面向醫(yī)院建筑運維的信息模型構(gòu)建與思考

□ 張權(quán) ZHANG Quan 陳戎 CHEN Rong 盛飛猛 SHENG Fei-Meng

Taking the operation and maintenance of hospital buildings as the goal, the idea of hospital building information model (BIM) was established. This paper gave the case introduction of new projects, including the reverse planning from the completion, construction to design stage, the implementation strategy of refine management in each stage. The concept of life cycle of hospital buildings was put forward, and the importance of BIM in operation and maintenance was expounded.

醫(yī)院建筑的運維管理涉及醫(yī)院的多個部門，由于其復(fù)雜性，醫(yī)院均大力推進(jìn)后勤信息化建設(shè)，包括維報修管理系統(tǒng)、設(shè)備巡檢管理系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、能耗監(jiān)控系統(tǒng)等。但這些系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)分散且不相關(guān)，缺少準(zhǔn)確、全面的建筑本體數(shù)據(jù)支撐，數(shù)據(jù)分析能力和可視化效果較差，容易形成信息孤島。如建筑竣工圖紙等工程信息由不同科室持有，資料的版本不一影響了工程資料使用效率。建筑智能管理系統(tǒng)(IBMS)可實現(xiàn)對設(shè)備實時運行監(jiān)測和能耗數(shù)據(jù)采集，但設(shè)備端口的單一與接口的封閉性影響著醫(yī)院建筑運維管理效果。資產(chǎn)管理系統(tǒng)可核算資產(chǎn)的數(shù)量及價值，但缺乏與建筑實體或竣工資料的關(guān)聯(lián)性[1]。

在政府和行業(yè)的推動下，建筑信息模型(Building Information Model，BIM)作為建筑數(shù)字化描述的標(biāo)準(zhǔn)，主要運用于醫(yī)院建設(shè)和運維階段，BIM作為運維階段信息化建設(shè)的有效抓手，可深度實現(xiàn)醫(yī)院建筑運維信息系統(tǒng)的有效整合?，F(xiàn)有基于BIM的資產(chǎn)信息管理、建筑空間管理、應(yīng)急疏散管理、監(jiān)控點位模擬、全景相機監(jiān)控等系統(tǒng)的應(yīng)用，其價值仍有很大的提升與開發(fā)空間。由于國內(nèi)現(xiàn)行醫(yī)院建設(shè)與運營體系的割裂，實踐中常常出現(xiàn)設(shè)計、施工和運維的BIM模型互不協(xié)調(diào)的情況，導(dǎo)致各階段的BIM模型無法實現(xiàn)無損轉(zhuǎn)換，BIM與樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)(BA)、IBMS等系統(tǒng)無法異構(gòu)集成，建筑信息全生命周期維護(hù)無法實現(xiàn)一體化管理。

面向運維管理的醫(yī)院建筑BIM構(gòu)建是解決上述問題的途徑之一。其核心理念是以醫(yī)院建筑運維管理為最終目標(biāo)，倒推設(shè)計、建造、移交階段應(yīng)考慮的技術(shù)與管理策略，將工作分解到各相關(guān)方，形成整體運行管理機制，以唯一的BIM平臺作為管理手段進(jìn)行全過程的設(shè)計與管控。面向運維的醫(yī)院建筑BIM構(gòu)建實現(xiàn)工作方式上的創(chuàng)新，建立一個以終為始的系統(tǒng)性工作方法，先考慮醫(yī)院運維，倒推交付、建造、設(shè)計等階段的工作，通過BIM相關(guān)信息的共享、傳遞和驗證運行機制，在設(shè)計、建造及運維各階段實施精細(xì)化管理，必將實現(xiàn)醫(yī)院建筑信息全生命周期管理[2]。

項目背景

杭州市第七人民醫(yī)院浙西院區(qū)一期工程項目選址于建德市壽昌鎮(zhèn)十八橋村，建設(shè)床位數(shù)500床，占地127畝，總建筑面積約47465m2，總投資2.7億元(不含土地費用)，建設(shè)周期為3年。新院區(qū)的建設(shè)主體與運營主體均為杭州市第七人民醫(yī)院，建設(shè)單位項目負(fù)責(zé)人為醫(yī)院分管后勤與基建工作的副院長，執(zhí)行部門為醫(yī)院基建科。新院區(qū)從籌建初期就非常重視運維管理與建筑信息集成，從初步設(shè)計完成后就引入了BIM技術(shù)，以模型為載體，將設(shè)計、施工及運維等各方面的工作進(jìn)行有機結(jié)合。見圖1。

