醫療建筑智能運維管理平臺開發與應用

俞 杰

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司,上海 200092]

0 引 言

現代化醫療建筑正常運營需要眾多系統的保障,變配電設備、應急發電設備、醫療設備、建筑設備監控設備、安全防范設備、消防設備等系統的正常穩定運行直接關乎臨床一線醫護、病員的工作與治療。同時龐大的系統給運維管理提出更高要求。

醫療建筑運維管理主要目標是:保障各類設備安全運行、保障人員管理制度的有效落實,快速有效處理突發事件、提高工作效率、節能減排。建立智能化運維管理平臺——搭建智能化頂層平臺架構,是實現管理目標的重要工具,也是智慧醫療不可缺少的一部分[1-4]。

目前,智能運維管理平臺主要包含基于IBMS技術的管理平臺、基于三維可視化技術的管理平臺、基于BIM可視化技術的管理平臺。其中基于BIM可視化技術的管理平臺近幾年已逐步開始在項目上運用,同時也是未來平臺發展的方向。

1 平臺開發應解決的關鍵問題

1.1 建立編碼體系

基于BIM可視化技術運維管理平臺,首先需要梳理建筑數據與設備數據之間的關系,以完成各專業系統設備與模型構件間的“對話”。

建筑數據以構件為最小單位,每個構件有唯一的ID,這個ID描述構件的屬性數據和空間關系,定義了構件在模型中的精確位置,即空間編碼;設備數據以IBMS和IOT為數據源,每個設備有唯一的ID,即設備編碼,平臺以設備編碼識別設備屬性并鏈接外部數據源,歸類設備所屬專業子系統,進行數據的交互綜合分析。

總體的編碼規則以建筑全生命周期為主導對象,充分利用設計施工階段的資源,結合運維階段需求,以2017年國家頒布的GB/T 51269—2017《建筑信息模型分類和編碼標準》編碼規則為基礎進行拓展。

平臺開發中設計的編碼具體如下:

(1)空間編碼。空間編碼由4個字段構成,包括園區-樓號-樓層號-序號不超過14位的編碼,空間編碼結構及各字段的定義如下:園區,以不超過4位字母組成,標識醫院名稱;樓號,以不超過3位數字或字母組成,標識醫院內的各棟建筑名稱;樓層號,以不超過3位數字和字母組成,標識各樓層信息,夾層以M表示,例如1樓夾層L1M,人防屋頂以RF或WD表示;序號,以不超過4位數字組成,有房間編號的以房間編號命名,無房間編號以建模軸網方向順序編號。

空間編碼示意如表1所示。

表1 空間編碼示意

(2)設備編碼。設備編碼由GB/T 51269—2017中的附錄表A.0.10編碼結構和編碼擴展字段兩部分組成,包含了設備規格屬性和空間屬性。國標中的編碼結構定義了設備所屬的系統(暖通空調、給排水、電氣等)、設備(水泵、閥門、攝像頭、接觸器等),便于在平臺中進行歸類統計分析和系統間的數據交互。擴展編碼定義每個設備的唯一編號,實現單個設備編號不重復,作為身份識別唯一ID。

設備編碼組成結構如圖1所示。

圖1 設備編碼組成結構

GB/T 51269—2017中的附錄表A.0.10如圖2所示。

圖2 GBT 51269—2017中的附錄表A.0.10

設備編碼示意如圖3所示。

圖3 設備編碼示意

攝像機構件屬性框、設備編碼和空間編碼的位置如圖4所示。

圖4 攝像機構件屬性框、設備編碼和空間編碼的位置

1.2 建立預防性維護分析

智能運維管理平臺可以實現BIM可視化模型與各個專業系統之間的數據交互,采集的數據通過大數據分析、人工智能等手段建立設備的預防性維護體系,實現輔助指導運維的作用。

獨立的專業系統中都有自動報警的功能,通常自動報警會設置報警閾值,用于保障事故發生時,在監控中心可以及時獲知并及時進行故障處理,縮短故障影響時間和范圍。但僅采用閾值報警和事后(故障后)處理的維護方式,無法滿足最大化保障醫院設備的運行安全。

預防性維護是可以有計劃進行維修保養,減少設備的故障頻率,最大化實現保障設備運行安全的方式。因此要有數據支持可以提供預防性維護建議,即平臺的預警功能。首先確定某類設備的健康評價關鍵指標,根據行業標準或行業專家經驗確定每個指標的初始權重值(系數),并在運行數據不斷積累過程中對權重值進行修正,評估設備的健康狀態,根據評估結果有計劃的運維。

