BIM技術在綠色醫院建筑運維階段的應用研究

周桂香,丁建成,吉盛凱,奚友方,蔣鳳昌

(1.泰州職業技術學院，江蘇 泰州 225300；2.江蘇永泰建造工程有限公司，江蘇 泰州 225300 )

1 引言

綠色醫院建筑是指在全生命周期內實現資源節約、安全高效、環境舒適、減少污染等目標的醫院建筑。與建筑物的設計階段、施工階段相比，運維階段占據了90%以上的時間。因此，運維階段實現醫院建筑的“綠色化”越來越受到重視。而建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱BIM)作為當前建筑業內的熱門技術，隨著設計階段和施工階段的廣泛應用，也已向運維階段拓展應用[1]。

BIM技術由醫院建筑的建設階段向運維階段延伸應用，順應了現代醫院建筑后勤運維管理的需求。為了充分發揮BIM的可視化、參數化、可模擬性等功能，提升BIM在綠色醫院建筑中應用的成熟度，應將BIM技術嵌入綠色醫院建筑的項目管理(PM)全過程中，實現醫院基礎建設領域基于BIM+PM的全生命周期精細化管理[2]。

2 運維信息整合的迫切性

2.1 醫院運維管理的現狀

運維階段醫院建筑能耗巨大，而且與綠色運維的目標相距較大。醫院內設備專業程度高、種類繁多，擁有大量的性能信息，需要進行可靠的信息傳輸與開發應用。而由于目前醫院建筑運維信息化程度比較低，水電暖通、安防、消防、醫用氣體等專業分別開展維護工作，各自為政，導致醫院建筑的各類數據、參數等信息分散在各部門，導致數據集成度不高，甚至存在運維數據丟失嚴重的現象。

同時，在醫院建筑中，由于中央空調、醫用氣體等專用設備種類繁多、分布部位廣、不間斷運行的特點，決定了設備管理難度系數高，而且醫院的后勤部門機構龐大、系統繁雜。

2.2 迫切需求

工程數據管理和后勤數據管理分離，迫切需求在建造工程結束后進入運維階段兩套管理體系進行整合；醫院運營系統種類繁多、自成體系、不能相互關聯，迫切需求消除信息孤島，提高醫院的管理效率，比如消防系統、樓宇系統、視頻系統、能耗系統、自控系統形成有機系統，實現信息共享與操作協同；醫院后勤運營仍大量采用二維圖紙，系統管理落后，迫切需求基于BIM的三維平臺系統，縮短查找故障時間，提高設備設施維護效率。

3 綠色醫院建筑運維平臺開發

3.1 BIM與醫院管理信息結合

BIM的技術核心是在計算機中建立虛擬的醫院建筑工程三維模型,同時利用數字化技術,為模型提供完整的、與實際情況一致的建筑與設施信息庫。而醫院的管理信息包括決策層、管理層、執行層和服務對象(圖1)，這些信息可以與BIM模型相結合，形成可視化、智能化、定制化的管理系統[3]。

圖1 醫院管理信息的層次與定位

運維BIM系統應與既有的運維系統實現開放數據接口對接，實現醫院建筑運維信息的集成與共享。主要包括樓宇自控系統(簡稱BA系統)、安防報警系統、視頻監控系統、人臉識別系統、能耗監測系統、報修服務系統、醫用氣體系統、停車管理系統、客流統計系統、電梯監測系統、特殊區域空調監控系統、蒸汽鍋爐監控系統、柴油發電機監控系統、污水處理監控系統、電力監測系統、環境監測系統、凈水系統等其他設備智能化監控系統的實時數據。并且能夠及時更新數據。

3.2 一站式后勤管理系統平臺

開發設計基于BIM的一站式后勤管理系統平臺，把基建過程中的每個設備參數、安裝位置、實時動態情況等工程數據和建筑模型結合一起呈現，后勤運維數據管理關聯，用三維可視化完全替代原先的資產管理、圖紙管理，數據直接導入運維階段，實現醫院建筑綠色設計、綠色施工與綠色運維管理相融合。

融合視頻監控系統、消防監控系統、安防監控系統后，平臺通過動態實時數據采集結合BIM模型數據導入，確保后勤運營設備能夠實時可靠地全局可視，使用先進的用戶界面構建全院三維實時報警和數據展現，在一個屏幕上完成全院遠程實時監控；將建筑設備自控(BA)系統、消防(FA)系統、安防(SA)系統及其他智能化系統和建筑運營模型結合，形成基于 BIM 技術的建筑運行管理系統和運行管理方案(圖2)。

圖2 醫院建筑一站式后勤管理平臺范例

3.3 數據統一聯動

以三維BIM模型為信息載體，跨平臺、可擴展、支持多種行業標準協議的智能數據采集與分發系統，形成強大的知識庫(圖3)。通過在不同設備的場景中預設不同德報警規則，一旦目標在場景中出現了違反預定義規則的行為，系統會自動發出報警。實時收集、計算、分析數據、目標驅動值達到流程觸發閾值時，系統將自動啟動相應的處理流程，實現數據智能化驅動流程。編制人員排班流程、維修流程、采購流程等運維流程，醫院建筑綠色運維奠定良好的基礎。

