浙江大学医学院附属第四医院建筑信息模型(BIM)技术运维应用研究

王建民，周海强，于 飞，邵明亮

(1.浙江省建筑科学设计研究院有限公司,浙江 杭州 310012;2.杭州彼盟建筑科技管理有限公司,浙江 杭州 310006;3.浙江大学附属第四医院,浙江 义乌 322000)

工程建设项目全寿命周期包括决策、设计、施工、运维和报废回收阶段,其中运营维护约占建筑物全寿命周期90%以上。医院建筑功能复杂、专业设备较多,并且对设施的完好性要求较高,一旦出现故障需立即消除,否则极易造成医疗事故。如何及时发现问题并高效解决问题,做到既经济又安全是医院管理者极其头疼的问题。以往的运维主要依靠技术人员的经验发现故障、维修或改造,不仅对人员要求高，而且发现解决故障不一定及时。随着BIM技术在医院建筑全寿命周期的应用,突破了这个瓶颈,能很好地解决这个问题。BIM技术不仅适用于医院建设项目设计和施工阶段，也有利于使用阶段,它使建筑设施数字化、空间化、可视化,为医院建筑运维带来革命性变化,达到项目价值最大化目的。下面以新建浙江大学医学院附属第四医院为例进行阐述。

1 项目概况

浙江大学医学院附属第四医院按照综合性三级甲等医院标准设计建设,占地12.62 ha(189.3亩),一期建筑面积12.3万m2,其中有10万m2医疗大楼,8 500 m2感染楼,5 200 m2后勤综合楼,床位共920张。包括给排水工程、采暖通风工程、消防工程、医用污水废水处理工程、净化工程、医用物流工程、医用气体工程、EPS工程及弱电工程(如排队叫号系统、病房呼叫系统、视频监控系统、远程教学系统及医疗物联网系统)等九大系统的医院设备设施。工程于2009开工建设,在项目建设后期引入建筑信息模型(BIM)技术,建立了基于BIM技术的医院建筑运维管理系统,从2013投入使用至今,取得了良好的效果,系统登录界面见图1。

图1 系统登录界面

2 BIM运维管理系统主要功能的确定

基于BIM技术的可视化运维管理系统软件主要包含九大功能模块,分别为PC端三维浏览、资产管理、空间管理、能源管理、安全管理、应急管理、工程改造管理、地下管线管理、资料管理等功能；还包含三个设备运维操控平台,分别为控制中心服务平台、移动APP平台、微信报修平台。根据院方需求及费用成本结合项目建筑特点、医疗设备配置、医院组织管理模式、下一步发展规划等,确定基于BIM运维管理系统包括三维浏览、资产管理、空间管理、安全管理、应急管理和地下管线管理六大功能模块及控制中心服务平台。

2.1 三维浏览

通过三维浏览可视化模块,可以对建筑物进行整体的浏览,查看建筑的场地模型,也可以任意地分层浏览某一个楼层的模型或单独地显示某一系统。软件是基于BIM和GIS技术开发的,可以导入任何地形数据和地形贴图,支持多个院区同时进行三维浏览。整个模块支持多数据的融合,支持自定义兴趣点,实现了真实场景还原,三维浏览界面见图2。

图2 三维浏览界面

2.2 资产管理

2.2.1 资产查看

通过浏览BIM模型,查看建筑设备设施的各项信息,如生产厂家、型号、规格、价格、安装部位等；可以通过筛选功能单独查看同一类的资产,如水泵、配电箱、风机盘管等；可以通过透明化处理功能形象地观察隐藏在吊顶内、隔墙(饰面板)内、地板下的管线及设备。系统支持用户在表单页面选择某一资产时,BIM模型页面的资产也同时高亮显示,数据表与BIM模型互相关联。

2.2.2 资产统计

根据设定好的设备编码体系,建立设备台账信息库,用户可以获取不同维度的统计资产信息,包括供应商、技术规格说明、空间位置、成本、质保期、维护维修记录等。对设备进行分级分类并进行全生命周期管理,从安装、使用到处置,相关信息状态等数据的完整统计,提供各类分析报表。表1为本项目中,根据模型统计的某一类别的资产数量。

