基于物联网+BIM的医院门诊大楼通风系统智慧管理平台构建

2022-06-30周仁君余晓平谢艳萍

智能城市 2022年5期

周仁君余晓平陈杰谢艳萍

（重庆科技学院建筑工程学院，重庆 401331）

国家卫健委发布的数据显示，截至2021年3月，全国医院数量达3.6万家。卫健委发布《2020年我国卫生健康事业发展统计公报》中，2020年全国医院总就诊人次达33.2亿。医院属于一类大型公共性建筑，主要分为急诊部、门诊部、住院部、支持部。其中，门诊部作为病人初次就诊时停留的区域，具有人员流动性大、停留时间长、人员密度在时间和空间上呈现动态分布的特性。门诊部人员构成复杂，包括病患人群、陪护人员和工作者，门诊部空气环境混合各种污染物，需要对空气质量进行监测。医院环境微生物粒径大小分布关系为细菌＞真菌＞放线菌，感染风险排序为呼吸科病区病房＞门诊大厅＞中心花园[1]。因此，医院通风系统设计应具有性能化特点，在医院公共空间能够根据人流量确定新风量[2]。

国家新型技术发展背景下，物联网技术为建筑赋予丰富的感知能力，云计算、大数据技术可以开发数据价值，BIM技术为运营管理人员提供直观可视的管理新体验。建筑运行使用阶段，需要探究融合新型技术的方法，根据室内空气环境需求特点运行通风系。文章分析智慧医院建设现状，依据物联网+BIM技术建立医院门诊楼通风系统智慧管理平台，为智慧医院运营提供参考。

1 智慧医院建设现状

智慧医疗运用物联网、大数据、云计算等信息技术，将医院变为可感知、可物联、智能化的新型建筑。智慧医院建设为建筑本身赋能，提高建筑运营管理水平。国家卫健委2019年发布《智慧医院服务分级评估标准体系（试行）》，表明医院正在从信息化向智慧化升级。

智慧医院中常见的物联网技术包括监控、GPS和RFID等。RFID就诊卡的应用与普及，使医生在就诊过程中能够快速了解病人的过往病史，提高医院信息管理水平。在医疗相关产品的供应管理方面，运用GPS、RFID技术能够实现对产品从生产、运输、市场流动的全线监督[3]。医院诊疗设备种类繁多，运用物联网技术可以实现医疗设备的精细化管理。

医院门诊大楼功能较复杂，在智慧医院的建设过程中需要融入BIM技术；医院建筑子系统繁多且复杂，各个系统相互影响。运维阶段，仅依靠大量CAD图纸和运维人员经验时，决策判断的主观性影响较大。基于BIM竣工模型建立医院智慧运维系统，将BIM模型与BAS系统、通信网络系统相结合，建立集成化管理系统，有助于建筑设备的运维管理[4]。

智慧医院管理平台主要基于建筑的BAS系统、设备、后勤管理等进行平台建设，仍然将平台建设与医疗水平挂钩，但是不能满足病患在看病过程中对室内环境的需求。因此在进行智慧医院深度建设过程当中，不可忽略对于室内环境的智能化管理控制。

2 基于BIM+IOT平台架构建设

针对医院门诊部空气品质的智能控制，本文采用BIM+IOT技术搭建通风系统管理平台。

医院门诊楼通风系统管理平台架构如图1所示。

图1 医院门诊楼通风系统管理平台架构

感知层提供基础的信息采集功能，实现人员数量和空气环境参数采集；网络层选取合适的传输方式，将采集的数据安全有效地传输至平台层；平台层作为信息的集中处理中心，综合管理设备和数据；应用层实现门诊部空气品质智能监控。

2.1 感应层

医院环境控制平台中，感应层分为人流量监测系统和环境监测系统。人流量监测系统中，将医院门禁数据作为室内容纳人员总数量的输入值，使用门诊大楼内的摄像头采集区域人员流动视频。针对摄像头采集的视频图像进行二值化、形态学预处理，对视频中人体进行识别、跟踪计数[5]；利用智能视频人流量统计技术得出区域中人员数量的变化值。

环境监测系统主要以温度、湿度、压力值、CO2浓度、PM2.5浓度作为室内环境质量的主要表征。室内温湿度监控时，主要考虑人员在环境中的舒适性；咳嗽、打喷嚏等活动会产生飞沫，环境的温湿度有利于飞沫蒸发成飞沫核时，可能增大感染概率[6]。因此，温湿度的监测应考虑门诊区域安全性要求。门诊大楼内，部分医疗器具对压力具有特殊需求。医院门诊环境内的CO2主要源自室外大气和室内人员呼吸产生；室外大气稳定时，室内CO2浓度反映当前环境内新风量的人均需求是否达标。研究表明，医院室内环境的生物气溶胶浓度与颗粒物计数浓度呈正相关[7]，PM2.5浓度可以反映室内颗粒物浓度的污染程度。

2.2 网络层

人流量监测系统将监控摄像头采集的图像视频上传至服务器，运用人流量统计技术得出人员数量和密度。针对室内环境监测系统的传感器设备，采用LORA网关将采集数据上传至网络，服务器与网关通过MQTT协议传输数据。人流量监测系统与室内环境监测系统采集数据上传至平台层专有数据池。

数据流向如图2所示。

图2 数据流向

2.3 平台层

平台层分为设备管理模块和数据管理模块。设备管理模块主要包括摄像头和环境传感器，属于平台基础数据采集设备。设备管理模块为每个设备配备独有的ID号，以ID号为设备基本信息，制作设备巡检计划。设备需要关联BIM模型，使用ID号作为唯一标志进行绑定，实现模型端的设备空间分布和设备运行数据查看。

设备信息查询如图3所示。

图3 设备信息查询

数据管理模块采用分类法将数据存储在数据库中，一级数据分类依据为门诊区域不同，二级数据分类依据为设备类别不同，三级数据分类依据为展示与控制功能不同。数据处理中，将数据与控制条件进行对比，确定传达控制器设备的命令。

通风系统运营控制流程如图4所示。

图4 通风系统运营控制流程

2.4 应用层

应用层主要体现用户的实际需求。本研究中，应用平台的实际需求为数据展示和数据控制，用户可以使用PC端和移动端实现查看和控制操作。本研究设计大屏中心展示平台的部分功能。

大屏中心数据汇总如图5所示。

图5 大屏中心数据汇总

大屏中心数据汇总中，人流量密度以不同颜色表示[8]，大屏显示数据包含通风系统状态参数、环境参数、能耗监测、视频监控。利用BIM模型反映物理现实世界实况，使管理人员能够快速了解和定位相关设备位置。

2.5 智慧医院管理平台集成应用

现阶段智慧医院管理平台的运维阶段主要进行医院资源的运维管理，充分保障医院在运维期间水、暖、电设备的正常使用，保证安保、消防、能源等的综合服务。医院数据平台汇集由传感器设备采集的数据，将数据进行整合和加工处理，实现多端应用功能，辅助医院运维管理的高效决策[9]。因此，医院运维管理平台的信息集成度高，融合多个系统，涉及不同范围的集成管理中心，医院通风系统管理属于子系统，可以与其他系统形成交互共享信息，实现室内环境的智慧运营。