医院作为特殊的公共场所, 每天都会涌入大量车辆, 尤其是处于繁华闹市区的医院, “停车难”的现象尤其突出, 这是医院后勤管理部门急需解决的问题。上海市肺科医院核定床位838张, 设有临床科室、医技科室、实验室等34个科室, 随着就诊门诊住院人数的逐年提高, 医院已经设立的多个地面临时停车点都无法满足需求。十三五规划建设后, 医院建筑规模约11万平方米, 若按上海市2014年9月1日开始实施的《建筑工程交通设计及停车库 (场) 设置标准》要求, 按照医院每一百平方米建筑面积需至少建造0.8辆机动车停车位的要求, 肺科医院应配机动车停车位880辆, 而目前医院停车位仅300辆, 且大多数为地面车位, 不仅无法满足日益增长的患者及职工停车需求, 而且地面停车也不利于院内环境的改善。

医院计划于“十三五”期间建设肺部疾病临床诊疗中心及立体车库项目, 旨在提高医疗服务保障能力和科研水平, 同时有效改善院区“停车难、等候长、交通堵”的环境。其中新建智能化立体车库, 预计容纳186辆。该车位数距离规范要求及院区需求仍存在一定差距, 如何设计和管理智能化立体车库显得极为重要, 引入建筑信息模型 (Building Information Modeling, BIM) 从车库内部到院区交通全方位模拟分析, 充分应用BIM的可视化、参数化和可模拟性等特点, 从而为肺科医院智能化立体车库建设提供最优方案。

为了采用BIM技术精细化模拟医院智能化立体车库的运营状态, 从而最大程度满足医院交通系统健康运行的效果, 对肺科医院的现状条件进行调研分析, 主要包括医院交通平面流线、车位分布情况、车库设施情况、车辆进出的数量统计情况等影响医院交通的因素。并且对医院交通流线结构和机械式停车库类型进行了调研分析, 为BIM模拟立体车库的多方案比选奠定良好的基础。

目前医院车辆主次出入口都靠近院区南侧 (政民路侧) , 所有进出医院的车辆都从政民路侧出入口进出, 在就诊高峰期, 入院车辆需从院区南侧进入, 沿院内道路到达位于院区中部的地上停车场。

显而易见, 入院车辆流线较长, 且与政民路侧右边次出入口入院车流相重叠, 出院车流与入院车流重叠, 出入院车辆在院内周转相当不便, 同时还对靠近中心绿地景观处的病房楼内的患者造成影响。要改善此种状况, 建设智能化立体车库, 需研究分析以下内容:

(1) 医院交通平面流线:平面流线是影响交通状况的主要原因, 合理的交通流线必须配合医疗就诊服务进行设立, 合理的路线应该应具备不交叉、不重叠、不往返的特点。拟建设单独的智能化立体停车库, 可使车辆从政民路左侧入口进入后在医技综合楼前的道路处进行分流, 有效缓解院区南侧的交通压力, 使大部分车辆在靠近院区主次出入口的位置进出院区, 从而尽可能减少进入医院中部的车辆, 减小对病房楼内患者的影响。

(2) 车位分布情况:车位分布情况既是相对独立的影响因素, 同时也是决定交通平面流线因素之一, 车位分布情况涵盖院区车位的位置和数量, 以点位的方式设置在流线组织之中。

(3) 车库设施情况:现行规范针对无障碍车库、绿色新能源车库都有一定的要求, 医院部分车库设施陈旧, 无法满足规范要求。综合全院考虑是车库实施和车位设置是进行车库设计的必要过程。

(4) 车辆进出的数量统计情况:基于BIM的智能化立体车库旨解决医院院区车辆运行问题, 不但需要掌握院区车辆运行路线, 同时需要针对医院就诊服务情况分析驶入院区的车辆。据调查统计, 医院车辆驶入高峰期集中在上午6:00～8:00, 下午14:00～16:00两个时刻, 分别占据总驶入量的20%～30%。