圖1 杭州市第七人民醫(yī)院浙西院區(qū)一期工程項目鳥瞰效果

BIM各階段實施策略

1.項目前期

1.1 實施范圍、主體與經(jīng)費的保障。2017年《浙江省衛(wèi)生計生委關(guān)于在大型醫(yī)療衛(wèi)生建筑項目中推廣應(yīng)用BIM技術(shù)的通知》(浙衛(wèi)發(fā)〔2017〕46號)(以下簡稱通知)中規(guī)定：(1)全省范圍內(nèi)投資概算在5000萬元以上或建筑面積1萬平方米以上的醫(yī)院、公共衛(wèi)生機構(gòu)改擴建(新建)工程應(yīng)當(dāng)普遍應(yīng)用BIM技術(shù)，上述范圍新立項的工程項目應(yīng)當(dāng)在設(shè)計、施工、運營等全生命周期推廣應(yīng)用BIM技術(shù)；(2) BIM實施模式宜采用基于全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用模式下的建設(shè)單位(業(yè)主)主導(dǎo)的實施模式，以利于協(xié)調(diào)各參與方在項目全生命周期內(nèi)協(xié)同應(yīng)用BIM技術(shù)，推進(jìn)各專業(yè)協(xié)同工作、項目的虛擬建造和精細(xì)化管理；(3)業(yè)主單位及主管部門要加強與當(dāng)?shù)匕l(fā)展改革、建設(shè)規(guī)劃及財政等有關(guān)部門的溝通協(xié)調(diào)，形成工作合力。要建立嚴(yán)格的審核制度，項目主管部門(項目業(yè)主)應(yīng)當(dāng)在年度項目投資計劃和階段推進(jìn)中明確BIM技術(shù)應(yīng)用要求，并落實應(yīng)用實施內(nèi)容。根據(jù)《通知》精神，醫(yī)院在初步設(shè)計審查與概算編制階段，確定由建設(shè)單位即醫(yī)院來實施全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用，通過與發(fā)改、財政部門深入溝通后，明確按照浙江省BIM計費標(biāo)準(zhǔn)在項目總概算中單獨列支BIM咨詢概算科目，并獲得批復(fù)。

1.2 服務(wù)類采購優(yōu)選BIM服務(wù)商。醫(yī)院通過服務(wù)類政府采購公開招標(biāo)的方式優(yōu)選建筑信息模型技術(shù)第三方服務(wù)商，通過資信、業(yè)績、技術(shù)團(tuán)隊、商務(wù)等多方面的比拼，最終由服務(wù)醫(yī)院類建筑BIM運維經(jīng)驗豐富的第三方服務(wù)商中標(biāo)，并從項目最初階段開始介入、提供服務(wù)。

1.3 項目管理中的充分授權(quán)。為充分保障BIM服務(wù)商的管理權(quán)限，避免出現(xiàn)BIM模型與現(xiàn)場施工“兩張皮”的情況，醫(yī)院在項目全過程管理中給予BIM服務(wù)商充分的授權(quán)。BIM服務(wù)單位可按照招標(biāo)要求最大權(quán)限地利用BIM技術(shù)進(jìn)行各項管理應(yīng)用，醫(yī)院將BIM服務(wù)商的審批意見納入業(yè)主方審批的前置條件之一，包括設(shè)計變更審批、工程款審批等實質(zhì)性審批權(quán)限。這樣的舉措大大增強BIM服務(wù)商的項目管理權(quán)限，為BIM模型在設(shè)計協(xié)同階段、施工階段的大范圍應(yīng)用提供了堅實的保障。同時，為運維階段BIM模型的無損轉(zhuǎn)換提供了管理制度上的保證。

2.設(shè)計階段

2.1 “背靠背”建模。醫(yī)院委托的BIM服務(wù)商并不代表設(shè)計單位，需要進(jìn)行BIM建模的應(yīng)用與協(xié)同。BIM服務(wù)合同的內(nèi)容包括：BIM相關(guān)信息資料的收集、整合與發(fā)布，對項目各參與方提供BIM技術(shù)支持；審查各階段項目參與方提交的BIM資料并提出審查意見，協(xié)助建設(shè)單位進(jìn)行BIM資料歸檔。同時，BIM服務(wù)商須按照服務(wù)合同與業(yè)主交付的計算機輔助設(shè)計(CAD)圖進(jìn)行BIM模型初建，與設(shè)計單位實施“背靠背”的BIM建模。雙方模型建立后，再進(jìn)行核對、審查及修改，最終形成完整度、精確度最高的模型母體，應(yīng)用于后續(xù)的項目管理云平臺。

