基于BIM技術(shù)的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)營維護(hù)技術(shù)

趙國林

1. 上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續(xù)利用工程技術(shù)研究中心 上海 201103

上海市東方醫(yī)院新樓擴(kuò)建工程位于陸家嘴地區(qū)，總建筑面積83 161.97 m2，包括地上24層、地下2層，主要服務(wù)于重大保障和高端醫(yī)療，建成后將增加床位500張。

醫(yī)院建筑機(jī)電設(shè)備復(fù)雜，包括通風(fēng)空調(diào)、變配電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、醫(yī)用氣體系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)以及樓宇自控系統(tǒng)（BA）等[1]。并且，醫(yī)院建筑需要不間斷管理，運(yùn)維管理壓力大。目前使用的BA、維護(hù)維修系統(tǒng)、空間管理系統(tǒng)等相互獨(dú)立，不能針對醫(yī)療服務(wù)需求將建筑本體和運(yùn)維管理信息有機(jī)融合，不便于中、高層管理中的快速決策，運(yùn)維管理效率低[2]。傳統(tǒng)扁平化、臺賬式管理模型非常不直觀，難以對大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)控和分析決策。

本研究以東方醫(yī)院新樓為例，通過整合BIM、BA、視頻監(jiān)控等先進(jìn)信息技術(shù)，打通建設(shè)與運(yùn)維階段的信息斷層，融合建筑靜態(tài)和動態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)了基于BIM的醫(yī)院建筑三維可視化、集成化和主動式智慧運(yùn)維管理目標(biāo)[3-6]。

1 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維技術(shù)

基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維技術(shù)的總體技術(shù)框架如圖1所示，具體包括以下關(guān)鍵研究內(nèi)容。

1.1 面向運(yùn)維的醫(yī)院建筑BIM構(gòu)建方法

圖1 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維技術(shù)

建立面向運(yùn)維管理的醫(yī)院建筑各階段BIM建模要求，梳理空間、資產(chǎn)、機(jī)電系統(tǒng)和設(shè)備的屬性信息動態(tài)創(chuàng)建、交付和集成要求，形成醫(yī)院建筑運(yùn)維模型交付標(biāo)準(zhǔn)，為智慧運(yùn)維提供模型基礎(chǔ)。

1.2 跨系統(tǒng)的建筑運(yùn)維異構(gòu)信息集成與存儲技術(shù)

綜合應(yīng)用關(guān)系與非關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)，研究BIM與資產(chǎn)管理系統(tǒng)、報修服務(wù)系統(tǒng)、BA、醫(yī)用氣體監(jiān)控系統(tǒng)等的信息集成方法，解決模型更新時BIM與異構(gòu)運(yùn)維信息的自動關(guān)聯(lián)等難點(diǎn)問題。

1.3 基于BIM的醫(yī)院建筑可視化運(yùn)維管理技術(shù)

研究基于BIM的空間布局和功能分布展示、機(jī)電系統(tǒng)上下游邏輯結(jié)構(gòu)自動提取、設(shè)備實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)與預(yù)警信息推送等可視化管理技術(shù)，以輔助綜合運(yùn)維管理與快速決策。

1.4 基于BIM和人工智能的智慧運(yùn)維技術(shù)

研究基于物聯(lián)網(wǎng)和BIM的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，為運(yùn)維服務(wù)主動推送醫(yī)院不同類型房間的設(shè)備信息、維修歷史和運(yùn)維需求。應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能算法，研究重大設(shè)備的性能分析、評價和預(yù)警策略，輔助提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障，制訂設(shè)備維護(hù)計劃。

1.5 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用示范

開發(fā)基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)，包括建筑信息管理、空間管理、機(jī)電設(shè)備管理、維修服務(wù)中心、視頻安防管理以及綜合決策分析模塊，支持可視化、集成化、主動式運(yùn)維管理，并在東方醫(yī)院改擴(kuò)建工程中進(jìn)行應(yīng)用示范。

2 面向運(yùn)維的BIM構(gòu)建技術(shù)

BIM模型是建筑智慧運(yùn)維系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)來源，因此BIM運(yùn)維模型構(gòu)建方式十分重要。在東方醫(yī)院新樓建設(shè)階段，本項目使用Revit軟件創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝、視頻監(jiān)控、電梯、精裝飾、醫(yī)用氣體、污水處理等各專業(yè)的BIM運(yùn)維模型。然后在此基礎(chǔ)上，添加初始的空間分配、維護(hù)維修計劃和流程、BA監(jiān)測和視頻信號等信息，最終形成BIM運(yùn)維模型，具體建模技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 面向運(yùn)維的BIM模型創(chuàng)建技術(shù)路線

