核心看点

武汉雷神山医院建设用地面积达22万m²，总建筑面积为7.9万m²，开设32个病区，总床位数1500张，可容纳医护人员2300人，是一个专为收治新冠肺炎重症患者建造的抗疫应急医院，也是疫情期间全国投资建设最大的抗疫项目。医院建设伊始，国内疫情肆虐，留给设计人员、施工人员及管理人员的时间极短，如何利用数据流高效办公、减少设计变更、减少设计错误、降低施工难度、加快施工进度，是建造过程中的重难点。在医院建设过程中，项目团队通过基于BIM的装配式工艺、流体仿真技术、智能化管理平台等设计施工一体化应用，助力医院快速建成、安全使用，进一步挖掘了BIM技术在医疗建筑项目和应急项目中的价值。

数字孪生医院

数字孪生是现实世界的实体在虚拟数字世界的镜像，不仅能对现实实体虚拟再现，还能模拟其在现实环境中的行为。为避免医务人员被感染，隔离医疗区的所有病房均设计为负压病房，病房内的气压低于病房外的气压，外面的新鲜空气可以流进病房，病房内被患者污染过的空气则通过专门的通道及时排放到固定的地方。

医疗建筑标准化设计

根据医疗建筑功能的特点，利用BIM技术将医疗建筑中的功能模块进行拆分和标准化设计，将设计转化为成熟的产品，有利于提升设计质量和效率。如病房区的病房模块、缓冲区模块，医技区的手术室模块、ICU模块、CT室模块等。将大模块拆分成重复率高的小模块，建筑、结构、机电、装修、设备等全专业精细化参数化建模，再添加材质、尺寸、设备参数等构件信息，便于同类型医疗建筑的设计提取和复用。

医护流线漫游动画

雷神山医院主要分为隔离医疗区和医技区。利用BIM技术对医护在具体治疗、生活的封闭过程中进行动线模拟，生成动线图与漫游动画，找出可能出现的最大风险点，及时进行设计优化和方案调整。

BIM助力装配式设计、施工

在对隔离医疗区进行功能区划分的过程中，设计人员将其分为护理单元和医技区两种典型区域。其中，护理单元均由尺寸规格一致的隔离病区与医护办公区组成，具有典型的标准化模块特征。考虑到疫情期间的材料供应问题及施工环境和施工机械的制约，为最大限度地提高建造速度，设计方与施工方一致决定护理单元采用装配式设计和施工，选择轻型模块化钢结构组合房屋（箱式房）结构体系。通过A、B两种型号的箱式房进行组合排布，形成具备3个基础功能的区域模块，并通过对三个基础功能区域模块的合理拼装，构成一个完整的护理单元模块。

装配式设计与模块化组装

钢结构正向一体化设计

传统钢结构设计模式为：建模计算→施工图→加工详图→设计认可→工厂加工。而雷神山钢结构设计模式为：建立深化设计模型→结构验算/设计认可/详图料表同时完成。

因工期紧迫，节点设计及优化初衷主要考虑方便制作、运输及安装的因素。由于建筑本身的特殊性，在结构节点设计及优化的过程中，主要的初衷是考虑现材先用、便于制作、快速装运、简化安装等方面因素。

该工程BIM深化设计图纸通过Tekla与AutoCAD软件结合使用进行绘制。Tekla软件主要负责两部分内容：一是按设计资料先行模拟结构实际施工进行计算机建模；二是通过创建的模型匹配和调整加工制作图纸。AutoCAD软件主要负责进行工艺文件绘制、重要信息补充和施工图纸编排等。

钢结构设计模式

室外管网跳仓法施工

雷神山医院原设计室外管网布置在每个护理单元之间均有雨、污、废管线，如此施工将造成场内大面积开挖，对于厢房吊装影响极大，严重影响现场进度。为此，采用BIM技术进行设计优化，合并多余管道，将管道优化为“隔一设一”，进行室外管网跳仓法施工，减少现场管道开挖、预埋施工工作量，为吊装场地提供了充足的保障。

原计划进场50台挖掘机、40台推土机、250辆渣土车，经过深化后工程量大大减少，实际进场33台挖掘机、26台推土机、168辆渣土车，机械投入减少1/3。

室外管网原设计与优化对比图

室外管网BIM设计优化模型

H型钢基础优化

施工基础阶段，对结构基础进行优化。通过BIM技术优化基础形式，设计出一种“砼条基+钢结构”组合式基础，将原全砼基础深化为外部采用全砼基础、内部采用梅花形布置型钢基础，大大简化施工工艺、加快了施工速度，仅此一项就减少混凝土条基22576m（共计3387m³混凝土），减少管道穿孔1036个，减少劳动力投入约200人。

医护休息改建区贝雷架基础效果图

医护休息改建区贝雷架基础实物图

负压病房的气流组织和污染物扩散模拟

针对负压病房的气流组织及污染源扩散分析，旨在辅助设计，并对医护人员的安全问题提出建议。结合现场实施特点，制定了四种气流组织方案进行瞬态XFLOW仿真计算。

利用世界领先的流体仿真技术，对比多个通风系统布置方案，寻找污染物扩散最小的方案，最大程度地保护医护人员并防止交叉感染，实现了负压病房气流组织设计由传统的宏观经验设计向精细化数值仿真的蜕变。

流体仿真方案对比

流体仿真方案分析对比

室外污染物扩散模拟

建立城市级大尺度的流场模型，模拟了病房外废气排放对周边环境的影响，创新性地为传染病医院的选址提供了可量化的设计依据。

室外污染物模拟

环境监测平台

自主研发的环境监测平台由BIM模型、仿真软件、互联网技术共同构建，具有响应快、跨地域、不间断、大规模、适应性强等特点。同时，与清华大学合作进行雷神山医院和多个方舱医院的室内环境监测，通过识别算法，优化通风系统和净化设备运行、优化医院日常运行。

基于BIM的智能化管理平台

公司在基于BIM与物联网技术方面的研究中，开发了BIM-QR系统。在此工程中深度应用BIM-QR系统，在原料采购、构件生产、构件运输和质量验收全过程实现钢结构信息化管理，提升管理精细度，实现高效建造，确保工程顺利履约，并获得4个平台的软件著作权。

面对快速设计、快速建造的场景，BIM技术有着极大的优势，可以超前完成需求响应，打造数字孪生模型，高效地反映设计成果，及时调整设计文件，使设计高效化。在装配式建筑场景中，BIM技术可以打通设计、生产、施工装配整条产业链，形成所见即所得的设计模式，其过程中产生的对接问题、生产误差问题可以得到极大改善。（本文作者为中建三局第一建设工程有限责任公司苏章、李文建、彭飞；中南建筑设计院股份有限公司魏欣）