基于医疗建筑智能化运维需求的BIM平台规划及集成方法研究

管亚君

上海建工集团工程研究总院 上海 201114

在整个建筑项目生命周期内所形成的各种各样的信息内容，都在计算机中以适当的方式进行存储，这就是BIM的实质。我们可以把BIM看成是一个设施有关信息的共享知识资源。随着近年来BIM技术在建设项目的大力发展，施工总包方开始深入运用各种基于BIM的施工协同平台实施项目建造过程的进度、质量、安全等管理。从设计到施工的工程建设阶段积累了大量的模型及数据。设计、建造过程中所形成的各种各样的信息内容可以通过设计到施工模型的继承沿用而有效集成。

与此同时，在全生命周期中的运维阶段，BIM技术的发展仍然在探索中，运维阶段BIM建模标准不统一，运维平台集成功能系统不一，软件开发不成熟。特别是对于医疗建筑，其空间功能多样，布局复杂，机电系统专业性强，运维管理复杂性高，对运维管理的品质、安全等级等要求特殊。

医疗建筑智能化运维系统构建需要分析国内医院运维管理现状，有针对性地解决痛点问题，集成开发适应数字化时代的三维可视化智能平台。同时医疗建筑在其前期设计及施工阶段中集成的数据庞杂，运维信息整合的整体难度大。

为了使BIM信息能整合并通畅地传递至运维阶段，能够在同一个数据体系下进行广泛的信息交换和共享，需要规范运维模型建立要求，建立竣工模型转化至运维模型的管理机制，从而有效地为运维阶段医疗建筑智能化系统平台提供数据支持。

1 医疗建筑智能化运维BIM平台规划

1.1 医疗建筑运维管理现状

完善的医院运维管理体系为医院日常运营与健康发展提供可靠的支撑，涉及医院后勤保障、医疗设备、医患服务、物资流通、财务管理、医院资产与环境等方方面面，覆盖人力管理、财务监控和物流运作，医院运维管理和服务工作具有内容多、服务广、任务重、要求高等特点，属于复杂而细致的综合服务系统[1]。

由于医疗建筑功能需求的复杂性，医疗建筑除了具有一般公共建筑的共性系统特征，同时带有医疗行业特殊性，拥有轨道小车、气动物流、洁净空调、医用气体等专业系统。因此其运维专业性要求更高、整体管理难度 更大。

传统的医疗建筑运维管理组织模式下，特种设备、水电暖通、安防、消防等各专业隔离开展维护工作，负有建筑管理职责的总务、保卫、基建和物业等科室各自独立，建筑数据、参数、图纸等各种信息散居在各处，既不直观又损毁严重，很多维护工作都依靠老职工的经验和回忆进行，缺乏统一、直观的运营维护方式，效率低下，重复作业，浪费严重[2]。

大量医院建筑运维信息化程度仍较低，其运维管理方式大部分处于基于二维平台的半自动化管理。消防、安防、楼宇自控系统等各智能化系统间相互独立，无法实现系统间数据的共享，导致智能化系统的数据浪费。随着各种高新技术的智能化系统更新越来越快，医院运维管理人员的能力要求也越来越高，复杂繁多且相互独立的智能化系统大大增加了运维管理人员的负担，使得智能化系统无法充分发挥其作用，由此带来的运维成本上升、人员短缺、服务效率低下等问题不断制约和影响着智慧医院的建设进程。

目前，国内外基于BIM的集成运维管理应用、研究主要集中在整合人员设施、空间维护管理、建筑安全等方面，主要思路为通过工业基础类标准（Industry Foundation Classes，IFC）和数据库技术实现数据的集成。针对医疗建筑智能化系统的BIM集成运维管理，国内外相关研究及成熟案例都比较少。如何充分利用BIM技术对建筑物物理特性和功能特性进行数字化表达，有效利用建筑项目全生命周期的数据，将复杂繁多的智能化系统各类功能集成在一体化的管理平台，提供直观可视化的界面，简化管理流程，分析数据辅助决策，达到智能化高效管理是值得研究的方向[3-8]。

