基于BIM的医院智能运维管理平台研究

潘毅，饶冬东，陈文伟，林义福

（1.福建省妇幼保健院；2.福建省儿童医院，福建 福州 350000）

1 医院建筑运维管理现状

随着医院的发展，医疗对建筑、给排水、暖通、安防等专业都提出了更高的要求。目前相较于医院业务系统的信息化建设，大多数医院后勤管理理念和模式陈旧，技术落后，设备智能化建设滞后，制约了医院的全面发展。由于医院建筑运维信息化程度较低，建筑数据、图纸、设备设施的技术参数等信息分散各处,难以统一管理，设备运行状态缺乏有效监督，后勤各专业间技术协同难度大，由此造成工作效率低下，重复作业，能耗浪费等问题。

2 BIM运维的应用价值

建筑信息模型（Building Information Model，BIM）是利用数字信息化，采用三维数字建模把与建筑相关的结构、空间、设施等物理和功能特性信息集合在一起，通过计算机、数据库、模拟现实技术实现数据信息共享与交流。基于BIM模型，为医院建立建筑及周边范围三维立体空间场景，能够可视化地显示当前界面区域中所有BIM模型、元素的状态和信息以及各系统的逻辑、空间关系，辅助管理决策，进一步深化了医院运维的精细化管理。将设计阶段资料、施工阶段、运维阶段的数据集成到基于BIM的运维数据库中，并与BIM模型中相关设施、设备等对象进行关联，大大方便了后期管理和信息共享，实现了医院建筑的全生命周期管理。

3 BIM运维平台建设规划

福建省妇产医院项目占地154亩，设置床位800张，主要建设医疗综合楼、生活综合楼、液氧站、污水处理站等。总建筑面积17.72万平方米，其中医疗综合楼系项目主体，地上16层，地下2层。项目在设计、施工阶段均采用BIM技术，为运维阶段利用BIM竣工模型数据奠定了基础。

福建省妇产医院BIM运维平台建设分三期实施。第一期完成BIM基础信息平台搭建，第二期接入医疗系统数据，完善策略编程引擎，搭建大数据环境，第三期形成初步的机器学习能力，自动生成策略建议。

目前，福建省妇产医院BIM运维平台尚处于第一期，建设内容包括：（1）完成建建筑主体数字化，集成BIM信息、BA和智能化实施数据；（2）维保工单系统；（3）数据监测与统计分析；（4）报警与反馈系统搭建；（5）应急策略场景（如泵房漏水应急策略、手术室消防应急联动策略、人防应急转换策略等）；（6）策略编程引擎初步搭建，实现策略编写功能；（7）搭建数据中台，实现能耗、报警、工单历史数据收集、分析和统计。

4 系统技术架构

建筑运维阶段的BIM应用关键技术归纳为3个方面：（1）面向运维管理的模型轻量化；（2）基于BIM运维的信息集成技术；（3）基于BIM运维的系统研发。在BIM运维平台第一期的建设中，系统技术架构主要围绕“3个引擎1个中台”展开（图1），该架构也是实现上述3项关键技术的核心。

图1 整体技术架构

4.1 BIM轻量化引擎

本套系统的BIM轻量化引擎基于B/S架构，支持在线查看模型，并可以选取构件、查看构件信息、操作构件等。其核心技术分为6个部分，分别是BIM轻量化转化器（convert）、图形渲染器（viewer）、BIM数据库（BIM-database）、BIM数据仓库（BIM-warehouse）、前端开发包(BIM SDK)、后端API(BIM API)。引擎支持国际通用的工业基础类IFC交换格式，图形数据采用按需动态加载和流式加载，各专业文件可进行合并。

4.2 三维在线组态引擎

在BIM轻量化引擎图形渲染的基础上，三维在线组态引擎支持通过点选构件，在线监测设备的上下游设备组态关联，并保存关系数据。程序操作界面简洁直观,程序流程简单清晰，信息录入量小，简单的鼠标点击或输入数字即可完成三维监测点的数据关联。通过参数化配置可视化的设计界面，使不同用户的设计方案可根据实际情况随时调整。

4.3 图形化策略编程引擎

图形化策略编程引擎可以让使用者通过拖、拉、拽的方式，配置式的多种条件判断规则和程序流转策略，零代码实现策略编程，并且支持个性化复杂规则。核心技术是基于工作流引擎、图形化编程开发，策略数据可管理、可共享。图形化策略编程引擎与三维组态引擎配合可满足不同检测情况的需要。

