通協(xié)調(diào)，響應(yīng)政府文件要求，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，主樓采用裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)混凝土，裙房采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)展的實(shí)際情況，在裝配式方案評(píng)審匯報(bào)中，基于BIM的模擬分析，針對(duì)醫(yī)院建筑的特色工藝要求，并綜合考慮成本控制等因素，最終將預(yù)制率降低至25.01%。

3 醫(yī)院建筑應(yīng)用PC的難點(diǎn)分析

裝配式建筑主要考慮大量的建筑部品在工廠加工完成，并且基于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)效率的顯著提高，從而降低構(gòu)件成本。但是，上海市皮膚病醫(yī)院項(xiàng)目在裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中，存在一些難點(diǎn)，亟需深入分析研究。

圖1 綜合樓BIM圖

3.1 房間功能的多樣性

綜合樓的功能用房布局具有大多數(shù)醫(yī)院建筑的特征：布局廣、科室多、功能復(fù)雜。裙房首層功能主要為門診大廳、藥房、放射科；其余各層分布各亞專科專題治療門診，包括銀屑病診療中心、過敏性皮膚病診療中心、光醫(yī)學(xué)治療中心、中醫(yī)治療中心、性病治療中心、醫(yī)學(xué)美容中心等功能空間。主樓二至四層為醫(yī)技功能用房，醫(yī)技特殊要求多，醫(yī)療設(shè)備種類多，五層以上為各亞?？谱≡翰》俊?/p>

由于醫(yī)院建筑功能的多樣性，使得各樓層平面布局根據(jù)各自功能及醫(yī)療工藝而定，房間分配的建筑面積及尺寸變化較多，無法像住宅用房一樣做到上下對(duì)齊、成列布置。例如各種診療中心的診室開間進(jìn)深較小，并且每間診室都設(shè)置洗手池。諸如此類的因素不利于批量生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)與加工。

3.2 建筑立面的獨(dú)特性

綜合樓的外立面設(shè)計(jì)，為了體現(xiàn)皮膚的紋理，基于仿生學(xué)原理，建筑立面采用橫向舒展的線條作為主要特征，層層退臺(tái)，轉(zhuǎn)角處皆采用圓弧過渡處理(圖2)，以鋁板和橫向帶形窗體展現(xiàn)醫(yī)院建筑的簡潔明快的個(gè)性。

建筑立面獨(dú)特的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，使得預(yù)制構(gòu)件尺寸獨(dú)特，標(biāo)準(zhǔn)模塊重復(fù)率低，即加工制作混凝土構(gòu)件的模具可重復(fù)率不高，達(dá)不到工廠規(guī)?；a(chǎn)的基本要求，導(dǎo)致建造成本上升。

圖2 建筑外立面設(shè)計(jì)

3.3 結(jié)構(gòu)體系的選擇性

考慮醫(yī)院建筑的功能多樣性、房間分布的規(guī)律性不強(qiáng)、全生命周期功能調(diào)整的彈性發(fā)展等因素，當(dāng)采用預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)形式時(shí)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系更適合醫(yī)院綜合樓。但是，據(jù)投資測算，通常裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系比裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系造價(jià)稍高，造價(jià)系數(shù)約達(dá)1.1倍左右。而由于國家發(fā)改委對(duì)新建醫(yī)院建筑的投資控制管理嚴(yán)格，綜合樓前期報(bào)建時(shí)所確定的投資估算為42592萬元，不允許突破。因此，在結(jié)構(gòu)體系選擇時(shí)考慮采用預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系，并且確定適當(dāng)?shù)腜C預(yù)制裝配率，以滿足造價(jià)指標(biāo)的要求。

3.4 建設(shè)環(huán)境的受限性

由于新建綜合樓位于老院區(qū)內(nèi)，醫(yī)院周邊居民小區(qū)環(huán)繞，工程建設(shè)全過程的維穩(wěn)工作是保證項(xiàng)目順利推進(jìn)的重要方面。新建綜合樓主要出入口與市政道路之間也需穿越居民小區(qū)，施工期間，除保證工程質(zhì)量問題外，施工過程中對(duì)周邊居民的干擾也是項(xiàng)目需要重點(diǎn)考慮的部分。裝配式運(yùn)輸車輛一般為13 m以上，若從醫(yī)院主入口進(jìn)入，極有可能影響正常道路交通和醫(yī)院運(yùn)營，另一側(cè)通道為三泉公園旁與居民小區(qū)公用的公共通道，較為狹窄，運(yùn)輸預(yù)制構(gòu)件的大型平板車通行難度大。因此采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，運(yùn)輸大型構(gòu)件需考慮建設(shè)環(huán)境的受限性。

4 BIM+PC應(yīng)用方案與工程實(shí)踐

在預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的醫(yī)院建筑中應(yīng)用BIM技術(shù)，需充分考慮醫(yī)療工藝和醫(yī)療設(shè)備布置對(duì)預(yù)制構(gòu)件的影響，提前做好精細(xì)化的構(gòu)件分解設(shè)計(jì)。