BIM運(yùn)維模型主要參照最終版竣工圖紙建模，并對機(jī)電設(shè)備集中的重點(diǎn)部位進(jìn)行抽樣實(shí)測實(shí)量，根據(jù)實(shí)際情況對竣工模型修正，保證模型與實(shí)物盡可能一致。對于竣工圖紙未表現(xiàn)清楚的地方，需要應(yīng)用激光點(diǎn)云掃描儀、全站儀等進(jìn)行實(shí)測實(shí)量。BIM運(yùn)維模型主要以“.rvt”和“.nwd”格式存儲。BIM運(yùn)維模型由BIM運(yùn)維系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫存儲，包括模型文件和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)2個部分。BIM運(yùn)維模型除了常規(guī)BIM模型包含的幾何模型與信息數(shù)據(jù)之外，需要對監(jiān)控設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、傳感器、房間、醫(yī)療設(shè)備等運(yùn)維系統(tǒng)管理對象進(jìn)行準(zhǔn)確的幾何建模和詳細(xì)的信息錄入。模型中包括各設(shè)備的維保信息，如廠商、生產(chǎn)日期、技術(shù)參數(shù)、保修期等在設(shè)施管理階段參數(shù)。

3 跨系統(tǒng)的運(yùn)維信息系統(tǒng)集成技術(shù)

基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維技術(shù)需要將醫(yī)院建筑已有的BA、視頻監(jiān)控、能耗分項計量、污水處理監(jiān)控等運(yùn)維相關(guān)信息系統(tǒng)與BIM進(jìn)行集成，支持智慧運(yùn)維管理。在東方醫(yī)院新樓建設(shè)過程中，業(yè)主與相關(guān)系統(tǒng)的供應(yīng)商合同中明確要求各供應(yīng)商需要提供BIM系統(tǒng)可以使用的數(shù)據(jù)接口，為后續(xù)的信息集成奠定了商務(wù)基礎(chǔ)。

在技術(shù)層面上，BA系統(tǒng)采用OPC協(xié)議作為數(shù)據(jù)接口；能耗分項計量系統(tǒng)采用Modbus/TCP協(xié)議作為數(shù)據(jù)接口；視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用TCP協(xié)議作為數(shù)據(jù)接口；污水處理系統(tǒng)采用Modbus/TCP協(xié)議作為數(shù)據(jù)接口。在BIM建模時，建立相應(yīng)監(jiān)測設(shè)備的模型，并將監(jiān)測點(diǎn)位信息輸入設(shè)備屬性，從而實(shí)現(xiàn)BIM中監(jiān)測對象與BA中獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)匹配，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。

4 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維系統(tǒng)

本項目開發(fā)的基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維系統(tǒng)（圖3）包括網(wǎng)頁端、智能移動端、桌面客戶端3個客戶端。網(wǎng)頁端用于機(jī)電設(shè)備管理、維護(hù)、維修等運(yùn)維日常管理與統(tǒng)計分析，方便管理人員隨時隨地通過瀏覽器查看樓宇運(yùn)營情況。智能移動端用于現(xiàn)場維護(hù)維修人員上傳反饋信息，包括建筑信息瀏覽、評價等服務(wù)和設(shè)備設(shè)施盤點(diǎn)等功能，借助RFID/二維碼等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對醫(yī)院設(shè)備快速定位、盤點(diǎn)、查詢等管理。桌面客戶端作為運(yùn)維數(shù)據(jù)的導(dǎo)入端口、運(yùn)維管理內(nèi)容的展示和培訓(xùn)，需保證模型的輕量化、清晰化及運(yùn)維相關(guān)流程的直觀性；桌面客戶端基于VR技術(shù)開發(fā)，展示高度真實(shí)感的BIM模型，運(yùn)行于樓宇運(yùn)維服務(wù)中心。

圖3 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維系統(tǒng)

