文章来源：睿医界

    《全国医院后勤优秀论文奖》参评论文

    单位：上海市中医医院

    作者：糜德治

    【摘要】随着十三五期间上海医疗事业的蓬勃发展，伴随发展而来的医院后勤管理要求也越来越高。在建设高峰过后，通过“社会企业参与或承担”的开放模式，医院已能初步完成院后勤管理由粗放向标准、规范、专业的转变，但如何通过数字化的工具将基建与后勤，企业与医院有机结合，提升管理水平和沟通效率是本文讨论的重要前提。结合我院已开展的BIM技术在现有医疗建筑后勤管理中的具体实施情况，探讨BIM技术赋能后勤管理，助力医院后勤管理实现精益、科学、智能的更高层次目标。

    【关键词】医疗建筑医院后勤BIM技术

    一、引言

    2015年国务院办公厅关于印发《全国医疗卫生服务体系规划纲要（2015—2020年）》重要的通知，全文为为贯彻落实《国务院关于促进健康服务业发展的若干意见》（国发〔2013〕40号）精神，促进我国医疗卫生资源进一步优化配置之外，同时明确医疗机构在“提高服务可及性、能力和资源利用效率”的重要性，提出信息化技术转变医疗卫生服务模式，标志着医疗卫生行业将全面进入信息化、数字化、智能化时代。

    同年7月，上海市建筑信息模型技术应用推广联席会议办公室发布了《上海市推进建筑信息模型技术应用三年行动计划（2015-2017）》，同年12月第一批政府投资的BIM技术试点十项工程中，医疗建筑占了其中4项。

    2017年上海申康医院发展中心编写”上海市级医院建筑信息模型应用指南”。在充分考虑上海市级医院的管理现状、管理模式以及未来发展趋势的情况下，为上海市级医院BIM技术应用提供了规范及指导。在总计六个章节中，涉及后勤的有“大修改造项目BIM实施要点”、“协同管理平台”、“运维阶段BIM应用要点”三个章节，占到整个“指南”的半壁江山，可见以BIM为代表的数字化先进技术不光在建设周期中为医疗建设添砖加瓦，也正越来越多的在医院后勤管理中起到重要作用。

    二、BIM技术应用在医院后勤管理中的必要性

    BIM（BuildingInformationModeling）技术在当下国内基础建设项目中的应用已趋于普及，BIM技术的应用研究和BIM应用软件的学习推广也在医院的后勤基建部门中广泛的展开。从第一次接触revit2008到现在，在上海市建筑信息模型技术应用推广联席办公室和上海市建筑信息模型技术应用推广中心的支持下，我们已经见证了BIM技术在上海胸科医院、第六人民医院的成功实践，但相较于国外BIM技术已有20多年到工程应用实例，国内现有的BIM技术的应用更集中在基建项目的建设周期，基于BIM管理的经验较少，“重建设，轻运营”的固有思维模式依然有在BIM技术的应用中有所体现。

    随着上海医疗事业的飞速发展，作为医院日常运营体系中的重要一环，医院建筑的精细化管理理念应该从纸面落向实处，BIM技术完全符合精细管理数字化工具的功能需求。而从医疗建筑使用的全生命周期中看，在医院的后勤运维智能化管理中，BIM技术也会有更广阔施展空间，其原因也在于无论从建筑的单体规模及工程复杂性，医疗建筑都远远高于普通民用建筑。

    除去与医疗业务相关的HIS系统，由后勤管理的机电系统多达36项，且随着国家建设标准和设计规范的不断提高，其子项系统也层出不穷。由于建筑机电系统支持着医院的正常运营，而医院的运营保障直接关系到患者的生命安全，因此后勤管理，或者说支持后勤工作开展的机电设备必须在系统实时性和稳定性上有更高的要求。但面对繁多的机电系统，如何可视化的对其进行全面管理，又如何提升设施设备的运营效率，是摆在医疗后勤管理人员面前的一道难题，BIM的出现，在一定程度上，从医疗建筑本身为平台，为解决上述问题提供了技术可能。

    随着BIM系统在新建工程中的应用日益广泛，由于立面维度的增加，相较于平面图纸，在设计阶段医疗科室设置的呈现更直观，建筑结构上调整在早期也更易实现；另外机电管线碰撞的冲突检测可在BIM设计中及时完成，大大减少了后期施工可能产生的工程量估算偏差及设备材料浪费；而模拟仿真漫游所提供的身临其境的视觉、空间感受优势，在建筑方案设计、室内装修设计上有利于管理与设计人员及时发现不易察觉的设计缺陷和问题，对设计方案进行合理的比对和规划。我可以看到BIM技术相较于传统CAD电子图纸，在建筑结构平面、立面、剖面设计，机电综合管线碰撞预测上有着不可比拟的优势，同时在建设施工阶段其所见即所得的特性及模拟仿真漫游所能带来的经济效益是直观可见的。

