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淺談智慧醫院智能化系統設計與能耗管理產品選型

更新時間：2023-04-23點擊次數：2057次

任運業

江蘇安科瑞微電網研究院有限公司江蘇江陰214432

摘要：結合某大型三甲綜合醫院項目的智能化系統設計，提出智慧醫院智能化系統的技術解決方案，闡述智慧醫院智能化系統方案的總體架構、建設目標、設計宗旨、典型應用及各智能化子系統的設計方案。

關鍵詞：智慧醫院；智慧醫療；物聯網技術；資源共享；互聯互通；統一視頻服務平臺；建筑集成管理系統；能耗監測

0引言

醫療建筑用電設備種類繁多，用途各異，為確保對患者實施及時的診斷、搶救、治療，供電的可靠性要求高于普通建筑；同時，在整個診斷、搶救、治療過程中，患者和醫務人員都會面對不同的醫療電氣設備，如何保障安全用電顯得尤為重要。醫療建筑中電氣系統必須以安全、可靠為原則。在對患者實施診斷、搶救、治療以及醫院的整個營運過程中，從維持供電時間和恢復供電時間的角度，需要采取相應的電源配置及配電措施，確保重要負荷供電的連續性，避免對生命安全、人身安全造成影響。

1智慧醫院智能化建設的發展和目標

隨著科學技術的發展，醫院智能化系統已由過去的智能建筑、單純的機電設備管理，向越來越寬的領域拓展，如今基于物聯網技術的醫院智能化建設已進入了人們的視線。醫院智能化系統內容豐富，涵蓋面廣，專業性強，發展迅速，是醫院建設發展和醫院數字化工程的重要內容。信息化在醫院的應用領域由設備管理向臨床、科研、教學、后勤等領域拓展，由信息應用的條線分割向大規模一體化開放式的醫院信息體系建設發展，由單個醫院向區域醫療協同發展，由單純的數據采集存儲向基于數據挖掘的智能化方向發展。

通過物聯網技術的全面引入，提升醫院基礎設施智慧化程度，從根本上改變醫院的管理方式，提高醫院管理效益，提高醫院醫護質量，使醫院經濟效益和社會效益得到提升，達到數字化智慧醫院的目標。

2智慧醫院的核心技術(如圖1所示)

智慧醫院通過物聯網技術、大數據分析、智能識別技術、云平臺云計算服務、多源數據融合和利用、傳感技術、移動終端管理等關鍵技術的應用，實現移動醫療、協同醫療，隨時隨地的數據安全與信息共享。

3智慧醫院的集成系統設計

通過建筑集成管理系統(IBMS),以現代建筑經營管理模式為手段，以實現安全、穩定、高效和集約式管理為目的的綜合集成管理平臺，將樓宇設備管理系統(BMS)、辦公自動化系統(OAS)、綜合通信系統(CAS)有機地結合起來，實現信息資源共享，達到高效、經濟的目標，提高系統運行效率和綜合服務水平。

系統可采用統一的智能化集成系統平臺對所有智能化系統進行集成。圖2是智慧醫院智能化系統框架。

4智慧醫院智能化系統的特色應用

4.1能耗監測管理系統

根據用戶管理需要設置能耗監控管理中心，以方便進行設施能耗系統的統一管理。能耗監控管理系統的監控管理對象是電力、燃氣、冷熱水等各分類能耗系統，在建筑物各層設置帶有通信功能的智能測控裝置來傳輸能耗數據，并與中央監控通信，實時對整體能耗狀況進行集中監測管理。

4.2院長指揮艙系統(如圖3所示)

通過物理環境實施(統一通信系統、大屏幕系統、多媒體會議系統),管理信息系統(IBMS系統、安防管理系統、資產管理系統、會診管理系統、IT管理系統、醫院運營BI、應急指揮系統)集成，并結合醫院的相關管理流程，實現醫院運營管理的可視化、集中化，以方便醫院領導更直接、更有效地了解醫院運維狀態并進行快捷的管理：

a.監視：對醫院運行狀態進行監視(大樓運行狀態、安全事件、醫院物業管理狀況、資產運行狀況),以確保醫院運行順利。

b.管理：通過BI系統對醫院的運行(經營、服務水平、能耗、安全、質控)進行匯總、分析、作出判斷決策。

c.應急指揮：通過融合通信系統以及多媒體會議系統，實現醫院內、醫院間、衛生管理部門、應急管理部門等的多渠道溝通，啟動相應的應急預案指揮系統。

d.遠程會診中心：通過融合通信系統以及統一視頻服務平臺，建立院級的會診中心，實現與其他醫療機構的遠程會診。

4.3統一視頻服務平臺系統(如圖4所示)

