基于醫療建筑智能化運維需求的BIM平臺規劃及集成方法研究

管亞君

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

在整個建筑項目生命周期內所形成的各種各樣的信息內容，都在計算機中以適當的方式進行存儲，這就是BIM的實質。我們可以把BIM看成是一個設施有關信息的共享知識資源。隨著近年來BIM技術在建設項目的大力發展，施工總包方開始深入運用各種基于BIM的施工協同平臺實施項目建造過程的進度、質量、安全等管理。從設計到施工的工程建設階段積累了大量的模型及數據。設計、建造過程中所形成的各種各樣的信息內容可以通過設計到施工模型的繼承沿用而有效集成。

與此同時，在全生命周期中的運維階段，BIM技術的發展仍然在探索中，運維階段BIM建模標準不統一，運維平臺集成功能系統不一，軟件開發不成熟。特別是對于醫療建筑，其空間功能多樣，布局復雜，機電系統專業性強，運維管理復雜性高，對運維管理的品質、安全等級等要求特殊。

醫療建筑智能化運維系統構建需要分析國內醫院運維管理現狀，有針對性地解決痛點問題，集成開發適應數字化時代的三維可視化智能平臺。同時醫療建筑在其前期設計及施工階段中集成的數據龐雜，運維信息整合的整體難度大。

為了使BIM信息能整合并通暢地傳遞至運維階段，能夠在同一個數據體系下進行廣泛的信息交換和共享，需要規范運維模型建立要求，建立竣工模型轉化至運維模型的管理機制，從而有效地為運維階段醫療建筑智能化系統平臺提供數據支持。

1 醫療建筑智能化運維BIM平臺規劃

1.1 醫療建筑運維管理現狀

完善的醫院運維管理體系為醫院日常運營與健康發展提供可靠的支撐，涉及醫院后勤保障、醫療設備、醫患服務、物資流通、財務管理、醫院資產與環境等方方面面，覆蓋人力管理、財務監控和物流運作，醫院運維管理和服務工作具有內容多、服務廣、任務重、要求高等特點，屬于復雜而細致的綜合服務系統[1]。

由于醫療建筑功能需求的復雜性，醫療建筑除了具有一般公共建筑的共性系統特征，同時帶有醫療行業特殊性，擁有軌道小車、氣動物流、潔凈空調、醫用氣體等專業系統。因此其運維專業性要求更高、整體管理難度 更大。

傳統的醫療建筑運維管理組織模式下，特種設備、水電暖通、安防、消防等各專業隔離開展維護工作，負有建筑管理職責的總務、保衛、基建和物業等科室各自獨立，建筑數據、參數、圖紙等各種信息散居在各處，既不直觀又損毀嚴重，很多維護工作都依靠老職工的經驗和回憶進行，缺乏統一、直觀的運營維護方式，效率低下，重復作業，浪費嚴重[2]。

大量醫院建筑運維信息化程度仍較低，其運維管理方式大部分處于基于二維平臺的半自動化管理。消防、安防、樓宇自控系統等各智能化系統間相互獨立，無法實現系統間數據的共享，導致智能化系統的數據浪費。隨著各種高新技術的智能化系統更新越來越快，醫院運維管理人員的能力要求也越來越高，復雜繁多且相互獨立的智能化系統大大增加了運維管理人員的負擔，使得智能化系統無法充分發揮其作用，由此帶來的運維成本上升、人員短缺、服務效率低下等問題不斷制約和影響著智慧醫院的建設進程。

目前，國內外基于BIM的集成運維管理應用、研究主要集中在整合人員設施、空間維護管理、建筑安全等方面，主要思路為通過工業基礎類標準（Industry Foundation Classes，IFC）和數據庫技術實現數據的集成。針對醫療建筑智能化系統的BIM集成運維管理，國內外相關研究及成熟案例都比較少。如何充分利用BIM技術對建筑物物理特性和功能特性進行數字化表達，有效利用建筑項目全生命周期的數據，將復雜繁多的智能化系統各類功能集成在一體化的管理平臺，提供直觀可視化的界面，簡化管理流程，分析數據輔助決策，達到智能化高效管理是值得研究的方向[3-8]。