2.2 BIM+虛擬與現(xiàn)實(VR)結(jié)合。虛擬仿真漫游的主要目的是利用BIM軟件與VR技術(shù)模擬建筑物的三維空間，通過漫游、動態(tài)影像的形式，及時發(fā)現(xiàn)不易察覺的設(shè)計缺陷或問題，減少由于事先規(guī)劃不全面而造成的損失。有利于設(shè)計與管理人員對設(shè)計方案進(jìn)行輔助設(shè)計與方案評審，促進(jìn)工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、投標(biāo)、報批與管理。通過漫游功能對已建模型進(jìn)行自由模擬查看，從而發(fā)現(xiàn)其中的問題，檢驗?zāi)Ｐ偷膶挾?、凈空的合理性。還可以進(jìn)行測量，保存相應(yīng)的視點，以備記錄與查看。也可導(dǎo)出相應(yīng)的動態(tài)影像，在動態(tài)影像中發(fā)現(xiàn)問題，記錄問題，解決問題。

2.3 三維協(xié)同設(shè)計。以BIM為工具開展協(xié)同設(shè)計，三維可視化地實現(xiàn)建筑與其他專業(yè)，如結(jié)構(gòu)、機電、暖通、幕墻等專業(yè)的動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)各專業(yè)BIM模型共享和協(xié)同設(shè)計，基本消除了“錯、碰、漏、缺”等設(shè)計問題。

2.4 碰撞檢測及三維管線綜合。基于各專業(yè)模型，應(yīng)用BIM三維可視化技術(shù)檢查施工圖設(shè)計階段的碰撞，完成建筑項目設(shè)計圖紙范圍內(nèi)各種管線布設(shè)與建筑、結(jié)構(gòu)平面布置和豎向高程相協(xié)調(diào)的三維協(xié)同設(shè)計工作，盡可能減少碰撞，避免空間沖突，避免設(shè)計錯誤傳遞到施工階段。同時應(yīng)解決空間合理布局，如重力管線延程的合理排布，以減少水頭損失。

2.5 豎向凈空優(yōu)化。優(yōu)化機電管線排布方案，對建筑物最終的豎向設(shè)計空間進(jìn)行檢測分析，并給出最優(yōu)的凈空高度。機電凈高分析通過零施工成本演練，進(jìn)行項目機電管線的凈高分析，提出不滿足規(guī)范要求和醫(yī)院需求的點，優(yōu)化相應(yīng)設(shè)計。

2.6 性能模擬化分析與優(yōu)化。立足運維管理，實現(xiàn)對醫(yī)院建筑的負(fù)荷和能耗進(jìn)行模擬分析，以同類型同規(guī)模醫(yī)院建筑平均能耗指標(biāo)為基數(shù)，建立新院區(qū)建筑能耗總控目標(biāo)模型，在設(shè)計過程中，通過性能化分析反復(fù)驗證和優(yōu)化設(shè)計成果。一方面，根據(jù)具體的設(shè)計性能分析所需的數(shù)據(jù)要求來完善BIM模型，確保BIM模型滿足建筑性能分析想要的正確數(shù)據(jù)和格式，另一方面，在此基礎(chǔ)上建立詳細(xì)數(shù)據(jù)交換機制，實現(xiàn)動態(tài)閉環(huán)分析。性能化分析驗證通過的關(guān)鍵指標(biāo)、參數(shù)、規(guī)則、數(shù)據(jù)將匯入既有總控模型形成量化指標(biāo)控制參數(shù)，優(yōu)化負(fù)荷和能耗系統(tǒng)設(shè)計。見圖2。

圖2 建筑、機電模型

3.施工階段

3.1 搭建基于BIM的項目管理云協(xié)作平臺。BIM云協(xié)作平臺是以信息共享、移動應(yīng)用為核心，通過云技術(shù)融合輕量化BIM的“虛”與現(xiàn)場“實”，基于項目的協(xié)作平臺解決方案。基于BIM云協(xié)作平臺，通過施工階段對BIM模型的不斷修正、不斷完善，項目的BIM模型可以始終與施工現(xiàn)場保持一致。在項目的各個階段項目各方都可以圍繞BIM云平臺進(jìn)行協(xié)同工作，查看最新的BIM模型，商討解決問題，追蹤施工材料和機電安裝設(shè)備全過程的信息。根據(jù)實際采購情況，項目管理人員可以在云協(xié)作平臺上添加模型的各項信息，在竣工階段，項目方就可以獲得一套完整的竣工模型?？⒐IM模型可以無損批量的導(dǎo)入到運維平臺中服務(wù)于運維階段。

