BIM技术在医疗建筑智慧运维系统的实践经验总结

医院建筑机电系统复杂、运维要求高，若仅采用BA和视频监控等信息系统还缺乏丰富的建筑本体信息支持，只能实现分散式管理，难以满足现代化医院的要求。

今天的分享将介绍在上海市东方医院新楼建设中，通过集成应用BIM 、BA、数据挖掘等技术，实现基于BIM的医院建筑智慧运维技术研究和系统开发成果。

实践

上海市东方医院新楼扩建工程位于陆家嘴地区，总建筑面积83161.97m2，包括地上24层、地下2层，主要服务于重大保障和高端医疗，建成后将增加床位500张。

医院建筑机电设备复杂，包括通风空调、变配电系统、给排水系统、医用气体系统、污水处理系统以及楼宇自控系统等。并且，医院建筑需要不间断管理，运维管理压力大。目前使用的BA、维护维修系统、空间管理系统等相互独立，不能针对医疗服务需求将建筑本体和运维管理信息有机融合，不便于中、高层管理者的快速决策，运维管理效率低。传统扁平化、台账式管理模型非常不直观，难以对大量的数据信息进行监控和分析决策。

本研究以东方医院新楼为例，通过整合BIM、BA、视频监控等先进信息技术，打通建设与运维阶段的信息断层，融合建筑静态和动态信息，实现了基于BIM的医院建筑三维可视化、集成化和主动式智慧运维管理目标。

一、基于BIM的医院建筑智慧运维技术

图1 基于 BIM 的医院建筑智慧运维技术

基于BIM的医院建筑智慧运维技术的总体技术框架如图1所示，具体包括以下关键研究内容。

1、面向运维的医院建筑BIM构建方法

建立面向运维管理的医院建筑各阶段BIM建模要求，梳理空间、资产、机电系统和设备的属性信息动态创建、交付和集成要求，形成医院建筑运维模型交付标准，为智慧运维提供模型基础。

2、跨系统的建筑运维异构信息集成与存储技术

综合应用关系与非关系数据库技术，研究BIM与资产管理系统、报修服务系统、BA、医用气体监控系统等的信息集成方法，解决模型更新时BIM与异构运维信息的自动关联等难点问题。

3、基于BIM的医院建筑可视化运维管理技术

研究基于BIM的空间布局和功能分布展示、机电系统上下游逻辑结构自动提取、设备实时运行状态与预警信息推送等可视化管理技术，以辅助综合运维管理与快速决策。

4、基于BIM和人工智能的智慧运维技术

研究基于物联网和BIM的数据挖掘技术，为运维服务主动推送医院不同类型房间的设备信息、维修历史和运维需求。应用神经网络等人工智能算法，研究重大设备的性能分析、评价和预警策略，辅助提前发现设备潜在故障，制订设备维护计划。

5、基于BIM的医院建筑智慧运维管理系统研发与应用示范

开发基于BIM的医院建筑智慧运维管理系统，包括建筑信息管理、空间管理、机电设备管理、维修服务中心、视频安防管理以及综合决策分析模块，支持可视化、集成化、主动式运维管理，并在东方医院改扩建工程中进行应用示范。

二、面向运维的BIM构建技术

BIM模型是建筑智慧运维系统最重要的数据来源，因此BIM运维模型构建方式十分重要。在东方医院新楼建设阶段，本项目使用Revit软件创建建筑、结构、机电安装、视频监控、电梯、精装饰、医用气体、污水处理等各专业的BIM运维模型。然后在此基础上，添加初始的空间分配、维护维修计划和流程、BA监测和视频信号等信息，最终形成BIM运维模型，具体建模技术路线如图2所示。

图2 面向运维的BIM模型创建技术路线

BIM运维模型主要参照最终版竣工图纸建模，并对机电设备集中的重点部位进行抽样实测实量，根据实际情况对竣工模型修正，保证模型与实物尽可能一致。对于竣工图纸未表现清楚的地方，需要应用激光点云扫描仪、全站仪等进行实测实量。BIM运维模型主要以“.rvt”和“.nwd”格式存储。

BIM运维模型由BIM运维系统的数据库存储，包括模型文件和结构化数据2个部分。BIM运维模型除了常规BIM模型包含的几何模型与信息数据之外，需要对监控设备、机电设备、传感器、房间、医疗设备等运维系统管理对象进行准确的几何建模和详细的信息录入。模型中包括各设备的维保信息，如厂商、生产日期、技术参数、保修期等在设施管理阶段参数。  

