BIM技术在医院建筑机电管线的设计优化研究

严 威，陈 楠，潘 亮

（中国建筑第二工程局有限公司 华东分公司，上海 200135）

医院建筑相比于住宅、办公楼等民用建筑，其机电管线的敷设较为复杂。综合医院建筑设计规范对医院各功能房间的净高做了明确规定，且建设方对净高要求通常高于规范标准。如何处理医院建筑融合专业多、净高要求高的问题，给设计和施工方提出了较大挑战。通过二维平面、立面和剖面图来解决医院机电管线问题存在很多弊端。BIM 技术因其可视化、协调性、优化性、可出图性等特点，能对复杂管线进行相关优化[1-4]。本文以南京栖霞区中医院为研究对象，通过具体实例介绍BIM 设计优化方法在医院建筑机电管线的应用，可为医疗建筑机电管线优化提供参考。

1 项目概况

南京市栖霞区中医院是集医疗、预防、康复、科研为一体的三甲中医院。医院总面积为148 180.11m2，其中地上80 875.69m2，地下67 304.42m2。门诊医技部楼1～4 层的层高均为4.5m，住院部楼一层、二层层高4.5m，3～5 层层高3.9m。地下室一层、二层的层高分别为6m和3.9m。建筑结构形式为装配整体式钢筋混凝土框架结构，设计使用年限为50 年，医院整体效果见图1。

图1 医院整体效果图

2 医院建筑机电管线设计难点

1）净高要求高 综合医院建筑设计规范对医院各功能用房净高做了明确规定，如手术室宜为2.7～3m，诊查室不低于2.6m，病房不低于2.8m，公共走道不低于2.3m 等。以地下一层总务库房西侧走道为例，走道净空宽高为4.9m×5.1m，吊顶高度要求为2.9m。考虑吊顶龙骨和安装间隙100mm，则管线底标高需达到3m以上。此走道包括给水、暖通、物流、消防、强电、智能化等专业，若不进行相关管线设计优化，很难达到业主对净高的要求。

2）管线复杂多样 医院建筑给排水系统除了常规的水系统外，还增设了透气、制剂和医疗用水系统。暖通系统包含舒适性空调系统、手术室洁净空调系统、医用气体系统和防排烟系统。强弱电系统主要为照明空调发电机组供配电及控制系统、信息化应用和智能化系统集成。各系统均具有自身特殊功能特点，从而能满足医院的各项功能需求，对机电各专业设计及施工人员提出较大挑战。

3 机电管线设计优化

仅参照传统的建筑施工图来进行医院建筑机电管线安装，必然会因各专业之间不协调，导致大量的返工，以致增加施工成本并影响工程整体的施工进度。若依据BIM 三维模型和BIM 输出的各机电专业施工图对现场施工进行指导，则能有效避免上述问题。基于BIM 技术对机电管线设计优化包括图纸分析、模型建立和机电优化3 个环节。

3.1 图纸分析

图纸分析需结合建筑、结构和机电各专业CAD 图纸进行相关图纸会审。此过程包括以下两部分，其一为设计院在机电各专业图纸设计前期需对医院建筑结构CAD 图纸进行分析。了解建筑功能分区和各房间的布局，及结构柱、梁、板、墙的位置及尺寸，可作为机电管线排布的重要参考依据。其二为设计院各机电专业图纸设计完成后，需组织建筑结构及相关机电专业进行图纸确认。了解各专业管线设计布局，分析各管线尺寸、数量及路径对机电各专业管线安装的影响，并综合考虑层高、净高要求，对机电各专业图纸进行初步调整优化。

3.2 模型建立

通过对建筑结构及相关机电专业图纸分析，借助Revit 软件分别建立建筑结构和机电各专业三维模型。本项目所建立的机电各专业三维Revit模型具体包括给排水系统、暖通空调系统、电气系统、医疗气体系统。

运用Revit 软件建立建筑结构及机电专业模型主要依据为设计院提供的CAD 版图纸。根据CAD 图纸分别单独建立防排烟、给排水、暖通、气动物流、医疗气体、强弱电等专业Revit模型。通过Revit 软件可将所建立的各个专业三维模型导出为NWC 格式文件，应用Navisworks 软件将其整合成完整三维模型。根据陈禹[5]所介绍的模型审核方法，对整合的模型进行初步审核。

3.3 机电管线优化

机电管线优化阶段主要任务是发现不合理的管线布置，并通过相关优化方法对管线进行进一步调整，以满足净高需求的同时也能保证安装方便，维修容易。

3.3.1 机电管线设计阶段

该项目应用Navisworks 软件对整合的三维模型进行碰撞检测、净高分析和专业协调，生成问题报告21 份，共计问题368 处，其中涉及建筑43 处，结构127 处，节点15 处，净高问题183处。分析上述问题并对各专业管线进行调整，调整方法主要包括：①改变管线走向；②改变管线尺寸；③借助综合支架。相比于在结构上开洞，以上3 种方法具有经济、安全和易于施工的优点，且不影响功能正常使用，因此在处理机电问题上应用最为广泛。