BIM云協(xié)作平臺對于實現(xiàn)建筑全壽命期管理，提高項目施工和運維階段的科學(xué)技術(shù)水平、提高項目評定等級、推進(jìn)建筑全面信息化進(jìn)程，具有巨大的應(yīng)用價值。BIM云協(xié)作平臺采用云服務(wù)器端+客戶端的模式，所有數(shù)據(jù)(輕量化的BIM模型、現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)、協(xié)同的數(shù)據(jù)等)均存儲于云平臺，移動端、網(wǎng)頁端、PC電腦客戶端可以根據(jù)提前設(shè)定好的權(quán)限，隨時訪問云服務(wù)器。同時，為廣泛應(yīng)用云協(xié)作管理平臺，BIM服務(wù)商對各級項目部加大培訓(xùn)宣傳的力度，并要求涉及工程管理的流程等均先通過平臺溝通及審批，待線上流程通過后再進(jìn)行線下的紙質(zhì)審批，強制項目各參建單位習(xí)慣使用云協(xié)作管理平臺進(jìn)行項目管控，大大提升平臺利用率與模型的更新水平。見圖3。

3.2 工程量統(tǒng)計。施工過程中，工程量的計算是在施工圖設(shè)計模型和施工圖預(yù)算模型的基礎(chǔ)上，按照同規(guī)定深化設(shè)計和工程量計算要求深化模型，進(jìn)行變更工程量快速計算和計價。同時附加進(jìn)度與造價管理相關(guān)信息，通過結(jié)合時間和成本信息實現(xiàn)施工過程造價動態(tài)成本的管理與應(yīng)用、資源計劃制定中相關(guān)量的精準(zhǔn)確定、招采管理的材料與設(shè)備數(shù)量計算與統(tǒng)計應(yīng)用、用料數(shù)量統(tǒng)計與管理應(yīng)用，提高施工實施階段工程量計算效率和準(zhǔn)確性。在施工前，精確確定材料工程量，為材料的采購提供精準(zhǔn)的計劃，同時能更好地控制現(xiàn)場浪費情況的發(fā)生。

圖3 基于BIM的項目管理云協(xié)作平臺工作界面

3.3 施工方案模擬。根據(jù)施工方案構(gòu)建施工過程演示模型，結(jié)合施工工藝流程，利用模型進(jìn)行施工模擬與優(yōu)化，選擇最優(yōu)施工方案，生成4D模擬演示視頻并提交施工部門審核。特別是對于局部復(fù)雜的施工區(qū)域，進(jìn)行BIM重點難點施工方案模擬、優(yōu)化，生成方案模擬文件提交審核，并與施工部門、相關(guān)專業(yè)分包商協(xié)調(diào)施工方案。

4.竣工驗收及運維階段。將BIM模型更新到最終狀態(tài)，反映最終圖紙和安裝情況，通過整理施工模型與竣工資料并進(jìn)行現(xiàn)場核查，建立運維模型。同時，添加運維信息、資產(chǎn)編碼、空間位置編碼并整合插件信息，最終導(dǎo)入運維模型數(shù)據(jù)庫與運維平臺。

結(jié)論與展望

面向運維的醫(yī)院建筑BIM構(gòu)建是一個全過程、全員參與、全專業(yè)聯(lián)動的集成過程，是一個以結(jié)果為導(dǎo)向，減少浪費、提高效率的信息化無損傳遞過程與建筑全生命周期管理過程。該方式在杭州市第七人民醫(yī)院浙西院區(qū)一期工程項目中取得了很大的成效，這與建設(shè)主體的建設(shè)運行管理模式、建設(shè)者對BIM的認(rèn)識、運維人員的建設(shè)參與度等有直接的聯(lián)系，有一定的特殊性。

從醫(yī)院后期運維角度來說，BIM對醫(yī)院管理具有很大的利用價值與空間，但由于目前政策鼓勵缺失，以及醫(yī)院管理者認(rèn)識不到位等因素，使面向運維的醫(yī)院建筑BIM逆向設(shè)計架構(gòu)尚未在醫(yī)院建設(shè)領(lǐng)域廣泛推廣。相信在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代，BIM地應(yīng)用將更廣泛，數(shù)字孿生世界即將來臨。