BIM技術在醫療建筑智慧運維系統的實踐經驗總結

醫院建筑機電系統復雜、運維要求高，若僅采用BA和視頻監控等信息系統還缺乏豐富的建筑本體信息支持，只能實現分散式管理，難以滿足現代化醫院的要求。

今天的分享將介紹在上海市東方醫院新樓建設中，通過集成應用BIM 、BA、數據挖掘等技術，實現基于BIM的醫院建筑智慧運維技術研究和系統開發成果。

實踐

上海市東方醫院新樓擴建工程位于陸家嘴地區，總建筑面積83161.97m2，包括地上24層、地下2層，主要服務于重大保障和高端醫療，建成后將增加床位500張。

醫院建筑機電設備復雜，包括通風空調、變配電系統、給排水系統、醫用氣體系統、污水處理系統以及樓宇自控系統等。并且，醫院建筑需要不間斷管理，運維管理壓力大。目前使用的BA、維護維修系統、空間管理系統等相互獨立，不能針對醫療服務需求將建筑本體和運維管理信息有機融合，不便于中、高層管理者的快速決策，運維管理效率低。傳統扁平化、臺賬式管理模型非常不直觀，難以對大量的數據信息進行監控和分析決策。

本研究以東方醫院新樓為例，通過整合BIM、BA、視頻監控等先進信息技術，打通建設與運維階段的信息斷層，融合建筑靜態和動態信息，實現了基于BIM的醫院建筑三維可視化、集成化和主動式智慧運維管理目標。

一、基于BIM的醫院建筑智慧運維技術

圖1 基于 BIM 的醫院建筑智慧運維技術

基于BIM的醫院建筑智慧運維技術的總體技術框架如圖1所示，具體包括以下關鍵研究內容。

1、面向運維的醫院建筑BIM構建方法

建立面向運維管理的醫院建筑各階段BIM建模要求，梳理空間、資產、機電系統和設備的屬性信息動態創建、交付和集成要求，形成醫院建筑運維模型交付標準，為智慧運維提供模型基礎。

2、跨系統的建筑運維異構信息集成與存儲技術

綜合應用關系與非關系數據庫技術，研究BIM與資產管理系統、報修服務系統、BA、醫用氣體監控系統等的信息集成方法，解決模型更新時BIM與異構運維信息的自動關聯等難點問題。

3、基于BIM的醫院建筑可視化運維管理技術

研究基于BIM的空間布局和功能分布展示、機電系統上下游邏輯結構自動提取、設備實時運行狀態與預警信息推送等可視化管理技術，以輔助綜合運維管理與快速決策。

4、基于BIM和人工智能的智慧運維技術

研究基于物聯網和BIM的數據挖掘技術，為運維服務主動推送醫院不同類型房間的設備信息、維修歷史和運維需求。應用神經網絡等人工智能算法，研究重大設備的性能分析、評價和預警策略，輔助提前發現設備潛在故障，制訂設備維護計劃。

5、基于BIM的醫院建筑智慧運維管理系統研發與應用示范

開發基于BIM的醫院建筑智慧運維管理系統，包括建筑信息管理、空間管理、機電設備管理、維修服務中心、視頻安防管理以及綜合決策分析模塊，支持可視化、集成化、主動式運維管理，并在東方醫院改擴建工程中進行應用示范。

二、面向運維的BIM構建技術

BIM模型是建筑智慧運維系統最重要的數據來源，因此BIM運維模型構建方式十分重要。在東方醫院新樓建設階段，本項目使用Revit軟件創建建筑、結構、機電安裝、視頻監控、電梯、精裝飾、醫用氣體、污水處理等各專業的BIM運維模型。然后在此基礎上，添加初始的空間分配、維護維修計劃和流程、BA監測和視頻信號等信息，最終形成BIM運維模型，具體建模技術路線如圖2所示。

圖2 面向運維的BIM模型創建技術路線

BIM運維模型主要參照最終版竣工圖紙建模，并對機電設備集中的重點部位進行抽樣實測實量，根據實際情況對竣工模型修正，保證模型與實物盡可能一致。對于竣工圖紙未表現清楚的地方，需要應用激光點云掃描儀、全站儀等進行實測實量。BIM運維模型主要以“.rvt”和“.nwd”格式存儲。

BIM運維模型由BIM運維系統的數據庫存儲，包括模型文件和結構化數據2個部分。BIM運維模型除了常規BIM模型包含的幾何模型與信息數據之外，需要對監控設備、機電設備、傳感器、房間、醫療設備等運維系統管理對象進行準確的幾何建模和詳細的信息錄入。模型中包括各設備的維保信息，如廠商、生產日期、技術參數、保修期等在設施管理階段參數。  