当今医院医疗服务旨在“一专多学科”的服务水平, 设立多个专业科室。影响医院内部交通的活动路线包括:就诊、急诊、住院和行政, 医院医疗流程围绕着服务科室之间进行, 形成以下三类交通结构:

(1) 就诊 (急诊) 人群:此人群因患病状态, 迫切希望得到就诊, 具备焦虑、烦躁的情绪, 其占医院交通压力的主要部分, 交通特征表现为流量多变、停靠纷乱、等候时长, 路径贯穿整个医院院区。

(2) 住院 (探望) 人群:此人群具有明确目的性, 以达到某一医疗功能大楼为目的 (例如住院大楼) , 交通特征表现为稳定流量、停靠集中、等候时短, 路线单一。

(3) 职工 (行政) 出入:此人群属于医院固定人员, 现行医院设置具有独立车库, 交通特征表现为稳定流量且不占据高峰期, 停靠取车集中固定, 路线单一。

为了节省停车空间, 增加停车位的数量, 目前在城市繁华区域的医院院区内通常考虑建设机械式停车库。根据调查, 传统的机械式停车库存在管理不方便、运维成本高、噪音大等诸多缺点;智能化立体车库可设计为封闭式车库, 引入先进的德国技术, 配备自动检测报警系统、全智能化控制系统、远程监控及故障引导处理系统, 实现自动化程度很高的网络化管理, 具有智能化存取车辆、存取车时间短、设备运行故障率低、管理成本低、使用寿命长、操作噪音小的特点。智能化立体车库能够真正实现紧凑、环保、安全、便捷、绿色运维的优点。

通过调研分析, 获得了BIM模拟所需的各种基础信息, 然后进行立体停车库内外的运行状况BIM模拟, 获得各种运营状况的参数化信息, 并且生成视频动画文件, 从而支撑立体车库的多方案比选和优化设计。

智能化立体车库选用平面移动类机械立体车库, 大多为地下多层平面移动式 (双重列或三重列设计) , 空间利用率比常用立体车库约高20%～50%。智能化立体车库设计运行方式分析是进行设计必要内容, 搬运速度、升降速度、转运速度各项参数, 应用Revit2016软件搭建BIM模型, 并应用Lumion2018软件对车库运行状况进行模拟, 形成BIM模拟视频动画, 充分发挥BIM技术可视化、参数化分析的优势, 可以获取智能化停车库运行时间参数、最不利停车位置、最不利存取车时间等运营信息, 为医院后勤管理人员、建筑设计和设备设计人员提供清晰明确的车库运行状况, 提高医院后勤管理人员与设计沟通协调效率。

车库方案比选包括车库外立面选择和车库出入口设置的选择。建立全院BIM模型, 将不同设计方案的车库方案置于全院环境中, 提供一种车库设计方案沉浸式体验。

在车库BIM模型中, 精细化构建车辆出入口设置, 智能化立体车库出入口门厅具备360度旋转功能, 根据依据BIM的模拟分析, 医院内车辆进出的高峰期, 可自动设定时段关闭或开启, 改善医院“停车难、等候长、交通拥挤”以及就医压力等问题。基于BIM的智能化立体停车库系统, 可设置合理的设计车库门厅开启时段、旋转角度及车辆流线, 有助于设计选择最优的方案。

依据智能化车库周边的交通情况, 在BIM模型中考虑两种立体车库建设方案, 即方案一 (图1a) 和方案二 (图1b) 。方案一在车库北侧设置四个车辆出入口, 单向进口一个, 双向进出口两个, 单向出口一个;方案二在车库北侧分别设置三个车辆出入口, 单向进口一个, 双向进出口两个, 东南角设置一个车辆单向出口。

基于BIM对智能化立体车库的运行进行模拟分析, 可以获得车库出入口方案影响车辆入库、搬运和出库时间的情况。

(1) 车辆入库时间的影响

通过对比方案一和方案二, 发现早高峰期, 由于车辆入库进口仅仅相差一个车位, 若车辆以10km/h速度在院区内行使, 则相差时间仅为2秒。由此可见, 两种方案的车辆入库时间相差不大。

