1 引言

近年来, 城市更新是城市发展中的一个突出问题。城市更新是指通过对城区内原有建筑物的改造、维护、修缮或者部分拆除, 提高城市空间的利用效率, 增强城市整体性, 强化城市功能。作为城市更新的重要组成部分, 随着需求的不断变化, 医院的建设、改造与扩建尤为重要。相比一般的民用建设项目, 医院建设项目具有工艺设计复杂、功能空间变化性大、可持续发展要求高及设施维护保养重要性强等特点, 使得传统的设计、建造、运维的管理模式和技术手段在应对医院建设项目时产生了不适应性, 引发了一系列问题。而将BIM技术应用于城市中心城区大型医院改扩建工程, 可有效缓解中心城区医院建设空间狭小、周边影响环境复杂、功能分区不合理、交通混乱等情况, 为解决医院的设计、施工、运行、维护中的一系列问题提供帮助。本文在城市更新理论指导下, 以上海市第一人民医院眼科临床诊疗中心项目为案例, 对BIM技术在中心城区大型医院改扩建项目中的应用进行研究。

2 城市更新理论和BIM在医院建设中的应用

2.1 城市更新理念对医院建设的指导

城市更新, 实质就是通过维护、整建和拆除等方式使城市土地得以经济合理的再利用, 强化城市功能, 提高生活品质。目前, 城市更新理念多应用在公共空间建设中, 通过一系列城市更新, 防止城市衰退。以城市更新理念为指导的更新模式, 是医院建筑的一种新陈代谢的渐次更新模式。之所以把现代医院建设过程类比于新陈代谢的更新过程, 是在于原有医院建筑的功能不能满足医疗和病患需求时, 可以利用预留空地或者去除次要建筑或无法满足功能需求的建筑部分, 进行建筑更新, 新建建筑不仅包括原有部分的功能, 还应具备新的功能, 并且在功能上还应该具有一定的逆向兼容性和可持续性。而拆除新建之后剩余的用地可以作为医院未来扩建建设用地, 这种更新迭代的过程, 使得医院像一个生命体一样不断更新发展, 以达到可持续性发展目的。将城市更新理念应用于功能多样化的中心城区的医院建筑群组中, 不仅有利于提升医院建筑的整体功能和运营能力, 同时也将对周边区域产生积极影响。

2.2 BIM在医院建设中应用现状

医院建筑是国外BIM应用最为广泛的项目类型之一, 应用范围涉及到项目的全生命周期, 包括策划、设计、施工、运维的多个或者全部方面。根据Mc Graw Hill的研究报告, 全球有54%的公共建筑 (教育与医疗等) 使用了BIM技术, 仅次于商业建筑排在第二位。随着医院建筑开发强度变大, 建筑形态更加复杂, 增加了管理者控制项目的进度和造价, 业主方开始研究引入创新技术来控制复杂性带来的不确定性, 将BIM引入医院建筑的应用。Medical Research Laboratory对已有建筑的改建工程, 由于种种原因工程延期5年, 现有的基础设施以及复杂的场地都限制着该项目的改建, 团队决定引入BIM技术对现有工程进行建模, 明确空间功能的分布, 在此功能分布的基础上与不同参与方进行改建方案的设计, 最终节约了20%的人工费用。挪威Southern and Eastern Norway Regional Health Authority建立的医院在设计阶段引入BIM。BIM有助于医疗建筑的可持续性发展, 在交付过程中有助于优化空间设计, 缩短交付时间。在运营阶段能够改善能量管理、设备更新管理。国外医院项目运用BIM的范围从项目初期的城市规划、空间规划、施工阶段的模拟直至后期的运营整个生命周期, 范围广泛, 符合BIM发展的趋势。 在我国医院项目应用方面, BIM应用越来越多。但在医院项目中BIM应用在设计及施工阶段占据较大的比例, 应用方面也较为单一。最初医院项目仅在设计阶段将BIM技术融合进来, 仅应用BIM技术来进行数字化建模, 进行管线碰撞实验, 来辅助设计方案的决策。随着BIM应用的日益广泛, 医院项目BIM应用逐步扩展到其他阶段, 并且更重视建筑的系统性和整体性。

