趙國林

1. 上海建工四建集團有限公司 上海 201103；2. 上海建筑改建與持續(xù)利用工程技術研究中心 上海 201103

上海市東方醫(yī)院新樓擴建工程位于陸家嘴地區(qū)，總建筑面積83 161.97 m2，包括地上24層、地下2層，主要服務于重大保障和高端醫(yī)療，建成后將增加床位500張。

醫(yī)院建筑機電設備復雜，包括通風空調(diào)、變配電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、醫(yī)用氣體系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)以及樓宇自控系統(tǒng)（BA）等[1]。并且，醫(yī)院建筑需要不間斷管理，運維管理壓力大。目前使用的BA、維護維修系統(tǒng)、空間管理系統(tǒng)等相互獨立，不能針對醫(yī)療服務需求將建筑本體和運維管理信息有機融合，不便于中、高層管理中的快速決策，運維管理效率低[2]。傳統(tǒng)扁平化、臺賬式管理模型非常不直觀，難以對大量的數(shù)據(jù)信息進行監(jiān)控和分析決策。

本研究以東方醫(yī)院新樓為例，通過整合BIM、BA、視頻監(jiān)控等先進信息技術，打通建設與運維階段的信息斷層，融合建筑靜態(tài)和動態(tài)信息，實現(xiàn)了基于BIM的醫(yī)院建筑三維可視化、集成化和主動式智慧運維管理目標[3-6]。

1 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運維技術

基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運維技術的總體技術框架如圖1所示，具體包括以下關鍵研究內(nèi)容。

1.1 面向運維的醫(yī)院建筑BIM構(gòu)建方法

圖1 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運維技術

建立面向運維管理的醫(yī)院建筑各階段BIM建模要求，梳理空間、資產(chǎn)、機電系統(tǒng)和設備的屬性信息動態(tài)創(chuàng)建、交付和集成要求，形成醫(yī)院建筑運維模型交付標準，為智慧運維提供模型基礎。

1.2 跨系統(tǒng)的建筑運維異構(gòu)信息集成與存儲技術

綜合應用關系與非關系數(shù)據(jù)庫技術，研究BIM與資產(chǎn)管理系統(tǒng)、報修服務系統(tǒng)、BA、醫(yī)用氣體監(jiān)控系統(tǒng)等的信息集成方法，解決模型更新時BIM與異構(gòu)運維信息的自動關聯(lián)等難點問題。

1.3 基于BIM的醫(yī)院建筑可視化運維管理技術

研究基于BIM的空間布局和功能分布展示、機電系統(tǒng)上下游邏輯結(jié)構(gòu)自動提取、設備實時運行狀態(tài)與預警信息推送等可視化管理技術，以輔助綜合運維管理與快速決策。

1.4 基于BIM和人工智能的智慧運維技術

研究基于物聯(lián)網(wǎng)和BIM的數(shù)據(jù)挖掘技術，為運維服務主動推送醫(yī)院不同類型房間的設備信息、維修歷史和運維需求。應用神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能算法，研究重大設備的性能分析、評價和預警策略，輔助提前發(fā)現(xiàn)設備潛在故障，制訂設備維護計劃。

1.5 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運維管理系統(tǒng)研發(fā)與應用示范

開發(fā)基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運維管理系統(tǒng)，包括建筑信息管理、空間管理、機電設備管理、維修服務中心、視頻安防管理以及綜合決策分析模塊，支持可視化、集成化、主動式運維管理，并在東方醫(yī)院改擴建工程中進行應用示范。

2 面向運維的BIM構(gòu)建技術

BIM模型是建筑智慧運維系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)來源，因此BIM運維模型構(gòu)建方式十分重要。在東方醫(yī)院新樓建設階段，本項目使用Revit軟件創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)、機電安裝、視頻監(jiān)控、電梯、精裝飾、醫(yī)用氣體、污水處理等各專業(yè)的BIM運維模型。然后在此基礎上，添加初始的空間分配、維護維修計劃和流程、BA監(jiān)測和視頻信號等信息，最終形成BIM運維模型，具體建模技術路線如圖2所示。

圖2 面向運維的BIM模型創(chuàng)建技術路線

BIM運維模型主要參照最終版竣工圖紙建模，并對機電設備集中的重點部位進行抽樣實測實量，根據(jù)實際情況對竣工模型修正，保證模型與實物盡可能一致。對于竣工圖紙未表現(xiàn)清楚的地方，需要應用激光點云掃描儀、全站儀等進行實測實量。BIM運維模型主要以“.rvt”和“.nwd”格式存儲。BIM運維模型由BIM運維系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫存儲，包括模型文件和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)2個部分。BIM運維模型除了常規(guī)BIM模型包含的幾何模型與信息數(shù)據(jù)之外，需要對監(jiān)控設備、機電設備、傳感器、房間、醫(yī)療設備等運維系統(tǒng)管理對象進行準確的幾何建模和詳細的信息錄入。模型中包括各設備的維保信息，如廠商、生產(chǎn)日期、技術參數(shù)、保修期等在設施管理階段參數(shù)。

3 跨系統(tǒng)的運維信息系統(tǒng)集成技術

基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運維技術需要將醫(yī)院建筑已有的BA、視頻監(jiān)控、能耗分項計量、污水處理監(jiān)控等運維相關信息系統(tǒng)與BIM進行集成，支持智慧運維管理。在東方醫(yī)院新樓建設過程中，業(yè)主與相關系統(tǒng)的供應商合同中明確要求各供應商需要提供BIM系統(tǒng)可以使用的數(shù)據(jù)接口，為后續(xù)的信息集成奠定了商務基礎。