三、跨系統的運維信息系統集成技術

基于BIM的醫院建筑智慧運維技術需要將醫院建筑已有的BA、視頻監控、能耗分項計量、污水處理監控等運維相關信息系統與BIM進行集成，支持智慧運維管理。在東方醫院新樓建設過程中，業主與相關系統的供應商合同中明確要求各供應商需要提供BIM系統可以使用的數據接口，為后續的信息集成奠定了商務基礎。

在技術層面上，BA系統采用OPC協議作為數據接口；能耗分項計量系統采用Modbus/TCP協議作為數據接口；視頻監控系統采用TCP協議作為數據接口；污水處理系統采用Modbus/TCP協議作為數據接口。在BIM建模時，建立相應監測設備的模型，并將監測點位信息輸入設備屬性，從而實現BIM中監測對象與BA中獲取的監測數據匹配，實現數據集成。

四、醫院建筑智慧運維系統

圖3 基于BIM的醫院建筑智慧運維系統

本項目開發的基于BIM的醫院建筑智慧運維系統（圖3）包括網頁端、智能移動端、桌面客戶端3個客戶端。網頁端用于機電設備管理、維護、維修等運維日常管理與統計分析，方便管理人員隨時隨地通過瀏覽器查看樓宇運營情況。智能移動端用于現場維護維修人員上傳反饋信息，包括建筑信息瀏覽、評價等服務和設備設施盤點等功能，借助RFID/二維碼等物聯網技術，實現對醫院設備快速定位、盤點、查詢等管理。桌面客戶端作為運維數據的導入端口、運維管理內容的展示和培訓，需保證模型的輕量化、清晰化及運維相關流程的直觀性；桌面客戶端基于VR技術開發，展示高度真實感的BIM模型，運行于樓宇運維服務中心。

1、基于BIM的空間運維管理

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，并進行房間使用的統一分配和統計分析?；诜块g的運維需求查看，快速獲取不同房間的差異性運維需求，輔助現場運維實施（圖4）。

圖4 基于BIM的空間管理

可為每個空間生成二維碼或藍牙信標（ibeacon）作為室內定位標簽，支持通過掃描二維碼或根據藍牙信號自動定位維修請求等。

2、基于BIM的機電設備管理

BIM運維系統通過導入機電設備BIM模型，展示各個系統的主要設備信息、邏輯結構以及物理結構。通過OPC等標準接口與BA無縫對接，獲取BA的實時監測數據，在數據庫中備份BA系統獲取的各類智能監測數據；同時與BIM模型中的構件對應，在三維視圖中展示各個設備的運行情況和報警狀態。如空調機組及過濾器狀態、送風溫濕度、CO2及CO濃度的情況，通過不同顏色標識顯示機組及過濾器的狀態。系統以列表、趨勢圖等方式展示各監測點的歷史監測數據，方便后臺管理人員全方位掌握機組的運行情況，同時對其性能進行評估（圖5）。

圖5 基于BIM的機電設備運行監控

系統還可根據設備的運行情況、定期維保要求和維保班組工作負荷情況，自動發起設備維保計劃，實現預防性的維保工作，減少設備故障。

3、基于BIM的能耗監測與節能潛力分析

對接醫院建筑能耗分項監測系統，實現醫院能耗監測；建立各供電回路與BIM的關聯，實現基于BIM展示各供電回路控制的區域和設備；采用先進的能耗分類模型對各回路數據進行分項統計；支持根據時間和空間對空調、照明、動力等分項的能耗進行多維度的統計分析，包括晝夜峰谷比、季節峰谷比，診斷可能存在的能源浪費行為，輔助管理優化，達到減少能耗的目標。

五、應用實踐

在應用實踐過程中，本項目成功地在將東方醫院新樓工程BIM模型導入基于BIM的智慧運維系統，并與BA、視頻監控、污水處理監控、能耗分項計量等系統對接，完成了系統初始化。東方醫院運維團隊可在運維機房實時查看新樓設備運維和報警情況，并接收來自電話、微信等方式的報修信息，輸入運維系統，實現在線報修服務管理。醫院績效管理人員通過本系統分析住院部、門診部、急診部、醫技部的照明用能晝夜峰谷比和空調用能晝夜峰谷比，制訂了醫院新樓節能管理方案。

六、結語

1、通過開放的現有接口，可以實現BIM與BA、視頻監控、能耗分項計量等運維信息系統的信息集成，建立建筑運維信息模型。

2、基于BIM實現可視化、集成化的建筑運維管理，有助于運維管理人員快速了解設備運行情況和報警情況，輔助分析和處理設備故障，提高運維效率。

3、基于BIM和數據挖掘技術，可深度分析不同功能區域的照明、空調和設備能耗情況，包括晝夜峰谷比、季節峰谷比等，發掘節能潛力點，輔助“綠色醫院”建設。