合肥離子醫學中心建筑超腦建設

尹大勇

（訊飛智元信息科技有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引 言

2015 年10 月，安徽省合肥市政府與中科院合肥物質研究院合作共建合肥離子醫學中心。合肥離子醫學中心位于合肥高新區，一期質子治療項目占地約46 666.6 m2，是一所集醫療、科研、教學于一身，以質子放射治療技術為主要治療手段，同時提供現代直線加速器放射治療的現代化醫療中心。

在智能化子系統建設的基礎上，發揮人工智能的優勢，充分整合物聯網數據，打造離子醫院建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）建筑超腦，構建多端協同、多角色協作的綜合管理平臺。建設內容包括大屏可視化、Web 云端數據管理、“三端一云”（大屏幕信息發布端、本地信息顯示端、遠程信息接收端以及BIM 云服務）協同運營管理。整合各子系統的集中數據展示，包括基本概況、綜合安防監控、能耗監控、設備監控管理、設備資產管理以及運維管理等。

1 離子醫院建筑超腦建設內容

本項目旨在建設一套多端協同、多角色協作、適應不同應用場景的建筑超腦運營管理平臺，離子醫院建筑超腦建設內容如下。

1.1 大屏端（綜合指揮及監管）

BIM 可視化展示大屏如圖1 所示。

圖1 BIM 可視化大屏界面

整合建筑空間數據、各子系統數據、實時動態數據，實現基于各個應用場景的綜合數據分析監控和應用，形成直觀、快速的數據查看界面，包括業務數據統計信息、設備運行使用狀態信息、設備預警信息以及人員管理信息等[1]。

1.2 網頁端（數據管理及分析）

網頁端主要對設備及資產的運行、維護等進行全周期管理，監測人員工作狀態，統計分析重要數據，實現建筑運營管理的全方位數據監測。

1.3 移動端（現場處理及反饋）

協助現場工作人員進行業務處理、問題反饋、故障定位、語音查詢以及語音工單填報等，配合網頁端實現閉環處理，提高工作效率。

平臺建成后，在綜合監控大屏端可實現多場景事件聯動、實時監控、多源數據處理、靈活嵌入以及數據模版制作；在網頁端可實現設備模型可視化、建筑大數據處理、存儲功能模塊化、模型視頻漫游以及設備知識庫建設等；在移動端可實現信息查詢、事件處理、報修、接單、需求處理以及在線審批等。

2 基于BIM 的管理

利用施工階段創建機電和監控設備等專業的BIM運維模型，在此基礎上添加初始空間分配、維護計劃與流程、樓宇自動化（Building Automation，BA）監控以及視頻信號等，最終形成BIM 運維模型。BIM 運維模型安裝在BIM 運維管理服務器的數據庫中，包括完整的模型文件和關聯結構化數據。與傳統BIM 模型包含的幾何模型和信息數據相比，BIM 運維模型還需要增加運維系統管理對象的相關信息，如監控攝像設備、報警設備、機電設備、傳感器以及相關空間信息等。該模型包含每臺設備在設備管理階段的維護信息，如制造商、安裝日期、主要參數以及保修時間等。

基于BIM 模型打造房間、設備間及通道等空間信息，以三維視圖、列表等方式查看房間信息，對房間占用情況進行統一管理并形成統計報表。以房間為單位查看運維需求，快速了解不同房間、不同系統的運維需求，并協助現場運維實施。應用神經網絡算法，對重大設備的性能進行分析、評估，形成預警策略，幫助工作人員提前發現設備的潛在風險，制定設備維修計劃。

將機電設備模型關聯導入BIM 運維系統，在BIM系統中展示各系統的關鍵設備信息、運行邏輯以及物理尺寸等。設備的正常狀態和報警狀態以大屏視圖的方式顯示，如空調機組和過濾器的狀態、冷卻水系統的狀態、冷水機組和空調過濾器的狀態，以不同的色彩顯示。系統以條形圖和走勢圖的形式展示各監測點的實時數據和歷史監控數據，方便控制終端的管理人員掌握空調系統的實時運行情況，同時對機組性能進行評價[2]。

基于BIM 直觀的空間布局和功能分布顯示、機電設備相關聯的邏輯結構數據提取、設備運行狀態和預警信息推送等可視化顯示技術，輔助管理人員實現便捷的運維管理和方案決策。以設備的安全保障和穩定運行為核心，結合物聯網和信息技術，實現設備全場景的在線管理，包括消防、暖通、工藝冷卻水及給排水等系統的實時狀態監控。獲取電梯狀態和報警數據，監控報警聯動，了解實時信息。對于動力、空調回路、插座回路及其他重要用電回路，重點監測回路的各種電氣安全參數，包括電壓、負載、電流以及溫度等。監測消防滅火系統、噴淋泵、消防栓泵的運行狀態，開展消防器材（消防栓、噴淋裝置及滅火器等）的日常巡檢與維護。對數據機房內的不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、綜合物聯網關、蓄電池以及精密空調等重點設備的參數進行監測，防范火災[3]。對重要區域（機房）進行跑水監測，安裝傳感器，在出現異常時及時報警。監測消防、暖通、工藝冷卻水以及給排水運行，提前發現隱患，從而提前制定處理措施。

建設建筑能耗分項計量系統并將其對接醫院，在實現子系統數據歸集的基礎上，接入BIM 系統，建立各能耗回路的關聯。基于BIM 平臺，展示各能耗回路關聯的區域范圍和設備數量。利用超腦的能耗分類模型，對各回路數據分項統計分析，形成圖表并在大屏上展示。從時間維度和空間維度2 個方面，統計大樓空調系統、照明系統及動力系統等的能耗，多角度分析存在的能源浪費情況，輔助優化決策，達到節能減排的目標。利用智能語音交互功能填報工單，方便快捷高效。通過語音交互模塊可以實現語音問答、語音報修、天氣查詢、信息查詢以及智能服務等。