表1 资产统计表

2.3 空间管理

用户可以通过空间管理模块掌握院区空间资源及使用状况。根据院区、楼号、科室类型等区域、功能，查询该科室所处位置、占用空间及医疗、诊治设施布置,利用BIM模型和图形引擎的技术优势,自动生成空间、区域的面积信息；通过三维模型可视化功能实现建筑空间最优化布置、合理使用；通过坐标查询功能查看该空间建筑或构件的经纬度信息和高程信息。

2.4 安全管理

通过安全管理模块可以在BIM模型中查看院区所有摄像头的点位、监控范围,避免摄像头监控的盲区。与监控系统通过二次开发的模式对接完成后,可以在运维系统中实时查看监控画面,控制摄像头角度。

2.5 应急管理

2.5.1 消防联动控制

当发生火灾事故时,通过运维应急管理模块,能调动所集成的所有子系统进行联动控制,包括设备监控、电力监控、火灾报警监控，以及消防系统、语音系统、安防系统、视频监控，等等。当某一火灾报警点发生报警时,系统工作站首先将监控画面自动定位至报警点,并以对话框形式弹出火灾报警信息,同时联动视频监控子系统,自动切换报警点附近视频图像,为快速灭火应急救援提供决策。

2.5.2 消防演练模拟

通过三维空间信息技术、虚拟现实技术、模拟仿真技术和计算机集成技术,模拟火灾发生时,工作人员有效灭火措施及人员快速疏散通道的最佳选择。达到培训员工,提高演练效率,提高员工快速响应和人员可靠性逃生的目的,以最大程度地减少事故造成的人员伤亡与财产损失,并且能快速恢复医院的正常工作。

2.6 地下管线管理

利用3D GIS与BIM无缝与信息无损集成的技术,可以直观地显示地下管线的空间层次和位置,以仿真方式形象地展现地下管线的埋深、材质、形状、走向以及管井结构和周边环境。系统提供多种查看方式,可以将楼板、地面等进行半透明处理。用户可以进行隐蔽工程管线的浏览和属性查询,可以对管网的任意节点位置进行坐标信息标注,可以对指定区域内的管线类别、管线长度进行统计并出具报表。

3 BIM运维系统的建立

3.1 建立BIM数据模型

建模时首先要确定系统功能需求,其次要对设备设施和空间位置进行编码,第三就是信息采集、整理,最后利用Revit等软件根据医院的建筑、结构、机电等专业图纸按照实际比例建立三维模型,之后将预先建立好的医院医疗族库载入其中。建模时应充分考虑除建筑、结构、装饰、管道管线外医院专项、专有工程设备及管线的相关内容,将上述内容纳入重点建模范围,如医院机房、医用净化系统、气体系统、医用物流系统、医用污水处理系统、医院智能化等系统进行专项建模,确保项目模型的完整度和准确度。

3.2 现场核查精准定位

为确保模型及数据的准确性,不能完全依赖建筑设计图纸或竣工图纸建立模型,还需要进行现场设备管线位置等信息的核实,因为在实际工作中经常会出现由于变更、疏忽等导致现场实物与设计不一致。在浙医四院项目实施中,投入较多现场核查人员,在建模前搜集项目资料,以图纸记录、拍照、录像的方式记录建筑最准确的状态。对于既有建筑,可以采用RFID自动识别技术,通过无线射频的方法,进行非接触式读取包含设备构件位置等信息的电子标签,采集数据,在三维虚拟建筑中体现,以实现对这些设备构件的跟踪管理。

3.3 资产录入

本项目中,为实现资产的有序管理,在建模过程中使用BIM参数化编程语言Dynamo,编写了添加资产信息编码的程序。使用该程序,可以批量自动添加设备编码、位置编码、品牌型号信息等,让BIM模型与资产管理工作真正结合,为BIM模型在运维领域落地铺平道路。

