【BIM案例研究】MARYLAND综合医院，BIM在竣工验收及设施管理期间的应用

一、项目介绍

此案例介绍在医院项目的最后收尾阶段使用BIM以及行动通讯技术。此项目还展现BIM如何有效地建立一个高效的设施管理过程。此项目的目的是让位于马里兰州巴尔的摩的马里兰州总医院(MGH)能够因此增加约9,600平方公尺的空间。MGH成立于1881年，是马里兰大学医疗体系的一部分。此次的扩建于2010年3月完成，连接到现有的建筑结构（1950年代建造），包括8间外科手术房、4间特别房、18床加护病房、药局和实验室。事实上，为了让医院在扩建的施工期间能保持正常营运而面临了一些挑战。

在现有的庭院上增建一栋6层楼的建筑物，并延伸横跨到原有的2层楼医院的一部分，使其保持在6层楼的高度（见图1)。为了在紧迫的时间限制内有效地提供结构性支撑，此扩建工程从上而下分解为两个阶段。第一阶段包括所有附加建筑物的结构钢架、完成现有建筑物三楼以及从四楼至六楼的外壳。第二阶段包含庭院增建物的地下室到3楼的外壳和装修。

图1：新马里兰州总医院的效果图与照片，图面展示出旧（左后方）与新的建筑物。

客户在设计阶段并没有指定使用BIM，而建筑师也没有提供模型给承包商。此模型是Barton Malow公司的项目经理在执行过程中，看到有机会使用BIM，并决定整合各专业分包商的模型来创建一个单独的模型。模型最初运用于冲突检查，之后用于追踪竣工验收过程以撷取工地现场有关设备的文件，最后移交给客户作为设备管理。

Barton Malow是一家建筑管理公司，总部位于Michigan的Southfield。在Baltimore以及美国和墨西哥各处都有区域办事处。由于具竞争性的低价竞标，BartonMalow被选为此项目的建筑管理。然而，合约一旦执行却会发展成「保证最大价格(GuaranteedMaximum Price、GMP)有风险的施工管理」协定。所有的工作通过协商总金额再交由受雇的分包商去执行。

二、为何在竣工验收和设备管理期间使用BIM ?

总承包商Barton Malow已经是BIM的稳定使用者，他们定义的BIM使用策略已远超乎其最初将可视化及冲突检测做到相当完善的功能，并很有先见之明地在这个项目的竣工验收阶段和设施管理期间使用BIM。

新的手术房和重症监护病房有相当多的MEP系统以及较大的管道系统。此项目包括一系列的室内空气处理机组、两个新的650吨电动离心式冷水器、650吨重的冷却塔、温湿度系统以及必要的管道系统、空气处理机、调节阀和风扇。

因此，需要与管理者做更高层次的协调，以确定MEP系统与服务的位置以及老旧设备的结构加强。随着项目的进行，现场产生的资料量也同时随之增加。然而却没有中央资料库来保存现场产生的资讯、维持设备的库存、保修信息以及优化设备的生命周期。

通常在项目结束时，所有竣工资讯已进行分类并存档装箱以便可以交给客户。可是由于资讯绝大部份是以书面形式记录，所以这些资讯将几乎不会再使用，而且也无法与客户的设施管理系统同步。使用BIM则有机会连结FM相关信息与建筑模型。也有助于可视化FM过程以及改善维修通知情况的回应时间。马里兰州总医院目前的程序中也有类似的缺点，主要问题是：

*设备的生命周期没有优化。

*保修和其它产品相关讯息不易取得。

*现有设备库存没有现货。

这样的程序是相当不正规，并且多年来依赖具有操作相关设备经验的工作人员所收集的知识。其结果是，医院最终花费相当多的资源在FM上，但却没有得到真正需要的结果。在记录及移交竣工资料上使用BIM程序，提供了记录与移交正确竣工资料的机会，这样有助于有效地维护和管理设备以及提高建筑物的生命周期。

