數字孿生智慧後勤建設實踐及應用探索
山(shān)東中醫藥大學附屬醫院 孫溪 房(fáng)财福
【摘 要】醫院後勤管理作爲“三位一體”智慧醫院建設的重要組成部分,後勤管理信息化、智能化關乎到智慧醫院建設整體。以山(shān)東中醫藥大學附屬醫院惠民樓建設爲契機,借助先進的數字孿生、物聯網等技術搭建智慧後勤管理平台,采取“頂層設計、分步實施、逐步完善”的建設思路,進行智慧後勤建設的實踐及應用研究。實現了後勤管理業務的全流程電子化、數據及場景可(kě)視化,提升後勤管理維度,滿足後勤精細化管理需求,爲醫院高質量發展雙向賦能。
【關鍵詞】數字孿生+AI 智慧後勤建設 高質量發展 精細化管理
2021年(nián)10月,國家衛健委、國家中醫藥管理局聯合印發《公立醫院高質量發展促進行動(2021-2025年(nián))》,提出重點建設“三位一體”智慧醫院。醫院後勤管理作爲“三位一體”智慧醫院建設的重要組成部分,後勤管理信息化、智能化關乎到智慧醫院建設整體。
山(shān)東中醫藥大學附屬醫院于2017年(nián)4月成功入選國家發展和改革委員(yuán)會、國家中醫藥局《中醫藥傳承創新工程項目儲備庫》,作爲工程配套項目的惠民樓于2019年(nián)1月23日(rì)奠基開工。以惠民樓建設爲契機,我院借助先進的數字孿生、物聯網等技術搭建智慧後勤管理平台,采取“頂層設計、分步實施、逐步完善”的建設思路,進行智慧後勤建設的實踐及應用研究。數字孿生智慧後勤管理平台首先搭建了惠民樓的數字孿生模型,通過前端1942台套的物聯感知設備、全千兆弱電網絡構築的後勤專屬“設備網”,将能耗管理、醫療氣體、空調、照(zhào)明、電梯、監控、污水水質監測等系統以及空間分配管理和後勤的維修、維保、巡檢、值班業務均納入到平台中,實現了後勤管理業務的全流程電子化、數據及場景可(kě)視化,提升後勤管理維度,滿足後勤精細化管理需求,爲醫院高質量發展雙向賦能。
惠民樓是國家中醫藥傳承創新工程重點中醫院建設項目、山(shān)東省“十三五”重點民生工程,建築高度66.6米,地上主樓15層,裙樓5層,地下3層,總建築面積109906.39平方米,其中地上建築面積77594.43平方米,地下建築面積32311.96平方米。該項目已于2022年(nián)6月30日(rì)順利交付使用。
項目在規劃設計階段,充分考慮大樓運營運維問題,建立了後勤機電管控、安防等設備的設備專網,設置智能照(zhào)明系統、聯網風(fēng)盤控制系統、智能變配電輔控系統、電梯運行監測系統等智能化系統,并規劃建設了數字孿生智慧後勤管理平台。平台通過标準的HTTP、ModBustcp等協議(yì),全面集成醫療氣體、照(zhào)明、空調、能耗、電梯、生活水泵房(fáng)、污水水質監測、能源中心、變配電室、安防監控等系統。實現了通過一個平台,即可(kě)掌握後勤運行整體态勢。同時,平台實現了後勤維保、維修、巡檢的一站式服務模式,系統告警自(zì)動上傳到數字孿生平台,并實現對故障的實時定位及派單操作,管理人員(yuán)到場進行維修,維修後科室可(kě)對結果進行評價,實現了一站式服務的閉環管理。數據采集架構圖、數據處理架構圖分别如(rú)圖2、3所示。
圖2.數據采集架構圖
圖3.數據處理架構圖
1.1實現醫院後勤重點區域的安全全方位監測
作爲保障醫院運行及業務正常開展的關鍵系統,電梯、變配電系統、醫療氣體、生活水泵房(fáng)等系統的安全平穩運行非常重要。
(1)電梯
項目通過搭建數字孿生電梯管理應用場景+電梯智能監控系統,實現對全樓21部電梯運行狀态的實時可(kě)視化監測,對電梯故障的實時分析及可(kě)視化告警。
圖4.電梯運行實時監測
(2)變配電室
平台中搭建的數字孿生變配電室管理應用場景,接入變壓器、有源濾波櫃、電容補償櫃、進線櫃、出線櫃等各類設備的實時參數,同時接入現場監控畫面,實現對變配電室的遠程監控。
