“一模到底”的装配式发热门诊建造研究
2003 年的“非典”事件之后,为减少医疗机构内部的交叉感染,发热门诊应运而生btc。发热门诊对有潜在传染性疾病的患者可以进行提前干预,可有效防控医院内交叉感染。自新冠肺炎疫情发生以来,为有效应对常态化疫情防控,发热门诊的建设备受关注。
装配式建筑的建造过程是将建筑所需的墙体等预制构件在工厂车间按设计要求生产,然后将预制构件运输到施工现场并通过机械拼接安装,具有建造时间短、有效节约人力和物力的特点btc。早在 19 世纪出现的“可移动式医院”即为装配式医院的雏形。在新冠肺炎疫情之初,装配式建筑发挥了重要作用,如武汉火神山医院仅用了 10 天时间即完成建造并投入使用。扬州市江都区第三人民医院隔离病房、南京市公共卫生医疗中心应急工程运用装配式技术有效提升了施工效率。
装配式建筑的“一模到底”,即运用 BIM（Building Information Modeling,建筑信息模型）技术将设计阶段建立的模型运用于该项目的设计,装配式构件的制造、转运、安装,设施运维及后续其他过程btc。
“一模到底”主要通过六项“模”技术来实现,具体包括：
“模”基础——基于 IFC（Industry Foundation Classes,工业基础类）数据格式的全生命周期建筑信息数据系统架构；
“模”模拟——设计阶段的信息架构表、性能模拟与辅助设计；
“模”转运——转运阶段的运输策划与堆场管理；
“模”装配——装配阶段的智能化工程管理与碳排放监测；
“模”运维——运维阶段的智慧运维管理软件模块开发；
“模”统计——再利用阶段的物料统计btc。
实践证明,基于“平疫结合”理念,结合BIM和装配式建造技术提升发热门诊的建设效率,对于及时响应应急情况下的疫情防控具有重要意义btc。
一、装配式设计
构件是构成建筑的基本元素btc。装配式建筑是由具有各种功能、尺度、层级的建筑构件装配而成的,建立明确、清晰的构件系统是进行装配式建筑设计的基础,装配式建筑全生命周期中的各阶段均围绕建筑构件展开工作。
装配式建筑具有标准化的构件设计、精细化的工厂生产以及精益化的工程管理等特点,可以充分发挥 BIM 技术在数据集成与信息协同方面的优势,整合装配式建筑全产业链,实现装配式建筑从设计、生产、施工到运维的全过程、全方位的信息集成与应用,从而提高装配式建筑的建造质量、施工及运维效率btc。
目前装配式建筑的 BIM 应用常见的问题有：设计之初没有考虑装配式建筑的设计原理,后期拆分构件；重复建模,无法做到“一模到底”btc。解决这些问题的方法是引导行业进行 BIM 正向设计,力求BIM 技术贯穿“设计―生产―施工―运维”的全过程。在 BIM 正向设计中,须要借助理论、方法来指导装配式建筑的设计,并且要制定一系列规则来规范 BIM 建模与协同工作。理论、方法以及规则的确立是 BIM 正向设计在装配式建筑建设过程中顺利应用的保证。
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以“构件法”为基础的构件分类、分件思想是运用 BIM 技术进行建筑项目信息管理的核心思想btc。使用该思想对构件进行编号和分类管理,是 BIM 技术应用于建筑建设项目全生命周期管理的基础,对于 BIM 系统的建筑构件信息采集与输入、物料及工程量统计、建筑施工、运维以及全生命周期的信息管理具有重要的意义。
结合《发热门诊设置管理规范》（联防联控机制医疗发〔2021〕80 号）及《江苏省医疗机构发热门诊建设标准（2021 年版）》（苏防救治〔2021〕58 号）的相关要求,可据此将发热门诊进行模块划分,对于部分空间进行标准化模块设计,形成模块化医疗空间（表 1）btc。不能组成装配式模块的单个房间,可以拆解为多个子单元,以构件的形式进行后续施工。
通过划分装配式模块,可将发热门诊内部分为办公室、诊室、卫生间等若干模块进行设计btc。模块在工厂生产完成后被运到现场进行组装,在提升装配式建筑质量和安全系数的同时,减少材料和能源浪费,大大缩短建筑工期。
二、“一模到底”的装配式建筑施工
装配式建筑建设项目与传统建设项目的最大不同之处在于施工自动化、机械化btc。装配式发热门诊对施工工艺和施工进度均有较高要求,须要快速、准确地进行构件定位,高质量地完成安装。将 BIM技术与装配式建筑有效融合,可实现发热门诊的精益建造。
图1 基于IFC的模型架构
