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新冠肺炎疫情期间,医院建筑与BIM应用有哪些?

发布:中文网小编2号 浏览:1346人 分享
发布于:2020-04-10

今年的肺炎疫情的爆发,犹如给了中国一份巨大的难解试卷,不仅给医疗卫生领域带来了前所未有的极大压力,更给医护人员带来了极限式的挑战,中国为了迎接这场突如其来的考试,能够做好哪些更好的医疗领域应用呢?

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应用点1:基于BIM的医院空间资源管理和弹性功能分析

此次肺炎疫情充分暴露了我国医院空间资源弹性应对能力的短板,导致短时间无法形成足够的收治容量和诊疗能力,从而错失了初期防控的最佳良机,引发了肺炎疫情的快速蔓延。这就要求我们建立医院空间资源管理体系,分析各类空间的功能弹性和扩容可行性,形成医院功能单元系统的快速调整和弹性扩容能力。但是,医疗空间类型众多,空间也无法独立发挥作用,需要配备相应设备设施系统,也具有相应的物理环境要求,因此空间属性复杂、信息量大,无法采用传统的手工方式。在这一过程中,BIM模型对空间的强大的数字化和可视化表达能力,所包含的丰富的空间信息数据对空间资源管理提供了重要辅助。通过构建空间的弹性功能指数,开发基于BIM的医院弹性空间资源管理平台,对快速查找、分析、制定传染病诊疗空间改造和扩容方案,具有重要实际价值。

应用点2: 基于BIM的传染病医院医疗单元模型构建

医院是最复杂的民用建筑,也是规范要求最多和最高的民用建筑。以传染病医院为例,除了常用规范标准外,还需要遵守或参考《传染病医院建设标准》、《传染病医院建筑设计规范》、《传染病医院建筑施工及验收规范》、《医院负压隔离病房环境控制要求》、《医疗机构水污染排放标准》、《医院气体工程技术标准》以及《新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施标准》等建设标准、国家标准、行业标准和团体标准等。这给传染病医院尤其是应急医疗设施的设计建造带来很大挑战,既要高效率,又要高标准。因此,构建基于BIM的传染病医院医疗单元模型至关重要,可以形成符合各种要求的标准化的单元模型,为相关医院建设或者改造提供指导。

应用点3:基于BIM的传染病医院医疗工艺模拟与优化

传染病医院往往比其它专科医院或综合医院在感染控制、诊疗安全和服务效率方面要求更高。各种医疗工艺设计不合理可能引起路线交叉,造成局部医患人员过多。尤其在传染病爆发期间,普通病人、普通流感病人和新型病毒性流感病人交叉混合,患者和医疗服务人员交叉混合,等等,引发了院内交叉感染。这就需要对传染病医院的医疗工艺进行精细化设计,包括院内一级工艺、各医疗单元的二级工艺以及功能房间内的三级医疗工艺等。在这种情况下,BIM的数字化、可视化和集成化特点就可以发挥很大作用,医生、护士、专家、设计人员、工艺咨询等协同开展基于BIM的传染病医院医疗工艺模拟与优化。

应用点4:基于BIM的装配式传染病应急医院的快速建设与施工

此次火神山和雷神山医院的高效建设快速扩大了新冠肺炎疫情控制的病人收治能力,给疫情控制提供了至关重要的帮助,也在国际上受到了大量关注,中国高效的建造能力获得了普遍赞扬。24小时实时向公众开放云视频监控,更是体现了建造者的自信,体现了中国建造的“硬核”水平。两个应急传染病医院的快速建设得益于装配式模式,这一国内外目前在大力推动的新型建造模式。但是,装配式不仅仅是施工方法的改变,也对设计、加工、运输、安装和验收等提出了全新的挑战,尤其是对复杂的传染病医院建设。但由于应急医院的标准相对较对,建造速度要求较高,因此装配式模式较为合适。可以借助BIM对传染病应急医院的各专业集成设计、装配式模块设计与优化、造价分析、加工制作模拟、现场可视化交底、现场安装的4D模拟等提供辅助,利用物联网、云平台、GIS、二维码等可以实现装配式构件的全过程物流跟踪、现场校验和安装检查等。

应用点5:基于BIM的医院院内传染路径和动力学模拟

如上所述,传染病医院的感控要求、物理环境和医患安全要求较高。尤其是院内交叉感染,是新型病毒传染病扩散的重要源头,因此需要做好医院院内的传染控制。但是,对于新型传染病,我们往往缺乏传播途径的全面认识,空气、气溶胶、物体表面、水等都有可能成为院内的传染介质。这就需要对院内的传染路径进行系统研究,但由于传染路径的不可见性、非线性和复杂性,给传染控制分析带来了巨大挑战。利用BIM的参数化、性能化和可视化特征,可以开展中央空调空气流动、给排水流动的拓扑结构分析,以及进行空气动力学可视化模拟,分析院内不同区域和空间的空气流动规律,进行空气动力学参数化和可视化模拟,进而为院内传染控制提供辅助。