設備健康評估等級劃分如表2所示,每個健康等級設計隸屬函數,是由算法在平臺中進行綜合評價計算得出結果。

表2 設備健康評估等級劃分

例如,平臺對配電開關柜進行其健康評估,首先確定健康評價指標包括溫度、局部放電、電流、環境溫度、運行時長、維保記錄6個指標,并對每個指標的預警判斷邏輯進行梳理,以確定其權重。健康評價指標如表3所示。

表3 健康評價指標

1.3 建立設備與人員的信息通道閉環

很多項目實際運維中,設備設施管理與人工流程管理之間沒有形成通道,造成閉環管理的缺失。通過智能運維管理平臺建立預防性維護體系,實現報警的準確性,通過聯動平臺的工單流程管理,建立人員與設備信息通道的閉環。

工單流程分為兩大類,第一類由人工主動發起工單進行執行記錄;第二類是通過平臺自動分析觸發工單,工單根據報警的類型、緊急程度、所屬班組、排班情況進行派發。

平臺建立設備與人員的信息通道后,可完成從事前監測、異常報警到事中報警確認、定位排查、事后的回溯分析,生成記錄后作為監測報警的歷史參考數據。平臺完成閉環管理的流程圖如圖5所示。

圖5 平臺完成閉環管理的流程圖

1.4 數字化底板構建智能開放的平臺體系

醫院的各類信息化、智能化系統繁多,基于業務的需求,經常在多個系統之間需要進行數據的交互,需要建立不同系統間的交互渠道,形成蜘蛛網式的交互模式。這一模式的缺陷主要如下:接口繁雜,對接開發量較大;系統間重復冗余,網絡節點越多,故障率越高,增加故障查找的難度;新建接口費用。維護成本較高。

為了簡化數據交互過程,實現數據共享服務,平臺需要建立數字化底板。數字化底板主要解決以下問題[5-8]。

(1)接口標準統一,任何應用需要調取數據僅需從數字底板獲取。

(2)結構編碼統一,編碼結構在數字底板這層設定統一規則。

(3)資源分配統一,集合多系統資源,由數字底板統一分配。

(4)用戶門戶統一,一次登陸平臺即可聯通其他系統,無需重復登陸。

(5)監控體系統一,監管內容從多系統提取,統一監管。

(6)權限管理統一,多系統入口在數字底板處進行權限管理。

數字底板解決的關鍵問題如圖6所示。

圖6 數字底板解決的關鍵問題

該平臺中數字底板協助醫院在設施、安防、資產、能耗、運維、消防等后勤管理的多個細分垂直領域,打通信息孤島,提升工作效率,助力醫院完善管理體系,提高服務水平。數字底板對未來信息化的持續發展具備無限擴展和兼容性。

2 平臺功能概述

智能運維管理平臺是面向醫療建筑后勤業務的一站式服務體系,平臺主要功能如下[9-11]:

(1)建立統一的數據標準體系,包括建筑、結構、機電、管線綜合、空間、能源等形成一個平臺入口,綜合管理,統籌把握。

(2)打通設備與工作業務流程,形成閉環管理,讓各業務有機集成,呈現場景化,提高響應速度。

(3)提供面向人、財、物、安全、服務、品質等多維度指標的業務管理框架,包括基礎運營保障類、服務監管考核類、物業運營管理類,并且功能模塊可不斷擴展。

(4)平臺提供多樣化的展示、操作,包括BIM可視化、IOC大屏、移動端應用辦公、微信公眾號等,方便全面、快速了解醫院后勤的運行情況。

3 平臺的整體架構規劃

參考國家衛健委《全國醫院信息化建設標準與規范(試行)》、上海申康發展中心《上海市級醫院智慧后勤管理系統建設與運維指南》,根據對三甲醫院在運維管理、信息平臺基礎、平臺服務集成、大數據技術、物聯網技術等方面的信息化要求和發展趨勢,對平臺總體架構進行了規劃。

采用信息化的標準七層邏輯架構方式,從下至上分別為物理層、數據鏈路層、網絡技術層、數據中臺、基本模塊、門戶、用戶層。平臺整體架構如圖7所示。

圖7 平臺整體架構

3.1 物理層

物理層主要是基礎設施,指各個終端硬件設備,主要包括攝像機、門禁、閘機、消防設備、空調設備、照明設備、電梯、儲氧罐、水浸、液位等各種傳感器設備。

3.2 數據鏈路層

醫院圍繞各中心建立多個系統,系統間數據相互傳遞,如后勤中心包括樓控管理、設施管理、能源管理、運維服務等,這些系統中的數據將作為醫院智能化運維管理平臺的信息化基礎數據。

