基于BIM的醫院智能運維管理平臺研究

潘毅，饒冬東，陳文偉，林義福

（1.福建省婦幼保健院；2.福建省兒童醫院，福建 福州 350000）

1 醫院建筑運維管理現狀

隨著醫院的發展，醫療對建筑、給排水、暖通、安防等專業都提出了更高的要求。目前相較于醫院業務系統的信息化建設，大多數醫院后勤管理理念和模式陳舊，技術落后，設備智能化建設滯后，制約了醫院的全面發展。由于醫院建筑運維信息化程度較低，建筑數據、圖紙、設備設施的技術參數等信息分散各處,難以統一管理，設備運行狀態缺乏有效監督，后勤各專業間技術協同難度大，由此造成工作效率低下，重復作業，能耗浪費等問題。

2 BIM運維的應用價值

建筑信息模型（Building Information Model，BIM）是利用數字信息化，采用三維數字建模把與建筑相關的結構、空間、設施等物理和功能特性信息集合在一起，通過計算機、數據庫、模擬現實技術實現數據信息共享與交流。基于BIM模型，為醫院建立建筑及周邊范圍三維立體空間場景，能夠可視化地顯示當前界面區域中所有BIM模型、元素的狀態和信息以及各系統的邏輯、空間關系，輔助管理決策，進一步深化了醫院運維的精細化管理。將設計階段資料、施工階段、運維階段的數據集成到基于BIM的運維數據庫中，并與BIM模型中相關設施、設備等對象進行關聯，大大方便了后期管理和信息共享，實現了醫院建筑的全生命周期管理。

3 BIM運維平臺建設規劃

福建省婦產醫院項目占地154畝，設置床位800張，主要建設醫療綜合樓、生活綜合樓、液氧站、污水處理站等。總建筑面積17.72萬平方米，其中醫療綜合樓系項目主體，地上16層，地下2層。項目在設計、施工階段均采用BIM技術，為運維階段利用BIM竣工模型數據奠定了基礎。

福建省婦產醫院BIM運維平臺建設分三期實施。第一期完成BIM基礎信息平臺搭建，第二期接入醫療系統數據，完善策略編程引擎，搭建大數據環境，第三期形成初步的機器學習能力，自動生成策略建議。

目前，福建省婦產醫院BIM運維平臺尚處于第一期，建設內容包括：（1）完成建建筑主體數字化，集成BIM信息、BA和智能化實施數據；（2）維保工單系統；（3）數據監測與統計分析；（4）報警與反饋系統搭建；（5）應急策略場景（如泵房漏水應急策略、手術室消防應急聯動策略、人防應急轉換策略等）；（6）策略編程引擎初步搭建，實現策略編寫功能；（7）搭建數據中臺，實現能耗、報警、工單歷史數據收集、分析和統計。

4 系統技術架構

建筑運維階段的BIM應用關鍵技術歸納為3個方面：（1）面向運維管理的模型輕量化；（2）基于BIM運維的信息集成技術；（3）基于BIM運維的系統研發。在BIM運維平臺第一期的建設中，系統技術架構主要圍繞“3個引擎1個中臺”展開（圖1），該架構也是實現上述3項關鍵技術的核心。

圖1 整體技術架構

4.1 BIM輕量化引擎

本套系統的BIM輕量化引擎基于B/S架構，支持在線查看模型，并可以選取構件、查看構件信息、操作構件等。其核心技術分為6個部分，分別是BIM輕量化轉化器（convert）、圖形渲染器（viewer）、BIM數據庫（BIM-database）、BIM數據倉庫（BIM-warehouse）、前端開發包(BIM SDK)、后端API(BIM API)。引擎支持國際通用的工業基礎類IFC交換格式，圖形數據采用按需動態加載和流式加載，各專業文件可進行合并。

4.2 三維在線組態引擎

在BIM輕量化引擎圖形渲染的基礎上，三維在線組態引擎支持通過點選構件，在線監測設備的上下游設備組態關聯，并保存關系數據。程序操作界面簡潔直觀,程序流程簡單清晰，信息錄入量小，簡單的鼠標點擊或輸入數字即可完成三維監測點的數據關聯。通過參數化配置可視化的設計界面，使不同用戶的設計方案可根據實際情況隨時調整。

4.3 圖形化策略編程引擎

圖形化策略編程引擎可以讓使用者通過拖、拉、拽的方式，配置式的多種條件判斷規則和程序流轉策略，零代碼實現策略編程，并且支持個性化復雜規則。核心技術是基于工作流引擎、圖形化編程開發，策略數據可管理、可共享。圖形化策略編程引擎與三維組態引擎配合可滿足不同檢測情況的需要。

4.4 數據中臺

數據中臺是一套可持續“讓系統的數據用起來”的機制，具備數據匯集整合、數據提純加工、數據服務可視化、數據價值變現等四大核心能力。數據中臺是一個數據集成平臺，通過對多源數據（各業務子系統、IoT設備等）的采集、加工，形成標準數據（圖2）。它將醫院運維大數據和BIM建筑大數據結合起來，實現全域數據的統籌，包括數據監測統計、運營分析、智能化綜合決策等，形成“一處數據，多端應用”的數據資產層，通過精準數據分析輔助醫院運維管理高效決策，建立安全、高效的運維管理體系，從而避免新業務需求對數據的重復建設。

