張玉琢，陳新華，張 赫，張信龍

(1.沈陽建筑大學(xué)管理學(xué)院，遼寧 沈陽 110168；2.中國建筑東北設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110623)

智慧醫(yī)院由IBM公司的Samuel Palmisano提出的智慧地球衍生而來，包括遠程護理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)醫(yī)療設(shè)備、建筑和設(shè)施等八大方面內(nèi)容[1]，其最大的特點為信息多樣化，可通過多種信息的有效利用解決醫(yī)療衛(wèi)生資源配置問題。但是當前涉及醫(yī)院建筑的信息化研究較為零散，此外，海量的建設(shè)信息和頻繁的信息交互也為智慧醫(yī)院增加了建設(shè)難度。建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術(shù)與精益建造(Lean Construction，LC)理論的提出恰恰是實現(xiàn)項目信息化的最好工具，二者的集成應(yīng)用已經(jīng)成為一種全新的工程項目管理模式。

吳京戎等[2]針對醫(yī)院項目所產(chǎn)生的復(fù)雜管線綜合設(shè)計信息，提出了可以通過BIM+RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)達到信息管理一體化。呂欣豪等[3]根據(jù)大型醫(yī)療建筑施工難度較大的特點，提出了將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工現(xiàn)場，實現(xiàn)了信息化、精細化的全過程施工管理。張玉彬等[4]結(jié)合BIM模型與醫(yī)療運維管理的特點，構(gòu)建出基于BIM模型的醫(yī)院智慧運維集成系統(tǒng)，為實現(xiàn)智慧醫(yī)院運維階段的精益建造提供了典范。

綜上，針對醫(yī)院項目的信息化管理研究多數(shù)是在建設(shè)過程的某一階段，借助BIM技術(shù)強大的信息性與連續(xù)性對信息化管理進行研究，顯然并未貫穿智慧醫(yī)院全生命周期建造過程。本研究基于BIM技術(shù)與精益建造理論之間強大的協(xié)同關(guān)系，搭建基于LC-BIM方法的信息集成系統(tǒng)，以促進智慧醫(yī)院建筑全生命周期精益建造的實施，實現(xiàn)醫(yī)院建筑建造過程的信息化，同時，為對接智慧城市建設(shè)提供基礎(chǔ)的建筑信息支持。

一、LC理論與BIM技術(shù)

1.LC理論

LC理論由芬蘭學(xué)者Lauri Koskela于1993年在精益建造國際研究小組會議中首次明確提出。它由精益生產(chǎn)延伸而來，其主要目的是在建筑產(chǎn)品的全生命周期過程中不斷消除實施過程中的浪費和不確定性，協(xié)調(diào)建造過程中各參建方的利益和需求，最大限度地實現(xiàn)建筑企業(yè)的利潤最大化。Bo Liu指出精益建造的宗旨是在保證工程質(zhì)量的同時，盡可能地減少浪費，使價值達到最優(yōu)[5]。筆者根據(jù)相關(guān)文獻總結(jié)出LC理論具有以下原則：①全過程管理；②標準化管理；③減少變更；④縮短工期；⑤不斷改進；⑥可視化管理；⑦并行工程；⑧信息共享；⑨重視客戶需求。

2.BIM技術(shù)

BIM是通過參數(shù)化模型使項目的信息在不同參與方之間進行傳遞和共享，實現(xiàn)工程建設(shè)管理可視化、數(shù)字化和信息化的目標[6]。不同國家和組織對于BIM的定義不盡相同，但總體上包括兩大核心理念：

①BIM是對建筑物的物理和功能性質(zhì)的數(shù)字化表達，包含了建筑工程的幾何和功能屬性以及與之相關(guān)的項目全生命周期信息。此外，這些信息是與建筑構(gòu)件一一對應(yīng)的，可以在項目利益相關(guān)方之間傳遞與共享，且服務(wù)于建筑的規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維的各個階段。簡而言之，BIM信息是一個多維度的富含建筑物信息的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫[7]。

②BIM中所包含的信息是從立項開始直至拆除的項目全生命周期所有決策的可靠依據(jù)[8]，而且BIM可以在綜合協(xié)同的數(shù)字化環(huán)境中保持信息共享與實時更新，使建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、政府部門等項目相關(guān)單位都可以清楚全面地了解項目進程。

二、LC理論與BIM技術(shù)交互支撐分析

項目在實施過程中的終極目標是運用精細化管理的理念與方法，借助先進的技術(shù)手段，提高項目的管理水平。在LC理論框架下，工程項目可以通過BIM技術(shù)實現(xiàn)減少浪費、增加價值的目標[9]。而BIM在項目實施的各個階段的應(yīng)用為精益建造提供了技術(shù)工具。二者的相互支撐，是LC理論與BIM技術(shù)能夠協(xié)同應(yīng)用的基礎(chǔ)。