应用点6:基于BIM的既有医院传染病收治改造辅助设计与施工

对于新型冠状病毒所引发的肺炎疫情爆发,短时间需要大量的传染病医疗空间和医疗资源,而疫情早期的患者收治,又对避免疫情的快速集中爆发十分关键。但是,由于新型传染病集中爆发的时间短,病患数量众多,留院观察时间长,资源占用时间长,因此任何一个城市都无法用现有医疗设施进行应对,需要进行改造扩容,甚至建设临时应急医院或者“方舱”医院。这样一来,对现有医院的快速改造就十分重要。随着BIM在既有建筑改造中的应用越来越广泛,为这一需求提供了很好的辅助。基于BIM的既有医院传染病收治改造可以包括利用三维扫描进行快速空间分析和改造方案拟定,进行既有设备、管线和新增系统的对接分析,方案建模和多种方案的比较分析,现场改造施工的精细化模拟分析,以及改造区域与其它区域的感染风险分析等。_

应用点7:基于BIM的医院感染安全运行监测、分析与自动控制

由于医院在运行过程中的物理环境在不断发生变化,人群较为复杂,环境具有较大的不可控性,任何可能的隐患都会导致医内感染发生,因此新冠肺炎疫情期间医院的感染安全控制具有很大挑战。结合洁净手术室和智慧手术室的经验,运用BIM+物联网技术,可以参数化和可视化监控院内感染的运行状态,同时结合医院感染安全的防控要求,不断自动分析和预警感染安全风险,在此基础上基于5G技术联动相应设备(例如自动开启一些防疫设备,调动移动消毒机器人),实现基于BIM的医院感染安全运行的监控、自动分析、预警与智慧化控制。当然,由于疫情发生的持续时间具有不确定性,对于应急医院可能需要人机结合,在最短时间内实现监控方案。这一思路同样对常规状态下的医院感染和洁净空间监测与智慧控制具有实际意义。

应用点8:传染病医院BIM模型的规范符合性自动检查

如前所述,传染病医院有复杂的设计与建设规范、规程要求,而BIM可有效地提升这一过程。但是,一个现实的问题是,我们如何确保BIM模型以及相应参数是符合规范要求的。显然,人工检查和核对是不现实的。这也是传统人工审图被诟病的一大原因。一般而言,基于一定规则的大规模工作计算机处理的效率更高。随着自然语言处理、神经网络等人工智能技术的兴起,基于BIM的规范符合性自动检查成为可能。因此,基于这一理念和技术,形成传染病医院的BIM模型的规范符合性自动检查平台具有必要性和可行性,这为传染病医院的快速、准确和科学设计提供了技术基础,尤其是在应急状态下,这种方法更为重要。

应用点9:基于BIM的数字孪生智慧医院

这次疫情给我们一个很大的警示,就是我们的医院建设与运营管理水平还需要大幅度提高,尤其是在突发和应急的极限压力之下。例如,一个医院、一个城市、一个省份以及一个区域的医疗资源情况,也就是“家底”和“底数”,需要一个精细化的信息,这样才能较快实现“一本帐”和“一盘棋”。可以说,医疗资源已经成为战略性资源。而在这一过程中,基于BIM的数字孪生智慧医院建设就非常必要。数字孪生医院既能有效的统一管理数字资产,又能可视化的监控医院的实时运行状态,更重要的是,可以通过数字孪生系统不断进行预测、调整和优化现有运行方案,而这一工作不会对现有医院运营带来影响和风险。基于BIM的数字孪生医院是传统智能化系统、智慧医院平台的新的发展阶段。

应用点10:传染病医院建筑知识模型(BKM)

此次疫情防治过程中,给全世界印象最为深刻的事件之一就是火神山和雷神山两个应急医院的建设速度。但是,这两个医院高速建成的一个重要原因是设计图纸的快速提供和相应材料、设备、设施的快速供应。而设计图纸之所以能快速完成,得益于设计方2003年的小汤山医院方案。而后来的火神山和雷神山设计方案的快速共享,又为新型肺炎应急医院的“小汤山”各地版提供了快速支持。这给我们一个重要启发,那就是知识管理的重要性。以此为契机,应着力构建传染病医院和应急医院的知识管理系统,而BIM技术为此提供了重要数字化基础。基于BIM的数字化集成特征,可以构建传染病医院和应急医院的建筑知识模型(BKM,Building Knowledge Modelling),既为医院的快速设计和自动化设计提供丰富的数据和知识积累,也能保证设计方案的科学性和高质量。

作为建筑业的一项突破性创新技术,BIM应用发挥的作用越来越大,而BIM在医疗卫生领域日益广泛的应用,也说明了该项技术具有无限的可扩展性,物联网、人工智能、5G、区块链等新技术的兴起,更推动了BIM+开启了更为广阔的应用空间。

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