    相信利用BIM技术的特点，把建筑信息模型用活，同样可以助力后勤管理达到设施设备互联互通，信息交互的目的。

    三、BIM技术在后勤管理应用中的问题

    相较于BIM技术在工程建设中的规模化应用，其在建筑后勤运维上的应用还在起步阶段，在医院相关项目实践中，发现主要问题如下：

    3.1缺乏BIM技术在后勤管理应用中的相关经验

    近年来，BIM技术虽不断发展，但基于BIM技术，成熟的高集成的建筑运维管理平台在国内还基本是空白，可参考的案例不多，在可参考的应用中，用于医疗建筑后勤管理的案例就少之又少，而能借鉴的应用于早期计算机数据中心的带有三维热场管理的DCIM(DataCenterInfrastructuremanagement数据中心基础设施管理)虽然在系统架构——现场采集层、监控系统层、管理服务层与BIM平台的设备层、边缘控制层、数据分析、应用层一一对应，且在网络链接上有不少相似之处，但限于国内应用较为小众，DCIM数据采集层涉及的设备及监控数据重点集中在环境温度、湿度与空调系统的末端控制，管理服务也趋向于机房环控，热点分析的应用，系统研究方向围绕着服务器展开，与普通民用建筑及医疗建筑存在明显偏差。

    另外，由于BIM技术在工程建设广泛应用，基于BIM的建设，可通过WBS分解工具分解后与构建ID进行关联，进而指定相对应的Project文件，用于导入Navisworks，生成还有构建信息的4D模型，其中运用到的Project软件工具，在工程上甚至更早于BIM技术的应用。而在工程量计算方面，2000以来国内CAD技术的使用率催生了一大批基于CAD技术的算量工具，其中的大部分产品也都适时推出了其对应BIM模型的应用插件，可以准确、快速地输出固定形式的工程量明细表格，可直接应用在造价、招标之中。

    如今在建设周期中，国内BIM技术的应用实际已有了我们暂且可以称之为“BIM生态圈“的相关配套的软件工具。而对比运维管理，仍有相当部分工作还处在半系统半人工的状态中，手动抄表，单纯的人工巡检还屡见不鲜，在后勤运维中缺少相关基础配套系统的应用无不是其中重要原因。

    较之于国外常用的基于BIM的FM（FacilitiesManagement基础设施管理）软件，诸如ECODOMUS、ONUMA、YOUBIM、VUEOPS、ARCHIBUS，其中多数没有引入国内，前四者还都只有英文界面，也没有相关的培训机构进行理论学习，而国内的FM软件平台多为组态软件外挂模型展示，在底层数据上并非基于BIM模型进行开发，在缺乏先进、成熟的BIM运维服务商的情况下，很难对两者进行横向对比，同样限制了BIM技术在后勤管理中的应用与发展。

    3.2用户诉求不明确

    在把遴选工作圈定于国内服务商的同时，我们未必能把工程建设中的BIM技术应用完整的保留。对此从积极的方面看，后勤工作是明显有别于工程建设的，在BIM技术应用于后勤管理尚处于摸着石头过河的初期阶段，构件ID和IOT信息的减法是可接受的，而且是必须去接受的。在项目启动之初，对于设备层的接入数量和功能要求的过分关注，追求大而全，现阶段往往会将BIM技术的局限性放大，尤其是在拥有如此繁复的机电系统的医疗建筑中，更为明显。

    不同于建设工程，运维模型的展示和系统平台的运行是7X24小时不间断工作的，机电系统的运营数据更需要实时更新，可预想较之构件ID的点位数据会成几何级增长，假设在系统架构时就不去完成优先级逻辑、数据清洗的预设，一味强调数据的全面性，冗余数据的通讯及处理一定会大量浪费数据传输和计算资源，拖慢系统的运行速度的同时影响到人机交互的体验。同理，在BIM运维发展初期，纳入过多大数据的子系统，例如全额接受安防监控系统数据，对于BIM运维系统的使用效果同样会大打折扣。

    另一方面，相较于传统的楼宇自控BA系统和FM系统，BIM运维系统的功能重点是否还是需要和前两者趋同，对于增加的三维视角是否只应用于定位管线的“跑冒滴漏”，如何准确定位BIM技术在后勤管理中的价值所在，如何发挥BIM的优势，仍需要和后勤管理工作的特点相结合。抓住重点，结合医院自身需求，完成系统平台的搭建，在首先保证BIM运维系统自身能稳定运行的前提条件下，把后勤工作对通过数字化驱动业务流程的真正诉求，通过BIM技术赋能而实现，正是当下远比学习REVIT等模型制作软件更值得思考和投入精力的所在。