1.2 醫療建筑智能化運維系統組成

針對國內醫療建筑運維管理現狀與管理難點及管理發展趨勢，智慧醫療建筑運維管理的三大需求為：可視化管理，多系統的集成，多數據的綜合分析。

1）可視化管理。創建建筑空間、設備設施、管道系統的可視化3D模型平臺。將二維樓宇運維管理與三維形象對象關聯。在3D模型中集成圖紙、竣工資料、設備信息、資產信息、空間信息等。通過BIM直觀反映有問題的區域，對工單分析時，即可通過機電系統溯源查找故障源頭，并可在模型中直接查閱構件關聯的資料文件、維修歷史等，快速定位和解決問題。操作直觀，檢索便利，減輕新平臺人員操作培訓成本。

2）多系統的集成。基于BIM模型平臺，將二維樓宇運維管理系統功能、安防／監控、門禁、保安巡更、停車管理、設施設備智能監測、能耗管理等系統統一集成于一個管理平臺。實現多系統信息的共享，實現消防、安防、樓宇自控等各類智能化系統與BIM平臺間數據的互通互用，建立BIM與醫療建筑智能化系統數據集成管理系統，提高對醫療建筑的智能控制與管理。

3）多數據的綜合分析。通過一個平臺，將海量異構的建筑靜態和動態信息整合在一起，形成建筑全生命周期大數據。通過對設備運行監控數據、醫用氣體監控系統、視頻監控系統、BA系統、維修、維保等運維數據的統計分析，提供可視化數據大屏，按需輸出數據報表，實現智能統計高頻問題、智能故障診斷與風險評估，有效保障醫療建筑的運維安全和質量。

對應以上需求，基于BIM的醫療建筑運維智能化系統功能組成可具體細分以下功能模塊：

1）建筑信息管理模塊。對系統中BIM模型進行更新與管理，支持快速的項目信息與資料檢索。功能指標項：BIM導入、BIM更新、三維模型瀏覽、模型信息管理、項目資料導入與管理、項目資料快速檢索。

2）空間管理模塊。在三維環境下，查看空間信息，規劃和分配空間用途。功能指標項：空間基本信息維護、空間使用分配、空間統計分析。

3）維護維修服務中心模塊。支持在快速發起、描述、定位、處理維護維修請求，實時收集維護維修資料。功能指標項：應急維修管理、日常維保管理、應需維保管理、備品備件管理、維護維修分析。

4）設備設施智能監測模塊。在BIM模型中，查看各個機電系統監測數據、運行狀態、報警情況。功能指標項：空調新風、冷熱源、給排水、送排風、變配電、污水處理、電梯、消防、智能照明系統等建筑設備監測及醫用氣體、氣動物流、大型醫技設備等監測。

5）視頻安防管理模塊。在BIM中查看各個視頻監控信息、報警情況，支持電子巡更。功能指標項：視頻監控、報警、電子巡更系統。

6）綜合分析與決策支持模塊。基于多系統的數據，進行分析與決策；支持在VR環境中查看設備運行狀態，輔助決策；基于能耗、設備運行狀態綜合分析各科室節能指標。功能指標項：多系統綜合分析與決策支持、虛擬體驗與決策支持、能耗監測、能耗分析與決策支持。

7）系統管理模塊。管理用戶、科室及功能使用權限，配置BA系統、視頻監控系統、查看使用日志。功能指標項：用戶信息維護、用戶權限管理、服務器、網絡配置、日志管理。

2 醫療建筑運維模型集成方法

2.1 醫療建筑運維BIM模型的實施管理

基于BIM的智能化運維系統的開發設計對模型有特定的深度、編碼、命名、配色等規則要求，一般的竣工模型無法滿足導入系統中直接使用的要求，需要對竣工模型進一步處理完善。

因而在項目進入運維交付前，需要總體牽頭解決如下工作：

1）模型交付標準。根據項目實際建設情況，在與運維部門充分溝通的情況下，制定適用于項目的運維模型交付標準，常規竣工模型向運維模型轉化的工作流程和要求等（表1），作為運維交付階段的各項BIM相關工作的指導。

表1 運維功能點與相關模型信息需求

2）模型審查原則。從運維平臺系統功能實現的角度，對項目施工階段竣工模型進行審查，確保竣工模型符合運維平臺需求。模型審查包括兩個維度：模型完整性和模型一致性。模型完整性包括構件元素完整性、機電系統上下游控制的邏輯結構完整性、竣工信息完整性；模型一致性包括竣工圖、模型與現場一致性，醫療專業設備模型與供應商設備信息的一致性。

