基于BIM＋技术的复杂地下工程精益智慧管理

顾向东 张柏祥

1. 上海中医医院 上海 200071；2. 上海建工二建集团有限公司 上海 200080

1 工程概况和复杂性分析

上海某综合医院眼科临床诊疗中心位于市中心虹口区海宁路，是目前上海市占地面积最大的三甲综合性医院。总建筑面积约100 000 m2，其中A楼地上22层，建筑高度95.0 m，B楼地上5层，建筑高度23.9 m，地下室公用，建筑面积近30 000 m2，共3层，其中整个项目地下1层与基地内原有的门诊楼、医技楼和外宾楼地下室分别设连通口，可相互连通。该诊疗中心是2019年上海市重大建设项目，也是上海市首批立项和首个开工建设的临床诊疗中心，拟形成以眼科及视觉科学“尖峰”学科为引领，以国家眼科临床研究中心建设为契机，打造具有优势学科品牌的疑难重症诊疗中心。项目位于市中心繁华地带，在原有院区内，需要拆除部分既有建筑，所面临的复杂性挑战包括：

1）周边环境复杂。场地北侧为医院内部建筑，其中距离基坑4 m门诊楼为无桩基础，东侧新亚公寓与场地仅围墙相隔；南侧为城市主干道海宁路，西侧为城市主干道吴淞路。医院院区内各类地下管线错综复杂，且年久失修，前期摸排发现管线达142类，检修井将近202个，这也是既有医院改扩建的普遍难点[1-3]。

2）现场管理复杂。工程位于医院内部，对环境、噪声、光污染需严格管控；与居民距离较近，维稳要求高；海宁路为城市主干道，交通组织困难；施工场布、安全管理和现场组织复杂。

3）施工难度高。基坑根据开挖深度分为南北2个区，南区地下3层采用地下连续墙围护逆作的形式，基坑面积约8 214 m2，基坑周长约563 m，基本开挖深度约18.65 m，局部深坑开挖深度2.50 m；北区地下2层和局部地下1层采用顺作施工，基坑面积约1 405 m2，周长约170 m，开挖深度最深12.65 m。开挖时需严密监控对周边建筑的影响。

5）项目要求高。打造临床诊疗中心的标杆工程，实现绿色医院施工。

2 基于BIM＋的复杂地下工程精益智慧管理应用方案

该项目采用了全过程BIM应用模式[4-6]，以实现绿色医院的设计、施工与运维的全过程精益化管理。在施工阶段，由全过程BIM咨询单位和总包协同策划了BIM应用点（图1），地下工程施工基本覆盖了这些应用点。

图1 施工BIM应用点策划

BIM和施工管理进行融合的技术依托离不开其他技术的融合，包括基坑监测技术、扬尘和噪声监测平台、无人机监控、人脸识别的智慧工地技术、云平台等，这些构成了BIM＋集成技术体系，为复杂地下工程的精益化、智慧化施工提供了技术基础[7]。该项目基于BIM＋的复杂地下工程精益智慧管理具体应用方案框架如图2所示。

图2 基于BIM＋技术的复杂地下工程精益智慧管理应用方案框架

3 基于BIM＋技术的复杂地下工程精益智慧管理实施

3.1 基于BIM的复杂地下工程精益施工模拟

3.1.1 大临设施和场地布置精益模拟

在大型临时设施和场地布置方面，根据本工程场地及工程特点，在海宁路设置主、辅两个施工大门。在具体施工时，需结合沿街实际情况，同时考虑规划设计的永久出入口，并根据现有的BIM模型反映出新的问题，建议医院针对规划设计的出入口提前考虑外围单位协调事项，例如公交、市政、电力等。而整体场布分析则分为第一阶段的临时用电、用水和用房，以及第二阶段的B0板整体布局。