智慧醫院數字化醫院統一視頻服務平臺是最主要的信息人機交互系統之一，其中央管理服務器納入智能化集成系統，可為其它智能化系統提供信息發布和視頻采集平臺。系統以流媒體實時交換傳輸平臺技術為基礎，將視頻(遠程)會議、監控、信息發布、互動電視、IP數據傳輸等視頻、音頻、通信、多媒體和IP數據等相關服務整合在一個系統平臺上，統一智能化管理，通過同一條線路進行傳輸，實現多網合一、信息共享。

醫院統一視頻服務平臺包括以下系統功能：

a.信息發布功能。

b.數字電視功能。

c.ICU探視功能。

d.手術示教功能。

e.遠程會診功能。

f.智能化錄播功能。

g.VACS無人值守智能咨詢功能：可通過數字化管理平臺提供實時的電子地圖和位置導航。可實現高清雙向視頻服務，提供患者與服務人員之間的雙向視頻通信。

h.智能化安防監控功能：采用網絡型攝像機。在重要的出入口、安檢處進行智能人流量分析，可實現人流量過載提醒功能。可與紅外對射、門禁等系統對接，實現視頻聯動推送上墻功能，加強安全防范管理。

i.智能化視頻會議功能：通過醫院內部網絡，可以實現醫院內任意區域之間的視頻溝通；通過交換式數字電視網絡、互聯網絡、衛星網絡等，醫院可以聯網世界任何一家醫院、醫療機構及研究所，實現遠程智能化視頻會議通信功能。不在會場的人員可通過4G網絡接入的方式參與、收看智能化視頻會議。

j.平臺化互聯：系統核心服務器可與其它系統對接，實現應急指揮和調度、緊急事件發布等功能。通過互動電視網絡、電信網絡、衛星或互聯網絡，可以與國際、國內眾多醫療機構進行平臺化聯網，進行高品質的實時雙向互動，實現高品質的視頻監控、視頻通信，以及經驗和資料的互換和共享。

4.4醫用氣體報警系統

系統利用目前現代工業網絡控制技術，采用總線分布式數據采集方式，用數據通信方式將各監控現場(包括手術室、ICU、普通病區及各醫用氣體站房)的主要氣體監控參數(如多種氣體的壓力、氧氣純度、流量等)進行采集，通過數據總線傳輸至監控中心，由計算機對相關運行數據進行采集、控制和處理，對所有運行參數形成完善的數據庫文件。可對運行數據和報警數據進行查詢、搜索，并且能夠及時定位故障并高效處理。

醫用氣體報警系統納入智能化集成系統后與HIS(醫院信息系統)、CIS(臨床信息系統)系統對接，為醫護系統提供醫用氣體預警及后備應急系統啟用。

4.5移動輸液管理系統(移動醫療)

通過手持式移動PDA設備和無線局域網絡，門急診輸液室的護士可以通過條形碼識別病人身份和輸液藥品進行核對，可降低甚至杜絕人工核查帶來的誤差風險；通過系統記錄輸液起始和結束時間，控制輸液時間，同時準確記錄每一條輸液醫囑的執行人和執行時間，避免責任推諉。在輸液過程中出現的臨時情況，護士可以隨時以備注的形式記錄在PDA中，便于醫療質量的跟蹤和分析。輸液過程中，病人可以通過身邊的按鈕，在需要護士支持時進行遠程無線呼叫，護士可以及時予以響應，保證治療的順利進行。

4.6無線查房系統

無線查房系統和醫院HIS系統連接，通過物聯網、無線網絡對各病房及病人情況進行巡查。主要由無線發射器、手持PDA、RFID標簽等組成，能夠實現醫護人員在病床邊實時輸入、查詢、修改病人的基本信息、醫囑信息和生命體征等，能夠快速檢索病人的護理、營養、檢查、檢驗等臨床報告信息。將條碼技術、WiFi識別技術應用于病人腕帶、藥品標簽、生化標簽和標本標簽等，通過手持PDA對標簽信息進行掃描，快速準確地完成出入院、臨床治療、檢查、手術、急救等不同情況下的病人、藥品和標本等識別。