采用上述3 种方法对管线进行调整之前，还需先考虑层高、结构梁底标高、净高要求，确定建筑空间的容许布置宽度和高度。明确各管线的功能、接入端口及房间位置及考虑安装间隙，优先确立主要管线的位置，如风管、冷凝水管。管线较密集的区域还需要给桥架及阀门留出300～450mm 检修空间。

管线调整还需基于以下准则：优先调整小管、有压管、水管、可弯管，尽量避免调整大管、无压管、风管、热水管、不可弯管。综合考虑管道支路、末端位置以及干管贴近使用端。管道及桥架遇风管时做上翻处理，两管线交叉时，支管少的管做上翻处理。管线密集区域需给桥架及阀门预留检修空间。协调各机电专业管线布局，对机电管线设计进行优化并输出各专业施工图。

3.3.2 机电管线施工阶段

机电管线施工阶段的优化主要起到辅助作用，其目的是更好地执行设计意图、按图施工。机电管线施工阶段的优化主要在以下两方面。

1）对现场建筑结构进行复核。机电各专业管线安装前需提前确定现场实际建筑结构施工情况与图纸之间的偏差，包括对梁底标高和通道宽度进行重点复核。若存在的偏差超过容许范围，则需及时反馈给设计院，对管线排布进行相关调整。

2）明确机电各专业管线的安装顺序及安装位置。安装前施工总承包单位需组织各专业分包以及设计方对施工顺序进行讨论，并对机电管线各专业施工图上标注的管线类别、型号尺寸、位置和安装底标高进行确认，为分包提供相应的技术指导。总体遵循先难后易的原则，先安装大管、无压管、上层管线，后安装小管、有压管、下层管线。

4 BIM技术机电管线设计优化应用

本医院项目地下一层设有较多设备机房和专业诊室，管线复杂，各功能房间对净高要求高。考虑到管线敷设方便及不影响房间的净高，管线通常敷设在走道内，因此走道是机电管线优化的重点区域。以地下一层总务库房西侧走道的管线敷设优化为例进行分析。

总务库房西侧走道作为连通东部餐厅和中部影像中心的主要通道，此区域人流量大，业主对走道净高要求为2.9m。此走道汇集了地下一层东侧和中部的大多数管线，其中包括物流、消防排烟管、消防桥架、电力桥架、冷热供回水管、冷冻水供回水管等尺寸较大管线。以建筑完成面作为参考，走道管道有效敷设空间为4 900mm×2 200mm。为使管线合理的布置，对此区域管道进行综合分析。

4.1 水平方向

首先考虑管线的功能、接入端口及房间位置，确定主要管线的水平布局。此区域走道内物流管尺寸为1 700mm×700mm，根据使用功能，将其布置在靠近总务库房一侧。走道西侧包括影像中心、诊室、排风排烟机房和空调机房、正压机房等功能房间，则消防排烟管（1 250×500mm）、冷热供回水管（DN325）、给水管（DN150）、冷冻水供回水管（DN273）、热水供回水管（DN159）、排风风管（320×250mm）布置于该侧。走道两侧房间均存在较多电力和消防管线支路点位，电力桥架（1 000×150mm）、消防桥架（800×150mm）两侧并排布置。

其它管线兼顾使用功能和净高要求进行合理排布。母线槽（200×300mm）、运营商桥架（200×100mm）、智能化桥架（300×100mm）、联网线槽（100×100mm）敷设于走道西侧。广播及防火门监控线槽（200×100mm）、火灾报警线槽（250×100mm）、通气管（DN89）、喷淋管（DN150）敷设于走道东侧。空气冷凝水管（DN25）属于无压管，敷设时需考虑管线坡度，将管线布置在中间区域。因此区域管线密集，走道中间预留检修空间。

4.2 竖直方向

在确立管线大致水平布局后，还需考虑层高、结构梁底标高、净高要求，确定管线的竖向位置。首先排布形状规则的桥架，其次是水管类，最后敷设排风排烟管。基于水平和竖直的容许安装空间这一标准，并通过Revit软件的碰撞检查、净高分析，对管线进行局部微调后，确定最终的管线空间布置图。

应用Revit 软件对管线进行水平及竖直方向的设计优化，可明确出管线在容许空间中的水平和竖直位置，其通过Revit 软件所输出的各专业施工图纸中，表示为水平距离和标高。总务库房西侧走道BIM 图如图2 所示，管线排布如图3 所示。

图2 总务库房西侧走道BIM图

图3 管线排布剖面图

总务库房西侧走道管线最低处为消防排烟和排风管，其底标高为3 100mm，考虑保温层及装饰要求，能保证此区域2 900mm 的净高要求。

5 结论

根据机电管线设计优化方法对医院复杂区域走道管线水平和竖直方向分析，并应用BIM 技术进行碰撞检测和净高分析能有效解决管线敷设和净高问题。基于优化后的BIM 机电管线模型所输出的各机电专业施工图可作为现场施工的主要依据。机电管线设计优化方法也能为现场施工提供解决问题的思路。因此，BIM 技术在医院建筑机电管线的设计优化既能为设计方完善管线设计，也能为施工方将复杂问题简单化，最终能较好实现建设方对医院建筑净高的要求。