第六师医院项目智能化系统设计

李 楠

(中国中元国际工程有限公司, 北京 100089)

0 引 言

近些年国民经济大力发展,医疗保险制度、就医条件不断完善,全国各地建设了很多大型医疗建筑,床位数从几百床发展到几千床,规模越来越庞大。随着《医院智慧服务分级评估标准体系》、《医院智慧管理分级评估标准体系》先后颁布,互联网5G、人工智能等技术在医疗信息、影像系统中大量应用,以及先进的安防系统、医疗专用系统、物联网的大量应用,大型医疗建筑对智慧、智能化的需求越来越高[1-4]。

本文结合新疆第六师医院对医院智能化系统设计中的重点问题进行探讨,可为类似项目提供参考。

1 工程概况

新疆第六师医院为2020年初竣工投入使用的大型医院项目。项目建成后成为具有较强综合诊治能力,较高的教学科研水平的集医疗、教学、科研、预防于一体的综合三级甲等医院,总体编制床位为1 500床,一期1 200床,二期300床。该医院为新疆第六师兵团的医疗资源支柱,力求打造一处“开放亲民,环境友好,便捷高效,绿色节能”的、具有示范性的区域医疗中心。

该项目建成后达到一线三甲医院智能建筑水平,在限额资金基础上达到院方满意的智慧医院水准为项目设计难点。项目施工周期短,分包单位多,所有工作需交叉作业,而智能化系统众多而繁杂,整体系统集成度高,设计需克服困难,冬季驻场配合施工,较短工期内配合完成了如此大规模医疗项目。第六师医院项目选址地点位于五家渠市城区北部,项目用地东西长约531 m,南北宽约395 m。项目建设用地面积为211 519 m2,总建筑面积191 920.77 m2,其中地上建筑面积157 292.70 m2,地下建筑面积36 417.69 m2。一期建设部分总建筑面积171 224.14 m2,其中地上建筑面积136 276.51 m2,地下建筑面积34 947.63 m2。二期建设部分建筑面积20 696.63 m2,其中地上建筑面积19 226.57 m2,地下建筑面积1 470.06 m2。

该项目建设内容包括门诊医技综合楼、病房楼(共4栋)、感染楼、食堂、后勤配套设施、二期养老中心等。

项目效果图如图1所示。

图1 项目效果图

2 子系统内容、特点

该项目采用先进、可靠、经济和灵活开放的智能化系统设计理念,构建成为契合规划理念的智能医疗建筑。通过对医院智能化系统工程的设施、业务及管理等应用功能做层级化结构规划,形成合理的系统构架,结合信息网络系统与业务应用软件系统,配合建筑特点设计了医院内通系统、智慧导诊系统、视频示教系统、医护对讲系统、手术部视频监控系统、排队叫号系统、视频探视系统、电子医药管理系统、无线查房系统等多项便于服务医护、就医人员的子系统,并运用建筑设备监控系统和能耗检测系统,实现对建筑楼宇自动化的集中管理和绿色节能运营状态的监督。最终建成以人、建筑、环境互为协调的整合体,为人们提供一个现代化的智慧型医疗建筑。

智能化系统工程的架构满足建筑物的信息化应用需求,支持各智能化系统的信息关联和功能汇聚,顺应智能化系统工程技术的可持续发展,适应智能化系统综合技术功效的不断完善,满足建筑整体业务运营及管理模式的信息化应用需求。

弱电系统设计分为信息设施系统、安全技术防范系统、建筑设备管理系统、信息化应用系统、机房工程、智能化系统集成(包含医院综合运营管理平台)、物联网应用、移动互联网应用等,设计中结合医院信息系统确定项目智能化建设整体架构,各子系统规划如下。

(1) 信息设施系统,包括信息接入系统、电话交换系统、室内移动通信覆盖系统、综合布线系统、信息网络系统、数字电视系统 、无线对讲系统、标准时钟系统、会议系统、广播系统。