(2) 车库内车辆搬运时间的影响

依据BIM的运行模拟, 立体车库内部的车辆搬运至出入口, 两种方案时间几乎相同, 由此可见, 出入口位置的不同, 对车库内部车辆搬运时间影响微乎其微。

(3) 车辆出库时间的影响

车辆出库后, 沿着两个方案单向出口所对应的路径行驶, 经过车辆合流区域, 然后行驶离开医院。在两种方案的BIM模拟分析中, 数据采集及录入主要参数选取:车辆长度为6m、行驶间距为1.5m、出口门禁时间为10s/辆、合流车速为5～15km/h、出库间隔为2min。经过BIM模拟分析, 可获得车辆出库后、驶出院区时间曲线。

BIM模拟分析结果表明, 在智能车库车辆搬运间隔2min/辆的前提下, 若车辆车速为10km/h, 则车辆离院时间:方案一需要206秒, 方案二需要122秒。显而易见, 方案二的车库出入口设置, 更利于改善肺科医院院区交通状况。

医院属于特殊的公共服务场所, 院区内人流、物流、车流数量繁多, 在进行智能化车库设计过程中不仅需要优化车库自身建设, 还需要研究人流、物流、车流等多条流线综合而产生的影响。应用BIM技术模拟分析, 可以在车库建设前期, 提前发现院区可能出现的拥堵状况, 从而向后勤管理部门提供有效的分流管理措施, 减少院区内的拥堵现象。

交通模拟分析的准备工作主要包括两个方面: (1) BIM模型建立; (2) 交通数据的采集。

经过现场调查研究, 获得了应用BIM模拟分析所需的主要信息如下:肺科医院现行交通状况高峰小时政民路 (武川路至国定路) 单向通行能力1110pcu/h, 现行院内停车位300辆, 建成后诊疗中心增加150辆, 立体车库增加219辆。并针对肺科医院近6个月的车辆进出院情况进行统计:车辆驶入高峰期位于上午06:00～08:00, 驶入460辆, 驶出64辆, 持续至中午12:00车位处于饱满状态。

将BIM模型导入Vissim交通模拟软件, 并设置相关参数。从政民路及武东之路共设置地面停车路线、诊疗中心停车路线 (两入口) 、立体车库路线 (两入口) 共五条模型驶入车辆。根据调研统计数据, BIM分析中, 建筑物及地面各停车数量设置交通模拟车辆分配比例数据 (地面停车:诊疗中心:立体车库=0.3:0.25:0.45) , 智能车库运行间隔2min进行模拟。

基于BIM模型和已有数据分析, 获得主要结论: (1) 立体车库西侧入口高峰期时段拥堵约为9辆车, 等候时间约为18min; (2) 诊疗中心双侧入口高峰期时段拥堵约为3辆车, 等候时间约为6min。

依据BIM分析结果, 提出院区运行交通管理措施。高峰时段院区正大门将处于拥堵状况, 建议设置导向分流措施, 适当引入诊疗中心武东支路地下出库停车;高峰时段院区立体车库西侧入口与地面车位交汇路口处于拥堵状况, 建议设置指挥人员进行分流措施, 适当引入地面车位停车。

基于BIM的模拟分析, 辅助优化智能化立体停车库的优化设计, 合理设置车库出入口、检修通道、搬运钢架等内容。车库的建筑空间尺寸为:长56.4m, 宽18.7m, 地上三层标高至8.7m, 地下三层标高至-7.2m。在地上一层设置了两个入口和两个出口 (图2) , 都可360度旋转载车。节约了车辆出入库的空间, 使得停车位由原计划的186辆, 增加至195辆。具体布局数量为:地下三层36×3=108辆, 地上一层21辆, 地上二、三层33×2=66辆。

在上海市肺科医院智能化立体车库建设的过程中, 应用BIM技术进行运行模拟分析, 研究车库出入口设置对车辆进出库时间及整个院区交通状况的影响, 优化设计立体车库, 并且基于BIM模拟分析结果, 为车库后期运营提出导向分流管理措施建议。研究成果为医院后勤管理部门改善院区“停车难、等候长、交通堵”状况提供借鉴。