3.1.2 逆作法施工及管线综合模拟

由于场地狭小，该项目地下工程采用了逆作法施工方法[8]。项目采用一柱一桩施工工艺流程，而钢立柱分别有格构柱、钢管柱、十字钢骨柱，首层柱顶采用倒置埋件，中间楼层梁钢筋遇格构柱采用节点加腋放大，钢管柱采用连接环板，十字钢骨柱采用焊接直螺纹套筒的方法来完成钢筋在柱节点的处理。由于项目北侧存在大量地下障碍物，针对此情况改用咬合桩施工工艺，为了合理规划咬合桩施工，进行了工艺与工序上的4D模拟。另外，地下也涉及相关管线安装，以及与既有管线的对接分析。以上如结构配筋较为复杂的节点和管线等都需要通过BIM进行精细化节点模拟和4D施工模拟。基于BIM的逆作法施工及管线综合模拟如图3所示。

中国部分城市非工业区与工业区降尘重金属统计结果见表 4。因王明仕等（2015）的研究未区分非工业区和工业区，故As、Hg、Cd、Cu、Pb、Zn等重金属只得到一个浓度均值，与本研究相比，其值高于非工业区而显著低于工业区。这也与降尘中的重金属随着离工业区距离的增加而降低（王世豪等，2017）的趋势相符。

图3 基于BIM的逆作法施工及管线综合模拟

3.1.3 工程量分析及物资管理

本工程大底板设有大量下承台，施工难度极大，从BIM模型提取各施工段混凝土工程量报送混凝土泵站供料，避免材料浪费，节约施工成本。运用BIM建模的方法模拟土石方的开挖和回填，可以直观有效地开展土石方的挖运分析与运算，能做到土方平衡计算的精确化，对项目成本管控发挥了重要作用。基于BIM技术，可以对现场物料仓库、料场进行准确布置，有利于现场物料的精确存储，BIM技术与二维码相结合也可优化物料记录管理。

3.2 基于BIM的绿色和文明施工策划模拟及智慧工地技术应用

3.2.1 绿色施工策划模拟

绿色施工包括“四节一环保”。在节能方面，主要利用BIM技术对场地内照明灯具及建筑房间内空调进出风口位置进行合理排布，结合日照时间通过BIM模拟场地内施工照明方向和时间，减小夜间照明对周边环境影响，并降低能源损耗。在节水方面，主要通过BIM技术加强对非传统水源的利用，根据场地条件布置收集管道，最大化收集雨水，然后进行沉淀处理后用于洗车、清洗路面、灭火等用途，回收再利用均达到100%。在节地方面，本工程南区基坑采用逆作法施工，南区基坑面积约8 200 m2，规划道路用BIM技术考虑永临结合，进行三维动画分析模拟，满足车辆进出场、消防疏散。在节材方面，利用BIM技术对复杂梁柱节点处钢筋进行合理排布，并对钢筋余料进行统计再利用。在环境保护方面，现场设置扬尘噪声在线实时监测系统，对场地内的扬尘、噪声加强管控，一旦出现扬尘高数据监测指标，马上采取降尘措施。

3.2.2 安全文明施工策划模拟及智慧工地技术应用

在前期施工策划阶段，利用BIM软件建立大临布置模型，合理布置施工设施、设备，划分工作区域，保证施工需求。场地东侧搭设安全通道，并设置样板展示区域。

3.3 基于BIM＋技术的智慧监测、物料跟踪与无人机应用

将BIM与物联网、无人机等结合应用，可对复杂地下工程进行智慧管理。本项目主要包括利用基坑监测系统进行基坑变形及安全预警、通过噪声扬尘监测将对医院运营的影响降至最小、通过无线测温监控大底板混凝土温度、实时跟踪混凝土等物料运输路线、采用无人机进行施工现场和进度监控及利用摄像头进行工地实时监控等。