3 應用價值

以物聯網、建筑大數據、云計算、云存儲、人工智能、移動互聯以及地理信息系統（Geographic Information System，GIS）/BIM等新型數字化技術為基礎，通過集成的數字化運營平臺，對醫學中心的基礎設施進行全面連接，實現數據全融合、狀態全可視、業務全統籌以及事件全管控，進一步降本增效，提高管理水平[4]。

從安全性提升方面來看，可實現全態感知、全域跟蹤、極速響應。通過降低綜合能耗，延長設備壽命，減少人員投入。對于效率的提升，提升內容包括建設效率、運營效率，對突發事件實現秒級反應，最終由一個中心統籌管理。

對接BA 控制系統，監控冷卻水回路水溫、水壓力、閥門開度、水流量大小、水泵運行狀態、電導率以及水力狀態等信息內容，對數據進行分析處理，實現設備信息實時監控反饋。同時根據設備特性，制定設備維保計劃，實時監控并調整維保計劃，建立三端協同的系統監控和設備維保維修協作管理機制。

通過在BIM 模型中建立醫院樓宇智能化和專用設備模型，并對接設備的運行數據，大屏端可實現對建筑內部所有重要設備的實時監控。當出現異常情況時，可以在模型中快速定位報警設備，并通過報警推送功能將報警信息推送到相關管理人員。工程人員根據移動端消息提醒提前制定解決方案，到達問題現場后及時處理，并通過手機端提交處理結果。網頁端主要記錄所有的設備報警和處理信息，保證工作記錄的完整保存，同時對報警數據進行統計分析，反饋給大屏進行集中展示。通過在BIM 模型中建立監控設備空間信息模型，并對接監控設備的運行數據，實時預覽查看畫面，同步形成三維監控電子地圖，可直接點擊攝像頭的圖標或模型都打開攝像頭監控畫面。

接入能源計量系統數據，統計水表、電表的數據信息，實現院區用電、用水的歷史數據統計分析，判斷用電、用水使用趨勢，并以圖表形式直觀呈現，為能源管理、投入決策提供數據支撐。

4 樣板功能打造

4.1 AI 設備管理

基于設備標準編碼與建筑子系統標準解析，實現設備模型與點位的匹配掛接，為設備管控提供數據基礎。基于引擎算法和運維知識圖譜，實現設備智能化的查詢、監控、統計、分析、預測以及優化管理。設備管理界面如圖2 所示。

圖2 設備管理界面

4.2 AI 智慧監測

建筑安全管理過程中，在尋人、尋物等場景中，需要通過人工查詢監控記錄，浪費時間且準確率低。利用人臉識別技術和BIM 三維空間優勢，可以實現人員的快速鎖定和軌跡的三維追蹤。利用視頻分析技術對中控室、門崗等建筑重要位置監測，實現人員異常活動的實時報警和空間定位，減少安全隱患。

4.3 AI 智慧安防

建立二維、三維設備監控電子地圖，做到在2種情況下均可直接點擊攝像頭的圖標或模型打開攝像頭監控畫面。根據人員在視頻監控中的行走軌跡，生成電子地圖，分析重點區域熱度，實現人員路線追蹤。

4.4 智能電梯

智能語音電梯（離線版）采用高性價比芯片，具有低成本、高抗噪以及易集成等特點。電梯系統能夠實現精準離線識別，支持200 個離線命令詞識別，平均識別率95%以上[5]。其具有樓層索引功能，能夠幫助乘客快速定位目標樓層。

智能語音電梯（在線版）具有優異的喚醒功能，喚醒率95%以上。其能精準識別方言，具體包括21 種方言。該型智能語音電梯具有多種交互方式，支持全雙工交互和“one-shot”模式。電梯顯示屏能夠展示豐富的線上內容，有助于用戶獲取科普知識、天氣預報等。

4.5 5G 云渲染

此項為預研技術，開發成功后大屏幕信息發布端、本地信息顯示端以及遠程信息接收端都可以快速展示和操作渲染后的三維模型。

5 建設效益

5.1 社會效益

全面繼承中心建設過程數據，形成區域建筑數字孿生信息，并在后續使用過程中豐富建筑信息，形成醫院建設樣板效應。

5.2 管理效益

統籌設備監控分析、環境監測、人員工單管理，保障中心關鍵設備平穩運行，在日常監測、預警處理、維護跟蹤全流程形成閉環管理效應。

5.3 服務效益

通過BIM 信息化管理平臺，完善中心的統計數字空間管理體系。在重點區域管控、就醫引導、人員管理等方面全盤管控，合理分配空間，提升空間使用效益，創造良好的交流體驗環境，更好地服務用戶。

5.4 經濟效益

通過設備管理、工單管理、設備知識庫管理，提升設備的日常維護水平，提高設備的管理效率，延長其使用壽命。通過該系統的建設，一年可節省大概20 萬元的費用，具有較好的經濟效益。

6 結 論

基于智能化子系統建設，發揮人工智能的優勢，打造離子醫院BIM 建筑超腦，構建多端協同、多角色協作的綜合管理平臺。從基本概況、綜合安防監控、能耗監控、設備監控管理、設備資產管理以及運維管理等角度進行綜合分析，該平臺可以實現設備智能化的查詢、監控、統計、分析、預測以及優化管理，對突發事件實現秒級反應，具有良好的應用價值。