基于BIM的医疗建筑智慧建设运维管理系统研究

为满足不断发展的医疗需求，医疗建筑空间和机电设施功能越来越复杂，这对医院建设和后勤管理要求越来越高[1]。

医疗建筑建设周期长，设计变更频繁，参与专业分包商、供应商数以百计，难以形成标准化的数字化工程档案交付业主[2]。

自医疗改革以来，医院建筑运维管理工作大多委托外包团队完成。

一方面，后勤外包团队水平参数不齐；另一方面，外包团队在建设完成后才参与到项目中，缺乏对建造信息的充分了解，难以快速实现高水平、精细化运维管理。

调研表明，目前我国医院后勤管理仍主要依赖人工进行被动式管理，难以全方位保障医院安全、高效运营[3]。

因此，医院医疗对后勤管理的高要求与相对落后的建筑运维管理水平之间的矛盾十分突出，急需通过信息化、智能化等技术提高医疗建筑运维智能化水平。

建筑信息模型（Building Information Model，BIM）是采用三维数字技术对建筑全生命期信息进行数字化、标准化表达，是集成建筑项目各种信息的数字化模型[4]。

近2年来，国家和地方BIM标准、政策不断推出，BIM软件、技术不断成熟，越来越多的项目应用BIM技术进行设计、施工，形成了三维数字化的建筑信息。

未来，由政府投资的新建医疗建筑将会全部应用BIM技术。

目前，BIM技术在医院建设阶段的应用较多，可实现可视化的进度、质量、安全、商务管理，支持基于BIM的竣工资料管理。

然而，BIM技术在医疗建筑运维管理中应用较少，未见成功案例[5]。

针对以上问题，本文首先提出一种基于BIM的医疗建筑智慧建设运维管理系统架构，通过集成设计、施工、运维信息，构建基于BIM的医疗建筑数据中心，无损交付业主；然后介绍公司自主研发的智慧建设管理平台和运维管理平台的架构和功能，通过对接现有医院后勤管理系统，为建设和运维团队提供一个集成化、可视化的管理平台，以提高建筑运维管理效率。

通过构建基于BIM的医疗建筑数据中心，未来可结合人工智能、大数据分析技术，针对建筑及设备进行综合分析、评价、预测及规划，支持主动式运维管理，打造安全、高效、绿色医院。

1现状调研与分析1.1医疗建筑建设阶段BIM应用现状分析医疗建筑既具备一般公共建筑的共同点，又具有医疗行业独有的特点[1]。

医疗建筑中机电系统繁多，除冷热源、给排水、变配电、照明、弱电、通风空基于BIM的医疗建筑智慧建设运维管理系统研究余芳强曹强许璟琳上海建工四建集团有限公司摘要医疗建筑空间划分和机电系统复杂，建设周期长，运维难度大，传统的建设运营模式已难以满足现代化高端医疗需求。

基于BIM的医疗建筑智慧建设运维管理系统架构，通过应用智能移动端、物联网等新兴IT技术采集各阶段建筑信息，并与BIM有机融合，开发智慧建设管理系统和智慧运维管理系统，可以形成医疗建筑大数据，支持精细化、智能化建设运维，减少突发事件，保障安全运营。

关键词医疗建筑智慧运维BIM软件基金项目：2017年上海市生产性服务业发展专项资金总集成总承包项目（SC-ZJZB-01-17-1049）调等常规系统外，还包括医用气体系统、气动物流系统、医疗排污系统等特殊系统，建设运维难度大、参与方多[1]。