为了使这个过程更加有效及有生产力、降低风险并协助医院日后运作及维护的活动，施工团队决定建立一个中央资料库。施工团队与业主会面讨论此项目的相关问题，但最重要的是达成与医院、施工团队以及项目团队在实施程序上的协议。根据Barton Malow表示，在竣工验收及维护设备阶段实施BIM的最主要的目标是「建立一个包括竣工验收文件、现场容易取得的维护讯息、以及易于维护，且为了能更佳可视化，而连接到3D模型的中央资料库。」

三、建筑资讯系统

原来的项目文件并没有指定任何BIM的需求。在设计阶段，设计团队没有使用BIM而是使用2D图来设计。团队在原始结构上使用相当程度的纸本设计图，在施工中空间与墙壁为没有确实资讯，再依据现场调查所得的资讯来作调整。施工团队必需以现有楼板的规格能符合现有的空间，当施工团队破坏现有医院外墙进入新增的空间时楼层必须是对齐的。此外，新增加的空间比现有的空间明显有更多的MEP系统。为了正确安装所有新的MEP系统，团队需要与管理部门作更高层次的协调以确定现有MEP系统的位置与服务。为了加强协调，使之更有效率，机械承包商建议制作建筑资讯模型。

3.1 MEP系统的建模

此建筑模型是使用MAP Software的CAD Duct以及CAD Electrical软件来整合机械与电气系统。CAD Duct产生的绘图档案能直接用CAD Duct制造模组开启，允许承包商直接载入讯息然后使用HVAC设备。由于是3D模型，它能检查出碰撞和冲突、产生采购报告、标注尺寸、立面图与零件编号。模型中的所有元件都有指定医院的条码编号，这样能使附属于MEP零件的资讯亦能连接到中央资料库。CAD Electrical允许承包商设计与修改电气控制系统。CAD Electrical在图纸上将管线编号与标记元件。它能产生如材料、缆线表等清单报告，以及产生来自管线清单或其他清单之间的终端报表，或将终端报表产出至管线清单和其他清单。

除了协调之外，此模型也被金属板材承包商用来预制金属板材。然而，此模型只含有MEP资料。随着项目的进行，建筑其它方面的资讯数量也在增加，但不是使用电子格式。

3.2在竣工验收和设备维护阶段使用BIM

在Barton Malow的倡导下，借由整合MEP模型、现场收集的结构资料以及描述设备及其状态的资料，而决定编辑一个全面的建筑资讯模型系统，让它可以支援竣工验收与之后的设备管理活动。这需要导入中央建模平台和电脑化的维护管理系统(CMMS)。所选择的BIM平台是专门做建筑管理的 Tekla Structures，CMMS 系统则是客户曾使用的 Tiscor (www.tiscor.com/)。

TeklaStracture的施工管理软件（简称Tekla)管理项目资讯，结构、建筑、HVAC、MEP系统都包含在此资料库内。此资料库储存3D物件并附带有成本、材料采购、排程以及任何额外所需的项目管理讯息。Tekla结构的过程是将个别特定准则的模型与项目资讯作整合，并集结成项目模型。严格来说，施工管理的Tekla Structures是一个模型整合的解决方案，而不是模型创造的解决方案。虽然可以使用Tekla Structures的完整版本来生成物件，但没有实质物件是由此版本的Tekla创建。使用任何BIM解决方案所创建的模型可以汇入到Tekla、协调模型中所有的物件与区域、进行冲突检测，并在后续的协调冲突检查情况下重新保存模型资料。

虽然没有建筑资讯模型是在项目的早期阶段产生，钢构承包商聘请 Cadtech公司制作供他们自己使用的模型。此模型独自形成结构模型的支柱，并在Tekla内提供建筑外形。此模型是以CAD Duct及CAD Electrical所创建，并使用Industry Foundation Classes (IFC)汇入到Tekla (见图2) 。这种文件格式促进CAD模型和Tekla之间的互用性，允许汇入由机械承包商所产生的所有MEP系统资讯。此外，如医疗、天然气和其他专业的系统被塑造并加入资料库。