圖5.變配電監測系統
(3)生活水泵房(fáng)
平台中搭建的數字孿生生活水泵房(fáng)應用場景,接入水泵、水箱等設備運行狀态數據,實時監測水泵房(fáng)水泵運行情況和水箱液位、地面水浸情況。通過接入監控視頻查看現場實時畫面,管理人員(yuán)通過平台實時了解設備運行态勢,節省了巡檢人力物力,提升管理效能。
圖6.生活水泵房(fáng)實時監控監測
(4)污水處理站
污水水質監測關乎到醫院污水排放(fàng)是否達标,通過構建污水水質監測數字孿生應用場景并接入數據,實時了解污水水質情況,做到異常實時感知。通過對指标設置預警值、告警值,一旦發生數據異常升高即會觸發預警,提醒管理人員(yuán)關注污水水質情況;一旦發生數據超标,則觸發告警。并可(kě)通過平台對曆史數據進行回溯,找到問題點,提高處理效率。
圖7.污水水質實時監測
(5)醫療氣體
平台接入了醫療氣體監測系統,在三維場景中展示樓層用氣節點及管道分支,可(kě)實時監測樓層氧氣壓力、流量以及吸引壓力,對壓力、流量異常點位及時報警并定位故障位置,爲醫療氣體系統安全運行提供保障。平台也對負壓機房(fáng)真空罐、負壓泵等設備進行實時監測,接入負壓機房(fáng)監控畫面,通過平台即可(kě)實時查看負壓機房(fáng)内部情況。
圖8.各樓層醫氣井監測數據界面
(6)能源中心
作爲爲患者提供舒适就(jiù)診環境的重要系統,同時也是醫院耗能重點區域,能源中心制冷(lěng)機組的科學管理尤爲重要。平台通過建設能源中心冷(lěng)水機組數字孿生模型,接入機組實時運行狀态數據,對機組進行全方位監測和可(kě)視化管理。更好的實現遠程監管,确保機組運行在合理的工況區間,在節能降耗的同時,爲患者打造舒适的就(jiù)診環境。
圖9.能源中心冷(lěng)水機組狀态監測
(7)網絡設備電源監測
作爲醫院各類業務信息系統的承載,樓層弱電機房(fáng)承擔了中樞的作用,弱電機房(fáng)的用電安全極爲重要,一旦發生斷電或其他(tā)問題,可(kě)能會造成比較嚴重的後果。平台規劃通過設置弱電井網絡設備UPS電源監測系統,搭建數字孿生UPS電源監測應用場景,對全樓弱電井内部的供電情況及UPS電源進行實時監測分析,一旦發生問題,孿生場景中會第一時間彈出告警信息并定位故障發生位置,同時将告警信息推送給相(xiàng)關人員(yuán),提升設備用電安全,保證醫院業務健康穩定發展。
圖10.弱電井UPS監測
(8)後勤重點管控區域監控
平台中還(hái)接入了後勤重點管控區域的實時監控,比如(rú)暖通機房(fáng)、變配電室、生活水泵房(fáng)、能源中心以及電梯轎廂等區域。
圖11.重點部位實時監控
1.2能耗可(kě)視化管理爲節能降耗帶來(lái)實質效應
(1)數字孿生能耗監測
在傳統醫院建設項目中,能耗計量大多比較粗放(fàng),能耗計量節點大多集中在能耗初始節點,無法對分支能耗、末端能耗進行計量,導緻隻能看到總體耗能情況,無法精準分析能耗具體情況,也就(jiù)無法做到對能耗的精準分析和控制。
本項目中,通過搭建數字孿生能耗監測管理應用場景以及設置178塊物聯網遠傳電表、129塊物聯網遠傳水表,實現了對住院病區分區精細化計量。平台可(kě)以記錄實時上傳的各住院病區的能耗情況,并且通過不斷地運行積累數據,對各科室住院病區能耗進行趨勢預測和設定能耗定額,爲下一步科室住院病區績效考核提供數據參考。有助于提高科室相(xiàng)關人員(yuán)節能降耗意識,爲醫院節能降耗帶來(lái)實質效應。
(2)空調、照(zhào)明的遠程控制
本項目中,針對建築耗能高的空調和照(zhào)明部分,設置了具備遠程控制的專業設備及系統,實現對相(xiàng)關設備的遠程控制。後勤管理人員(yuán)通過數字孿生平台,實時監測醫院各區域設備的運行狀态,動态調整設備運行參數,在兼顧舒适度的同時,實現節能運行。
