BIM技术在绿色医院建筑运维阶段的应用研究

周桂香,丁建成,吉盛凯,奚友方,蒋凤昌

(1.泰州职业技术学院，江苏 泰州 225300；2.江苏永泰建造工程有限公司，江苏 泰州 225300 )

1 引言

绿色医院建筑是指在全生命周期内实现资源节约、安全高效、环境舒适、减少污染等目标的医院建筑。与建筑物的设计阶段、施工阶段相比，运维阶段占据了90%以上的时间。因此，运维阶段实现医院建筑的“绿色化”越来越受到重视。而建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)作为当前建筑业内的热门技术，随着设计阶段和施工阶段的广泛应用，也已向运维阶段拓展应用[1]。

BIM技术由医院建筑的建设阶段向运维阶段延伸应用，顺应了现代医院建筑后勤运维管理的需求。为了充分发挥BIM的可视化、参数化、可模拟性等功能，提升BIM在绿色医院建筑中应用的成熟度，应将BIM技术嵌入绿色医院建筑的项目管理(PM)全过程中，实现医院基础建设领域基于BIM+PM的全生命周期精细化管理[2]。

2 运维信息整合的迫切性

2.1 医院运维管理的现状

运维阶段医院建筑能耗巨大，而且与绿色运维的目标相距较大。医院内设备专业程度高、种类繁多，拥有大量的性能信息，需要进行可靠的信息传输与开发应用。而由于目前医院建筑运维信息化程度比较低，水电暖通、安防、消防、医用气体等专业分别开展维护工作，各自为政，导致医院建筑的各类数据、参数等信息分散在各部门，导致数据集成度不高，甚至存在运维数据丢失严重的现象。

同时，在医院建筑中，由于中央空调、医用气体等专用设备种类繁多、分布部位广、不间断运行的特点，决定了设备管理难度系数高，而且医院的后勤部门机构庞大、系统繁杂。

2.2 迫切需求

工程数据管理和后勤数据管理分离，迫切需求在建造工程结束后进入运维阶段两套管理体系进行整合；医院运营系统种类繁多、自成体系、不能相互关联，迫切需求消除信息孤岛，提高医院的管理效率，比如消防系统、楼宇系统、视频系统、能耗系统、自控系统形成有机系统，实现信息共享与操作协同；医院后勤运营仍大量采用二维图纸，系统管理落后，迫切需求基于BIM的三维平台系统，缩短查找故障时间，提高设备设施维护效率。

3 绿色医院建筑运维平台开发

3.1 BIM与医院管理信息结合

BIM的技术核心是在计算机中建立虚拟的医院建筑工程三维模型,同时利用数字化技术,为模型提供完整的、与实际情况一致的建筑与设施信息库。而医院的管理信息包括决策层、管理层、执行层和服务对象(图1)，这些信息可以与BIM模型相结合，形成可视化、智能化、定制化的管理系统[3]。

图1 医院管理信息的层次与定位

运维BIM系统应与既有的运维系统实现开放数据接口对接，实现医院建筑运维信息的集成与共享。主要包括楼宇自控系统(简称BA系统)、安防报警系统、视频监控系统、人脸识别系统、能耗监测系统、报修服务系统、医用气体系统、停车管理系统、客流统计系统、电梯监测系统、特殊区域空调监控系统、蒸汽锅炉监控系统、柴油发电机监控系统、污水处理监控系统、电力监测系统、环境监测系统、净水系统等其他设备智能化监控系统的实时数据。并且能够及时更新数据。

3.2 一站式后勤管理系统平台

开发设计基于BIM的一站式后勤管理系统平台，把基建过程中的每个设备参数、安装位置、实时动态情况等工程数据和建筑模型结合一起呈现，后勤运维数据管理关联，用三维可视化完全替代原先的资产管理、图纸管理，数据直接导入运维阶段，实现医院建筑绿色设计、绿色施工与绿色运维管理相融合。

融合视频监控系统、消防监控系统、安防监控系统后，平台通过动态实时数据采集结合BIM模型数据导入，确保后勤运营设备能够实时可靠地全局可视，使用先进的用户界面构建全院三维实时报警和数据展现，在一个屏幕上完成全院远程实时监控；将建筑设备自控(BA)系统、消防(FA)系统、安防(SA)系统及其他智能化系统和建筑运营模型结合，形成基于 BIM 技术的建筑运行管理系统和运行管理方案(图2)。

图2 医院建筑一站式后勤管理平台范例

3.3 数据统一联动

以三维BIM模型为信息载体，跨平台、可扩展、支持多种行业标准协议的智能数据采集与分发系统，形成强大的知识库(图3)。通过在不同设备的场景中预设不同德报警规则，一旦目标在场景中出现了违反预定义规则的行为，系统会自动发出报警。实时收集、计算、分析数据、目标驱动值达到流程触发阈值时，系统将自动启动相应的处理流程，实现数据智能化驱动流程。编制人员排班流程、维修流程、采购流程等运维流程，医院建筑绿色运维奠定良好的基础。