4.1 基于BIM的空間運(yùn)維管理

基于BIM模型建立房間、大廳等空間信息，支持在三維視圖、列表等視圖中查看房間屬性信息，并進(jìn)行房間使用的統(tǒng)一分配和統(tǒng)計分析?；诜块g的運(yùn)維需求查看，快速獲取不同房間的差異性運(yùn)維需求，輔助現(xiàn)場運(yùn)維實(shí)施（圖4）。可為每個空間生成二維碼或藍(lán)牙信標(biāo)（ibeacon）作為室內(nèi)定位標(biāo)簽，支持通過掃描二維碼或根據(jù)藍(lán)牙信號自動定位維修請求等。

圖4 基于BIM的空間管理

4.2 基于BIM的機(jī)電設(shè)備管理

BIM運(yùn)維系統(tǒng)通過導(dǎo)入機(jī)電設(shè)備BIM模型，展示各個系統(tǒng)的主要設(shè)備信息、邏輯結(jié)構(gòu)以及物理結(jié)構(gòu)。通過OPC等標(biāo)準(zhǔn)接口與BA無縫對接，獲取BA的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中備份BA系統(tǒng)獲取的各類智能監(jiān)測數(shù)據(jù)；同時與BIM模型中的構(gòu)件對應(yīng)，在三維視圖中展示各個設(shè)備的運(yùn)行情況和報警狀態(tài)。如空調(diào)機(jī)組及過濾器狀態(tài)、送風(fēng)溫濕度、CO2及CO濃度的情況，通過不同顏色標(biāo)識顯示機(jī)組及過濾器的狀態(tài)。系統(tǒng)以列表、趨勢圖等方式展示各監(jiān)測點(diǎn)的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便后臺管理人員全方位掌握機(jī)組的運(yùn)行情況，同時對其性能進(jìn)行評估（圖5）。

圖5 基于BIM的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控

系統(tǒng)還可根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行情況、定期維保要求和維保班組工作負(fù)荷情況，自動發(fā)起設(shè)備維保計劃，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性的維保工作，減少設(shè)備故障。

4.3 基于BIM的能耗監(jiān)測與節(jié)能潛力分析

對接醫(yī)院建筑能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院能耗監(jiān)測；建立各供電回路與BIM的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)基于BIM展示各供電回路控制的區(qū)域和設(shè)備；采用先進(jìn)的能耗分類模型對各回路數(shù)據(jù)進(jìn)行分項統(tǒng)計；支持根據(jù)時間和空間對空調(diào)、照明、動力等分項的能耗進(jìn)行多維度的統(tǒng)計分析，包括晝夜峰谷比、季節(jié)峰谷比，診斷可能存在的能源浪費(fèi)行為，輔助管理優(yōu)化，達(dá)到減少能耗的目標(biāo)。

5 應(yīng)用實(shí)踐

在應(yīng)用實(shí)踐過程中，本項目成功地在將東方醫(yī)院新樓工程BIM模型導(dǎo)入基于BIM的智慧運(yùn)維系統(tǒng)，并與BA、視頻監(jiān)控、污水處理監(jiān)控、能耗分項計量等系統(tǒng)對接，完成了系統(tǒng)初始化。東方醫(yī)院運(yùn)維團(tuán)隊可在運(yùn)維機(jī)房實(shí)時查看新樓設(shè)備運(yùn)維和報警情況，并接收來自電話、微信等方式的報修信息，輸入運(yùn)維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線報修服務(wù)管理。醫(yī)院績效管理人員通過本系統(tǒng)分析住院部、門診部、急診部、醫(yī)技部的照明用能晝夜峰谷比和空調(diào)用能晝夜峰谷比，制訂了醫(yī)院新樓節(jié)能管理方案。

6 結(jié)語

1）通過開放的現(xiàn)有接口，可以實(shí)現(xiàn)BIM與BA、視頻監(jiān)控、能耗分項計量等運(yùn)維信息系統(tǒng)的信息集成，建立建筑運(yùn)維信息模型。

2）基于BIM實(shí)現(xiàn)可視化、集成化的建筑運(yùn)維管理，有助于運(yùn)維管理人員快速了解設(shè)備運(yùn)行情況和報警情況，輔助分析和處理設(shè)備故障，提高運(yùn)維效率。

3）基于BIM和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可深度分析不同功能區(qū)域的照明、空調(diào)和設(shè)備能耗情況，包括晝夜峰谷比、季節(jié)峰谷比等，發(fā)掘節(jié)能潛力點(diǎn)，輔助“綠色醫(yī)院”建設(shè)。