建筑的运维管理阶段是建筑使用价值的实际体现阶段, 越来越受到建设单位的重视。尤其对于医院建筑, 由于其功能特殊, 医疗设备、病房空调、锅炉等需要消耗大量的能耗, 建筑运维成本较普通建筑高。同时, 医院后勤设备如供电设备、供氧供气设备、洗涤设备、净化空气设备等是保证医院各项医疗工作正常安全进行的支持系统, 手术室、医学试验室等重点建筑空间的设备设施管理要求“零故障”, 因此, 对医院建筑设施设备实行快捷高效的精细化管理极为关键。

目前, 由于后勤人员不足、设备复杂、信息化水平有限等因素, 医院设施设备管理工作效率仍待提高。近几年, 基于BIM的运维平台逐渐得到了重视, 国外出现了很多结合了建筑信息模型 (BIM) 可视化效果的设施管理软件, 如Archibus、Bentley FM。美国马里兰大学医院等开始探索医院建筑全寿命周期BIM的应用, 以及BIM与建筑设施设备运维阶段的结合, 并取得了良好效果。这些软件能为用户提供完整的设施管理解决方案。但因设施设备管理流程的差异、管理理念和管理模式的不同, 并不能满足和匹配国内的医院建筑设施设备管理的业务需求。因此, 开发设计适用于国内医院建筑设施设备管理的软件平台具有必要性和紧迫性。

结合设施设备管理可视化和智能化发展的方向, 分析基于BIM技术的医院设施设备管理平台需满足以下功能要求:

利用物联网智能管理技术, 解决医用应急设备、医用气体、手术室洁净监测等关键设备等动态监控的问题。通过传感器将应急设备位置、医用气体运行情况、洁净监测等关键设备状态和能耗数据信息传至平台, 并在医院建筑BIM模型中定位。确保医院后勤运维管理工作人员可以实时定位设备和掌握设备、管道的状况, 提高管理的实效性, 一旦出现报警情况, 管理人员根据平台传送的实际情况信息, 及时做出处理, 降低风险隐患。

除了达到在医院建筑的全院、楼宇、楼层BIM模型之间实现切换和场景移动式漫游, 查看设施设备三维景象的可视化效果, 还应实现设施设备多维度查找。通过设备分类、安装位置、编号、是否关键医疗保障设备等属性条件实现设施设备查找和空间定位, 并可切换视角聚焦设备, 点击设备模型实现操作交互, 查看设备状态、能耗和其他关联信息。

通过平台, 将碎片化的设备信息、参数、图纸资料、运行信息等数据集成加载在BIM模型内, 实现设备运维过程的所有静态信息与动态信息与设施设备模型集成。在设施设备管理过程中, 除了可以快速定位设备位置, 查看设备故障状态, 也可点击模型对象实现模型放大, 查看设备外形尺寸和空间位置参数, 读取设备实时运行数据, 甚至实现远程开关控制。

可通过对设施设备设定标签信息, 在平台内通过程序接口, 与BIM模型进行数据信息交换。设施设备维修管理人员可通过手持RFID设备, 进行扫描, 读取设施设备基本信息和维护记录, 开展保养维修工作。在设施设备管理过程中, 设备的信息不断被更新到平台数据, 与BIM模型交互, 自动存储。同时, 通过设施设备维护记录、设备数据等分析, 自动生成设施设备维护计划, 在平台内提示, 实现前瞻性维护管理。

医疗设备和医院后勤设备体系庞大, 结构和功能复杂, 同时承载着各种运行压力。出现问题时, 必须尽快判断设备影响的范围和活动。利用BIM模型建立过程的数据和逻辑关联, 实现平台三维环境内设施设备的拓扑结构和逻辑自动关联, 辅助故障产生的原因分析、以及故障影响方位判断, 实现设备故障风险及时控制。

通过设备模型清单和BIM模型加载的设备采购和管理信息, 自动形成设备资产台账。集成设备运行、维护和更换信息, 实现设备资产管理。设备维修保养涉及的备品备件, 在平台内实现过程管理和查询分析。

将BIM技术建立的可视化模型与设施设备三维模型与能源计量、供水供电系统的传感器关联, 实现在平台内实时观察设备的日常运行消耗。结合BIM模型的空间管理功能, 对院区、楼宇、科室、区域等进行分类、分项能耗成本的时段统计和分析。

在综合考虑现代医院建筑运维的实际需求、BIM技术的优势、传统的医院设备管理平台情况和未来设施管理技术发展趋势的基础上, 研究医院建筑设施设备管理平台的建设目标。确定基于BIM的医院建筑设施设备管理平台建设目标主要包括以下几个方面:

(1) 利用BIM技术建立医院建筑及设施设备全寿命期管理的数据集成和可视化展现平台。

(2) 利用平台内医院建筑及设施设备信息管理的可视化展示环境, 实现可视化管理辅助, 结合静态和动态多维数据的集成分析, 实现智能辅助日常管理和重要决策。

(3) 建立互联网、监控中心、多移动终端的集成平台。

(4) 通过平台应用实施, 建立设施设备施工阶段和运维阶段的模型对接技术和标准。

(5) 通过医院建筑设施设备数据的多维度统计和分析, 提供医院建筑设施设备复合数据的基准分析、变化趋势和智能维护预测信息。

基于平台的运行效率和应用效果等方面的研究, 在逻辑上, 平台的架构设计包括基础硬件平台、数据库系统、平台后端、接口层、平台前端和业务层 (图1) 。

基础硬件平台是运行环境和硬件设备;数据层是系统数据存储中心, 包括设施设备、维修人员数据、BIM模型数据、传感器数据等;平台后端是支撑开发、运行的相关组件, 包括图形化展示工具、集成化开发平台、报表引擎、工作流引擎等;接口层是数据信息交互的中间处理层;前端是接收请求的平台页面层;业务层是用户操作层。另外平台同时纳入系统安全和建立平台的建设标准规范。

平台的业务架构如图2所示, 设施设备管理平台核心业务包括以下几部分: (1) 可视化展示体系:包括三维模式查看医院运维概览情况, 全院和楼宇、楼层不同视角查看能耗、空间、设备和实时监测告警信息, 管理医院后勤日常运维工作。 (2) 医院基本管理:管理楼宇、空间、设施设备的基本信息等。 (3) 成本管理:包括资产物资管理、设备能耗管理等。 (4) 设施设备管理:管理设施设备基本信息、维保记录和维保计划。 (5) 数据存储体系:模型数据库、业务数据库和实施监控数据库体系。

设施设备BIM模型运维化处理过程需要对信息进行添加, 平台对设备构件加载信息如下:

(1) 基本信息:设施设备编码、设施设备名称、固资编码、设施设备型号、技术规格书、操作手册、设施设备描述。

(2) 权属管理信息:资产权属部门、维护责任部门、使用部门。

(3) 来源信息:设计单位、施工单位、安装单位、建设单位、维护单位、供应商、出厂编号、产地。

(4) 时间信息:出厂日期、供应日期、开始使用时间、移交时间、设计使用年限、预期使用寿命、保修期、维修周期 (大修) 。

(5) 位置信息:空间三维坐标、建筑物定位、位置描述。

(6) 关联信息:上游关联设备编号、下游关联设备编号、中间联络供电设备编号。

(7) 经济信息:出厂价、合同价、维护费用、决算价。

(8) 其他信息:技术参数信息、维护保养信息、文件信息、客户信息、系统分类、产品说明、图纸归档。

基于BIM技术的设施设备管理工作流程如图3所示。医院建筑项目竣工以后, 由设施设备管理各方, 包括设备日常运维人员、采购安装人员等将各自管理的设施设备信息录入到BIM模型中, 然后将这些信息导入建筑运维管理数据库中, 同时导入设施设备其他信息及维修手册、合同等文档资料, 以保证数据完整。在设施设备使用过程中, 数据和文档资料持续更新。在运维管理系统中, 各设施设备管理人员依据权限获取信息, 按照职责完成设施设备运维工作。

平台利用JAVA、Web GL等开发技术实现了设备告警、可视化展现、设备电路逻辑拓扑结构查看、设备定位和查找、设备能耗统计分析等核心功能。

针对设置了告警阈值的设备和关键设备, 平台实时采集监控传感数据, 对出现异常和告警的设备, 在平台内定位和智能提示。通过告警信息查看、历史告警信息分析, 以及维保记录查看, 维修和应急方案推送, 及时发现和解决设备故障。以上海市胸科医院3号楼电气系统实施为例, 实现设备传感监控点与BIM模型关联2116个。

平台利用BIM及模型轻量化技术, 将运维阶段建筑内部结构、专业管线系统、设备等在三维空间环境内展现。用户可以在建筑内实现平面定位漫游, 点击设备模型, 可查看设备的安装位置、外观模型、尺寸参数、属性信息等。重要的医疗设备和后勤保障设备, 可查看实时监控信息。在三维空间实现建筑内部定位漫游和设备查看, 并且设计了平面视图的窗口辅助展现医院建筑的设施设备。

与传统的二维的设备逻辑结构相比, 在平台的可视化环境中, 能通过三维的方式展现电路设备的拓扑结构, 更便于设备的查找和判断。

医院建筑内设施设备出现故障风险时, 可通过平台查找设备, 并切换视角, 查找设备的上游、下游电路, 判断设备影响区域, 确立应急方案, 确保正常的医疗工作有序进行不受影响。

平台可实现三维空间内设备的有条件查找和定位, 通过设备位置、类型、编号等信息精确和模糊查找, 可对设备进行准确定位, 并且可查看设备模型上集成的关联信息, 包括设备出厂信息、采购信息、安装信息和维护保养说明以及图纸等各类文档, 以及设施设备实时监控信息, 历史告警记录。辅助设施设备管理人员全面掌握设施设备的情况。

通过模型与实时能耗计量设备的数据对接技术实现, 平台能统计全院、单栋建筑的设备能耗, 并以不同的统计时段为单位, 分析该时段内设备能耗变化趋势, 统计出大能耗设备。

同时通过能耗等级颜色的标准设置, 在院区、楼宇、楼层BIM模型内, 对模型进行能耗等级颜色标识。

随着医院建筑设施设备大数据分析、设备远程控制、多移动终端设备植入等功能开发应用, 管理平台的设计研究将为医院建筑逐步实现智能运维奠定良好的基础。