(1)LC理論對BIM技術(shù)的支撐作用

LC理論對BIM技術(shù)的支撐作用體現(xiàn)在兩個方面：①提高BIM技術(shù)的使用率。有學(xué)者對兼用BIM技術(shù)和LC理論的項目與僅使用BIM技術(shù)的項目進行了對比研究，發(fā)現(xiàn)LC理論的應(yīng)用使BIM技術(shù)的使用率大幅度提高。②提高BIM功能的系統(tǒng)應(yīng)用水平。即在大型建設(shè)項目中，LC理論的應(yīng)用能夠使BIM的碰撞檢查、4D進度管理與5D成本管理等功能的應(yīng)用更加準確且富有條理性。

(2)BIM技術(shù)對LC理論的支撐作用

BIM技術(shù)強大的信息管理能力，能夠真正實現(xiàn)建筑項目全生命周期內(nèi)的全部信息集成、共享、傳遞和分析處理，為項目提供一個信息資源庫[10]。有研究證明，BIM技術(shù)能夠促進精益建造原則在建造過程中的實現(xiàn)，其中，“減少變更”與“縮短工期”兩個原則與BIM發(fā)生的交互最多[11]。除此之外，BIM技術(shù)以建筑產(chǎn)品的3D模型為載體，有效集成了工程項目全生命周期內(nèi)的各類信息，使項目各相關(guān)單位可以及時且準確地獲取項目相關(guān)信息，有效解決精益建造管理過程中的信息斷層問題，對于提升精益建造的實施成果也有著明顯的促進作用。

三、基于LC-BIM方法的智慧醫(yī)院建筑信息集成系統(tǒng)的構(gòu)建

在實際項目中，技術(shù)功能的加持能夠使精益工具更充分地發(fā)揮價值，理論方法的引領(lǐng)與指導(dǎo)能夠使BIM功能更為系統(tǒng)化地充分利用[12]。LC-BIM方法的核心價值在于信息的高效集成與傳遞。它能夠有效避免傳統(tǒng)建造模式下建造信息傳遞流失和斷層現(xiàn)象。

1.基于LC-BIM方法的智慧醫(yī)院建筑信息集成系統(tǒng)架構(gòu)

智慧醫(yī)院項目的信息集成管理就是基于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，應(yīng)用現(xiàn)代工程管理理論，融合智慧城市理念與智慧醫(yī)院理念，并充分考慮工程管理中各個環(huán)節(jié)要素的動態(tài)變化及其影響關(guān)系，使項目各參與方、各階段之間達到整體協(xié)調(diào)和優(yōu)化的一種高效管理模式。系統(tǒng)架構(gòu)在設(shè)計時主要考慮實現(xiàn)這一高效管理目標，借助大型系統(tǒng)邏輯架構(gòu)設(shè)計中的三層架構(gòu)理論，建立如圖1所示的系統(tǒng)架構(gòu)。

圖1 基于LC-BIM方法的智慧醫(yī)院信息集成系統(tǒng)架構(gòu)

(1)功能層

項目全生命周期管理的核心理念不是為了創(chuàng)建更多的信息，而是通過有效的信息管理與共享來實現(xiàn)信息的重復(fù)利用。功能層以集成的項目全生命周期的信息為基礎(chǔ)，各單位按照自身需求有選擇地使用數(shù)據(jù)信息。根據(jù)工程的實際需求，筆者將設(shè)計管理、施工管理與運維管理作為系統(tǒng)的核心功能。

(2)模型層

建筑信息種類眾多、關(guān)系復(fù)雜，如何對這些信息進行有效的歸集與處理是模型層設(shè)計的重點[13]。隨著項目建設(shè)過程的不斷推進，建筑信息也逐漸繁雜。為了保證建筑信息的質(zhì)量與項目目標的實現(xiàn)，建筑信息模型也應(yīng)該隨之不斷地進行創(chuàng)建、集成與豐富，即項目從總體規(guī)劃到設(shè)計、施工、運營的不同階段，針對不同的實際應(yīng)用需求建立相應(yīng)的BIM子模型，各階段子模型可以通過對上一階段模型進行數(shù)據(jù)提取、擴展和集成，實現(xiàn)自動演化，最終形成符合精益建造理論與智慧建造理論，同時又涵蓋項目全生命周期建筑信息的模型。模型層不僅是功能層的數(shù)據(jù)信息來源，也能夠為數(shù)據(jù)層提供數(shù)據(jù)分類與轉(zhuǎn)換操作。

