医疗建筑智能运维管理平台开发与应用

俞 杰

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海 200092]

0 引 言

现代化医疗建筑正常运营需要众多系统的保障,变配电设备、应急发电设备、医疗设备、建筑设备监控设备、安全防范设备、消防设备等系统的正常稳定运行直接关乎临床一线医护、病员的工作与治疗。同时庞大的系统给运维管理提出更高要求。

医疗建筑运维管理主要目标是:保障各类设备安全运行、保障人员管理制度的有效落实,快速有效处理突发事件、提高工作效率、节能减排。建立智能化运维管理平台——搭建智能化顶层平台架构,是实现管理目标的重要工具,也是智慧医疗不可缺少的一部分[1-4]。

目前,智能运维管理平台主要包含基于IBMS技术的管理平台、基于三维可视化技术的管理平台、基于BIM可视化技术的管理平台。其中基于BIM可视化技术的管理平台近几年已逐步开始在项目上运用,同时也是未来平台发展的方向。

1 平台开发应解决的关键问题

1.1 建立编码体系

基于BIM可视化技术运维管理平台,首先需要梳理建筑数据与设备数据之间的关系,以完成各专业系统设备与模型构件间的“对话”。

建筑数据以构件为最小单位,每个构件有唯一的ID,这个ID描述构件的属性数据和空间关系,定义了构件在模型中的精确位置,即空间编码;设备数据以IBMS和IOT为数据源,每个设备有唯一的ID,即设备编码,平台以设备编码识别设备属性并链接外部数据源,归类设备所属专业子系统,进行数据的交互综合分析。

总体的编码规则以建筑全生命周期为主导对象,充分利用设计施工阶段的资源,结合运维阶段需求,以2017年国家颁布的GB/T 51269—2017《建筑信息模型分类和编码标准》编码规则为基础进行拓展。

平台开发中设计的编码具体如下:

(1)空间编码。空间编码由4个字段构成,包括园区-楼号-楼层号-序号不超过14位的编码,空间编码结构及各字段的定义如下:园区,以不超过4位字母组成,标识医院名称;楼号,以不超过3位数字或字母组成,标识医院内的各栋建筑名称;楼层号,以不超过3位数字和字母组成,标识各楼层信息,夹层以M表示,例如1楼夹层L1M,人防屋顶以RF或WD表示;序号,以不超过4位数字组成,有房间编号的以房间编号命名,无房间编号以建模轴网方向顺序编号。

空间编码示意如表1所示。

表1 空间编码示意

(2)设备编码。设备编码由GB/T 51269—2017中的附录表A.0.10编码结构和编码扩展字段两部分组成,包含了设备规格属性和空间属性。国标中的编码结构定义了设备所属的系统(暖通空调、给排水、电气等)、设备(水泵、阀门、摄像头、接触器等),便于在平台中进行归类统计分析和系统间的数据交互。扩展编码定义每个设备的唯一编号,实现单个设备编号不重复,作为身份识别唯一ID。

设备编码组成结构如图1所示。

图1 设备编码组成结构

GB/T 51269—2017中的附录表A.0.10如图2所示。

图2 GBT 51269—2017中的附录表A.0.10

设备编码示意如图3所示。

图3 设备编码示意

摄像机构件属性框、设备编码和空间编码的位置如图4所示。

图4 摄像机构件属性框、设备编码和空间编码的位置

1.2 建立预防性维护分析

智能运维管理平台可以实现BIM可视化模型与各个专业系统之间的数据交互,采集的数据通过大数据分析、人工智能等手段建立设备的预防性维护体系,实现辅助指导运维的作用。

独立的专业系统中都有自动报警的功能,通常自动报警会设置报警阈值,用于保障事故发生时,在监控中心可以及时获知并及时进行故障处理,缩短故障影响时间和范围。但仅采用阈值报警和事后(故障后)处理的维护方式,无法满足最大化保障医院设备的运行安全。

预防性维护是可以有计划进行维修保养,减少设备的故障频率,最大化实现保障设备运行安全的方式。因此要有数据支持可以提供预防性维护建议,即平台的预警功能。首先确定某类设备的健康评价关键指标,根据行业标准或行业专家经验确定每个指标的初始权重值(系数),并在运行数据不断积累过程中对权重值进行修正,评估设备的健康状态,根据评估结果有计划的运维。