图2：将模型和现扬资料输入 TEKLA模型内。

3.3设备管理资料库

Tiscor CMMS套装软件是管理维护操作以及维护活动排程的资讯。CMMS提高正常运行时间，建立预防性维护，组织工作顺序，帮助管理层作出明智的决定，并提供资料予第三方应用程式。Tiscor软件监控安全性，性能，预防性维护检查，并制作更换零件计划。它还编制供应商的工作顺序，调度工作顺序，创建每一件设备的工作顺序，提供安全委员会与合规性报告，并产生各种格式的报告。因为一个有效的设备管理操作需要完整正确的资产资讯，因此所有相关的项目资料被结合在Tiscor系统。这个资料包括在项目的施工阶段以及整个医院生命周期收集的所有资料^

3.3现场资料库使用

此资讯系统的目的是使项目的竣工验收阶段、调试阶段以及设备管理过程能更为有效。所以工程师、检查员以及维修人员必须能够使用现场所有的资讯才能达成。实体设备、3D建筑资讯模型的虚拟表现以及中央资料库之间的连结，都是使用条形码与平板电脑的专门软件来建立。在每一件设备易接近的位置皆有标识独特的条码标签。

一个名为Bartender的软件则用于产生Code39标准条码符号系统的条码。 所有条码为11个字元长，并且与马里兰州总医院的内部控制数字是相同的。条码的运算法则可标示各种设备的属性，包括类型、设备、位置和序列号（见图3 )。例如，条码FM-CRU-ENT-001的参照是设施管理-控 制率单元-位于入口处-编号001。

图3：条码格式，自BIM设备管理集成而改编，

Bartender软件记录设备名称、设备ID (由Tekla汇出）以及条码本身。当 所有的条码生成与列印，条码资料库汇出为MS Excel工作表，这是依次用来使用Vela系统软件同步条码资料以及之后的Tekla模型。

从现场收集到的资讯再使用Vela系统软件更新。现场收集到的资讯（检查 结果、调试资料等）由现场人员使用Vela系统开发的平板电脑软件来输入与更新。同样地，现场人员也可以很容易地使用中央资料库的资讯。图4说明次结构。Vela软件可以在现场撷取项目资讯时以离线模式操作，之后再与办公室的中央资料库作同步处理。

图4：BIM与设备管理整合。 输入模型与现场资料到 Tekla与CMMS使用条 码辨识。

条码标识是所有资讯整合的重点。使用Vela收集并产生的现场资讯在线上更新汇入Tekla模型。Vela Sync Folder里建有分层式资料夹，每项设备皆有一个资料夹。在每台设备通过条码识别后，此电子档案将会指向其所属的资料夹。接下来，在Vela和Tekla之间的集成转换器将运行并创建一个xml档案并且最终会将此xml档案汇入Tekla。这样一来，医院即拥有所有电子档格式的竣工验收文件。

从Tekla模型将这些更新的资讯通过条码ID参照设备管理资讯，并使用 Tiscor来支持资产管理操作。这些平板电脑是由专业于坚固耐用装置的MotionComputing公司所提供。它们是防水且重量约为1.5公斤(3.3磅）。它们的两个前端上有个RFID和条码的综合扫描器。它们也有内建照相机与录音机。这台电脑是能运行MicrosoftWindows Vista作业系统的全功能系统，并采用触控萤幕及触控笔操作。

四、施工、竣工验收和调试

虽然当平板电脑首次引进给工作人员时，施工过程已经开始进行，但它仍在施工过程中有着很大的帮助。平板电脑能使现场工作人员立即记录资料、与整个团队共享资讯，并使用现场的施工文件，如图档、模型、产品资料与规格。此外，它也能启用安全的文档、更新发包资讯、产生工作项目清单、日志、追踪、文件以及现场问题的立即沟通。

