疫情防控信息化案例 | 武汉“火眼”实验室背后的信息技术
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导语
2020年新冠肺炎疫情突袭我们祖国，全国各地都启动了公共卫生一级应急管理响应，各地管理部门积极采用信息化疫情防控方案，帮助疫情在最快最有效的防制措施下，得到了很好的控制。中国测绘学会智慧城市工作委员会于2月11日向行业各单位征集信息化应用案例百余项，现陆续向行业进行公开宣传，希望让更多的管理部门了解到最前沿的管理技术和方案，共同为疫情防控而努力。
应用案例
案例背景
2020年新冠病毒肺炎突如其来，对我国医疗卫生体系和公民生命健康带来了巨大挑战。当前，各地的防疫工作正在紧锣密鼓的进行中。其中，基础设施的施工建设是抗疫工作的重中之重，尤其是武汉地区，火神山、雷神山医院、方舱医院、火眼实验室的火速建设，为疫情防治起到了重大作用。
上述防疫类项目需求激增，且时间短、要求高、风险大。5天、8天、11天，分别交付使用火眼、火神、雷神，“中国速度”的背后离不开信息技术的支撑。
案例内容
1、项目概况
被称为“火眼”实验室的武汉华大病原生物安全实验室为改造项目，在既有建筑一层（层高：5.5m，占地面积：1870.74㎡）内部改造，目的是以最快的速度建成P2级病毒应急检测实验室，以应对此次新型冠状病毒肺炎疫情，因任务特殊工期极短，设计图纸未尽详实，需施工单位在深化设计中进一步优化完善。
按照已发布的《生物安全实验室建筑技术规范》，P2实验室宜实施一级屏障和二级屏障，一级屏障保障了实验操作者与被操作对象之间的隔离，包括生物安全柜和正压防护服（一般情况下P2多采用连体防护服并不需要正压防护服）等；二级屏障则是保障了生物安全实验室与外部环境的隔离，其中就包括换气系统。实验室建筑主要功能分区包括：标本制备间、试剂制备间、样板暂存间、扩增区、辅助实验室、缓冲间、更衣室、PCR内走道、污物走道、垃圾房以及空调、通信、消防、动力等设备间。
由于空间高气密性、污染物安全排放、气压梯度管理等特殊要求造成系统复杂工艺标准高施工难度大。尤其空调系统要实现合理的气流流向和压力分布，必须对送排风管布局、风口位置、风机设备参数等关键信息进行计算。在以往实验室项目中，需要对气流组织、功能分区、流线组织、气压梯度几个方面进行仿真模拟分析优化设计方案。针对本次实验室项目的特点，项目团队决定采用BIM技术进行VDC虚拟建造，借助BIM模型还原既有建筑结构并充分表达新建实验室的设计意图，对机电管综进行深化设计，基于模型辅助现场技术人员与设计方、业主沟通并进行现场施工交底，避免机电管线碰撞和返工，尽可能节约施工时间。
2、项目实施
项目管理采用"前殿后场+网络协同"。面对工期紧、标准高、专业性强、人员现场到岗有限，如何应用数字化、信息化手段，有效辅助现场高质量、快速化完成建设，是项目管理面临的最大难题。项目决定采用“前殿后场+网络协同”的工作组织模式。实践证明该模式工作效率高，基本实现了跨地域、跨专业、跨部门协同工作的目的，非常适用于当下受疫情影响的工作环境。
数据环境：建立公共数据环境。项目需要创建一个协同数据环境，以确保项目的所有参与者都能在正确的时间得到正确的数据，保证数据来源的唯一性、数据的正确性、可控性、追溯性，确保项目数据的安全性和合规性，提高信息使用效率。
最终，项目使用Web AppBuilder for ArcGIS和广联达的BIMFace进行手机端模型数据发布。其中，Web AppBuilder for ArcGIS可以将地图数据与模型一起打包发布，也可以较灵活的配置测量、图层列表、标签、过滤器等微件，方便在移动端快速构建功能应用。两者都无需安装插件直接在网页和手机上就可以进行极速流畅的浏览和操作模型，也具备标注标签、构件隐藏、量测、模型剖切等常用功能，非常适用于现场交底。
公共构件模型与数据平台(国内也称为族库管理器)则是使用了族库大师和BIM&CO以及BIMObject。
应用效果
1、机电深化
因任务特殊工期极短，设计图纸未尽详实，需施工单位在深化设计中进一步优化完善。机电深化设计便是此次BIM应用的重点内容。
机电深化设计是指机电系统管线进行综合排布从施工图纸设计阶段过渡的机电管线设计图纸，通过分析实际项目情况以及不同管线的特性，制定出满足机电管线的具体施工要求，并且满足工艺设计要求的前提下，对机电系统的管线进行重新的统筹和排布。