(2) 安全技术防范系统,包括火灾自动报警及联动控制系统、视频监控系统、入侵报警系统、出入口控制系统、停车管理系统、电子巡查系统、智能一卡通管理平台。

(3) 建筑设备管理系统,包括中央制冷监控系统、建筑设备监控系统、建筑能效监管系统、医气监测系统、锅炉房热工检测及控制。

(4) 信息化应用系统,包括信息发布及排队叫号系统、医护对讲系统、远程医疗系统、手术示教及多媒体教学系统、智慧导诊系统。

(5) 机房工程。

(6) 智能化系统集成(医院综合运营管理系统)。

(7) 物联网应用。

(8) 移动互联网5G技术应用。

子系统特点如下。

(1) 综合布线系统,工程共设置信息点位9 597处。整体设计、施工满足国家相关设计、验收规范以及使用方需求;系统采用先进的结构化布线设计理念进行设计,很方便地达到医院管理的信息化和办公自动化。该系统支持电话和多种计算机数据通信系统,可传输语音、数据和图像信息。布线形式采用万兆光缆和6类非屏蔽铜缆混合组网。

(2) 通信网络系统,业务网(办公内网、办公外网、医疗网)核心交换双核心双机热备2台,汇聚交换双核心双机热备12台,接入交换堆叠双链路288台;设备网(安防网、电视网)单核心,核心交换双核心单机1台,汇聚交换双核心单机台6台,接入交换堆叠双链路123台。整体设计、施工满足国家相关设计、验收规范以及使用方需求。采用先进成熟的技术满足医院业务需求,兼顾就医人员和医护管理需求,采用先进的网络技术搭建数据、语音、视频的传输通道。本工程采用电话虚拟交换形式,实现院区内部免费使用末尾几位数字拨号直接通话,院区外部直接呼入,加拨呼叫号码后可直接呼出。信息网络系统物理架构采用两层交换,星型拓扑结构,干线光缆采用万兆光纤,核心交换机可选用万兆交换机,接入层采用千兆接入。

(3) 数字电视系统,数字IPTV架构。有线电视系统采用IPTV架构,电视机端未采用传统电视盒,而由电视厂家定制基于安卓系统APP,一根网线解决直播、点播、信息服务等功能。

(4) 电子会议系统,600人报告厅1间,200人报告厅1间,远程会诊室1间,会议室 12间,示教室42间。示教室、会议室数量多,所有示教室设视频显示;会议室均有音视频系统、会议讨论系统,在投资有限的情况下满足了业主需求。在整个系统设计上,突出功能先进性、稳定性和实用性,通过中央集成控制系统实现整个多媒体数字会议系统的智能化管理,可实现远程会议、远程会诊、视频示教等多项功能。

(5) 背景音乐及广播系统,回路66个,扬声器1 547个。采用IP网络构架,通过医院智能网进行传输,当有消防报警时,广播处于广播服务的最高级,可以通过控制主机自动实现消防联动广播。平时播放日常业务广播和背景广播,火灾确认后由消防联动控制器发出联动控制信号,强制切入消防应急广播功能,同时向全楼进行广播,引导人员疏散。

(6) 火灾自动报警系统,消防报警总点位数5 782点。整体设计、施工满足国家相关设计、验收规范以及消防验收需求。探测火灾早期特征,发出火灾报警信号,为人员疏散、防止火灾蔓延和启动自动灭火设备提供控制与指示功能,同时联动楼内安防系统,实时监控火情事发地的情况,调动救援力量,最大限度地减少火灾对社会造成的损失。

(7) 安全防范系统,监控点1 300个,门禁点245个,报警点369个。除满足国家相关规范要求,还需满足新疆公安技防办具体要求:所有摄像头均需1 080P高清,存储90天以上,入口处有摄像头单独系统,并提供接口给技防办。运用现代科学技术,具有应对各类突发事件的功能。采用三级防护体系通过人防、物防和技防三种方式的配合,为医护人员、就医人员提供安全保障。

