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        基于BIM技術(shù)的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)營(yíng)維護(hù)技術(shù)

        2018-12-06 07:44:22趙國(guó)林
        建筑施工 2018年8期
        關(guān)鍵詞:運(yùn)維能耗智慧

        趙國(guó)林

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

        上海市東方醫(yī)院新樓擴(kuò)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(wù)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(jī)電設(shè)備復(fù)雜,包括通風(fēng)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(yùn)維管理壓力大。目前使用的BA、維護(hù)維修系統(tǒng)、空間管理系統(tǒng)等相互獨(dú)立,不能針對(duì)醫(yī)療服務(wù)需求將建筑本體和運(yùn)維管理信息有機(jī)融合,不便于中、高層管理中的快速?zèng)Q策,運(yùn)維管理效率低[2]。傳統(tǒng)扁平化、臺(tái)賬式管理模型非常不直觀,難以對(duì)大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)控和分析決策。

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

        1 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維技術(shù)

        基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維技術(shù)的總體技術(shù)框架如圖1所示,具體包括以下關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容。

        1.1 面向運(yùn)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(yùn)維技術(shù)

        建立面向運(yùn)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(jī)電系統(tǒng)和設(shè)備的屬性信息動(dòng)態(tài)創(chuàng)建、交付和集成要求,形成醫(yī)院建筑運(yùn)維模型交付標(biāo)準(zhǔn),為智慧運(yùn)維提供模型基礎(chǔ)。

        1.2 跨系統(tǒng)的建筑運(yùn)維異構(gòu)信息集成與存儲(chǔ)技術(shù)

        綜合應(yīng)用關(guān)系與非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),研究BIM與資產(chǎn)管理系統(tǒng)、報(bào)修服務(wù)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(shí)BIM與異構(gòu)運(yùn)維信息的自動(dòng)關(guān)聯(lián)等難點(diǎn)問(wèn)題。

        1.3 基于BIM的醫(yī)院建筑可視化運(yùn)維管理技術(shù)

        研究基于BIM的空間布局和功能分布展示、機(jī)電系統(tǒng)上下游邏輯結(jié)構(gòu)自動(dòng)提取、設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)與預(yù)警信息推送等可視化管理技術(shù),以輔助綜合運(yùn)維管理與快速?zèng)Q策。

        1.4 基于BIM和人工智能的智慧運(yùn)維技術(shù)

        研究基于物聯(lián)網(wǎng)和BIM的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),為運(yùn)維服務(wù)主動(dòng)推送醫(yī)院不同類型房間的設(shè)備信息、維修歷史和運(yùn)維需求。應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能算法,研究重大設(shè)備的性能分析、評(píng)價(jià)和預(yù)警策略,輔助提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障,制訂設(shè)備維護(hù)計(jì)劃。

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

        開(kāi)發(fā)基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維管理系統(tǒng),包括建筑信息管理、空間管理、機(jī)電設(shè)備管理、維修服務(wù)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(dòng)式運(yùn)維管理,并在東方醫(yī)院改擴(kuò)建工程中進(jìn)行應(yīng)用示范。

        2 面向運(yùn)維的BIM構(gòu)建技術(shù)

        BIM模型是建筑智慧運(yùn)維系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)來(lái)源,因此BIM運(yùn)維模型構(gòu)建方式十分重要。在東方醫(yī)院新樓建設(shè)階段,本項(xiàng)目使用Revit軟件創(chuàng)建建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)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(yùn)維模型。然后在此基礎(chǔ)上,添加初始的空間分配、維護(hù)維修計(jì)劃和流程、BA監(jiān)測(cè)和視頻信號(hào)等信息,最終形成BIM運(yùn)維模型,具體建模技術(shù)路線如圖2所示。

        圖2 面向運(yùn)維的BIM模型創(chuàng)建技術(shù)路線

        BIM運(yùn)維模型主要參照最終版竣工圖紙建模,并對(duì)機(jī)電設(shè)備集中的重點(diǎn)部位進(jìn)行抽樣實(shí)測(cè)實(shí)量,根據(jù)實(shí)際情況對(duì)竣工模型修正,保證模型與實(shí)物盡可能一致。對(duì)于竣工圖紙未表現(xiàn)清楚的地方,需要應(yīng)用激光點(diǎn)云掃描儀、全站儀等進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量。BIM運(yùn)維模型主要以“.rvt”和“.nwd”格式存儲(chǔ)。BIM運(yùn)維模型由BIM運(yùn)維系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ),包括模型文件和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)2個(gè)部分。BIM運(yùn)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(duì)監(jiān)控設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、傳感器、房間、醫(yī)療設(shè)備等運(yùn)維系統(tǒng)管理對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確的幾何建模和詳細(xì)的信息錄入。模型中包括各設(shè)備的維保信息,如廠商、生產(chǎn)日期、技術(shù)參數(shù)、保修期等在設(shè)施管理階段參數(shù)。

        3 跨系統(tǒng)的運(yùn)維信息系統(tǒng)集成技術(shù)

        基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維技術(shù)需要將醫(yī)院建筑已有的BA、視頻監(jiān)控、能耗分項(xiàng)計(jì)量、污水處理監(jiān)控等運(yùn)維相關(guān)信息系統(tǒng)與BIM進(jìn)行集成,支持智慧運(yùn)維管理。在東方醫(yī)院新樓建設(shè)過(guò)程中,業(yè)主與相關(guān)系統(tǒng)的供應(yīng)商合同中明確要求各供應(yīng)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(wù)基礎(chǔ)。

        在技術(shù)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(xiàng)計(jì)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(shí),建立相應(yīng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的模型,并將監(jiān)測(cè)點(diǎn)位信息輸入設(shè)備屬性,從而實(shí)現(xiàn)BIM中監(jiān)測(cè)對(duì)象與BA中獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匹配,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。