3.3 網絡層

網絡層包括網絡設備與網絡安全,運用物聯網、有線網絡、無線網絡、5G、遠程協作網組成醫院信息網絡。

3.4 平臺數據層

數據層主要包括操作數據存儲、數據集成管理、數據倉庫、數據集市以及醫院后勤知識庫。

操作數據存儲用于存放從醫院各個業務系統抽取的業務數據,從而降低業務系統的查詢壓力;數據集成管理通過數據清洗,數據轉換提供與業務系統對接的數據服務;數據倉庫主要為醫院統計分析提供數據支撐基礎;數據集市從醫院的數據倉庫抽取更專業的數據,通過多維度的分析應用,提供各個維度的主題應用;知識庫為醫護后勤人員提供操作的正確指導以及積累出預測告警的準確推送。

數據層運用數字底板,統一接口標準,打通原有多系統間信息割裂孤島情況,進行數據共享服務,基于BIM技術,構建空間和位置信息的時空大數據平臺,為各應用服務提供三維可視化數字底板共享服務。

3.5 平臺應用層

應用層是智能運維管理平臺的主題應用,包括項目總覽、駕駛艙、運行管理、安全管理、能耗管理、基礎運維、服務監管、空間管理服務。在相應的模塊下根據實際業務場景,配備貼合場景的二級功能,如安全管理中,在基于視頻攝像頭+AI智能圖像分析而生成的智慧安防應用,實現包括人員軌跡跟蹤、禁入區域入侵報警定位、重點崗位離崗檢測通知等場景應用。

3.6 平臺門戶層

門戶層是人機交互的入口,提供多種展示方式,包括IOC大屏、Web端、移動端,也可與醫院現有的門戶網站進行集成,實現單點登錄。

3.7 平臺用戶層

通過權限管理實現不同角色用戶的登錄使用,分配每類人員可訪問的數據權限、頁面權限等。

4 平臺功能模塊組成

平臺功能主要包括綜合態勢分析、能源綜合管理、安全運行監測、業務流程監管、BIM可視化應用及移動辦公應用。

(1)綜合態勢分析。在平臺首頁顯示院區的綜合態勢分析表盤,展示關鍵核心指標:安全態勢、能耗運營、設施態勢、工單態勢、環境數據模塊。

(2)能源綜合管理。運維管理人員需要通過實時監控界面隨時關注能效相關設備的運行狀態和能源使用的相關指標,隨時監控能源系統發生的故障、事件和告警,以便及時處置。能源綜合管理的主要功能包括能耗計量、能耗分析評估、能源折算、能耗報警。

(3)安全運行監測。用電安全監測包括數據實時監控、電能治理分析診斷、報警詳情查看。設備安全監測包括暖通空調系統、給排水系統、電梯系統、智能照明系統、醫療氣體系統。公共安全系統包括消防火災自動報警、視頻監控系統、入侵報警系統、出入口控制系統、環境監測系統。

(4)業務流程監管。基礎運營保障包括維修工單、巡檢管理、保養管理、設備管理。服務監管考核包括工程倉庫、訂餐管理、醫廢管理、運送管理、被服管理、成本管理、車輛管理、服務品質管理。物業運營統計包括會議室預約、停車管理。

(5)BIM可視化應用。BIM可視化應用是利用BIM可視化模型的特性賦予相關屬性,從而進行直觀的空間可視化管理及管網可視化管理。

① 空間可視化管理。基于BIM三維可視化對空間進行在線查詢、劃分與管理,精準化管理每個房間,計算每個房間的數據(面積、使用單位/部門、裝修/維修記錄)空間人員分布熱力圖:基于視頻監控攝像機實時分析提供樓層空間人員密度熱力圖分析,并可配置人員密度報警閾值,自動觸發報警。

② 管網可視化管理。管網可視化以管線系統(包括暖通、給排水、電氣、智能化、醫療氣體等)及與之相關聯的設備設施及作用區域為基礎建立一套完整的醫院管網運維可視化系統,實現管線的故障排查、維修保養、改造等與管線生命周期相關的所有信息可視化。

(6)移動辦公應用。移動APP應用功能旨在滿足醫院各級領導和運維人員的移動化辦公需求,提升工作效率。主要功能如下:維修工單的查閱,維修工單的創建,維修工單執行信息,巡檢任務執行,設備管理,實時監控。

5 結 語

BIM可視化技術已成熟運用于項目的設計及施工階段,但是在運維、管理階段的運用仍不成熟。從設計角度,對基于BIM可視化技術智能運維管理平臺進行研究,建立具有規范化、統籌化、開放性、模塊化、可視化的頂層平臺架構,協助院方作輔助決策,從而提高后勤服務在醫院整體運行中的滿意度,實現設計為建設服務、設計為運維服務。