平板电脑使得BIM模型在现场的施工更为实用，因为资料在任何时刻都能提供给施工团队。团队使用Vela软件安排活动、可视化进度与状态。该软件还能执行施工质量计划，将BIM与施工竣工验收文件连接，提高现场生产力以及加快项目进度。

将所有在现场使用平板电脑所收集到的资讯加入BIM模型进行调试。 BIM解决方案采用平板电脑产生检查/测试资料、在模型中连合资料与物件以及使所有当事人都能使用检查与测试资讯来进行调试。

为进行调试设备安装过程的四个主要阶段：

1.预先调试：当现场收到设备时

2.功能测试：测试设备以确保其能正常运作

3.系统启动：确保整个系统的所有设备能正常运作

4.设备验收：客户接受此安装并签署承认书

在现场检查期间，每件设备的所有资料：名称、位置、条码、序列号、制造商资讯，是以手持式电脑来协助取得。在如图5所示，手持式电脑在一侧的尾端备有用来扫描设备标签的条码扫描仪。这样就能够在允许输入设备属性的Vela系统内产生相关设备的细节。

图5：现场工程师使用平板电脑来扫描设备的标签

当工程师回到办公室，进入平板电脑并使用Vela将所收集到的资料与 Tekla模型作同步处理、并可与建筑资讯模型的实体相结合后检视，如图6所示。这有助于维持可视化地追踪项目，因为在任何时刻都能产生一个「heat map」——项目状况的彩色编码表示法。

图6：在Tekla软件中自定设备资料的选项表

五、设备维护流程

MGH的传统设备管理操作中是使用三个低效率的程序。第一个程序为增加或更换设备，第二个程序为产生维护工作单，第三个程序为处理维修通知。

如上所述，施工团队提出BIM解决方案来简化与消除这三个程序的一些步骤。BIM解决方案的开发是用来重复使用施工过程中创建的资讯，并提高设备管理操作。此程序是用来取得资讯并将医院资料集落实在设备管理软件。追踪资讯的程序是，从施工发包一直到合并操作系统并最终交付给MGH.

5.1设备的增加或更换

这个程序是使用现有竣工文件来取得设备资讯，并且为了保持设备的运作采取任何必要的行动。由于找不到文件夹所以资讯不容易被捜寻到，而且这些竣工文件往往是过时、而且需要经过只有设备管理员工知道的资讯来作补充。通常设备资讯不能被重新取得，是因为设备清单不够完整或放错位置。为了努力保持设备资讯的更新，需要不断地的输入资料。

有了新的系统，现场工程师可以在现场取得资讯的同时，检查设备、使用新的/更换的设备资讯来更新记录。当工程师连接到网络时，就能将资讯与中央资料库同步化。图7说明旧和新的过程。

图7:旧（上排）与新（下排）的设备增加或更换过程。旧的过程由于需要重复输入资料所以很耗时且易出错

5.2维护工作单

现有的流程，如图8所示，由于排程漏失所以并没有自动先预分配所需的维护，导致要按月分配维修工作而不能根据设备实际需要而作业。再者，维修的状态是未知的，而且经常修理的工作人员并不明了是否需要就执行此工作。工作单被分发到信箱，相关的操作问题因为竣工验收文件没有提及而难以解决。在许多情况下，由于资讯的缺乏，技术服务人员的判断可能会对这项设备造成深远的影响。此外，每次修复完成后必需填写书面的服务表格，而这些资料也必需输入到设施管理软件。

图8:旧（上两排）与新（下 、排）的工作单维护的流程。旧的程序不仅需要更多的作业也明显有较长的周期

新的程序亦如图8所示，允许以电子形式将工作单分配给技术服务人员。所有工作单所需要的资讯会立即完成，再以电子形式完成服务调查/核对清单，从而消除重复输入所有资料。

5.3呼叫服务

在呼叫服务时所需的主要资讯包含了制造商或供应商的保修资料、设备服务合约，和其它相关的安装与调试的资讯。现有的程序，由于文件的丢失或错置，所以资讯也不总是随时可取得。很多时候，服务合约相关的资讯是无法随时取得的，伴随而来的结果就是内部技术人员应承担的工作任务实际上是由医院付给第三方处理。有了新的系统，所有设备相关的资讯，包括服务合约和制造商的连络细节，都能从竣工验收阶段正确的取得且并不断地更新。这使得系统更加灵活同时减少重复的工作。