1.3一站式坐席服務讓後勤管理提質增效
數字孿生智慧後勤管理平台的打造,讓傳統的BA控制室成爲後勤運行管理的“智慧中樞”,通過管理流程建設,讓後勤傳統的管理方式轉化爲一站式坐席服務模式,後勤系統運行的所有數據通過可(kě)視化大屏實時呈現,後勤的維保、巡檢、維修等業務可(kě)通過大屏實現派單、催單、工單實時進度查看,讓後勤各項業務電子化、可(kě)視化,讓後勤管理提質增效。
圖12.一站式服務中心現場圖
1.4空間數據模型的搭建爲智慧後勤建設提供更多可(kě)能
醫院的建築數據、設備數據、能耗數據以及醫療業務數據非常多,但(dàn)往往互聯互通的程度不高,各系統間存在信息孤島,很難從(cóng)整個醫院的角度去(qù)實現全生命周期的數據管理和設備維護。
本項目通過構建數字孿生醫院,爲後勤管理提供詳實可(kě)靠的空間數據,實現了房(fáng)屋的可(kě)視化管理。并将空間數據作爲載體,可(kě)與設備、能耗、人員(yuán)行爲等多源異構數據進行統一整合,最終實現所有數據的互聯、互通、互用,形成基于空間數據的數字資産。随着物聯設備的建設完善,更多業務數據的融合,更多管理維度應用場景的提出,逐漸實現整個醫院的“自(zì)我感知”、“自(zì)我分析”,從(cóng)而達到質的飛躍。
圖13.局部空間數據模型展示
2.1 在建設前期對空間布局科學規劃
利用數字孿生+AI技術,進行空間布局的科學規劃分析。首先搭建醫院建築的數字孿生模型,同時提取醫院門診就(jiù)診患者的就(jiù)診曆史數據,分析各科室患者就(jiù)診流程,通過大量樣本數據,提取不同科室患者就(jiù)診數據模型,将模型導入到數字孿生平台中,驅動算法進行患者模拟就(jiù)診環節,觀察患者在數字孿生樓宇中的就(jiù)診流程,查看就(jiù)診流程中的“易堵點”、“問題點”,分析空間規劃設置是否合理。
2.2優化患者就(jiù)診流程
基于數字孿生+AI技術,優化患者就(jiù)診流程。結合醫院信息化系統數據,實時接入患者就(jiù)診流程節點數據,在數字孿生場景中模拟推演患者排隊及等待情況,通過設置在各檢驗科室、各服務窗(chuāng)口的帶有AI邊緣計算的攝像頭,實時分析患者排隊情況,通過微信公衆号、小程序等手段,将AI計算後的最優化的就(jiù)診排隊流程建議(yì)發送給患者,指導患者合理選擇就(jiù)診路線,降低患者等待時間,提升就(jiù)診體驗。
2.3通過運行數據積累,爲設備管理提出科學建議(yì)
随着平台運行數據的不斷積累,包括設備運行數據、故障數據、業務數據等,結合行業數據、其他(tā)專業數據,通過AI算法模型,對設備運行狀态做出預警,并對如(rú)何有效預防設備故障提出科學建議(yì)。
山(shān)東中醫藥大學附屬醫院的數字孿生智慧後勤管理平台,可(kě)以充分發揮數字孿生場景的空間定位和數據處理分析的優勢,将各類系統統一整合,實現了“建設、維護、服務”于一體的醫院智慧後勤全生命周期管理。數字孿生智慧後勤管理平台還(hái)将不斷納入我院新建的建築和根據實際需要增加新的功能模塊。
随着人工智能、物聯網、雲計算、大數據、數字孿生等新一代信息技術的廣泛應用,數字孿生技術構建的醫院空間數據将逐漸成爲醫院醫療數據、服務數據和管理數據的綜合載體。不斷開展醫院智慧後勤建設,并實現後勤與臨床業務之間的智慧鏈接,通過多源異構的數據彙聚和分析,以及人工智能算法的運用,将後勤平台融合到醫院業務平台中,充分發揮數據價值,實現智慧醫院一體化平台,方便醫療一線人員(yuán)使用和爲管理人員(yuán)智慧決策提供科學支持。
END
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