        4 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維系統(tǒng)

        本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維系統(tǒng)(圖3)包括網(wǎng)頁(yè)端、智能移動(dòng)端、桌面客戶端3個(gè)客戶端。網(wǎng)頁(yè)端用于機(jī)電設(shè)備管理、維護(hù)、維修等運(yùn)維日常管理與統(tǒng)計(jì)分析,方便管理人員隨時(shí)隨地通過(guò)瀏覽器查看樓宇運(yùn)營(yíng)情況。智能移動(dòng)端用于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)維修人員上傳反饋信息,包括建筑信息瀏覽、評(píng)價(jià)等服務(wù)和設(shè)備設(shè)施盤(pán)點(diǎn)等功能,借助RFID/二維碼等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)院設(shè)備快速定位、盤(pán)點(diǎn)、查詢等管理。桌面客戶端作為運(yùn)維數(shù)據(jù)的導(dǎo)入端口、運(yùn)維管理內(nèi)容的展示和培訓(xùn),需保證模型的輕量化、清晰化及運(yùn)維相關(guān)流程的直觀性;桌面客戶端基于VR技術(shù)開(kāi)發(fā),展示高度真實(shí)感的BIM模型,運(yùn)行于樓宇運(yùn)維服務(wù)中心。

        圖3 基于BIM的醫(yī)院建筑智慧運(yùn)維系統(tǒng)

        4.1 基于BIM的空間運(yùn)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(jìn)行房間使用的統(tǒng)一分配和統(tǒng)計(jì)分析?;诜块g的運(yùn)維需求查看,快速獲取不同房間的差異性運(yùn)維需求,輔助現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維實(shí)施(圖4)。可為每個(gè)空間生成二維碼或藍(lán)牙信標(biāo)(ibeacon)作為室內(nèi)定位標(biāo)簽,支持通過(guò)掃描二維碼或根據(jù)藍(lán)牙信號(hào)自動(dòng)定位維修請(qǐng)求等。

        圖4 基于BIM的空間管理

        4.2 基于BIM的機(jī)電設(shè)備管理

        BIM運(yùn)維系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)入機(jī)電設(shè)備BIM模型,展示各個(gè)系統(tǒng)的主要設(shè)備信息、邏輯結(jié)構(gòu)以及物理結(jié)構(gòu)。通過(guò)OPC等標(biāo)準(zhǔn)接口與BA無(wú)縫對(duì)接,獲取BA的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)庫(kù)中備份BA系統(tǒng)獲取的各類智能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);同時(shí)與BIM模型中的構(gòu)件對(duì)應(yīng),在三維視圖中展示各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況和報(bào)警狀態(tài)。如空調(diào)機(jī)組及過(guò)濾器狀態(tài)、送風(fēng)溫濕度、CO2及CO濃度的情況,通過(guò)不同顏色標(biāo)識(shí)顯示機(jī)組及過(guò)濾器的狀態(tài)。系統(tǒng)以列表、趨勢(shì)圖等方式展示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),方便后臺(tái)管理人員全方位掌握機(jī)組的運(yùn)行情況,同時(shí)對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估(圖5)。

        圖5 基于BIM的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控

        系統(tǒng)還可根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行情況、定期維保要求和維保班組工作負(fù)荷情況,自動(dòng)發(fā)起設(shè)備維保計(jì)劃,實(shí)現(xiàn)預(yù)防性的維保工作,減少設(shè)備故障。

        4.3 基于BIM的能耗監(jiān)測(cè)與節(jié)能潛力分析

        對(duì)接醫(yī)院建筑能耗分項(xiàng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)醫(yī)院能耗監(jiān)測(cè);建立各供電回路與BIM的關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)基于BIM展示各供電回路控制的區(qū)域和設(shè)備;采用先進(jìn)的能耗分類模型對(duì)各回路數(shù)據(jù)進(jìn)行分項(xiàng)統(tǒng)計(jì);支持根據(jù)時(shí)間和空間對(duì)空調(diào)、照明、動(dòng)力等分項(xiàng)的能耗進(jìn)行多維度的統(tǒng)計(jì)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(fèi)行為,輔助管理優(yōu)化,達(dá)到減少能耗的目標(biāo)。

        5 應(yīng)用實(shí)踐

        在應(yīng)用實(shí)踐過(guò)程中,本項(xiàng)目成功地在將東方醫(yī)院新樓工程BIM模型導(dǎo)入基于BIM的智慧運(yùn)維系統(tǒng),并與BA、視頻監(jiān)控、污水處理監(jiān)控、能耗分項(xiàng)計(jì)量等系統(tǒng)對(duì)接,完成了系統(tǒng)初始化。東方醫(yī)院運(yùn)維團(tuán)隊(duì)可在運(yùn)維機(jī)房實(shí)時(shí)查看新樓設(shè)備運(yùn)維和報(bào)警情況,并接收來(lái)自電話、微信等方式的報(bào)修信息,輸入運(yùn)維系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)在線報(bào)修服務(wù)管理。醫(yī)院績(jī)效管理人員通過(guò)本系統(tǒng)分析住院部、門(mén)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(yǔ)

        1)通過(guò)開(kāi)放的現(xiàn)有接口,可以實(shí)現(xiàn)BIM與BA、視頻監(jiān)控、能耗分項(xiàng)計(jì)量等運(yùn)維信息系統(tǒng)的信息集成,建立建筑運(yùn)維信息模型。

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

        3)基于BIM和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),可深度分析不同功能區(qū)域的照明、空調(diào)和設(shè)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(diǎn),輔助“綠色醫(yī)院”建設(shè)。

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