图3 数据联动的知识库示意

3.4 三维显示端实施

(1)三维显示端实施方法。现场部署三维客户端的计算机要能够达到三维客户端配置的最低要求，并且能够连接互联网；有预留USB接口；系统安装盘以固态硬盘为佳。医院建筑绿色运维的三维显示端如图4所示。

图4 三维显示端实施

(2)BIM模型处理要求。可按以下步骤进行：①由BIM建模软件Revit导出FBX格式文件；②导入max并检查模型比例是否正确；③整理模型材质为max标准材质，材质名格式M_XX；④贴图格式改为jpg或tga，贴图名称格式T_XX；⑤各专业模型需标注在名称里，模型名称格式SM_；⑥材质跟贴图数量需控制在100以下；⑦在分完建筑层模型的基础上，在 MAX 里新建图层。

3.5 功能实现

在绿色医院建筑运维平台上，基于BIM技术的应用，可以实现空间分析及管理、设备运行监控、能耗分析及管理、设备设施维护管理、BAS或其他系统智能化集成、人员培训、模型及文档管理、资产管理、应急管理九大功能。

(1)空间分析及管理。随着新技术的应用和医疗需求的变化，医院建筑的功能空间也会作相应调整和变化，基于BIM三维可视化和参数化信息，由平台作精细化的变化情况分析和记录，有利于提升绿色医院建筑的空间管理和空间改造决策效率。可为医院建筑更新和改造(包括大中小修)提供最佳实施方案。

(2)设备运行监控。通过基于 BIM 的设备可视化搜索、展示、定位和监控，大幅度提高绿色医院建筑的设备查询效率、定位准确程度以及应急响应速度，以应对越来越复杂的医院设备设施系统。支持基于 BIM 的拓扑结构查询，可以实现按楼层、按设备、按点位和按使用空间进行分类、分组显示，辅助分析故障源以及设备停机的影响范围。

(3)能耗分析及管理。结合BIM模型的三维环境，在绿色医院建筑中按楼宇、楼层、区域、科室多维度统计，以图表方式统计和分析院区、楼宇和各类设备能耗，并通过可切换统计时间、统计范围、统计类型等条件实现多维查询和统计，从而实现能耗的精细化管理。

(4)设备设施维护管理。通过 应用BIM模型集成海量的运维数据管理，进行数据的存储、备份与挖掘分析，以及设备的全生命周期管理。生成前瞻性维护计划，自动提醒维护人员，驱动维护流程，实现绿色医院建筑的主动式智慧维护管理，可通过室内定位与导航等技术(图5)，提高维修效率，降低操作错误率，保障设备运行的高可靠性，从而降低运维成本，为医院高效能运行提供基本保障。

图5 医院建筑室内导航范例

(5)BAS或其他系统智能化集成。针对不同厂商所提供的不同设备子系统，基于BIM绿色运维平台将各子系统之间进行有机连接，通过标准化协议进行集成控制，对设备的生产进行统一规范，实现子系统之间自由通信，从而节约管理控制成本，降低运行维护费用，方便绿色医院建筑内的设施设备操作和维修。

(6)人员培训。借助 BIM 可视化模型、基于 BIM 的后勤运维平台、VR 以 及 AR 设备等，做好培训方案，通过浏览、查看、模拟与沉浸操作，增强医院后勤保障人员的沉浸感、体验感和直观感受，使他们能快速掌握设施特点、位置信息、操作特点和运维要求等，提高运营管理绿色医院建筑的培训效率和效果。

(7)模型及文档管理。基于绿色医院运维平台的集成，将项目全生命周期的BIM模型信息、数据信息、文档资料统一管理，并能及时执行动态更新，实现项目运维数据、模型及资料数据库建设，为项目成员提供资料的检索、预览、批注和版本管理。

(8)资产管理。基于 BIM 及二维码、RFID 等技术进行绿色医院建筑的资产信息管理，达到增强资产管理力度的目的。通过运维平台的精细化信息管理规范资产管理行为，包括日常管理、资产盘点、折旧管理等相关内容，使资产管理工作更加有效，全面提升资产管理水平。

(9)应急管理。利用 BIM 及相应灾害分析模拟软件，模拟绿色医院建筑中可能的灾害发生过程(图6)，例如火灾、气体泄漏、生化实验室事故、传染疾病爆发、不良事件等。通过多方案比选，分析最佳解决措施，制定应急预案、应急疏散和救援方案等。并且可以通过实时数据的获取、监控调用，利用医院 智能化化系统、BIM 数据和可视化展示方式，预警事故发生，显示疏散路径，制定或评估应急方案，以提高绿色医院建筑的应急管理和弹性管理水平。

图6 BIM模拟应急事件

4 结语

通过应用BIM技术到绿色医院建筑运维管理过程中，开发设计相关的运维平台，可以有效地实现各类运维管理数据集成，提高运维管理的效率，节省成本，实现医院建筑的绿色运维。