(8) 停车管理系统,有10套,室外出入口6套,地下4套;地下296车位设车位引导及反向寻车系统。采用全自动车牌识别免取卡系统,自动记录牌照号码、出入时间,实现自动化管理;地下车库设车位引导及反向寻车系统,包括引导屏、区域屏、寻车终端、视频智能终端等。

(9) 建筑设备监控系统,总点位2 103个,DI点1 066个,DO点397个,AI点476个,AO点164个。相较于传统总线方式,IP通信效率高、速度快、组网灵活,不易受干扰,后期扩展方便。建筑设备监控系统对建筑中的机电设备运行状态进行实时自动监测和节能控制。对空调通风系统冷热源、风机、水泵等设备进行有效监测,对电梯运行状态进行监测,对关键数据进行实时采集并记录,对上述设备系统进行可靠的自动化控制;照明采用自动控制方式,实现建筑的照明节能运行。监测地下车库一氧化碳浓度和人员密集场所二氧化碳浓度监测,根据监测浓度开启相关区域送排风机、新风机组。并且在室外预留移动气象站,通过气象站监测室外温/湿度、照度、风速等空气质量参数,根据室外温/湿度调整楼内各空调机组、新风机组的控制参数值。能耗监测系统通过对能耗系统分项计量及监测数据统计分析和研究,对系统能量负荷平衡进行优化策略方案,为绿色建筑综合目标提供技术途径。

(10) 能源管理系统,通过能耗系统分项计量及监测数据统计分析和研究,对系统能量负荷平衡进行优化策略方案,为绿色建筑综合目标提供技术途径。系统对医院内各种分类能耗(电、水等)用量进行统计,根据各区域的计费标准进行费用统计,按用户的需求生成各种形式的报表,并打印账单,为建筑能耗的收费提供了准确、合理的收费依据。对所采集的能耗数据分时、分区域、分项进行统计。通过分析设备的历史能耗、故障档案等,提示设备的老化情况。通过检查分析建筑配电站、水站、空调主机等大型设备在不同环境下的负载情况,对经常处于高负载或低负载的设备提出更换建议,或者重新分配设备,让设备在合理的负载下运作,提高设备的利用率,降低额外能源的消耗。

(11) 信息化应用系统,包括信息发布及排队叫号系统、医护对讲系统、远程医疗系统、多媒体教学、数字化手术室系统、智慧导诊系统。信息发布及排队叫号系统具有多媒体导医、公共信息发布、病区信息发布等功能,能有效地改善就诊环境,提高工作效率。工程在门诊大厅处设置大屏幕显示屏,在挂号收费、取药等窗口处设置液晶屏,在各自助服务区、区域窗口均预留数据插座,通过医院内网实现信息引导及发布;在排队叫号系统各等候区、诊室门口设置LCD显示屏,通过医院内网实现电子叫号分诊。医护对讲系统在主要病区设置医护对讲系统。医护对讲系统采用数字化、网络化产品架构设计,基于TCP/IP以太网传输模式。该系统构架为全数字化对讲系统。远程医疗系统在远程会诊室设置“智真”远程视频会议系统,示教室、教室预留智慧屏结合信息化医疗系统组成远程医疗系统。手术室预留一台移动推车远程医疗设备。数字化手术室系统采用数字一体化解决方案,支持将手术前端的高清术野视频、全景摄像机视频、术中视音频信号全面接入和保存,成为现场观摩、手术研究、在线学习的珍贵内容资源,透过网络实时共享手术视频和医学影像资料,实现远程教学和远程会诊。智慧导诊系统通过医院内网传输,在各候诊区主要由挂号终端、门诊叫号管理、诊室虚拟叫号器、候诊综合显示屏、HIS交互服务器软件、服务器等部分组成。