    3.3现场管理的操作水平

    医院后勤的社会化是近年来医院后勤管理工作的发展趋势，随着越来越多的外包团队进驻医院，有更多的后勤一线操作岗位，特别是设施专业维护由外包团队负责。与本院职工相比，外包人员的流动性更大，对于医院的归属感和职业认同感也还都有待提升。且随社会的不断发展，相对于外包团队若干年一招标，低价中标带来的商务竞争压力及逐年上涨的生活成本，很难完全保证外包人员的职业素养、专业水平和学习能力能承担起由日新月异的机电设施构成的后勤保障工作。

    而后勤管理还面临着人员老龄化，青黄不接的局面，特别是在动力、电气等机电相关专业上表现的尤为突出，在现有后勤职工经验丰富的同时这也意味着学习能力已不比当初。

    基于此两点，又考虑到工程建设中BIM技术的应用，主要还是由设计方及施工单位等外部单位主导完成，核心使用方依然是建设相关企业，对于三维模型的理解与认识，与后勤一线的操作人员有着客观差异，鉴于没用实践和数据积累就没有发展的客观实际，对于BIM后勤运维系统的设计一定要考虑终端使用者的个体差异，在功能强大和操作简便之间寻找合适的平衡点。对此在设计BIM系统的操作权限等级、工单派送等人机交互界面时，从实际出发，尊重使用人员的使用习惯和接受程度，为确保最终BIM系统在后勤运维的可操作性，定制不同的客户端，是BIM系统走进后勤日常管理，真正成为行之有效的数字化管理工具的必由之路。

    3.4技术实现的局限

    无论是将BIM运维系统搬上云端，还是就于本地，繁多的机电系统与相关子系统，通讯规约的不统一是数据采集底层所面对的第一个问题。

    就变配电系统单一一项而言，近年来在原有电力监控系统的基础上，必须增加的系统就有电能管理系统、电气火灾监控系统、消防电源监控系统等。其中电力监控系统使用IEC61850通讯规约，电能管理系统现场多采用ModbusRTU通讯，而电气火灾监控及消防电源监控又混杂于Canbus于Modbus总线之间，由于通讯协议的不同，层层设置的网关和交换机都拖慢了数据更新的实时性。

    另外，由于传统的Modbus采用轮询通信机制，定时器的设置通常为秒级，而施工中又由于下位通讯电缆的链接多为手牵手方式，为了节省通讯路由，单路由集成的点位数量往往参考理论通讯的上限设置，而底层设备的单点通讯点位数量又有逐代增加的趋势，导致的结果就是集成在上位子系统内时，系统响应速度本就相当一般，外加子系统常使用SQL(StructuredQueryLanguage)数据库，与BIM系统的数据共享采用RSS（简易信息聚合）订阅，这一圈走完，数据能不丢包，就已经算的上是底层数据采集的成功，至于时效性如何，那是足以通过另起一篇论文来阐述的。

    其次，在设备层采集数据后，部分系统又需要与诸如BA、FS系统对接，而若站在医院使用方角度考虑，着眼未来，应急电源管理系统，配电设备智能化管理系统的上马也都只是时间问题。如何统一管理诸多子系统，让各个系统物尽其用，充分发挥自身功用的同时，在物理层面保证多系统数据稳定的前提下，在边缘控制层建立起有效的底层数据的清洗机制，利用的现有网络通讯条件（基于TCP/IP的设备局域网），保障各系统数据交互既能满足规范的对于各系统联动的要求，更能为上一层的数据应用层提供精简、真实的计算分析依据。

    而在BIM模型的应用上，受限于终端设备GPU（GraphicsProcessingUnit图形处理单元）的性能差异，要求所有操作权限的终端设备，尤其是移动终端都有能力处理、显示全场景大型建筑模型是不现实的，对于有条件在监控室之外的主要后勤科室设置有独立显卡的终端配合移动设备派送工单时辅以局部二维图纸则更为实际。

    在是否将系统放在云端的问题上，以本院为例，只含有部分机电设备的建筑模型打包后的应用文件已将近1G左右，如果把系统程序完全放在云端通过WEB访问，则只能寄希望5G等通讯技术的进一步快速发展。但若完全依赖本地服务器，我院在申请带宽百兆、固定公网IP地址、专线入户的网络情况下，系统程序终端安装，由外网访问服务器，只映射动态数据的刷新率依然只能满足使用要求，和流畅与秒开无关。因此，现阶段已尝试将机电设备的系统数据迁移备份至云端，依toC端的公有云实际应用体验，此举定能大幅提升BIM系统在外网使用的流畅性及用户体验。