1.2 医疗建筑智能化运维系统组成

针对国内医疗建筑运维管理现状与管理难点及管理发展趋势，智慧医疗建筑运维管理的三大需求为：可视化管理，多系统的集成，多数据的综合分析。

1）可视化管理。创建建筑空间、设备设施、管道系统的可视化3D模型平台。将二维楼宇运维管理与三维形象对象关联。在3D模型中集成图纸、竣工资料、设备信息、资产信息、空间信息等。通过BIM直观反映有问题的区域，对工单分析时，即可通过机电系统溯源查找故障源头，并可在模型中直接查阅构件关联的资料文件、维修历史等，快速定位和解决问题。操作直观，检索便利，减轻新平台人员操作培训成本。

2）多系统的集成。基于BIM模型平台，将二维楼宇运维管理系统功能、安防／监控、门禁、保安巡更、停车管理、设施设备智能监测、能耗管理等系统统一集成于一个管理平台。实现多系统信息的共享，实现消防、安防、楼宇自控等各类智能化系统与BIM平台间数据的互通互用，建立BIM与医疗建筑智能化系统数据集成管理系统，提高对医疗建筑的智能控制与管理。

3）多数据的综合分析。通过一个平台，将海量异构的建筑静态和动态信息整合在一起，形成建筑全生命周期大数据。通过对设备运行监控数据、医用气体监控系统、视频监控系统、BA系统、维修、维保等运维数据的统计分析，提供可视化数据大屏，按需输出数据报表，实现智能统计高频问题、智能故障诊断与风险评估，有效保障医疗建筑的运维安全和质量。

对应以上需求，基于BIM的医疗建筑运维智能化系统功能组成可具体细分以下功能模块：

1）建筑信息管理模块。对系统中BIM模型进行更新与管理，支持快速的项目信息与资料检索。功能指标项：BIM导入、BIM更新、三维模型浏览、模型信息管理、项目资料导入与管理、项目资料快速检索。

2）空间管理模块。在三维环境下，查看空间信息，规划和分配空间用途。功能指标项：空间基本信息维护、空间使用分配、空间统计分析。

3）维护维修服务中心模块。支持在快速发起、描述、定位、处理维护维修请求，实时收集维护维修资料。功能指标项：应急维修管理、日常维保管理、应需维保管理、备品备件管理、维护维修分析。

4）设备设施智能监测模块。在BIM模型中，查看各个机电系统监测数据、运行状态、报警情况。功能指标项：空调新风、冷热源、给排水、送排风、变配电、污水处理、电梯、消防、智能照明系统等建筑设备监测及医用气体、气动物流、大型医技设备等监测。

5）视频安防管理模块。在BIM中查看各个视频监控信息、报警情况，支持电子巡更。功能指标项：视频监控、报警、电子巡更系统。

6）综合分析与决策支持模块。基于多系统的数据，进行分析与决策；支持在VR环境中查看设备运行状态，辅助决策；基于能耗、设备运行状态综合分析各科室节能指标。功能指标项：多系统综合分析与决策支持、虚拟体验与决策支持、能耗监测、能耗分析与决策支持。

7）系统管理模块。管理用户、科室及功能使用权限，配置BA系统、视频监控系统、查看使用日志。功能指标项：用户信息维护、用户权限管理、服务器、网络配置、日志管理。

2 医疗建筑运维模型集成方法

2.1 医疗建筑运维BIM模型的实施管理

基于BIM的智能化运维系统的开发设计对模型有特定的深度、编码、命名、配色等规则要求，一般的竣工模型无法满足导入系统中直接使用的要求，需要对竣工模型进一步处理完善。

因而在项目进入运维交付前，需要总体牵头解决如下工作：

1）模型交付标准。根据项目实际建设情况，在与运维部门充分沟通的情况下，制定适用于项目的运维模型交付标准，常规竣工模型向运维模型转化的工作流程和要求等（表1），作为运维交付阶段的各项BIM相关工作的指导。

表1 运维功能点与相关模型信息需求

2）模型审查原则。从运维平台系统功能实现的角度，对项目施工阶段竣工模型进行审查，确保竣工模型符合运维平台需求。模型审查包括两个维度：模型完整性和模型一致性。模型完整性包括构件元素完整性、机电系统上下游控制的逻辑结构完整性、竣工信息完整性；模型一致性包括竣工图、模型与现场一致性，医疗专业设备模型与供应商设备信息的一致性。