(12) 移动互联网应用,利用移动5G高带宽、快传输速率、低延时特点,采用不同功能终端为相隔数百甚至数千公里的不同医疗机构在不同的远程医疗场景提供病例数据、音视频等数据的整合与传输。根据远程医疗场景的不同,选择对应的设备接入信号源(如数字孪生三维导航系统、智慧屏实时交互、实时会诊等)到智真会诊平台,在连接5G网络的情况下,各类交互信息可以高效、稳定地进行传输,协助基层单位医生完成复杂病例诊断治疗。考虑新疆地广人稀,第六师医院建成后为当地最大区域性三级甲等医院,在远程会诊室预留1套智能会诊系统,可实现一流宽屏会诊体验。系统采用共光心摄像机进行图像采集,提供大小1 080P高清图像;系统支持宽频语音,可实现带空间感的音频效果和诊疗室环境的完美结合,可与周边乡镇、卫生院进行专家会诊。在每科室示教室预留智慧屏,手术室配置一套移动式远程医疗平台,通过移动5G转WiFi技术实现与内地兄弟医疗机构远程会诊、教学。

(13) 集成管理系统,集成13个子系统。系统以综合布线为基础,计算机网络系统为应用平台,通过公共通信网络协议和接口网关,实现大楼内建筑设备监控系统、视频安防监控系统、出入口控制管理系统、信息显示系统、消防报警系统的无缝集成,建立统一的监控和管理界面。智能化集成系统主要是在设备、技术、功能和管理方面/层次上进行。智能化集成系统应确保未来成为整个医院的管理平台。

① 设备集成是按照具体情况,购买各种产品去实现具体的应用,该层次的集成方法主要用于各个子系统的组建;

② 技术集成是对所用的产品进行技术上的统筹,合理地进行产品技术的搭配、融合与运用;

③ 功能集成是根据现实和发展的应用需求,从功能的角度考察产品与技术,并合理地调配各项功能,充分发挥各自优势,使整体弱电智能化系统达到功能最优;

④ 管理集成强调系统集成不仅在于设计和实施,而且还要考虑系统的使用、维护与管理。

(14) BIM应用,设计过程制定机电专业BIM辅助实施计划及规范,并建立模型样板;根据施工图建立L2级深度BIM模型。通过BIM模型进行二维图纸校核、全专业碰撞检查、重点空间净高检查及优化;在模型中进行核查和优化后,输出管综剖面图及问题报告,协调各专业对图纸进行调整;图纸修改后修正模型进行复核、问题销项,配合图纸版本输出轻量化模型文件。

(15) 云平台/物联网平台等,项目构建一套开放式可扩展医院运维管理平台。平台包括医疗信息实时监控系统、后勤运维管理系统、行政综合管理系统、基于BIM平台的地理场景信息系统(远期建设)等。

(16) 智慧服务VR/AR,通过运维管理平台预留VR地理信息系统接口;将AR技术应用于急救远程服务中。远期可利用VR场景应用系统将医院所有运行的安防、消防、楼控、门禁等弱电系统点位分图层、一对一挂到地图相应位置,方便查找、监视控制等日常操作。患者可通过APP小程序虚拟医院场景方便快捷至就诊区域。利用移动5G高带宽、低延时特点,急救医护人员实时向系统端直播现场视频,远程医疗专家可通过AR智能眼镜以第一视角方式进行双向语音视频、调取病历、远程会诊。

(17) 机房工程,信息中心机房约200 m2,其中信息机房110 m2,UPS间40 m2,测试间约50 m2,消防安保中心约115 m2。弱电进线间约42 m2,弱电间5～7 m2若干处。机房工程包括机房装修、配电及照明系统、不间断电源、新风空调、防雷接地系统、动力环境监控系统和气体灭火系统等。信息化机房按照B级建设,消控机房的电子信息系统按C级建设,该工程采用模块化机房。机房工程内容包括机房装修、机房配电及照明系统、机房UPS、机房新风空调、防雷接地系统、机房动力环境监控系统和机房气体灭火系统等。对信息中心主机房和灾备机房,采用国内最先进的微模块和封闭冷通道解决方案,为后期医院稳定运行提供保障,减少后期运营成本,是智能化、安全、低耗措施之一。机房环境监控系统主要包括机房内供电及UPS出线电压、电流、功率因数等信息、机房内温/湿度监测、精密空调漏水监测、机房门禁、机房监控。实现对机房数据的实时处理分析、存储、显示和输出等功能,处理所有的报警信息,记录报警事件,通过电话语音或手机短信等方式输出报警内容,使机房管理人员能第一时间掌握机房的动力环境运行情况和设备故障的报警情况。