六、摘要、结论和经验学习

MGH的案例研究显示如何使用一种创新的方法，系统化地管理与编译资料来整合不同来源的资讯。使用BIM来收集及重组医院扩建工程期间产生的资讯，修复中央资料库的项目以及与设备管理软件整合。中央资料库包括现场取得的资讯。此系统使资料不论在什么时候都可使用，帮助消除设备管理的浪费，优化与提高设备的生命周期，提高预防性维护的效率，并提供正确的电子竣工文件。成功整合来自多种来源的资料与软件系统。使用条码将资讯记录与实体设备作连结。

多数项目，包括本章许多的案例研究报告在内，BIM已主要应用于设计与施工管理。无论如何还是有机会更进一步地采用并用于建筑物的整个生命周期。因为此案例显示，有些技术例如CMMS，可以同步处理模型与其它决定性的系统。这只是一个定义新流程和BIM核心能力的问题。在项目期间内使用的手持装置与许多其它的可携式电脑装置，在过去的十年即已存在着。而且，就如Vela提供的软件系统也已存在，并已用于各种其他任务，例如工作项目清单的产生与现场的任务管理。在建筑业，整合这些工具与系统还不是很常见。从永续发展的观点来看，随着对建筑表现的愈来愈重视，尤其是低碳政策，这样的系统可以更好地管理系统，并有助于减少设备管理过程的浪费。这个案例显示BIM可以被有效地利用来促进设备管理过程更加有效率与灵活。

在项目结束时，马里兰州总医院获得两张Tekla注册执照，且附有所有竣工验收资讯的最终模型，以及2台项目应急使用的平板电脑，被移交至设备维护部门。这提供FM团队直观地评估有关情况的一个机会，并使用任何已安装设备的必要资讯，如保修、服务合约、制造商资料等。

中央资料库实施的成功与设备管理的BIM解决方案，经评估后证明它们是MGH在BIM设备管理整合上所有投资成本产生的效益。整体系统成本，包括大约$25,000的各种软件认证(Tiscor、Tekla和Vela); $10,000 的自订软件以及$6,600的培训费用。此效益包括增加12名维修人员的生产力、由于使用可信赖的维护程式而减少的浪费、减少错误维修的浪费、保固或外包服务状况下的设备更换，当然，还有提高建筑系统的服务水平与医院的核心活力。经过计算由于维修人员生产力的提高，医院估计此安装成本将能于少于二至三个月内回收。该系统还提高了医院的能力以符合医疗机构评审联合委员会(JCAHO)严格的性能要求。

BIM的实施可成功的前提，是参与者能重新思考与重组建筑过程，不只考虑建筑本身期间的价值，同时考虑设备服务寿命。利害关系人若能持有开放理念并愿意参与创新过程以及采用新技术是非常重要的。要推动改变文化与人们作事的习惯方法是非常困难的。若医院和所有团队成员都愿意使用这些新的工具来变得更有效率，那么就不会发生争执。

最后，从这个项目得到的一个重要学习经验是BIM在任何阶段都可被实施与使用，即使在项目生命周期的后期。当然，为了开发全部的利益，最好是在项目的早期即实施BIM。Barton Malow的项目经理指出「越早就是越好。我们在过去10个月内的工作实施。如果我们更早实施，我们可以有更佳的计划。」虽然如此，这些新的工具，使得Barton Malow提前汇编竣工验收资料与文件，终究是一个明显的好处，因为承包商已准备早一点 将这些资讯交给客户。

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