    在国内未有正式引进ECODOMUS、ONUMA、YOUBIM、VUEOPS、ARCHIBUS等基于BIM的运维软件之前（其部分提供云端数据存储业务），现阶段对于BIM技术在后勤管理中的应用是探索性质的，其物理层的构架需视现实条件而定，也必然不能摆脱现有通讯技术的限制。而由于国内公立医院的特殊性，对于公有云和第三方数据存储的依赖程度一定不如普通企业业务之高，所以与其寄希望与掌握BIM软件标准的国外企业去解决现有问题，倒不如去做更多有益未来的技术尝试。

    四、BIM技术在改造项目中的应用实例

    我院芷江中路本部总建筑面积39647平方米，自2017年始，伴随着机电设备的改造，由后勤主导开展了关于基于BIM技术在后勤运维管理的尝试与探索。

    在2017的改造项目中，结合配电改造，出于对BIM技术的谨慎乐观态度，相较于可实现的部分底层数据—BIM系统的两层架构，我们依然选择了在本地部署边缘控制层，首先在项目FM基础设施管理系统的选择中，我们最终采用了施耐德电气的EBO（ECOStruxureBuildingOperation）系统作为边缘控制层，作为世界500强企业的成熟应用，在当时我们有理由相信，即使在BIM技术的应用环节中会出现各种不可预见的问题，但底层数据的保障及边缘控制系统的稳定，下可保证终端机电设备的正常运行，避免在改造过程中影响医疗业务正常开展；上可为BIM运维提供最为有效的数据支持，在BIM系统上线后，也可对比数据偏差，判断和解决数据交互所产生的问题。

    另通过3Dmax与Revit建模的比较，我们发现改造施工过程中机电综合管线工程相对单一，并不复杂，站在后勤角度对施工模型并没有具体要求，另考虑到门急诊楼建成投用至今已超过30年，随着业务变化也屡经大修改造，原先的设计图纸已与实际建筑产生较大偏差，对医院现有建筑的建模复原需求是主要考虑的出发点，那么对医院整体建筑复原Revit建模面数极高，多数建筑结构模型需要在后续Unity打包中做减面优化处理，避免程序包文件过重，以适应使用效果需求；而3Dmax建模接不需要做优化，减少建模工程量的同时降低了初期投入的成本，综上考量，我们采用了3Dmax对院内主要建筑物结构的复原，完成了建筑物及部分电气设备的建模，在Unity环境中实现了在有空间、时间维度的模型结构中对电气设备的运维、资产管理。

    2018的改造中，我们在模型上增加了机电设备及综合管线，包括院内低压电缆、冷冻水管道及蒸汽管网等的导入，并整合了原有的高低压变电站运行数据，通过改造UPS、灯控及冷水机组，完成了对其数字化的管理。

    在通讯物理层的构架上，考虑到数据的重要性，我们在监控室的设备间中设置了DELLR730/R620服务器各一台，分别安装BIM运维系统及用于边缘控制的EBO，并互为备份，在保证系统容错性的同时，兼顾了未来的可扩展性。在两次改造中，我们铺设了至门诊楼、病房楼、制剂楼的后勤设备专用通讯光纤，并在相应场地设置了交换机等通讯设备，为未来全院的数字化升级预留了端口。

    除此之外，受场地等客观条件制约，例如我院的UPS分别设置与门诊楼的一层及病房楼的17层的手术室，受限于敷设通讯电缆施工的不便，在改造过程中，我们尝试了LORA技术进行无线通讯，并在后续的使用过程中验证其良好的远距离无线通讯能力。而在门诊及病房楼的配电柜改造中，需要在不改变原有建筑结构的条件下，对配电盘柜的馈线回路进行扩容，我们利用Zigbee、WIFI等物联网无线通讯手段进行分项计量及设备数据采集，大大减小了配电盘柜的外形尺寸。

    经实践证明，面对未来越来越多的智能化机电设备的接入及数字化管理的要求，在我院的现有条件下，完全可利用新的通讯技术来解决原有改造工程中通讯电缆布线施工困难、对医院正常运营影响过大等问题，并通过BIM运维改善原有系统数据采集误差大，实时性不高等缺陷。

    五、展望未来

    回眸过去，手工制图的日子还历历在目；放眼当下，随着计算机技术及IOT技术发展，医院后勤保障的运维管理也已发生了翻天覆地的变化；放眼未来，如今BIM技术在后勤运维、管理上遇到的问题会是未来研究的方向，也相信伴随的VAR及5G技术的发展，BIM技术在医院后勤运维、管理中应用的场景一定会越来越广阔。

    参考文献：

    1.余雷.BIM在医院建筑全生命周期中的应用.同济大学出版社

    2.吴锦华、张建忠、乐云.医院改扩建项目设计、施工和管理.同济大学出版社

    3.伊斯曼.BIM手册.中国建筑工业出版社

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