4.4 数据中台

数据中台是一套可持续“让系统的数据用起来”的机制，具备数据汇集整合、数据提纯加工、数据服务可视化、数据价值变现等四大核心能力。数据中台是一个数据集成平台，通过对多源数据（各业务子系统、IoT设备等）的采集、加工，形成标准数据（图2）。它将医院运维大数据和BIM建筑大数据结合起来，实现全域数据的统筹，包括数据监测统计、运营分析、智能化综合决策等，形成“一处数据，多端应用”的数据资产层，通过精准数据分析辅助医院运维管理高效决策，建立安全、高效的运维管理体系，从而避免新业务需求对数据的重复建设。

图2 数据中台流程图

5 功能模块分析

本系统按功能需求主要分为能源管理、安防管理、设备物资管理、工单管理、其它管理（包括环境监测、电梯管理、空间管理等）五个模块，通过基于BIM的应急联动策略引擎对基础、实时数据的抓取和应用，使各模块相互联动（图3）。

图3 平台功能架构图

5.1 能耗管理模块

通过安装具有传感功能的电表、水表、煤气表，可实现建筑能耗数据的实时采集、传输、初步分析、定时定点上传等基本功能，并具有较强的扩展性。系统对能源消耗情况进行自动统计分析，并对异常能源使用情况进行警告或标识。能耗管理模块还可以作为快速定位损坏的设备和管道的辅助工具。

5.2 安防管理模块

系统集成了消防、安防、视频监控、门禁报警、电子巡更等智能化子系统，将视频监控摄像头、消防报警末端、消防设施与建筑模型有机结合在一起，通过物联网设备，传感器实时获取设备运行参数，按照预先设置的设备运行安全阈值及相应报警规则，发现告警及联动工单推送相关负责人快速处置，实现建筑设备设施、健康状态实时监测、实时报警、实时响应处置的安全管理机制。

5.3 设备物资管理模块

设备物资管理包括运行管理、维修管理、库存管理、维保管理等四项基本功能（图4）。系统通过与BA及建筑智能系统对设备设施信息集成，实时精确查询设备运行动态数据和资产静态数据，包括设施设备的名称、型号、规格、材料、维修记录、厂家等详细信息，可通过查看设备部署，浏览、查询设备等方式快速定位，并可将关联设备的信息按要求一并提供，譬如空调设备的内机部署情况、外机部署情况。系统实时监测设备设施的运行状况与故障报警数据，尤其在出现故障时，通过联动工单系统，实现设备维护自动化。系统还支持设计定期设备维修保养计划并及时提醒。

图4 设备管理模块功能图

系统可以管理复杂的地下管网，如污水管、排水管、网线、电线及相关管井等隐蔽管线信息，在模型中直接获得相对位置关系。当改建或二次装修时可避开现有管网，便于管网维修、设备更换。医院管线发生变化时可随时调整，保证信息的完整性和准确性。

5.4 工单管理模块

系统提供自动、人工两种故障报修方式。BIM运维平台实时监测特殊设备运行状态，当设备运行状态异常，系统会自动生成设备异常预警检查工单，派发至维修班组，维修人员前往现场查看并确认异常情况。一般设备维修通过报修或日常巡检中发现的设备故障，通过人工发起工单，记录设备故障情况、故障位置、故障处理人、处理方式、时间要求、紧急程度以及其他说明信息。维修人员受理工单后，前往现场查看并处理异常情况，通过拍照、录视频等方式记录现场情况，记录当前故障发生原因、处理方案等，故障处理结束后完成工单（图5）。

图5 工单管理模块流程图

5.5 应急联动策略

应急联动策略体系是本平台的一大特色，平台不仅支持特定场景下固化的应急联动策略，也可以根据医院的实际需求通过策略编程引擎定制相应的联动策略。通过建立医院全方位应急策略场景，能够帮助医院在突发事件发生时快速响应、处置，保障院内人员人生安全，同时降低突发事件带来的损失。这里以消防泵房漏水场景为例，说明应急联动策略的工作特点。程序根据故障的严重程度划分为阀门漏水（垫片、填料损坏）（三级普通）、次管道破裂漏水（二级重要）、上出水管与止回阀破裂漏水（一级严重）三个场景。平台通过IoT物联网技术对消防泵房设备及漏水点进行实时监测，针对不同场景制定相应的应急策略（图6），利用BIM三维模型实时可视化故障位置，开启设备的应急操作，通过短信/微信消息平台及时推送应急处置任务，辅助医院对泵房漏水事故精准定位、合理决策、快速处置。

图6 三级普通应急联动策略

6 结语

本文总结了福建省妇产医院基于BIM的医院智慧运维管理平台的建设规划及技术框架，在后续开发过程中，还将结合大数据、人工智能技术，使平台更加智能化。随着医院建筑功能多样化、现代化,医院建设和运营管理技术要求不断提升,全数字化的设计、施工和运维管理都需要借助BIM实现,而运维阶段是整个建筑生命周期最重要的阶段,借助IT领域新技术的迅猛发展,基于BIM的运维管理系统可以在医院管理工作中发挥更大的作用。