编者按：孪生，即双胞胎；数字孪生，顾名思义，就是数字形式的双胞胎。在“数字孪生”中，双胞胎的一个是存在于现实世界的实体，另一个则在虚拟的数字世界中。这个数字孪生体利用数字技术营造出与现实世界对称的镜像，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。我们使用和居住的建筑拥有这样一个数字孪生体，能在此基础上更清晰地了解建筑的功能、更有效地利用建筑的空间、更快捷地对建筑进行改造升级。

       2020年新年伊始，新型冠状病毒肺炎疫情在湖北武汉爆发。CSADI临危受命，设计了武汉第二座“小汤山医院”——雷神山医院。与此同时，CSADI的BIM团队为雷神山医院创造了一个数字化的“孪生兄弟”。我们通过这位“孪生兄弟”，一起走进雷神山，看看里面到底长啥样？

01 项目建设背景

       雷神山医院建设用地面积约22万m2，总建筑面积约7.9万m2，整体规划按照传染病医院标准设计，设计用于收治已确诊的新型冠状病毒感染肺炎患者的医院。根据用地情况将东、西两区分别规划为隔离医疗区和医护生活区，并配备有相关运维用房，病床总床位数为1500 床，可容纳医护人员约2300人。

雷神山医院 总平面图

雷神山医院 俯瞰效果图

02  数字孪生医院

       采用BIM技术建立雷神山医院的数字孪生模型，根据项目需求，利用BIM技术指导和验证设计，为设计建造提供支撑。

       我们将雷神山医院的实景照片与BIM模型渲染图进行对比：

实景照片                                                             BIM渲染图

一个病区的BIM模型顶视剖切渲染图

一个病区的BIM模型顶视图

       雷神山医院的设计重难点主要有三个，一是要能快速建成投入使用，二是要防止对环境造成污染，三是要避免医护人员感染。传统的BIM应用点，例如管线综合、净高分析等，在本项目已经不再是关注焦点，BIM技术的应用就围绕上述三个项目特点展开。

03  三维可视化模拟       

       雷神山医院是一所应急传染病医院，采用传染病医院标准的“三区两通道”设计，由于流程复杂，为便于理解设计意图，采用BIM技术进行漫游模拟，整个模拟过程按医护人员流线：清洁区—卫生通过—半污染区—缓冲区—医护走道—缓冲区—隔离病房（污染区）—缓冲区—医护走道—卫生通过—缓冲区—半污染区—卫生通过—清洁区。

漫游雷神山医院

04  装配式设计与施工的BIM应用

       疫情就是命令，防控就是责任。雷神山医院的建设工期是整个项目的主要矛盾，而往往是设计未完，结构先行。结构专业的设计和施工速度直接影响了整个项目的建设速度，为了解决以上矛盾，雷神山医院的隔离病房区全部采用轻型模块化钢结构组合房屋体系，医技区由于对开间和净高的要求，采用钢框架结构。

雷神山医院隔离病房区模块化结构解析图

       医技区的钢框架结构，传统模式下流程是这样的：设计院建模计算—绘制施工图—施工单位绘制加工详图—设计院认可—工厂加工—现场拼装，这种模式显然不能满足雷神山医院“时间就是生命”的项目特点，于是结构工程师采用BIM正向设计，协同施工单位共同采用TEKLA软件建模，TEKLA可直接导出加工详图，并同时将模型导入MIDAS中进行结构验算，仅仅少量构件调整，结构计算、绘制施工图、加工详图、设计院认可几乎同时完成，大大提升了设计效率。

医技区钢框架BIM正向设计流程图

05  室外风环境分析   

       雷神山医院的建设选址非常严格，项目周围没有居民区，所有的污水、雨水也通过有组织的集中收集处理、消毒后排入市政管网，是绝对安全的。病区的排风也经过高效过滤后进行排放，但仍希望医院排放的气体能迅速在空气中扩散稀释。于是本项目利用BIM模型进行风环境的分析。

项目场地冬季自然通风风速矢量图

项目场地夏季自然通风风速矢量图

项目场地过渡季自然通风风速矢量图

       从分析结果来看，建筑物周围未形成死角或者漩涡区，场地通风情况良好，有利于场地内气体排放的迅速稀释和扩散。

06 隔离病房气流组织数字仿真模拟

       隔离病房是造成医护人员感染的重灾区，对隔离病房气流组织的分析，旨在辅助设计，对医护人员的安全问题提出建议。（本部分内容由公司工程数字技术中心提供）

室内污染物浓度分布图

隔离病房通风环境流动轨迹

       通过分析，在图示送排放风布局下，病房内形成了“U型”通风环境，气流从送风管流出，碰到对侧墙壁后改变方向，最后流经两位病人后到达下部回流区，经排风口过滤后排出，这种通风环境能有效改善病房内的污染空气浓度，降低医护人员感染的风险。

07  结  语 

       随着工业互联网的应用推进，数字孪生被赋予了新的生命力，工业互联网延伸了数字孪生的价值链条和生命周期，凸显出数字孪生基于模型、数据、服务方面的优势和能力，打通了数字孪生应用和迭代优化的现实路径，正成为数字孪生的孵化床。这也是我们不断努力和前行的方向。

       雷神山医院项目作为抗击新冠病毒肺炎疫情的重要支撑，在整个设计建造过程中体现了中南建筑设计院设计师们超强的技术能力和责任担当，BIM技术的使用为本项目添砖加瓦、保驾护航。

       目前，项目虽然已经投入使用，但后续一系列的研究工作刚刚起步，我们将在此基础上，进一步探索BIM技术在装配式建筑和医疗建筑的应用和拓展。

雷神山医院BIM技术团队：

       范华冰  胡   伟  魏   欣  金尚敏  谢锦波  严   洋  周其源  郭克俭  廖宇凡  曹   能  吴虹剑

       沈大宇  陶   邯  吕中一  丁   思

工程设计支持：

       李文滔  袁理明  张银安  洪   瑛   贾   伟  王   伟