设备健康评估等级划分如表2所示,每个健康等级设计隶属函数,是由算法在平台中进行综合评价计算得出结果。

表2 设备健康评估等级划分

例如,平台对配电开关柜进行其健康评估,首先确定健康评价指标包括温度、局部放电、电流、环境温度、运行时长、维保记录6个指标,并对每个指标的预警判断逻辑进行梳理,以确定其权重。健康评价指标如表3所示。

表3 健康评价指标

1.3 建立设备与人员的信息通道闭环

很多项目实际运维中,设备设施管理与人工流程管理之间没有形成通道,造成闭环管理的缺失。通过智能运维管理平台建立预防性维护体系,实现报警的准确性,通过联动平台的工单流程管理,建立人员与设备信息通道的闭环。

工单流程分为两大类,第一类由人工主动发起工单进行执行记录;第二类是通过平台自动分析触发工单,工单根据报警的类型、紧急程度、所属班组、排班情况进行派发。

平台建立设备与人员的信息通道后,可完成从事前监测、异常报警到事中报警确认、定位排查、事后的回溯分析,生成记录后作为监测报警的历史参考数据。平台完成闭环管理的流程图如图5所示。

图5 平台完成闭环管理的流程图

1.4 数字化底板构建智能开放的平台体系

医院的各类信息化、智能化系统繁多,基于业务的需求,经常在多个系统之间需要进行数据的交互,需要建立不同系统间的交互渠道,形成蜘蛛网式的交互模式。这一模式的缺陷主要如下:接口繁杂,对接开发量较大;系统间重复冗余,网络节点越多,故障率越高,增加故障查找的难度;新建接口费用。维护成本较高。

为了简化数据交互过程,实现数据共享服务,平台需要建立数字化底板。数字化底板主要解决以下问题[5-8]。

(1)接口标准统一,任何应用需要调取数据仅需从数字底板获取。

(2)结构编码统一,编码结构在数字底板这层设定统一规则。

(3)资源分配统一,集合多系统资源,由数字底板统一分配。

(4)用户门户统一,一次登陆平台即可联通其他系统,无需重复登陆。

(5)监控体系统一,监管内容从多系统提取,统一监管。

(6)权限管理统一,多系统入口在数字底板处进行权限管理。

数字底板解决的关键问题如图6所示。

图6 数字底板解决的关键问题

该平台中数字底板协助医院在设施、安防、资产、能耗、运维、消防等后勤管理的多个细分垂直领域,打通信息孤岛,提升工作效率,助力医院完善管理体系,提高服务水平。数字底板对未来信息化的持续发展具备无限扩展和兼容性。

2 平台功能概述

智能运维管理平台是面向医疗建筑后勤业务的一站式服务体系,平台主要功能如下[9-11]:

(1)建立统一的数据标准体系,包括建筑、结构、机电、管线综合、空间、能源等形成一个平台入口,综合管理,统筹把握。

(2)打通设备与工作业务流程,形成闭环管理,让各业务有机集成,呈现场景化,提高响应速度。

(3)提供面向人、财、物、安全、服务、品质等多维度指标的业务管理框架,包括基础运营保障类、服务监管考核类、物业运营管理类,并且功能模块可不断扩展。

(4)平台提供多样化的展示、操作,包括BIM可视化、IOC大屏、移动端应用办公、微信公众号等,方便全面、快速了解医院后勤的运行情况。

3 平台的整体架构规划

参考国家卫健委《全国医院信息化建设标准与规范(试行)》、上海申康发展中心《上海市级医院智慧后勤管理系统建设与运维指南》,根据对三甲医院在运维管理、信息平台基础、平台服务集成、大数据技术、物联网技术等方面的信息化要求和发展趋势,对平台总体架构进行了规划。

采用信息化的标准七层逻辑架构方式,从下至上分别为物理层、数据链路层、网络技术层、数据中台、基本模块、门户、用户层。平台整体架构如图7所示。

图7 平台整体架构

3.1 物理层

物理层主要是基础设施,指各个终端硬件设备,主要包括摄像机、门禁、闸机、消防设备、空调设备、照明设备、电梯、储氧罐、水浸、液位等各种传感器设备。

3.2 数据链路层

医院围绕各中心建立多个系统,系统间数据相互传递,如后勤中心包括楼控管理、设施管理、能源管理、运维服务等,这些系统中的数据将作为医院智能化运维管理平台的信息化基础数据。