(3)數(shù)據(jù)層

建筑全生命周期的工程數(shù)據(jù)可以分為結(jié)構(gòu)化的BIM模型數(shù)據(jù)與外部數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化的BIM模型數(shù)據(jù)包括幾何形狀、位置、材質(zhì)、約束關(guān)系等信息，它利用符合IFC(Industry Foundation Classes)標準的數(shù)據(jù)庫進行信息存儲和管理。外部數(shù)據(jù)包括進度信息、交流信息、視頻、圖片等異構(gòu)信息。所有數(shù)據(jù)均分類存儲于數(shù)據(jù)庫中，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和集中動態(tài)管理。

根據(jù)C#、Python、JavaScript等相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)理論，基于LC-BIM方法的信息集成系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于LC-BIM方法的信息集成系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

2.信息集成系統(tǒng)的主要功能

(1)設(shè)計管理

設(shè)計階段對于智慧醫(yī)院項目精益建造的實施至關(guān)重要。有研究表明，40多年來，建筑行業(yè)的平均效率并不像其他行業(yè)一樣呈現(xiàn)增長狀態(tài)，反而下降了20%，其原因歸結(jié)為建筑行業(yè)的“割裂”特性[14]。除此之外，在醫(yī)院項目實施過程中，會存在大量的涉及醫(yī)療專業(yè)問題的建設(shè)難題。例如：在不同用途的功能用房中，應(yīng)如何根據(jù)各功能用房建設(shè)標準準確把握其設(shè)計要點，以及如何將醫(yī)護人

員的操作習(xí)慣融入設(shè)計方案。這些問題都需要項目相關(guān)單位能夠及時溝通，最大可能地減少設(shè)計方案的變更，實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計。借助基于LC-BIM方法的建筑信息集成系統(tǒng)，醫(yī)院項目在建造過程中可采用全過程BIM正向設(shè)計。

①三維設(shè)計協(xié)同。基于BIM技術(shù)的三維正向設(shè)計主要目的是解決設(shè)計過程中存在的問題。其解決途徑是問題提出者(包括院方在內(nèi))在該功能模塊下創(chuàng)建設(shè)計問題清單，相關(guān)專業(yè)人員在接收到清單之后，針對具體的設(shè)計問題提出專業(yè)的修改意見，并將之返給問題提出者，由問題提出者確定問題解決后，針對此次設(shè)計問題的流程全部結(jié)束。該模塊嚴格執(zhí)行設(shè)計問題的“發(fā)起—解決—確認—結(jié)束”閉環(huán)管理，能夠加強對設(shè)計過程中頻發(fā)的“錯、漏、碰、缺”等問題的檢查與審核，大幅度提升設(shè)計效率。

②技術(shù)交流。設(shè)計管理支持醫(yī)院項目各參建單位在系統(tǒng)中討論設(shè)計專項問題，支持多人共同參與話題討論，并結(jié)合模型構(gòu)件測量、動態(tài)視頻、圖片與涂鴉示意等功能，為項目各參建單位構(gòu)建一個真正實時高效的溝通渠道。例如：對手術(shù)室的平面布置，特別是手術(shù)床、麻醉設(shè)備與器械柜等設(shè)備的平面布置，在系統(tǒng)下能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計標準與醫(yī)生操作習(xí)慣的高效結(jié)合，共同創(chuàng)造出符合設(shè)計標準與醫(yī)護人員行為習(xí)慣的潔凈手術(shù)室，實現(xiàn)手術(shù)室的深化設(shè)計。同時，系統(tǒng)也支持多人對醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范、特殊病房設(shè)計規(guī)范與其他有關(guān)施工技術(shù)資料的共享?；贚C-BIM系統(tǒng)的信息傳遞示意圖如圖3所示。

圖3 基于LC-BIM方法的信息集成系統(tǒng)的信息傳遞

(2)施工管理

醫(yī)院項目為民生項目，社會期望值較高。醫(yī)院建筑不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且涉及專業(yè)眾多，如果采用原有施工管理模式，則很難滿足施工現(xiàn)場需求[15]。基于LC-BIM方法的施工管理，可以使施工單位參與深化設(shè)計，解決了設(shè)計單位施工經(jīng)驗不足的問題，有效避免了二次施工。除此之外，在該系統(tǒng)下，施工管理模塊要求BIM工程師常駐施工現(xiàn)場，按照項目實際進展與變更要求及時維護、更新BIM模型和工程數(shù)據(jù)庫，為醫(yī)院項目的后期運維管理提供了極大的便利。