3 中心城区大型医院改扩建项目建设面临的问题

随着社会经济的不断发展, 人们对优质医疗资源需求的不断增加, 大型综合医院就医量呈爆发式增长, 就诊空间容量不足、功能与流线不合理、就医环境品质低下、院内停车位不足、周边交通拥堵混乱等问题严重影响医院整体功能发挥。 目前我国城市中心城区大型医院普遍存在的问题有:

3.1 医院现状规模与就医需求矛盾突出, 用地面积紧张

绝大多数大型医院分布在城市核心地带, 周边城市构成密集庞杂。随着城市发展, 城市土地资源稀缺, 医院场地狭小, 且周边环境复杂, 医院建设不仅要面对改造建设期间施工扰民、邻近建筑保护等问题, 还要面对医院管网各等各类基础设施与既有市政管线衔接等问题。

3.2 交通需求量日益增大, 现有交通流线混乱

医院一般地处城市中心, 服务范围成辐射状。早期医院的选址会将医院定位在交通便利处, 这有利于服务范围内的居民方便来医院就诊。但现代社会中交通情况复杂, 地处枢纽的医院每天人流车流量大, 易出现交通堵塞现象。如果不对交通进行规划和优化设计, 会大大影响医院的运营效能的提升以及就医环境的营造, 甚至影响急救、出诊, 危及患者生命。

3.3 功能分区布局及流线设置滞后于现代医学诊疗模式的发展

早期的医院, 大多是由独栋建筑组合而成, 而建筑之间并没有很强的整体性。因为缺少科学的整体规划, 医院运营时间越长, 暴露出的问题就越多。医院建筑空间缺少合理的功能划分, 各部分联系松散, 无法协同工作, 导致医院整体运营能力不高。医院内部流线设计混乱, 缺乏统筹考虑人流和物流, 导致医院运营中出现局部拥堵, 洁净物与污染物运送路线的混乱容易导致滋生病菌和感染。 这些问题给中心城区大型医院的改扩建带来了很大挑战, 如何优化功能布局、在不影响医院运行情况下进行旧有建筑拆除和新建工程、如何优化院区交通等等就成了该类工程建设管理中的关键问题, 以下以上海市第一人民医院为例进行实证研究。

4 BIM与中心城区大型医院改扩建项目的结合

上海市第一人民医院眼科临床诊疗中心项目建设性质为扩建项目, 总建筑面积近10万平方米, 拟拆除含眼科中心 (原护校楼) 、原急救中心业务楼、药剂楼等8栋现有建筑物, 总面积约1.8万平方米。眼科临床诊疗中心既要满足现有医疗服务体量, 同时也增加医疗业务用房 (例如门急诊、医技用房、住院用房等) , 并且中心设有地下四层空间, 增设千辆地下车位, 以解决停车难问题。 以该项目为例, 分析BIM技术和中心城区大型医院改扩建项目建设管理的结合, 并阐述在城市更新导向下BIM在中心城区大型医院项目中的实施要点。

4.1 基地房屋拆除BIM 4D模拟

在中心城区, 对医院内既有建筑进行拆除, 难度较大。第一, 医院业务繁忙, 要最大限度减少本工程拆除施工对医院运营及住院楼的影响, 第二, 对环境容易造成污染, 因此要对场地内渣土垃圾、废水、噪声、光污染及扬尘进行严格控制, 第三, 拆除部分的运送较难, 中心城区交通拥堵, 要做好合理规划。第四, 施工过程中容易破坏原有管线, 应做好相应的保护工作, 确保周边管线不受影响。引用BIM技术, 对拆除过程进行施工模拟分析, 能有效地识别拆除过程中的重点难点, 同时可以进行绿建分析, 对拆除的建筑废料进行回收利用, 大大减少对周边环境的影响。利用BIM技术进行拆除4D施工模拟如图1所示。

