尹大勇

（讯飞智元信息科技有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引 言

2015 年10 月，安徽省合肥市政府与中科院合肥物质研究院合作共建合肥离子医学中心。合肥离子医学中心位于合肥高新区，一期质子治疗项目占地约46 666.6 m2，是一所集医疗、科研、教学于一身，以质子放射治疗技术为主要治疗手段，同时提供现代直线加速器放射治疗的现代化医疗中心。

在智能化子系统建设的基础上，发挥人工智能的优势，充分整合物联网数据，打造离子医院建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）建筑超脑，构建多端协同、多角色协作的综合管理平台。建设内容包括大屏可视化、Web 云端数据管理、“三端一云”（大屏幕信息发布端、本地信息显示端、远程信息接收端以及BIM 云服务）协同运营管理。整合各子系统的集中数据展示，包括基本概况、综合安防监控、能耗监控、设备监控管理、设备资产管理以及运维管理等。

1 离子医院建筑超脑建设内容

本项目旨在建设一套多端协同、多角色协作、适应不同应用场景的建筑超脑运营管理平台，离子医院建筑超脑建设内容如下。

1.1 大屏端（综合指挥及监管）

BIM 可视化展示大屏如图1 所示。

图1 BIM 可视化大屏界面

整合建筑空间数据、各子系统数据、实时动态数据，实现基于各个应用场景的综合数据分析监控和应用，形成直观、快速的数据查看界面，包括业务数据统计信息、设备运行使用状态信息、设备预警信息以及人员管理信息等[1]。

1.2 网页端（数据管理及分析）

网页端主要对设备及资产的运行、维护等进行全周期管理，监测人员工作状态，统计分析重要数据，实现建筑运营管理的全方位数据监测。

1.3 移动端（现场处理及反馈）

协助现场工作人员进行业务处理、问题反馈、故障定位、语音查询以及语音工单填报等，配合网页端实现闭环处理，提高工作效率。

平台建成后，在综合监控大屏端可实现多场景事件联动、实时监控、多源数据处理、灵活嵌入以及数据模版制作；在网页端可实现设备模型可视化、建筑大数据处理、存储功能模块化、模型视频漫游以及设备知识库建设等；在移动端可实现信息查询、事件处理、报修、接单、需求处理以及在线审批等。

2 基于BIM 的管理

利用施工阶段创建机电和监控设备等专业的BIM运维模型，在此基础上添加初始空间分配、维护计划与流程、楼宇自动化（Building Automation，BA）监控以及视频信号等，最终形成BIM 运维模型。BIM 运维模型安装在BIM 运维管理服务器的数据库中，包括完整的模型文件和关联结构化数据。与传统BIM 模型包含的几何模型和信息数据相比，BIM 运维模型还需要增加运维系统管理对象的相关信息，如监控摄像设备、报警设备、机电设备、传感器以及相关空间信息等。该模型包含每台设备在设备管理阶段的维护信息，如制造商、安装日期、主要参数以及保修时间等。

基于BIM 模型打造房间、设备间及通道等空间信息，以三维视图、列表等方式查看房间信息，对房间占用情况进行统一管理并形成统计报表。以房间为单位查看运维需求，快速了解不同房间、不同系统的运维需求，并协助现场运维实施。应用神经网络算法，对重大设备的性能进行分析、评估，形成预警策略，帮助工作人员提前发现设备的潜在风险，制定设备维修计划。

将机电设备模型关联导入BIM 运维系统，在BIM系统中展示各系统的关键设备信息、运行逻辑以及物理尺寸等。设备的正常状态和报警状态以大屏视图的方式显示，如空调机组和过滤器的状态、冷却水系统的状态、冷水机组和空调过滤器的状态，以不同的色彩显示。系统以条形图和走势图的形式展示各监测点的实时数据和历史监控数据，方便控制终端的管理人员掌握空调系统的实时运行情况，同时对机组性能进行评价[2]。

基于BIM 直观的空间布局和功能分布显示、机电设备相关联的逻辑结构数据提取、设备运行状态和预警信息推送等可视化显示技术，辅助管理人员实现便捷的运维管理和方案决策。以设备的安全保障和稳定运行为核心，结合物联网和信息技术，实现设备全场景的在线管理，包括消防、暖通、工艺冷却水及给排水等系统的实时状态监控。获取电梯状态和报警数据，监控报警联动，了解实时信息。对于动力、空调回路、插座回路及其他重要用电回路，重点监测回路的各种电气安全参数，包括电压、负载、电流以及温度等。监测消防灭火系统、喷淋泵、消防栓泵的运行状态，开展消防器材（消防栓、喷淋装置及灭火器等）的日常巡检与维护。对数据机房内的不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、综合物联网关、蓄电池以及精密空调等重点设备的参数进行监测，防范火灾[3]。对重要区域（机房）进行跑水监测，安装传感器，在出现异常时及时报警。监测消防、暖通、工艺冷却水以及给排水运行，提前发现隐患，从而提前制定处理措施。

建设建筑能耗分项计量系统并将其对接医院，在实现子系统数据归集的基础上，接入BIM 系统，建立各能耗回路的关联。基于BIM 平台，展示各能耗回路关联的区域范围和设备数量。利用超脑的能耗分类模型，对各回路数据分项统计分析，形成图表并在大屏上展示。从时间维度和空间维度2 个方面，统计大楼空调系统、照明系统及动力系统等的能耗，多角度分析存在的能源浪费情况，辅助优化决策，达到节能减排的目标。利用智能语音交互功能填报工单，方便快捷高效。通过语音交互模块可以实现语音问答、语音报修、天气查询、信息查询以及智能服务等。