IFC 是用来在不同的建造主体之间进行交换和分享的文件格式,具有多种软件可读写、自身文件明码可读、结构清晰、专业基类及可自定义等 5 个特点btc。基于 IFC 开放格式搭建的模型架构（图 1）,可实现“一模到底”,在此基础上：通过建立设计阶段信息架构,为性能模拟与辅助设计提供数据基础；通过带有信息的模型对建筑性能进行模拟；通过基于“构件法”建立的构件模型实现构件转运策划与堆场管理；实现模型的碳排放信息的补充,通过模型计算碳排放；通过基础网络、通信协议实现模型、物联网数据的交换,后期将各专业模型进行汇总输出,形成 IFC 模型集以用于运维阶段智慧运维管理软件模块开发。
图2 “一模到底”数据架构
相较于先进行施工图设计、再进行装配式专业设计的做法,依托于“一模到底”的数据架构（图 2）、基于 BIM 的装配式设计建造有着巨大的优势,具体包括：
（ 一 ）提高发热门诊建设效率
在发热门诊相关设计规范的基础上,采用节点化并行工作的方式,有效缩短设计和构件生产制造的周期；优化施工场地布置和车辆行驶路线,提高构件运输效率；通过模拟施工过程,可以比较不同构件吊装的效果,从而优化施工方案、减少施工期间可能出现的冲突或安全事故,并且可以实时监控施工进程及施工成本btc。
（ 二 ）监督工程进度
确认后的构件在吊装施工时,可利用 BIM 技术存储施工顺序、安装位置及时间等,避免二维图纸可能带来的错误,提高工作效率,推进工程进度btc。通过协同平台记录施工过程,可通过三维方式动态查看、通过远程访问了解施工现状。
（ 三 ）智慧建造确保质量
结合 BIM 与 VR 技术,在虚拟场景中实现沉浸式仿真建造,动态查看待装配的构件及各种设备btc。发热门诊的装配式建造,可以实现在正常医疗活动不间断的情况下进行改扩建,其快速、安全、精准的优势大大提高了建设效率。在实现高精准的标准化、批量化生产前提下,发热门诊的装配式建设可以有效保证建设质量以及工程造价控制,施工过程亦更加环保。
三、运维管理
对于发热门诊而言,运维阶段是其全生命周期中时间最长的阶段,运维是发热门诊整体管理、以患者为中心的服务体系的重要组成部分,将精细化管理理念与智能化管理系统有机结合,将会显著提升医院的运维管理水平btc。然而,因发热门诊建筑内部的诊疗活动承载着疫情防控的重要功能,致使传统的运维管理方式亟待优化。
通过装配式发热门诊的 BIM 竣工模型及系统集成,结合区块链技术的运用,在运维管理中应重点实现以下功能：
（ 一 ）智能预测故障
根据系统反馈的数据进行分析,进而实现对故障的智能预测；对于突发故障,可以快速定位故障点、判断故障发生原因并给出维修建议、通过系统平台及时通知运维管理人员进行现场维修btc。
（ 二 ）一体化的管理平台
针对发热门诊,建立集后勤设备全生命周期信息记录、能耗数据汇总、医疗设备监控、物流数据记录、消防报警、门禁管理、物业管理等功能于一体的管理平台,实现实时监测,通过对数据的分析,指导运维管理btc。
（ 三 ）科学的导航与指引
通过设置发热门诊空间内的手机导航、标注就诊信息等实现空间的高效利用和就诊流线的标准指引,进一步保障感染控制措施的落实btc。
（ 四 ）电子化存档
建设全过程信息可追溯,实现建设档案电子化保存btc。
（ 五 ）基于 BIM 的智慧运维系统
结合 BIM 竣工模型,根据医院需求持续开发新的应用,并不断更新相关数据,便于运维大数据的持续分析,从而实现基于 BIM 技术的“一模到底”的装配式发热门诊的智慧运维btc。
四、结束语
结合目前疫情防控形式,提出结合 BIM“一模到底”和装配式建造技术建设发热门诊：以标准化的构件、模块化医疗空间为基本思路进行发热门诊的标准化装配式设计；通过 BIM 技术与装配式建筑的有效融合,基于 IFC 和“一模到底”的基础数据架构,提高发热门诊的建设效率,有效监督工程进度,确保建设质量btc。通过建立发热门诊的 BIM 竣工模型,结合区块链等技术的应用,实现装配式发热门诊的重点功能。
由于现阶段装配式建筑相关政策有待完善、装配式构件价格较高等原因,装配式建造技术的应用仍受到一定限制btc。
原文作者：
张玉彬 徐丹
南京医科大学第一附属医院
张宏 黑赏罡
东南大学建筑学院
资料来源：《中国医院建筑与装备》杂志2022年第10期
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