4.2 BIM与交通模拟

眼科临床诊疗中心项目施工开始后, 院区内原有室外停车位基本全部取消, 院区南侧海宁路北横通道同步施工, 以上情况会在一定程度上改变周边的原有交通情况, 对医院的正常出入产生较大影响。 针对可能产生的交通问题, 在建筑方案设计阶段, 采用BIM结合VISSIM针对项目进入施工阶段后的医院周边交通情况进行模拟, 可直观清晰的表现医院车辆交通在施工阶段的新的交通模式下的运作情况。使用REVIT建立的BIM模型, 进行简单渲染, 以3D的形式在VISSIM软件下使用, 导入BIM模型, 所有的交通道路及相关信息, 如车的数量、各条道路转角速度变化、车辆在多条道路的走向选择都在VISSIM中进行详细设置编辑。结合本项目的特点, 经过研究分析, 决定使用BIM模型结合VISSIM软件, 分别对施工阶段医院周边的交通情况以及基于该交通情况的优化方案进行模拟, 得出优化前后的交通情况, 总结如表1。 表1 优化前后交通情况对比 下载原表 综上所述, 针对影响施工期间医院周边交通的主要因素, 结合BIM车流模拟结果, 总结以下院区周边的交通管理优化建议: (1) 在吴淞路增加落客区, 减少驶入武进路车辆; (2) 在武进路吴淞路路口设置车流引导标识, 引导需入库停车的车辆由北侧哈尔滨路绕至九龙路入库停车。 图1 基地房屋拆除4D施工模拟 下载原图 图2 3F (眼科门诊) BIM模拟 下载原图

4.3 BIM与医疗工艺结合

BIM与医疗工艺的结合可细分为一二三级流程, 其中一级流程包括医疗单元分析、院区周边交通分析、电梯模拟仿真等, 二级流程包括洁污分流模拟、医患分流模拟以及平面变更管理等, 三级流程主要内容为医疗房型设计等。 本项目一级流程改变以往门诊→医技→住院的一级流程设计方式, 以学科中心为整体进行一级流程的布局, 眼科中心位于下层, 泌尿中心位于中层, 消化中心位于上层。 二级流程楼层平面布局的设计主要依据一级流程确定的各楼层关系以及竖向交通的排布, 结合本层功能需求和医疗流程对各功能房间进行排布。利用BIM技术结合平面流线分析, 旨在明确各医疗参与方在楼层中的流动方向以及流线是否合理, 实时跟踪平面更改情况、房间面积变化、方案修改导致的各类流线错误或遗漏问题, 如图2所示。 通过设计平面分析确定三层眼科门诊主要由专家门诊、特需门诊、VIP门诊、功能检查四个区域及公共空间组成。除专家门诊有三个候诊区外, 其他区域均有一个等候区。专家门诊和特需门诊区域利用双廊的形式对医患进行分流。各区域由眼科专用电梯及自动扶梯到达3F后, 均由各自等候区入口进入就诊。在门诊层的二级流程设计中, 主要功能房间的重要性为:诊室>候诊区>医护用房>辅助用房。为满足院方要求的诊间数量以及诊间两侧双廊的要求, 同时优先保证诊间的自然采光及通风, 将不同类型门诊以隔墙分开并依次布置于建筑西侧及南侧, 通过诊间后方的医护廊达到间接采光的目的, 平面布局也较为整洁。

5 结语

本研究将城市更新理论应用于中心城区大型医院项目改扩建BIM应用研究, 是研究内容上的创新, 创新了中心城区大型综合医院项目BIM应用方法, 探索BIM和中心城区大型医院项目结合的应用模式。实践表明:BIM技术的应用对医院建筑的方案决策、设计优化、精益施工等都具有重要价值, 能进一步提升医院建筑的可持续性以及最终用户友好性, 这对于目前及未来BIM的应用实践具有参考价值。