圖2 數據中臺流程圖

5 功能模塊分析

本系統按功能需求主要分為能源管理、安防管理、設備物資管理、工單管理、其它管理（包括環境監測、電梯管理、空間管理等）五個模塊，通過基于BIM的應急聯動策略引擎對基礎、實時數據的抓取和應用，使各模塊相互聯動（圖3）。

圖3 平臺功能架構圖

5.1 能耗管理模塊

通過安裝具有傳感功能的電表、水表、煤氣表，可實現建筑能耗數據的實時采集、傳輸、初步分析、定時定點上傳等基本功能，并具有較強的擴展性。系統對能源消耗情況進行自動統計分析，并對異常能源使用情況進行警告或標識。能耗管理模塊還可以作為快速定位損壞的設備和管道的輔助工具。

5.2 安防管理模塊

系統集成了消防、安防、視頻監控、門禁報警、電子巡更等智能化子系統，將視頻監控攝像頭、消防報警末端、消防設施與建筑模型有機結合在一起，通過物聯網設備，傳感器實時獲取設備運行參數，按照預先設置的設備運行安全閾值及相應報警規則，發現告警及聯動工單推送相關負責人快速處置，實現建筑設備設施、健康狀態實時監測、實時報警、實時響應處置的安全管理機制。

5.3 設備物資管理模塊

設備物資管理包括運行管理、維修管理、庫存管理、維保管理等四項基本功能（圖4）。系統通過與BA及建筑智能系統對設備設施信息集成，實時精確查詢設備運行動態數據和資產靜態數據，包括設施設備的名稱、型號、規格、材料、維修記錄、廠家等詳細信息，可通過查看設備部署，瀏覽、查詢設備等方式快速定位，并可將關聯設備的信息按要求一并提供，譬如空調設備的內機部署情況、外機部署情況。系統實時監測設備設施的運行狀況與故障報警數據，尤其在出現故障時，通過聯動工單系統，實現設備維護自動化。系統還支持設計定期設備維修保養計劃并及時提醒。

圖4 設備管理模塊功能圖

系統可以管理復雜的地下管網，如污水管、排水管、網線、電線及相關管井等隱蔽管線信息，在模型中直接獲得相對位置關系。當改建或二次裝修時可避開現有管網，便于管網維修、設備更換。醫院管線發生變化時可隨時調整，保證信息的完整性和準確性。

5.4 工單管理模塊

系統提供自動、人工兩種故障報修方式。BIM運維平臺實時監測特殊設備運行狀態，當設備運行狀態異常，系統會自動生成設備異常預警檢查工單，派發至維修班組，維修人員前往現場查看并確認異常情況。一般設備維修通過報修或日常巡檢中發現的設備故障，通過人工發起工單，記錄設備故障情況、故障位置、故障處理人、處理方式、時間要求、緊急程度以及其他說明信息。維修人員受理工單后，前往現場查看并處理異常情況，通過拍照、錄視頻等方式記錄現場情況，記錄當前故障發生原因、處理方案等，故障處理結束后完成工單（圖5）。

圖5 工單管理模塊流程圖

5.5 應急聯動策略

應急聯動策略體系是本平臺的一大特色，平臺不僅支持特定場景下固化的應急聯動策略，也可以根據醫院的實際需求通過策略編程引擎定制相應的聯動策略。通過建立醫院全方位應急策略場景，能夠幫助醫院在突發事件發生時快速響應、處置，保障院內人員人生安全，同時降低突發事件帶來的損失。這里以消防泵房漏水場景為例，說明應急聯動策略的工作特點。程序根據故障的嚴重程度劃分為閥門漏水（墊片、填料損壞）（三級普通）、次管道破裂漏水（二級重要）、上出水管與止回閥破裂漏水（一級嚴重）三個場景。平臺通過IoT物聯網技術對消防泵房設備及漏水點進行實時監測，針對不同場景制定相應的應急策略（圖6），利用BIM三維模型實時可視化故障位置，開啟設備的應急操作，通過短信/微信消息平臺及時推送應急處置任務，輔助醫院對泵房漏水事故精準定位、合理決策、快速處置。

圖6 三級普通應急聯動策略

6 結語

本文總結了福建省婦產醫院基于BIM的醫院智慧運維管理平臺的建設規劃及技術框架，在后續開發過程中，還將結合大數據、人工智能技術，使平臺更加智能化。隨著醫院建筑功能多樣化、現代化,醫院建設和運營管理技術要求不斷提升,全數字化的設計、施工和運維管理都需要借助BIM實現,而運維階段是整個建筑生命周期最重要的階段,借助IT領域新技術的迅猛發展,基于BIM的運維管理系統可以在醫院管理工作中發揮更大的作用。