圖3 數據聯動的知識庫示意

3.4 三維顯示端實施

(1)三維顯示端實施方法。現場部署三維客戶端的計算機要能夠達到三維客戶端配置的最低要求，并且能夠連接互聯網；有預留USB接口；系統安裝盤以固態硬盤為佳。醫院建筑綠色運維的三維顯示端如圖4所示。

圖4 三維顯示端實施

(2)BIM模型處理要求。可按以下步驟進行：①由BIM建模軟件Revit導出FBX格式文件；②導入max并檢查模型比例是否正確；③整理模型材質為max標準材質，材質名格式M_XX；④貼圖格式改為jpg或tga，貼圖名稱格式T_XX；⑤各專業模型需標注在名稱里，模型名稱格式SM_；⑥材質跟貼圖數量需控制在100以下；⑦在分完建筑層模型的基礎上，在 MAX 里新建圖層。

3.5 功能實現

在綠色醫院建筑運維平臺上，基于BIM技術的應用，可以實現空間分析及管理、設備運行監控、能耗分析及管理、設備設施維護管理、BAS或其他系統智能化集成、人員培訓、模型及文檔管理、資產管理、應急管理九大功能。

(1)空間分析及管理。隨著新技術的應用和醫療需求的變化，醫院建筑的功能空間也會作相應調整和變化，基于BIM三維可視化和參數化信息，由平臺作精細化的變化情況分析和記錄，有利于提升綠色醫院建筑的空間管理和空間改造決策效率。可為醫院建筑更新和改造(包括大中小修)提供最佳實施方案。

(2)設備運行監控。通過基于 BIM 的設備可視化搜索、展示、定位和監控，大幅度提高綠色醫院建筑的設備查詢效率、定位準確程度以及應急響應速度，以應對越來越復雜的醫院設備設施系統。支持基于 BIM 的拓撲結構查詢，可以實現按樓層、按設備、按點位和按使用空間進行分類、分組顯示，輔助分析故障源以及設備停機的影響范圍。

(3)能耗分析及管理。結合BIM模型的三維環境，在綠色醫院建筑中按樓宇、樓層、區域、科室多維度統計，以圖表方式統計和分析院區、樓宇和各類設備能耗，并通過可切換統計時間、統計范圍、統計類型等條件實現多維查詢和統計，從而實現能耗的精細化管理。

(4)設備設施維護管理。通過 應用BIM模型集成海量的運維數據管理，進行數據的存儲、備份與挖掘分析，以及設備的全生命周期管理。生成前瞻性維護計劃，自動提醒維護人員，驅動維護流程，實現綠色醫院建筑的主動式智慧維護管理，可通過室內定位與導航等技術(圖5)，提高維修效率，降低操作錯誤率，保障設備運行的高可靠性，從而降低運維成本，為醫院高效能運行提供基本保障。

圖5 醫院建筑室內導航范例

(5)BAS或其他系統智能化集成。針對不同廠商所提供的不同設備子系統，基于BIM綠色運維平臺將各子系統之間進行有機連接，通過標準化協議進行集成控制，對設備的生產進行統一規范，實現子系統之間自由通信，從而節約管理控制成本，降低運行維護費用，方便綠色醫院建筑內的設施設備操作和維修。

(6)人員培訓。借助 BIM 可視化模型、基于 BIM 的后勤運維平臺、VR 以 及 AR 設備等，做好培訓方案，通過瀏覽、查看、模擬與沉浸操作，增強醫院后勤保障人員的沉浸感、體驗感和直觀感受，使他們能快速掌握設施特點、位置信息、操作特點和運維要求等，提高運營管理綠色醫院建筑的培訓效率和效果。

(7)模型及文檔管理。基于綠色醫院運維平臺的集成，將項目全生命周期的BIM模型信息、數據信息、文檔資料統一管理，并能及時執行動態更新，實現項目運維數據、模型及資料數據庫建設，為項目成員提供資料的檢索、預覽、批注和版本管理。

(8)資產管理。基于 BIM 及二維碼、RFID 等技術進行綠色醫院建筑的資產信息管理，達到增強資產管理力度的目的。通過運維平臺的精細化信息管理規范資產管理行為，包括日常管理、資產盤點、折舊管理等相關內容，使資產管理工作更加有效，全面提升資產管理水平。

(9)應急管理。利用 BIM 及相應災害分析模擬軟件，模擬綠色醫院建筑中可能的災害發生過程(圖6)，例如火災、氣體泄漏、生化實驗室事故、傳染疾病爆發、不良事件等。通過多方案比選，分析最佳解決措施，制定應急預案、應急疏散和救援方案等。并且可以通過實時數據的獲取、監控調用，利用醫院 智能化化系統、BIM 數據和可視化展示方式，預警事故發生，顯示疏散路徑，制定或評估應急方案，以提高綠色醫院建筑的應急管理和彈性管理水平。

圖6 BIM模擬應急事件

4 結語

通過應用BIM技術到綠色醫院建筑運維管理過程中，開發設計相關的運維平臺，可以有效地實現各類運維管理數據集成，提高運維管理的效率，節省成本，實現醫院建筑的綠色運維。