3）運維模型信息收集整理與錄入。組織協調與運維軟件開發單位、運維管理人員溝通，對運維平臺系統功能實現所需的信息進行整理與收集，包括但不限于部件及設備使用部門及聯系方式、維護手冊、質量保證書、常見故障手冊等。確定信息錄入的方式，直接在模型構建中按分開新建字段輸入或由Excel表格輸入。

2.2 醫療建筑運維BIM模型的構建

BIM運維模型構建是運維系統數據搭建的基礎性工作，是系統功能實現的前提。運維模型來源于竣工模型。從物業運維的角度，BIM運維模型宜包含竣工圖紙信息、空間結構信息、建筑系統分類信息、管線邏輯信息、設施設備信息等，以形成運維應用模型。

基于運維平臺功能實現需求，需對竣工模型進行處理，以形成滿足運維要求的運維模型。包括：

1）規范運維模型構建及交付標準，其中需具體明確：文檔存儲歸類標準、視圖樣板設置規則、設備代號填寫規則、標識數據設置規則、色彩規定等。

2）對竣工模型進行輕量化處理，優化、合并、精簡對運維無指導意義的模型內容（表2）。

3）對竣工模型中常規不包含的特殊醫療設備、特殊專業系統建立模型。需增加的建模內容要求歸納如下。

表2 各專業輕量化內容

① 醫用氣體系統包括以下模型內容：

ⅰ 主要設備的實際尺寸和位置：醫療空氣供應源（含制氧機、醫療空氣氣瓶、空氣壓縮機、后冷卻器、空氣干燥機、儲氣罐、壓縮機進氣裝置等部件）、醫療空氣過濾器、干燥機、減壓裝置、醫用氣體匯流排、醫用真空機組（含真空泵、真空罐、過濾器等部件）、麻醉或呼吸廢氣排放機組、集中監測管理系統主機等。

ⅱ 醫用氣體管道的實際尺寸和位置（如管徑、標 高等）。

ⅲ 主要設備和管道的實際連接。

ⅳ 醫療空氣系統主要附件的近似形狀、基本尺寸、實際位置：終端組件、閥門、計量表、開關、壓力或壓差傳感器、流量傳感器、露點傳感器、一氧化碳傳感器、氣源報警壓力傳感器、區域報警傳感器、醫用氣體系統報警 器等。

② 軌道小車系統包括以下模型內容：

ⅰ 主要設備的實際尺寸和位置：收發工作站、智能軌道載物小車、軌道轉軌器、自動隔離門、中心控制設備、控制網絡設備等。

ⅱ 物流軌道的實際尺寸和位置（標高等）。

③ 氣動物流系統包括以下模型內容：

ⅰ 主要設備的實際尺寸和位置：工作站、三向轉換器、空氣動力控制器等。

ⅱ 管道的實際尺寸和位置（如管徑、標高等）。

ⅲ 主要設備和管道的實際連接。

④ 凈化空調系統包括以下模型內容：

ⅰ 主要設備的實際尺寸和位置：凈化空調機組、新風機組、熱回收機組、通風機、散熱器、凈化風機等。

ⅱ 其他設備的實際尺寸和位置：粗效過濾器、中效過濾器、亞高效過濾器、伸縮器、入口裝置、減壓裝置、消聲器等。

ⅲ 管道、風道的實際尺寸和位置（如管徑、標高等）。

ⅳ 主要設備和管道、風道的實際連接。

ⅴ 風道末端（風口）的近似形狀、基本尺寸、實際位置等。

ⅵ 主要附件的近似形狀、基本尺寸、實際位置：微壓差計、閥門、計量表、開關、傳感器等。

⑤ 大型醫療設備模型內容包括主要設備的實際尺寸和位置，如CT、MR、MRI、DSA、超聲設備等。

3 結語

隨著項目全過程BIM實施的成熟，模型信息的傳遞和管理將成為基于BIM的運維系統平臺開發和應用的實施 基礎。

本文結合醫療建筑運維管理現狀與管理難點，規劃了醫療建筑智能化運維系統的功能模塊；對醫療建筑運維模型集成方法進行研究，對設計、施工、運維全生命周期信息管理方法，特別是醫療建筑竣工模型轉換成運維模型過程中的實施管理、運維模型構建要求進行了研究。由于醫療建筑運維智能化系統涉及的范圍很廣，本文僅對智能化系統集成的功能進行了初步的規劃，在系統、模型信息集成的范圍和深度方面，在平臺界面展示、模塊功能實現等多方面仍有待進一步的研究和開發。本文的研究為進一步實現醫療建筑基于BIM的智能化集成系統平臺提供了實施參考。

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