3.4 基于BIM＋的云平台应用

由于项目参与单位多，如何进行有效地沟通管理以及精细化项目控制一直是复杂工程管理的难点，基于BIM＋的云平台可有效解决这一问题，实现现场进度、质量、安全、风险、成本管理以及协同管理和文档管理。通过基于BIM及视频监控来有效实现可视化项目管理，结合移动端随时掌握现场施工情况。云平台功能模块包括现场工况、视频监控、模型浏览、项目文档、施工日志等。项目采用施工单位和业主单位两套云平台，分别用于不同的管理目的。基于BIM＋技术的云平台具体应用包括：

1）风险管控。每日晨会明确今日作业内容、条件有无变化、作业人数，明确安全内容等；隔天上传前日施工日志，实现现场质量、安全、资料的可追溯性。运用管理平台对项目重大风险源进行实施上传便于管控。公司督导队定期检查，及时上传整改回复记录，消除现场安全隐患。

2）现场管理。每日巡视现场，若发现隐患，上传平台，要求责任人限时整改，复查完成后，完成闭合。确保隐患出现及时整改，及时闭合。

3）混凝土浇灌管理。包括混凝土施工前上传混凝土浇筑令，施工过程拍摄现场照片，每天上传项目经理带班巡查记录，切实落实整改每日问题。

4）沉降监测管理。通过对监测数据的分析，为了有效控制门诊楼持续沉降变形，先行加强对门诊楼监测及巡视工作。

5）文档管理。各种施工管理文件及时上传与共享等。

3.5 基于BIM＋技术的沟通与协调

项目还充分利用BIM及相关平台的优势，开展项目沟通与协调。主要包括：每周除了工程例会外，召开BIM例会，就相关技术问题开展沟通和协调，大大提高了例会效率；基于BIM的可视化技术交底，在关键复杂节点，利用BIM进行可视化交底，可大大提高交底效率，提高沟通准确度；基于BIM的安全交底，可有效提高安全交底的效率和效果；与周边社区的沟通，为社区稳定提供了可视化支撑；通过云平台进行问题提出和解决，大大提高了问题解决效率。

4 基于BIM＋技术的复杂地下工程精益智慧管理应用效果及展望

该项目于2020年1月10日按计划完成了地下工程，整个工程安全、高效和平稳进行，对周边建筑进行了严格的检测，未出现大的影响。同时，对医院运营的影响也降到了最低，受到了建设单位的好评。作为BIM深度应用的典型工程，该项目具有广泛的社会影响，已经接待了来自多个单位的现场观摩。BIM应用成果也有效支撑了全国《医院建筑信息模型应用指南》的编写。2019年12月25日，由上海市绿色建筑协会以及上海市建筑信息模型技术应用推广中心等主办的“BIM技术在绿色医院建设中的应用”全市观摩研讨会在项目上举行，针对该项目进行了专题汇报与研讨，获得了与会者的高度评价。

按照项目BIM应用的总体策划，该项目将打造BIM在医疗建筑中的典型示范工程和诊疗中心标杆工程，在后续施工阶段，将继续围绕BIM＋、复杂工程施工与安全、精益施工和智慧施工等应用点进行深度应用，为医院建筑的复杂工程管理进行探索和实践。

5 结语

近几年，BIM技术在我国得到了飞速发展，应用日趋广泛和深入。但是，随着工程复杂性日益增大，工程管理目标要求的日益提高，以及现代新技术发展的日新月异，BIM在复杂工程中的应用也遇到了新的挑战和机遇，需要结合具体实践进行研究和探索。信息技术的发展使得BIM技术的“BIM＋”创新模式逐渐形成新的业态，推动建设行业众多领域的创新变革。

医院建筑作为一类特殊的复杂建筑，其施工管理在进度、安全、质量、成本等方面均具有典型代表性。本文以上海某医院眼科临床诊疗中心复杂地下工程为例，探索了基于BIM＋技术的复杂地下工程精益智慧管理的措施、技术和方法，为此类工程管理及BIM深度应用提供了借鉴，也为下一步BIM在全过程中的应用奠定了基础。