4 BIM运维系统实施效果

浙江大学医学院附属第四医院BIM运维系统投入使用后,取得了较好的效果,体现在以下几个方面。

4.1 资产管理模块的应用

4.1.1 资产管理更轻松

医院使用BIM运维系统,可以准确地统计出所有建筑设备、医用设备的资产台账,相比传统资产管理软件,这份资产台账中还包含了每个设备准确的空间位置、使用状态,从而为后勤维修维护提供了极大的方便。通过建立BIM模型数据代替了大量信息的人工录入和查找,更加轻松地完成了后勤管理系统中派发的任务,实现了对医院后勤管理各个环节全覆盖。

4.1.2 运维管理更高效

为适配医院运维管理需求,医院建筑运维管理系统中囊括了多个医疗专项系统的BIM模型,包括医用气体系统、小车物流系统、医用污水处理系统、医用纯水系统、医院智能化系统等。通过资产管理(设备管理)模块,管理人员可以快速找出故障设备、故障管线的位置,方便及时进行维修保养。浙江大学附属第四医院在运维系统投入使用一个月时间内,管理人员利用BIM系统快速准确地找出了5处故障点,包括宿舍楼供水PPR主管的埋地位置,医疗大楼空调水管的阀门位置,6F东病区中心供氧系统安全阀门位置等。该模块特别适用于建筑规模宏大、构造复杂、设备功能多且完好率要求高的项目。该模块的应用不仅有助于运维管理人员的培训,有助于提高运维工作效率,也有助于企业减少劳动用工,更为医院设备的平稳运行提供了保障。

4.2 空间管理模块的应用

为医院改造变更决策提供先进手段。在BIM运维系统搭建完毕后,实施人员逐一楼层添加了浙医四院的空间管理信息。借助基于现场核查所建立的医院真实BIM模型,系统使用人员可以统计出某一类型空间面积占总空间面积的比例,优化医院空间分配。用户在空间管理模块中可以快速找出闲置空间,优化医疗空间布局。在空间调整时,后勤部门也可以在系统中提前查看该空间相关隐蔽工程情况,为设备及管线布置提供决策依据。浙医四院投入使用后,因为诊治功能调整,需要新增某门诊科室及治疗室,医院管理人员通过输入关键参数在空间管理模块快速地找到闲置而有效的空间,并通过三维浏览形象地展现出来,经济高效地进行了改造。

4.3 应急管理模块的应用

消防演习事半功倍。医院建筑内人员众多,流动性大,消防安全不容忽视。应急管理模块根据医院提供的病区消防演习文字模板,设计了多个区域的应急疏散模型模拟案例,用户可以在BIM运维系统中进行观看。模拟案例包含了疏散人员的撤离路线、灭火组的救援路线以及消火栓和防火门的启闭动作,以动画的形式模拟关键人员在该消防演习中角色。医院投入使用后,院方采用先组织相关人员观看模拟案例,再组织实地演习,有效提高了人员应急疏散的熟练程度,节约了反复练习的时间,提高了演练的可靠性,同时也减少了对正常工作的影响。

5 结 语

通过BIM技术在浙江大学医学院附属第四医院建筑运维中的应用实践,我们体会到以下几点：1)BIM技术在医院建筑运维管理中的应用是可行的；2)基于BIM技术的医院建筑运维管理系统能发挥积极的作用；3)针对医院新建建筑BIM技术的应用宜在项目设计阶段就开始介入；4)BIM技术在医院建筑运维中的应用应结合其他信息技术共同完成；5)BIM运维功能模块的选择应结合项目特点、管理模式、下一步发展规划及成本来确定；6)BIM运维系统各项功能管理模块还有进一步改进、完善空间。

通过BIM技术的应用,改变了传统医院后勤运维管理模式,医院建筑所有空间、设备、管线都可以是信息化储存、可视化管理、动画漫游式展示。医院建筑采纳的信息是参数化、标准化、可共享、分层次。用电子信息数据代替人脑记忆、图纸管理和现场查看,使得医院后勤运维管理朝着智能化过渡,大大降低了传统管理模式带来的时间和成本的浪费,极大地提高了运维管理效率。