医疗建筑空间划分为公共区域、专用区域、特殊区域等不同区域，对温度、室压、排风、排污、换气等要求各异的不同区域，建设运维品质要求高。

医院内病员、家属、医护、行政等人员密集且繁杂，运维安全要求高[1]。

然而，目前大部分医院运维工作多委托外包团队完成，水平参数不齐，传统的运维管理模式难以满足实际应用需求[3]。

BIM在医院建设中的应用案例较多，包括上海市胸科医院科教综合楼工程、北大国际医院、北京协和医院、浙江大学附属妇产科医院等[6]。

主要应用点包括三维深化设计、管线综合与碰撞分析、四维进度模拟与管理、工程量统计与成本分析等[7]。

但缺乏基于BIM的竣工资料交付相关研究和实践，未能解决建设信息向运维阶段无损交付的问题[5]。

1.2医疗建筑运维阶段BIM应用现状分析医院运维管理包括工程资料管理、机电设备管理、资产管理和安全保卫等方面，涉及后勤保障部、资产管理部、安全保卫部、工程部、信息部等多部门。

由于医疗建筑运维管理的复杂性，目前一些大型医院积极推进后勤智能化管理建设，包括报修服务管理系统、建筑设备监控系统、能耗监控系统等。

然而现有的运维信息化系统信息数据较为分散，相互割据，各系统之间缺乏有效的信息传递，从而形成信息孤岛；另外，缺少准确、全面的建筑本体数据，分析能力有限，可视化效果较差，难以充分发挥价值。

（1）医疗建筑的竣工图纸等工程信息主要由工程部及档案室管理，各科室持有的竣工资料与归档的竣工资料版本不一，影响了工程资料使用效率[2]。

（2）成熟的医院资源管理系统（Hospital Re-source Planning，HRP）可在线管理院区内设备、房间、基础设施等资产，以准确核算资产的数量及价值；但资产管理系统中房间、设备等信息缺乏与建筑实体或竣工资料的关联。

（3）机电设备管理信息化管理程度相对较高，楼宇设备自控系统(Building Automation，BA)或智能大厦管理系统（Intelligent Building M anagement Sys-tem，IBM S）可实现对医疗建筑设备系统（空调、锅炉、照明、电梯、医用气体、空压等）的实时运行监测、设备运行和能源消耗数据的汇总分析[3]。

（4）国内领先的大型综合医院一般具备较为成熟的消防报警系统、视频监控系统和电子巡更系统，已有医院开始实行消防物联网试点，通过实时采集供水管网和自动喷淋末端的水压数值，对消防安全进行监控管理。

文献调研表明，BIM在运维管理中的应用可实现基于BIM的设备管理[8]、BIM与计算机维修管理系统（Computer Maintenance M anage System,CM M S）的结合应用[9]，既有建筑的数据采集技术[8]和能耗监控，以及基于BIM整合资产信息、建筑空间信息、GIS信息进行资产管理、建筑安全管理等。

目前国内医院BIM运维仍限制在单个阶段或局部应用点，缺乏将BIM中建筑基础信息与后勤管理数据的有效集成与联动，难以实现智能的预防性维护，因此，基于BIM的医院智慧运维管理仍需多方面的探索与应用。

2医疗建筑智慧建设运维管理系统架构针对目前医疗建筑建设运维BIM应用中存在的信息断层等问题[4]提出了一种基于BIM的医疗建筑智慧建设运维管理系统架构（见图1），包括数据层、平台层、模型层和应用层。

该架构支持不同阶段参与方采用已有系统进行BIM应用，形成BIM子模型；然后通过统一的数据层进行数据集成和转化。

设计子模型施工子模型运维子模型医院建筑全生命期信息模型全生命期数据管理平台数据提取模块数据集成模块数据一致性维护模块数据转化模块基于BIM的全生命期数据库设计信息施工信息运维信息知识库数据层平台层模型层应用层设计系统▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲智慧建造管理系统智慧运维管理系统图1基于BIM的医疗建筑智慧建设运维管理系统架构图2智慧建造管理平台逻辑结构（1）数据层：构建基于BIM 的建筑全生命周期数据库（简称BIM 数据库），支持存储建筑设计、施工、运维各阶段信息，形成医疗建筑数据中心。