在技術層面上，BA系統(tǒng)采用OPC協(xié)議作為數(shù)據(jù)接口；能耗分項計量系統(tǒng)采用Modbus/TCP協(xié)議作為數(shù)據(jù)接口；視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用TCP協(xié)議作為數(shù)據(jù)接口；污水處理系統(tǒng)采用Modbus/TCP協(xié)議作為數(shù)據(jù)接口。在BIM建模時，建立相應監(jiān)測設備的模型，并將監(jiān)測點位信息輸入設備屬性，從而實現(xiàn)BIM中監(jiān)測對象與BA中獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)匹配，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。

4 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運維系統(tǒng)

本項目開發(fā)的基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運維系統(tǒng)（圖3）包括網(wǎng)頁端、智能移動端、桌面客戶端3個客戶端。網(wǎng)頁端用于機電設備管理、維護、維修等運維日常管理與統(tǒng)計分析，方便管理人員隨時隨地通過瀏覽器查看樓宇運營情況。智能移動端用于現(xiàn)場維護維修人員上傳反饋信息，包括建筑信息瀏覽、評價等服務和設備設施盤點等功能，借助RFID/二維碼等物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)對醫(yī)院設備快速定位、盤點、查詢等管理。桌面客戶端作為運維數(shù)據(jù)的導入端口、運維管理內(nèi)容的展示和培訓，需保證模型的輕量化、清晰化及運維相關流程的直觀性；桌面客戶端基于VR技術開發(fā)，展示高度真實感的BIM模型，運行于樓宇運維服務中心。

圖3 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運維系統(tǒng)

4.1 基于BIM的空間運維管理

基于BIM模型建立房間、大廳等空間信息，支持在三維視圖、列表等視圖中查看房間屬性信息，并進行房間使用的統(tǒng)一分配和統(tǒng)計分析?；诜块g的運維需求查看，快速獲取不同房間的差異性運維需求，輔助現(xiàn)場運維實施（圖4）。可為每個空間生成二維碼或藍牙信標（ibeacon）作為室內(nèi)定位標簽，支持通過掃描二維碼或根據(jù)藍牙信號自動定位維修請求等。

圖4 基于BIM的空間管理

4.2 基于BIM的機電設備管理

BIM運維系統(tǒng)通過導入機電設備BIM模型，展示各個系統(tǒng)的主要設備信息、邏輯結(jié)構(gòu)以及物理結(jié)構(gòu)。通過OPC等標準接口與BA無縫對接，獲取BA的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中備份BA系統(tǒng)獲取的各類智能監(jiān)測數(shù)據(jù)；同時與BIM模型中的構(gòu)件對應，在三維視圖中展示各個設備的運行情況和報警狀態(tài)。如空調(diào)機組及過濾器狀態(tài)、送風溫濕度、CO2及CO濃度的情況，通過不同顏色標識顯示機組及過濾器的狀態(tài)。系統(tǒng)以列表、趨勢圖等方式展示各監(jiān)測點的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便后臺管理人員全方位掌握機組的運行情況，同時對其性能進行評估（圖5）。

圖5 基于BIM的機電設備運行監(jiān)控

系統(tǒng)還可根據(jù)設備的運行情況、定期維保要求和維保班組工作負荷情況，自動發(fā)起設備維保計劃，實現(xiàn)預防性的維保工作，減少設備故障。

4.3 基于BIM的能耗監(jiān)測與節(jié)能潛力分析

對接醫(yī)院建筑能耗分項監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)醫(yī)院能耗監(jiān)測；建立各供電回路與BIM的關聯(lián)，實現(xiàn)基于BIM展示各供電回路控制的區(qū)域和設備；采用先進的能耗分類模型對各回路數(shù)據(jù)進行分項統(tǒng)計；支持根據(jù)時間和空間對空調(diào)、照明、動力等分項的能耗進行多維度的統(tǒng)計分析，包括晝夜峰谷比、季節(jié)峰谷比，診斷可能存在的能源浪費行為，輔助管理優(yōu)化，達到減少能耗的目標。

5 應用實踐

在應用實踐過程中，本項目成功地在將東方醫(yī)院新樓工程BIM模型導入基于BIM的智慧運維系統(tǒng)，并與BA、視頻監(jiān)控、污水處理監(jiān)控、能耗分項計量等系統(tǒng)對接，完成了系統(tǒng)初始化。東方醫(yī)院運維團隊可在運維機房實時查看新樓設備運維和報警情況，并接收來自電話、微信等方式的報修信息，輸入運維系統(tǒng)，實現(xiàn)在線報修服務管理。醫(yī)院績效管理人員通過本系統(tǒng)分析住院部、門診部、急診部、醫(yī)技部的照明用能晝夜峰谷比和空調(diào)用能晝夜峰谷比，制訂了醫(yī)院新樓節(jié)能管理方案。

6 結(jié)語

1）通過開放的現(xiàn)有接口，可以實現(xiàn)BIM與BA、視頻監(jiān)控、能耗分項計量等運維信息系統(tǒng)的信息集成，建立建筑運維信息模型。

2）基于BIM實現(xiàn)可視化、集成化的建筑運維管理，有助于運維管理人員快速了解設備運行情況和報警情況，輔助分析和處理設備故障，提高運維效率。

3）基于BIM和數(shù)據(jù)挖掘技術，可深度分析不同功能區(qū)域的照明、空調(diào)和設備能耗情況，包括晝夜峰谷比、季節(jié)峰谷比等，發(fā)掘節(jié)能潛力點，輔助“綠色醫(yī)院”建設。