①進度管理。施工技術(shù)人員在施工之前，對功能用房或采用新施工工藝的關(guān)鍵部位進行模擬，準確地將項目建設(shè)目標與設(shè)計方案落實到施工現(xiàn)場。同時，也可將BIM模型與工程進度方案鏈接，將項目的建造過程以3D狀態(tài)完整形象地呈現(xiàn)出來，便于觀察項目的實際進展狀況。對于項目施工過程中所出現(xiàn)的進度差距，系統(tǒng)支持根據(jù)P-D-C-A(Plan-Do-Check-Action)循環(huán)理論及時采取措施，進行糾偏和調(diào)整，同時，聯(lián)動修訂和更新進度計劃，使施工進度與資源調(diào)度達到最優(yōu)。

②安全管理。該模塊中可以實時查看根據(jù)各個風(fēng)險源預(yù)先設(shè)定的危險區(qū)域，也可借助無死角的視頻監(jiān)控設(shè)備，全方位、無間斷地監(jiān)控施工現(xiàn)場工作人員的位置，實時記錄人員位置信息并將其保存為日志。在人員靠近危險區(qū)域時及時發(fā)出預(yù)警，并通過系統(tǒng)推送、廣播和警報等多種形式直接告知施工人員和管理人員。該模塊也支持BIM與VR(Virtual Reality)技術(shù)結(jié)合利用，搭建安全教育活動體驗館，對勞務(wù)工人進行有效的安全教育，通過虛擬漫游的沉浸式體驗，讓勞務(wù)工人體會現(xiàn)場施工的各種風(fēng)險，以增強安全意識。

(3)運維管理

一個建筑物在建設(shè)階段所投入的成本只占其生命周期總成本的25%，使用階段的成本占總成本的75%，因此，對建筑的運維階段的管理是非常重要的?；谠悍浇ㄔO(shè)目標，醫(yī)院項目可在建設(shè)之初就引入基于LC-BIM方法的信息集成管理系統(tǒng)，在BIM模型建立過程中不斷收集、提取建造過程中的有效信息，實現(xiàn)設(shè)計、施工一體化。貫徹執(zhí)行設(shè)施管理(Facility Management)數(shù)據(jù)交換標準，按照醫(yī)院運維需求，輕量化處理BIM模型，同時，搜集所需設(shè)備臺賬、設(shè)備參數(shù)及其他設(shè)備相關(guān)信息并存儲于系統(tǒng)中，保證項目完工時將準確的、符合運維需求的BIM模型交付給設(shè)施管理部門，真正實現(xiàn)BIM技術(shù)在醫(yī)院建筑項目全過程的精益建造。

①維護管理。在信息集成系統(tǒng)下，基于竣工模型的BIM運維模型含有竣工圖紙信息、空間結(jié)構(gòu)信息、建筑系統(tǒng)信息、設(shè)施設(shè)備信息等。系統(tǒng)下的該模塊可以準確運用各類信息來提高運營維護階段的維護工作管理效率。檢查人員在檢查建筑質(zhì)量時對需要維護的構(gòu)件或設(shè)施進行標記，再上傳至云系統(tǒng)，使之與三維模型中對應(yīng)的部分相關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)也可對損傷類型、部位進行統(tǒng)計，并生成相關(guān)報告，定時發(fā)送給管理人員和專業(yè)維護人員，從而提高項目的運維效率。

②設(shè)備管理。將設(shè)備各種參數(shù)信息(包括生產(chǎn)廠商、聯(lián)系方式、使用年限等)與使用信息錄入系統(tǒng)，并將這些信息與模型信息一一對應(yīng)。例如：通過BIM模型，醫(yī)院可以將CT(Computed Tomography)、MRI(Magnetic Resonance Imaging)、DSA(Digital Subtraction Angiography)、檢查設(shè)備、檢驗設(shè)備等醫(yī)療重資產(chǎn)設(shè)備信息與醫(yī)院空間關(guān)聯(lián)起來，并在智慧醫(yī)院中存儲與設(shè)備相關(guān)的全部信息，既確保了設(shè)備資料的完整性，也實現(xiàn)了設(shè)備的可視化管理，能夠有效降低獲取設(shè)備信息的時間成本，利于醫(yī)院的新資產(chǎn)管理。

四、結(jié) 語

信息化背景下，醫(yī)院項目在建造過程中更加注重信息管理，而LC理論與BIM技術(shù)的相輔相成，巧妙地實現(xiàn)了智慧醫(yī)院的建筑信息管理。筆者通過對LC理論與BIM技術(shù)相關(guān)研究的查閱與分析，發(fā)現(xiàn)二者具有良好的交互作用，并按照大型系統(tǒng)設(shè)計理論，搭建基于LC-BIM方法的信息集成系統(tǒng)，同時，按照實際工程需要開發(fā)相關(guān)應(yīng)用功能，為醫(yī)院建筑的精益管理提供了載體，一定程度上改變了傳統(tǒng)建筑工程全過程信息管理模式。