基于 BIM 的实验室建筑深化设计流程，是借助 BIM 技术通过设计图纸建立反映设计意图的三维模型，协调和检查设计图纸存在的错误以及补充优化设计，达到深化设计意图和具体施工要求，最后将深化设计后的三维模型进行以图纸的形式输出。通过BIM软件进行净高检查及分析和碰撞检查，自动检查管线与管线之间、管线与结构之间的碰撞，全面的反映出各部分之间发生的冲突并及时的反馈给设计人员，设计人员通过对出现碰撞点进行调整，最终实现无碰撞点出现。同时，根据管道调整后的模型确定预留洞口的位置和尺寸。过程中发现机电专业设计图纸存在多处问题，经优化后，明确了各管线、管道、桥架的标高，保证了暖通风口与土建回风夹道，顶板开洞相对位置正确，确定了碰撞后的避让顺序。
2、三维算量
项目一开始便提出了算量需求，需要根据建筑图里的工程构造做法表，计算不同做法的地面、墙面（板材）、吊顶、踢脚、门窗的面积。团队并没有直接采用基于BIM的三维算量，而是使用广联达GTJ2018，原因在于：
①建筑结构已完成深化设计，算量工作不再伴随设计迭代，不需要根据模型精细度变化随时进行工程量的计算。在最短时间输出精确工程量是首要目标；
②Revit 软件受到扣减规则等本地化的制约，直接得到的土建工程实体量不能满足国内本地化的算量需求，另外为了保证实体工程量的准确性，建立不同构造做法的装饰模型，是很浪费工时的。
团队中有造价专业背景的工程师，半天时间不到就在GTJ2018中完成了算量模型建模和工程量清单输出。机电工程的工程量统计是基于Revit模型明细表输出，包括不同型号的桥架管线的长度和机电设备数量。明细表跟随深化设计过程动态更新。
3、竣工模型
施工完成后，团队成员通过实际测量复核了管线标高和设备安装位置，用于建立高质量的竣工模型。结合项目计划与实际进度数据，以模拟动画的形式回溯施工过程，用于项目部进行技术复盘和经验总结。竣工模型交付业主后，可用于设施运维管理，也可用于指导该实验室的后期拆除，实现“零污染零风险“拆除。
最终，中交二航局300余名建设者经过5天5夜的艰苦鏖战，2月5日，一所2000平方米的高密封、负压实验室在武汉市建设完成，比原计划提前1天完成任务。实验室的建成，将大幅提升新冠肺炎检测速度。
创新点
1、项目概况
由于时间紧、任务重、现场施工技术人员对于现场施工模型和图纸查看的迫切需求，项目采用了Web AppBuilderfor ArcGIS作为Web端BIM数据可视化的解决方案。Web AppBuilderfor ArcGIS是一种直观的所见即所得式 (WYSIWYG) 应用程序，可用于构建 2D 和 3D Web 应用程序，无需编写一行代码。它包括了底图场景、互动浏览工具、测量剖切、空间分析等一系列强大工具，可用来配置功能完备的 HTML 应用程序。添加地图和工具后，可以在应用程序中看到这些地图和工具并立即使用。Web AppBuilderfor ArcGIS支持：
创建能在所有设备上运行的 HTML/JavaScript 应用程序；
使用即用型微件构建所需应用程序；
使用可配置的主题自定义应用程序的外观；
在线托管应用程序或在自己的服务器上运行应用程序；
创建自定义应用程序模板。
迅速的Web端解决方案在第一时间为现场施工组织提供了有力的支持，工程师能够在现场实时查看整体工程模型和局部模型构件，为火眼实验室的顺利完工提供了重要保障。
05社会价值
1、项目概况
火眼实验室的顺利落成，为新型冠状病毒疑似病例检测、高危人群排查提供精准的科学判断。不同于常规的房建工程，实验室的建设对气流控制、负压环境有着近乎严苛的要求，以杜绝实验过程中传染因子外泄的重大隐患。为确保空气流向符合要求，建设团队对送排风管布局、风口位置等关键信息进行反复确认，保证暖通施工满足空气单向流动的标准。
采用信息化技术手段辅助实验室工程建设，能够支持实验室工程的精准施工，为工程提质增效。火眼实验室的火速完工，也大幅提升了核酸试剂盒检测的速度，巩固了社会公众对于打赢防疫攻坚战的信心。信息化技术助力武汉火眼实验室成功落成，也推动了全国各地防疫检测实验室的建设。青岛西海岸新区也开展了对于原有实验室的升级改造，依据新的标准和技术规范，建立自己的“火眼”实验室。
与此同时，信息化技术对于工程建设的影响正在深入到行业的每一个角落。越来越多的施工建设行业开始采用信息化技术解决传统施工行业中的各类设计施工难题。基于标准的技术服务和功能微件，“火眼”实验室的轻量化快速解决方案能够被复制到各个施工现场，为建设施工的信息化变革提供新的可能。
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