三、跨系统的运维信息系统集成技术

基于BIM的医院建筑智慧运维技术需要将医院建筑已有的BA、视频监控、能耗分项计量、污水处理监控等运维相关信息系统与BIM进行集成，支持智慧运维管理。在东方医院新楼建设过程中，业主与相关系统的供应商合同中明确要求各供应商需要提供BIM系统可以使用的数据接口，为后续的信息集成奠定了商务基础。

在技术层面上，BA系统采用OPC协议作为数据接口；能耗分项计量系统采用Modbus/TCP协议作为数据接口；视频监控系统采用TCP协议作为数据接口；污水处理系统采用Modbus/TCP协议作为数据接口。在BIM建模时，建立相应监测设备的模型，并将监测点位信息输入设备属性，从而实现BIM中监测对象与BA中获取的监测数据匹配，实现数据集成。

四、医院建筑智慧运维系统

图3 基于BIM的医院建筑智慧运维系统

本项目开发的基于BIM的医院建筑智慧运维系统（图3）包括网页端、智能移动端、桌面客户端3个客户端。网页端用于机电设备管理、维护、维修等运维日常管理与统计分析，方便管理人员随时随地通过浏览器查看楼宇运营情况。智能移动端用于现场维护维修人员上传反馈信息，包括建筑信息浏览、评价等服务和设备设施盘点等功能，借助RFID/二维码等物联网技术，实现对医院设备快速定位、盘点、查询等管理。桌面客户端作为运维数据的导入端口、运维管理内容的展示和培训，需保证模型的轻量化、清晰化及运维相关流程的直观性；桌面客户端基于VR技术开发，展示高度真实感的BIM模型，运行于楼宇运维服务中心。

1、基于BIM的空间运维管理

基于BIM模型建立房间、大厅等空间信息，支持在三维视图、列表等视图中查看房间属性信息，并进行房间使用的统一分配和统计分析。基于房间的运维需求查看，快速获取不同房间的差异性运维需求，辅助现场运维实施（图4）。

图4 基于BIM的空间管理

可为每个空间生成二维码或蓝牙信标（ibeacon）作为室内定位标签，支持通过扫描二维码或根据蓝牙信号自动定位维修请求等。

2、基于BIM的机电设备管理

BIM运维系统通过导入机电设备BIM模型，展示各个系统的主要设备信息、逻辑结构以及物理结构。通过OPC等标准接口与BA无缝对接，获取BA的实时监测数据，在数据库中备份BA系统获取的各类智能监测数据；同时与BIM模型中的构件对应，在三维视图中展示各个设备的运行情况和报警状态。如空调机组及过滤器状态、送风温湿度、CO2及CO浓度的情况，通过不同颜色标识显示机组及过滤器的状态。系统以列表、趋势图等方式展示各监测点的历史监测数据，方便后台管理人员全方位掌握机组的运行情况，同时对其性能进行评估（图5）。

图5 基于BIM的机电设备运行监控

系统还可根据设备的运行情况、定期维保要求和维保班组工作负荷情况，自动发起设备维保计划，实现预防性的维保工作，减少设备故障。

3、基于BIM的能耗监测与节能潜力分析

对接医院建筑能耗分项监测系统，实现医院能耗监测；建立各供电回路与BIM的关联，实现基于BIM展示各供电回路控制的区域和设备；采用先进的能耗分类模型对各回路数据进行分项统计；支持根据时间和空间对空调、照明、动力等分项的能耗进行多维度的统计分析，包括昼夜峰谷比、季节峰谷比，诊断可能存在的能源浪费行为，辅助管理优化，达到减少能耗的目标。

五、应用实践

在应用实践过程中，本项目成功地在将东方医院新楼工程BIM模型导入基于BIM的智慧运维系统，并与BA、视频监控、污水处理监控、能耗分项计量等系统对接，完成了系统初始化。东方医院运维团队可在运维机房实时查看新楼设备运维和报警情况，并接收来自电话、微信等方式的报修信息，输入运维系统，实现在线报修服务管理。医院绩效管理人员通过本系统分析住院部、门诊部、急诊部、医技部的照明用能昼夜峰谷比和空调用能昼夜峰谷比，制订了医院新楼节能管理方案。

六、结语

1、通过开放的现有接口，可以实现BIM与BA、视频监控、能耗分项计量等运维信息系统的信息集成，建立建筑运维信息模型。

2、基于BIM实现可视化、集成化的建筑运维管理，有助于运维管理人员快速了解设备运行情况和报警情况，辅助分析和处理设备故障，提高运维效率。

3、基于BIM和数据挖掘技术，可深度分析不同功能区域的照明、空调和设备能耗情况，包括昼夜峰谷比、季节峰谷比等，发掘节能潜力点，辅助“绿色医院”建设。