3 应用价值

以物联网、建筑大数据、云计算、云存储、人工智能、移动互联以及地理信息系统（Geographic Information System，GIS）/BIM等新型数字化技术为基础，通过集成的数字化运营平台，对医学中心的基础设施进行全面连接，实现数据全融合、状态全可视、业务全统筹以及事件全管控，进一步降本增效，提高管理水平[4]。

从安全性提升方面来看，可实现全态感知、全域跟踪、极速响应。通过降低综合能耗，延长设备寿命，减少人员投入。对于效率的提升，提升内容包括建设效率、运营效率，对突发事件实现秒级反应，最终由一个中心统筹管理。

对接BA 控制系统，监控冷却水回路水温、水压力、阀门开度、水流量大小、水泵运行状态、电导率以及水力状态等信息内容，对数据进行分析处理，实现设备信息实时监控反馈。同时根据设备特性，制定设备维保计划，实时监控并调整维保计划，建立三端协同的系统监控和设备维保维修协作管理机制。

通过在BIM 模型中建立医院楼宇智能化和专用设备模型，并对接设备的运行数据，大屏端可实现对建筑内部所有重要设备的实时监控。当出现异常情况时，可以在模型中快速定位报警设备，并通过报警推送功能将报警信息推送到相关管理人员。工程人员根据移动端消息提醒提前制定解决方案，到达问题现场后及时处理，并通过手机端提交处理结果。网页端主要记录所有的设备报警和处理信息，保证工作记录的完整保存，同时对报警数据进行统计分析，反馈给大屏进行集中展示。通过在BIM 模型中建立监控设备空间信息模型，并对接监控设备的运行数据，实时预览查看画面，同步形成三维监控电子地图，可直接点击摄像头的图标或模型都打开摄像头监控画面。

接入能源计量系统数据，统计水表、电表的数据信息，实现院区用电、用水的历史数据统计分析，判断用电、用水使用趋势，并以图表形式直观呈现，为能源管理、投入决策提供数据支撑。

4 样板功能打造

4.1 AI 设备管理

基于设备标准编码与建筑子系统标准解析，实现设备模型与点位的匹配挂接，为设备管控提供数据基础。基于引擎算法和运维知识图谱，实现设备智能化的查询、监控、统计、分析、预测以及优化管理。设备管理界面如图2 所示。

图2 设备管理界面

4.2 AI 智慧监测

建筑安全管理过程中，在寻人、寻物等场景中，需要通过人工查询监控记录，浪费时间且准确率低。利用人脸识别技术和BIM 三维空间优势，可以实现人员的快速锁定和轨迹的三维追踪。利用视频分析技术对中控室、门岗等建筑重要位置监测，实现人员异常活动的实时报警和空间定位，减少安全隐患。

4.3 AI 智慧安防

建立二维、三维设备监控电子地图，做到在2种情况下均可直接点击摄像头的图标或模型打开摄像头监控画面。根据人员在视频监控中的行走轨迹，生成电子地图，分析重点区域热度，实现人员路线追踪。

4.4 智能电梯

智能语音电梯（离线版）采用高性价比芯片，具有低成本、高抗噪以及易集成等特点。电梯系统能够实现精准离线识别，支持200 个离线命令词识别，平均识别率95%以上[5]。其具有楼层索引功能，能够帮助乘客快速定位目标楼层。

智能语音电梯（在线版）具有优异的唤醒功能，唤醒率95%以上。其能精准识别方言，具体包括21 种方言。该型智能语音电梯具有多种交互方式，支持全双工交互和“one-shot”模式。电梯显示屏能够展示丰富的线上内容，有助于用户获取科普知识、天气预报等。

4.5 5G 云渲染

此项为预研技术，开发成功后大屏幕信息发布端、本地信息显示端以及远程信息接收端都可以快速展示和操作渲染后的三维模型。

5 建设效益

5.1 社会效益

全面继承中心建设过程数据，形成区域建筑数字孪生信息，并在后续使用过程中丰富建筑信息，形成医院建设样板效应。

5.2 管理效益

统筹设备监控分析、环境监测、人员工单管理，保障中心关键设备平稳运行，在日常监测、预警处理、维护跟踪全流程形成闭环管理效应。

5.3 服务效益

通过BIM 信息化管理平台，完善中心的统计数字空间管理体系。在重点区域管控、就医引导、人员管理等方面全盘管控，合理分配空间，提升空间使用效益，创造良好的交流体验环境，更好地服务用户。

5.4 经济效益

通过设备管理、工单管理、设备知识库管理，提升设备的日常维护水平，提高设备的管理效率，延长其使用寿命。通过该系统的建设，一年可节省大概20 万元的费用，具有较好的经济效益。

6 结 论

基于智能化子系统建设，发挥人工智能的优势，打造离子医院BIM 建筑超脑，构建多端协同、多角色协作的综合管理平台。从基本概况、综合安防监控、能耗监控、设备监控管理、设备资产管理以及运维管理等角度进行综合分析，该平台可以实现设备智能化的查询、监控、统计、分析、预测以及优化管理，对突发事件实现秒级反应，具有良好的应用价值。