采用基于云计算的分布式存储技术，支持投资、建设、施工、运维等各参与方便捷地访问统一的项目数据。

（2）平台层：用于BIM 数据库的访问管理和维护，将各阶段创建的BIM 模型集成到BIM 数据库，并支持根据各参与方的需求提取数据的BIM 数据。

平台层支持规则，实现不同阶段数据之间的自动转化，如根据竣工交付的BIM 施工模型生成运维管理需求的初始数据，包括房间信息、资产信息等。

（3）模型层：基于开放的数据标准（IFC 、MVD 等）描述医院建筑全生命周期信息模型以及各阶段子模型；也支持rvt 等常用格式BIM 模型。

（4）应用层：包括基于BIM 的设计系统、基于BIM 的智慧建造管理系统、基于BIM 的智慧运维管理系统等。

各系统均支持导出标准格式的BIM 子模型，用于集成到BIM 数据库，支持导入标准格式的BIM 子模型，共享已有BIM 数据，实现信息无损互导和流转。

3医疗建筑智慧建设管理系统基于BIM 的智慧建造管理平台旨在应用物联网、云计算、WebGL 、数据库、Html5等技术和智能移动端等设备，实现项目各方面信息的自动收集和逻辑关联，实现进度、质量、安全、工程资料、技术等方面的可视化、集成化、精细化、流程化的在线管理。

以进度计划为核心实现进度汇总、质量验收、安全检查等工作的提醒，针对不同用户情况提供网页端、移动端、PC 端等多形式的管理平台。

为总承包管理提供智慧建造信息平台，促进精益化建造管理落地。

3.1系统架构智慧建造管理平台逻辑结果见图2，包括数据采集层、数据传输层、信息模型与信息集成层、智慧建造分析及管理平台、智慧建造末端设备5个层级。

其中信息模型与信息集成层采用图1所示的BIM 数据库与管理平台，为运维管理提供建设全过程数据。

施工状态监控与精细化管控人员安全智能管控施工现场危险源智能识别与报警施工质量实量反馈与处理施工场地监控与堆场管理施工工艺虚拟仿真与分析安装误差自动调节技术智能测量与放样技术智能安全帽移动管理设备智能场地管理设备垂直度调节装置智慧建造设施设备建筑全生命期BIM 模型基于云的数据存储技术智慧建造信息平台信息集成技术数据传输数据采集与识别互联网技术无线传输技术BIM 建模技术建造管理信息过程监控技术物联网技术建造监测技术图3运维管理系统架构3.2系统功能在上述架构基础上，公司自主研发了基于BIM 的智慧建造管理平台，并在上海多个医院工程进行了应用验证。

该平台实现了基于BIM 的进度计划管理、实际进度信息集成、进度对比分析等进度管理功能，质量问题发起、处理、追踪以及质量验收等质量管理功能，安全问题发起、处理、追踪以及重大危险源监控、安全设施监控、人员监控等安全管理功能，技术方案交底、追踪与变更管理，图纸等工程资料管理等功能，本文仅介绍该平台特色功能。

（1）“数模分离”式BIM 数据集成。

基于IFC 或BIM 软件插件可将BIM 中几何模型和工程数据集成到智慧建造平台，该平台采用NoSql 数据库存储几何模型，采用关系数据库存储工程数据，实现“数模分离”，并通过唯一ID 进行数据与几何模型中建筑构件的对应，提高数据交换效率，便于模型更新与管理。

（2）掌上进度管控。

支持管理人员使用微信方便地录入和查看每个构件、流水段（分区）或任务的施工状态（工序）以及隐蔽工程施工过程照片，支持项目各层级管理人员随时随地了解项目进度，并为后期管线维修提供参考资料。

（3）在线质量安全问题管理。

支持管理人员通过微信、网页等方式快速发起、处理、关闭现场质量和安全问题，并采用文字、图片、录像和语音等方式描述质量安全问题，可快速追踪、查询质量安全问题的位置、处理情况，提高质量安全管理水平。