3.3 网络层

网络层包括网络设备与网络安全,运用物联网、有线网络、无线网络、5G、远程协作网组成医院信息网络。

3.4 平台数据层

数据层主要包括操作数据存储、数据集成管理、数据仓库、数据集市以及医院后勤知识库。

操作数据存储用于存放从医院各个业务系统抽取的业务数据,从而降低业务系统的查询压力;数据集成管理通过数据清洗,数据转换提供与业务系统对接的数据服务;数据仓库主要为医院统计分析提供数据支撑基础;数据集市从医院的数据仓库抽取更专业的数据,通过多维度的分析应用,提供各个维度的主题应用;知识库为医护后勤人员提供操作的正确指导以及积累出预测告警的准确推送。

数据层运用数字底板,统一接口标准,打通原有多系统间信息割裂孤岛情况,进行数据共享服务,基于BIM技术,构建空间和位置信息的时空大数据平台,为各应用服务提供三维可视化数字底板共享服务。

3.5 平台应用层

应用层是智能运维管理平台的主题应用,包括项目总览、驾驶舱、运行管理、安全管理、能耗管理、基础运维、服务监管、空间管理服务。在相应的模块下根据实际业务场景,配备贴合场景的二级功能,如安全管理中,在基于视频摄像头+AI智能图像分析而生成的智慧安防应用,实现包括人员轨迹跟踪、禁入区域入侵报警定位、重点岗位离岗检测通知等场景应用。

3.6 平台门户层

门户层是人机交互的入口,提供多种展示方式,包括IOC大屏、Web端、移动端,也可与医院现有的门户网站进行集成,实现单点登录。

3.7 平台用户层

通过权限管理实现不同角色用户的登录使用,分配每类人员可访问的数据权限、页面权限等。

4 平台功能模块组成

平台功能主要包括综合态势分析、能源综合管理、安全运行监测、业务流程监管、BIM可视化应用及移动办公应用。

(1)综合态势分析。在平台首页显示院区的综合态势分析表盘,展示关键核心指标:安全态势、能耗运营、设施态势、工单态势、环境数据模块。

(2)能源综合管理。运维管理人员需要通过实时监控界面随时关注能效相关设备的运行状态和能源使用的相关指标,随时监控能源系统发生的故障、事件和告警,以便及时处置。能源综合管理的主要功能包括能耗计量、能耗分析评估、能源折算、能耗报警。

(3)安全运行监测。用电安全监测包括数据实时监控、电能治理分析诊断、报警详情查看。设备安全监测包括暖通空调系统、给排水系统、电梯系统、智能照明系统、医疗气体系统。公共安全系统包括消防火灾自动报警、视频监控系统、入侵报警系统、出入口控制系统、环境监测系统。

(4)业务流程监管。基础运营保障包括维修工单、巡检管理、保养管理、设备管理。服务监管考核包括工程仓库、订餐管理、医废管理、运送管理、被服管理、成本管理、车辆管理、服务品质管理。物业运营统计包括会议室预约、停车管理。

(5)BIM可视化应用。BIM可视化应用是利用BIM可视化模型的特性赋予相关属性,从而进行直观的空间可视化管理及管网可视化管理。

① 空间可视化管理。基于BIM三维可视化对空间进行在线查询、划分与管理,精准化管理每个房间,计算每个房间的数据(面积、使用单位/部门、装修/维修记录)空间人员分布热力图:基于视频监控摄像机实时分析提供楼层空间人员密度热力图分析,并可配置人员密度报警阈值,自动触发报警。

② 管网可视化管理。管网可视化以管线系统(包括暖通、给排水、电气、智能化、医疗气体等)及与之相关联的设备设施及作用区域为基础建立一套完整的医院管网运维可视化系统,实现管线的故障排查、维修保养、改造等与管线生命周期相关的所有信息可视化。

(6)移动办公应用。移动APP应用功能旨在满足医院各级领导和运维人员的移动化办公需求,提升工作效率。主要功能如下:维修工单的查阅,维修工单的创建,维修工单执行信息,巡检任务执行,设备管理,实时监控。

5 结 语

BIM可视化技术已成熟运用于项目的设计及施工阶段,但是在运维、管理阶段的运用仍不成熟。从设计角度,对基于BIM可视化技术智能运维管理平台进行研究,建立具有规范化、统筹化、开放性、模块化、可视化的顶层平台架构,协助院方作辅助决策,从而提高后勤服务在医院整体运行中的满意度,实现设计为建设服务、设计为运维服务。