(18) 可视化运维,根据运维管理体系标准,构建项目可视化运维平台,实现手机移动端24 h在线查看、处理数据信息。通过运维体系的建设,提高信息资源的运行管理水平,结合构建集中式的服务热线、运维流程、系统监控和综合展示系统,通过系统联动,及时、准确、全面反映与掌握信息系统的运行状态,保障各业务系统的正常运行,实现集中监控、统一事件处理、统一运维、跨系统联动服务、统计报告。

(19) 信息安全系统,该项目安全保障体系建设符合《信息系统安全等级保护基本要求》中的三级要求。主要设计:核心交换及链路冗余,重要区域重点保护防入侵防病毒,对远程访问及互联网用户的上网行为进行审计,运维人员的所有操作审计,对数据库的所有操作审计。主要配置:在应用服务器边界部署一组下一代防火墙,在互联网出口部署一台防火墙,对上网行为管理,用作内外网隔离及应用级的管控与审计,在安全管理区部署堡垒机和数据库审计系统,对各方面的操作进行审计并保护审计日志,满足网络安全法的存储时间要求。

系统拓扑图如图2所示。

图2 系统拓扑图

3 其他技术特点

(1) 数字系统采用基于SIP协议与电梯五方对讲、广播系统、监控系统各系统打通,组成融合通信功能,可实现电话广播、视频联动、电话会议、语音调度等功能。

(2) 病房楼门禁系统纳入医护对讲系统,共用一套医护对讲可视对讲读卡器,同时门禁系统可远程监控门状态及控制门开关。

(3) 信息网络系统,采用2套业务网和设备网以及5个独立业务(办公内网、办公外网、医疗网、安防网、电视网),各业务网接入交换机物理隔离,汇聚、核心层业务隔离。

(4) 物联网技术应用于婴儿防盗、病区临床输液管理系统。通过无线腕带的定位手段,实现婴儿在特定区域内的保护,如果无授权将婴儿抱出保护区域将实时报警,同时也可以实现母婴配对的功能,避免抱错孩子的情况发生。通过物联网络,把病患、护士各方信息联系到一起,构建成一个高效的采集、记录、传输、共享临床输液信息监控平台,帮助医院推进临床输液信息化管理,将护理从被动服务向主动服务转变,通过对每张床位输液状态的监测,智能预计结束时间,并自动提醒护士。

(5) 充分利用移动互联网5G、虚拟云端、AR人工智能等技术实现高效远程医疗、急救医疗服务,构建一个现代化的智慧型医疗建筑,并力争打造地区互联网+医院。

(6) BIM与机电一体化装配式技术结合,贯穿机电设计及施工全过程,机电管线及构件尽可能根据BIM模型工厂预制加工拼装,自动化加工减少了人工操作不确定性因素,构件及各种机电机房整体质量大幅提升,施工成本也有降低。

(7) 节能技术与效果:项目整体达到绿色一星医疗建筑。能耗监测系统运用以“互联网+”为特征的一整套信息技术,对建筑内水、电、气等多种供能和储能设备数据统计上传,积极配合构建基于多源大数据的区域能源互联网全息信息模型,制定面向能源互联网的多源协调优化调度模式及策略,对区域能源互联网多源优化运行效果进行综合评价,实现多能源供需平衡,减少终端客户用能支出,降低电力公司成本。

4 结 语

该项目为新疆地区为数不多的大型医疗建筑项目,智能化专项设计独立完成,项目整体为PPP施工项目,对智能化弱电系统要求高,但投资控制严格,在有限投资下院方要求所有智能化系统要达到三级甲等医院建设标准,对智能化设计是一大难点。经过与医院使用方、预算单位、项目管理方多次沟通汇报,项目弱电智能化(不含消防)建设27个子系统,成本为5 500万元,单方造价约305元/m2,项目建成后极大改善周边居民就医环境。