基于BIM模型手术部管线及净空优化，BIM技术在医院洁净手术部设计阶段的应用是什么？接下来，天医网小编就带你了解一下吧！
管道综合技术是设计深化阶段最有价值的BIM技术应用点之一，在管线复杂的手术室区域，价值体现更为明显。由于本项目位于南湖革命纪念馆建筑高度管控区域，对层高限制严格，更需通过管线综合技术，合理进行净空优化。此外，本项目由于手术层占用了较大的层高，其余楼层仅有3.4m，通过BIM模型的可视化，科学的预见了喷淋支管安装存在困难，通过各方协商最终确定所有喷淋支管穿梁的解决方案，并提供准确的管道穿梁孔洞定位图，为套管预留预埋提供依据，见图1、2。
图1 支管穿梁预留孔洞现场实物图
图2 支管穿梁预留孔洞模型
本项目手术部管线包括医用气体管道6根、给水、热水、喷淋、冷媒、冷凝水管各1根、洁净空调送回风、排风、排烟风管各1根、强弱电桥架各1根，走廊区域是管线布置的重点难点。影响管线走向最大的因素是洁净空调机房位置及风管的布置：（1）机房位于手术室正上层，净化风管可以直接穿越楼板到达手术室，利于风管布置，对其余管道影响较小；（2）机房在其他部位，需要风管穿越管井、走廊以及其他区域，对整体管线影响较大。本工程即为第二种情况，手术室在二层，机房设置在四层。
通过多个项目的实践，已总结出专门针对手术部走廊的管线综合布置方案。结合本项目的实际特点，走廊的最终走向如图所示3、4所示。从图中可知，水管与医用气体管道放在最底层两侧，中间层设置桥架与送风风管，最高层设置排烟管道。该布置优点：（1）排列整齐、层数分明，便于打支吊架；（2）底层管道分布两侧，中间留有空间，便于后期检修，安装灯具；（3）便于喷淋等水管道往两侧开支管；（4）预留空间，便于大截面洁净空调风管穿越走廊，避免大风管频繁翻弯。
通过管线及净空优化，走廊区域及手术室顶部机电管线所占净空高度分别为1.05m、0.55m。走廊吊顶高度由原设计2.5m提高到2.7m，且验证了手术室设计3m净高是可行的。
图3 手术部走廊管线排布及其支吊架
图4 洁净空调风管穿越走廊
2 基于BIM信息模型的手术室气流组织数值模拟
设计阶段手术室气流组织模拟的任务：在确定送风天花、排风口、回风口位置的基础上，确定对气流影响最大的送风天花面积及风口出流速度，得到最佳的气流组织及人员舒适度。
1.1 选择CFD软件
FLUENT是目前最主流的数值模拟软件，因其精度高、使用范围广等优点被广泛应用。但是，存在前处理器建模过于简化、操作复杂、网格划分要求高等缺点，不易上手。基于revit模型的CFD模拟软件，本工程选择Autodesk CFD，其主要优势是[2]：
（1）完全耦合建筑设计流程，保证设计过程的连续性：Autodesk CFD安装后，revit会自动生成附加模块。因此，在建立设计模型后，只需一键即可生成分析模型，且两个软件一脉相承，不会出现数据丢失；
（2）强大的族功能和丰富的模型信息，使分析模型更加精确，贴近实际，见图5图6。此外，可以通过revit的规则来对大量的几何体添加材料属性和边界条件；
图5 传统模型中的手术床+病人
图6 基于revit模型中的手术床+病人
（3）针对各种模型，软件采用有限元分析法，可以自动生成高质量的网格；
（4）强大的后处理功能，方便设计方案比选。
1.2 建立手术室模型
根据平面布置和医院实际需求，本项目的手术室建设任务见表1，本文以洁净手术要求最高的Ⅱ级手术室为研究对象。
依据《医院洁净手术部建筑技术规范GB50333-2013》相关规定[3]，确定气流组织形式为上送双下侧回上部排风的气流模式，初步确定手术床正上方设置送风天花 1个面积待定，回风口位于侧墙上，0.8mX0.3mX4个，排风口位于病人头部的正前上方，0.3mX0.3X1个，室内设计温度为22℃。考虑到对气流分布的影响因素，忽略次要因素，室内平面布置如下：处于气流核心区的人员为7人，其中医生3名、麻醉师1名、护士2名、病人1名，人员散热量均为75W；2个无影灯设置在手术床两侧，散热量为30W/个；顶部送风天花四周布置LED平板灯，1.2mX0.3mX8个，散热量为48W/个；器械桌、麻醉剂各一台，麻醉剂散热量为30W[4]。详见图7。
1 1.3 建立数学模型与边界条件
洁净室室内气流满足流体力学三大基本方程：连续性方程、能量方程、动量方程。其数值计算采用传统的经典湍流K-epsilon算法。
边界条件：由于手术室是置于具有空调的楼层内，为了简化计算，认为热边界条件为绝热边界条件。速度边界条件采用三种方案进行比选，见表2。
由于涡流区域会造成污染物的堆积，增加手术过程被感染的几率。因此，理想的手术室气流组织是层流区面积占房间面积绝对比例，尽量减小涡流区域。在风口尺寸与风速确定的条件下，影响气流的主要因素是构件遮挡和各散热部件散热引起的浮升力。由三个不同的方案模拟结果可以看出：（1）无影灯对气流有阻挡的作用，且流速越大对气流影响越明显，但对总体气流影响有限；（2）方案二层流区面积最大。（a）与方案一相比，方案二的风口宽度比方案一大400mm，初始层流区域大。（b）与方案三相比，虽然风口宽度比方案二大300mm，初始层流区域大，但由于送风风速过小，浮升力对气流影响明显，气流到达手术区时层流区域反而减小。综上，方案二是手术室气流分布最为理想的模式。
3 结论
（1）基于BIM模型的手术部管线与净空优化，总结出一套专门的管道排布方案，便于打支吊架、减少洁净大尺寸风管翻弯、科学指导预留预埋及合理利用净空高度等。
（2）对于具有建筑信息模型（revit）的建筑，选用Autodesk CFD进行流场分析，具有建模简单、模型贴近实际、便于设计方案比选等优点；
（3）本工程5.6m*5.5m*3m的Ⅱ级手术室，采用上送双侧回的气流组织模式，送风天花面积为2.6mX2.2m，风速为0.2m/s，可以达到较为理想的气流组织效果；