4.1 BIM模型構(gòu)建

依據(jù)建筑工程的施工圖和PC深化設(shè)計(jì)圖紙，構(gòu)建BIM模型，包括建筑結(jié)構(gòu)模型(圖3)和機(jī)電專業(yè)模型(圖4)。在模型構(gòu)建過程中，基于BIM的可視化、參數(shù)化和可模擬性的特點(diǎn)[4]，進(jìn)行構(gòu)件拆分多方案比選，確定單元重復(fù)率高的構(gòu)件和單元模塊，輔助快速確定構(gòu)件拆分設(shè)計(jì)最優(yōu)方案，最終確定制作402個(gè)預(yù)制構(gòu)件，主要包括預(yù)制混凝土疊合板、預(yù)制混凝土梁和預(yù)制樓梯板，降低預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)成本，并經(jīng)過測算，控制在造價(jià)范圍內(nèi)。

圖3 建筑結(jié)構(gòu)BIM模型

圖4 機(jī)電BIM模型

4.2 BIM管線綜合

為了確保醫(yī)院建筑的給排水、強(qiáng)弱電、空調(diào)、消防等機(jī)電管線和醫(yī)療氣體、醫(yī)用物流系統(tǒng)等專用系統(tǒng)管線的合理布局，基于BIM進(jìn)行各類機(jī)電管線綜合，碰撞分析，并且考慮各類醫(yī)療用房和公共部位的凈空高度[5]。以此為基礎(chǔ)，精細(xì)化地分析了PC構(gòu)件的預(yù)留孔洞和預(yù)埋鐵件(圖5)，從而提高預(yù)制構(gòu)件細(xì)部加工的準(zhǔn)確性。

圖5 管線綜合助力PC預(yù)留預(yù)埋

4.3 基于BIM的醫(yī)療工藝分析

醫(yī)院建筑的布局設(shè)計(jì)主要決定于醫(yī)療工藝的需求[6]。基于BIM分別針對(duì)綜合樓內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)診室、特需診室、病房等診療空間進(jìn)行醫(yī)療工藝深化設(shè)計(jì)分析(圖6)，精細(xì)化地布局洗手池、醫(yī)用家具、醫(yī)療設(shè)備等布局，據(jù)此深化設(shè)計(jì)預(yù)制裝配式構(gòu)件的預(yù)留孔洞和預(yù)埋鐵件。

圖6 醫(yī)療工藝分析助力PC預(yù)留預(yù)埋

4.4 PC構(gòu)件深化設(shè)計(jì)

應(yīng)用深化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)專業(yè)BIM模型，進(jìn)行PC構(gòu)件連接端的鋼筋布置進(jìn)行深化設(shè)計(jì)(圖7)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)碰撞點(diǎn)，避免因鋼筋碰撞問題導(dǎo)致后續(xù)施工困難及變更，影響造價(jià)及工期[7]。

圖7 基于BIM的PC構(gòu)件深化設(shè)計(jì)

4.5 PC構(gòu)件運(yùn)輸模擬

由于施工場地位于居民小區(qū)密集范圍，大型拖車運(yùn)輸PC構(gòu)件難度較大，因此基于BIM模擬分析，對(duì)行走路徑作精細(xì)化分析，保證不發(fā)生PC構(gòu)件與沿途建筑、圍墻、設(shè)施碰撞。尤其是車輛轉(zhuǎn)彎處，應(yīng)保證足夠的安全間距。通過運(yùn)輸模擬(圖8)，保證了PC構(gòu)件的順利進(jìn)場、順利安裝。

圖8 運(yùn)輸模擬

4.6 BIM-4D施工模擬

綜合樓建設(shè)全過程，應(yīng)用BIM-4D模擬施工工藝[8]，進(jìn)行現(xiàn)場布置分析，控制施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全。重點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化場地布置及PC吊裝順序(圖9)，基于BIM信息進(jìn)行虛擬分析，防止碰撞，保證能夠高效拼裝，為現(xiàn)場順利施工奠定良好基礎(chǔ)。

4.7 云平臺(tái)PC構(gòu)件管理

利用IFC技術(shù)及面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，構(gòu)建通用BIM管理平臺(tái)[9]，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的現(xiàn)場管理(圖10)，即利用BIM平臺(tái)鏈接實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的實(shí)時(shí)定位、追蹤、查詢，防止丟失、錯(cuò)用的發(fā)生。綜合樓的402個(gè)PC構(gòu)件，依據(jù)不同施工階段顯示的狀態(tài)包括“未生產(chǎn)”“已生產(chǎn)”“已入庫”“運(yùn)輸中”“已到場”“已安裝”和“已完成”7種狀態(tài)，據(jù)此，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑的動(dòng)態(tài)追蹤、查詢，實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量、進(jìn)度、成本的動(dòng)態(tài)管理。

圖9 PC吊裝工藝模擬

圖10 基于BIM的漫拓云平臺(tái)PC管理界面

5 結(jié)語

上海市皮膚病醫(yī)院門急診醫(yī)技病房綜合樓應(yīng)用BIM+PC融合的技術(shù)，并且開發(fā)應(yīng)用了云工程平臺(tái)進(jìn)行信息集成，高效實(shí)施了項(xiàng)目管理，保證了施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全，并且有效地控制了工程造價(jià)，為類似的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)醫(yī)院建筑提供有益的參考。