3）运维模型信息收集整理与录入。组织协调与运维软件开发单位、运维管理人员沟通，对运维平台系统功能实现所需的信息进行整理与收集，包括但不限于部件及设备使用部门及联系方式、维护手册、质量保证书、常见故障手册等。确定信息录入的方式，直接在模型构建中按分开新建字段输入或由Excel表格输入。

2.2 医疗建筑运维BIM模型的构建

BIM运维模型构建是运维系统数据搭建的基础性工作，是系统功能实现的前提。运维模型来源于竣工模型。从物业运维的角度，BIM运维模型宜包含竣工图纸信息、空间结构信息、建筑系统分类信息、管线逻辑信息、设施设备信息等，以形成运维应用模型。

基于运维平台功能实现需求，需对竣工模型进行处理，以形成满足运维要求的运维模型。包括：

1）规范运维模型构建及交付标准，其中需具体明确：文档存储归类标准、视图样板设置规则、设备代号填写规则、标识数据设置规则、色彩规定等。

2）对竣工模型进行轻量化处理，优化、合并、精简对运维无指导意义的模型内容（表2）。

3）对竣工模型中常规不包含的特殊医疗设备、特殊专业系统建立模型。需增加的建模内容要求归纳如下。

表2 各专业轻量化内容

① 医用气体系统包括以下模型内容：

ⅰ 主要设备的实际尺寸和位置：医疗空气供应源（含制氧机、医疗空气气瓶、空气压缩机、后冷却器、空气干燥机、储气罐、压缩机进气装置等部件）、医疗空气过滤器、干燥机、减压装置、医用气体汇流排、医用真空机组（含真空泵、真空罐、过滤器等部件）、麻醉或呼吸废气排放机组、集中监测管理系统主机等。

ⅱ 医用气体管道的实际尺寸和位置（如管径、标 高等）。

ⅲ 主要设备和管道的实际连接。

ⅳ 医疗空气系统主要附件的近似形状、基本尺寸、实际位置：终端组件、阀门、计量表、开关、压力或压差传感器、流量传感器、露点传感器、一氧化碳传感器、气源报警压力传感器、区域报警传感器、医用气体系统报警 器等。

② 轨道小车系统包括以下模型内容：

ⅰ 主要设备的实际尺寸和位置：收发工作站、智能轨道载物小车、轨道转轨器、自动隔离门、中心控制设备、控制网络设备等。

ⅱ 物流轨道的实际尺寸和位置（标高等）。

③ 气动物流系统包括以下模型内容：

ⅰ 主要设备的实际尺寸和位置：工作站、三向转换器、空气动力控制器等。

ⅱ 管道的实际尺寸和位置（如管径、标高等）。

ⅲ 主要设备和管道的实际连接。

④ 净化空调系统包括以下模型内容：

ⅰ 主要设备的实际尺寸和位置：净化空调机组、新风机组、热回收机组、通风机、散热器、净化风机等。

ⅱ 其他设备的实际尺寸和位置：粗效过滤器、中效过滤器、亚高效过滤器、伸缩器、入口装置、减压装置、消声器等。

ⅲ 管道、风道的实际尺寸和位置（如管径、标高等）。

ⅳ 主要设备和管道、风道的实际连接。

ⅴ 风道末端（风口）的近似形状、基本尺寸、实际位置等。

ⅵ 主要附件的近似形状、基本尺寸、实际位置：微压差计、阀门、计量表、开关、传感器等。

⑤ 大型医疗设备模型内容包括主要设备的实际尺寸和位置，如CT、MR、MRI、DSA、超声设备等。

3 结语

随着项目全过程BIM实施的成熟，模型信息的传递和管理将成为基于BIM的运维系统平台开发和应用的实施 基础。

本文结合医疗建筑运维管理现状与管理难点，规划了医疗建筑智能化运维系统的功能模块；对医疗建筑运维模型集成方法进行研究，对设计、施工、运维全生命周期信息管理方法，特别是医疗建筑竣工模型转换成运维模型过程中的实施管理、运维模型构建要求进行了研究。由于医疗建筑运维智能化系统涉及的范围很广，本文仅对智能化系统集成的功能进行了初步的规划，在系统、模型信息集成的范围和深度方面，在平台界面展示、模块功能实现等多方面仍有待进一步的研究和开发。本文的研究为进一步实现医疗建筑基于BIM的智能化集成系统平台提供了实施参考。

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