4.7病房監護系統

為了對危重病人進行實時監護，隨時了解病人病情，及時進行處理，建立病房監護系統。病癥監視器安置在每個病床，通過網絡將病人的病癥信號(組合)實時傳送到中央監護系統進行分析處理。在中心值班室里，值班護士使用中央監護系統對病員的情況進行監控，監護系統實時將病人的病癥信號與標準的病癥信號進行比較分析，當病癥出現異常時，系統會立即自動報警，并打印病情報告和更新病歷。

4.8病房急救系統和基于傳感技術的心電監護系統

在ICU等重癥監護病房每床均配有床邊監護儀、中心監護儀、心電圖機、血氣分析儀、微型電子計算機、腦電圖機等所需急救設備。在重癥監護病房內設有中心監護站，可直接查看所有監護病床的數據狀態。當患者病情惡化，醫務人員會第一時間對患者進行評估和治療。

在ICU和CCU設置心電監護系統，由心電信號終端采集系統、心電監護信息中心和醫院監護平臺系統組成。形成以心電、血壓、脈搏、呼吸、血氧等生命參數為主的監護網絡系統。通過該系統，在護士站可隨時進行心電圖采集和記錄，可將心電數據通過醫療網傳輸給醫院數據中心，由專家診斷。

4.9自動藥品分包系統

自動藥品分包系統又叫自動擺藥系統，包括片劑分包系統、針劑分包系統、粉劑分包系統等。系統可根據醫院信息系統傳輸的醫囑信息，自動將患者每一次需要服用的藥品包入同一藥袋內，即按單劑量包裝。同時根據醫囑將包裝日期、科別、患者姓名、服藥時間、藥品名稱、規格、數量、條碼等關鍵信息都打印在包裝袋上，便于藥師、護士核對和患者服用。設備主要包括主機框架、高速藥盒、非規則狀藥品自動包藥裝置、手工半自動包藥裝置自動封包裝置、觸摸屏控制電腦、管理軟件、耗材及其它輔助裝置等。

4.10冷藏藥品運輸溫度檢測系統

冷藏藥品運輸溫度檢測系統使用RFID的特性，無需人工操作，全程主動記錄藥品溫度變化狀況，并實現不開箱讀取溫度數據。無論是一個產品還是多個產品，無論是同一地點還是多個地點，RFID都會將記錄實時精確地上傳，實現藥品從倉儲、運輸、末端全程冷鏈管理，便于藥廠、藥品批發企業、醫院隨時控制藥品倉儲、運輸、末端的消息查詢。通過RFID技術與藏箱的結合，實現多批次低溫冷藏藥品單品級別實時溫度管理，實現全程冷鏈管理。

4.11語音視覺導航系統

未來醫院規模比較大，科技不斷進步，許多項目可能病人并不了解，如果不將大量的信息服務替代傳統的問路方式，有些初次就診病人會無所適從。

除急診按快速通道診療的地標指示外，智慧醫院將通過醫院內部無線WiFi導航系統結合語音光學指示，替代傳統繁雜的指示牌。采用導航Hub模式+視網膜投影，在該模式下手機導航畫面翻轉呈現指示箭頭、道路名稱、距下一轉彎距離和方向等信息映射到手機屏幕上。

4.12網絡共享數字查詢系統

可共享到相關門診，復診時醫生可提前看到，如無必要無需打印(病人要求保存也可自助打印)。如果醫生允許，病人可憑驗證碼在醫院的查詢結果，或者系統第一時間通過短信方式告知患者結果。既方便，又給予病人選擇自由。

5智慧醫院物聯網的應用

物聯網是指通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等需要的信息，與互聯網結合形成的一個巨大網絡。其目的是實現物與物、物與人、物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制。

醫療信息化應用系統中大部分子系統均可以通過物聯網技術，通過無線數據通信網絡把它們自動采集到中央信息系統，實現物品(商品)的識別，進而實現對物品的“透明"管理。

通過物聯網實現醫院對人的智能化醫療和對物的智能化管理工作，支持醫院內部醫療信息、設備信息、藥品信息、人員信息、管理信息的數字化采集、處理、儲存、傳輸、共享等，實現物資管理可視化、醫療信息數字化、醫療過程數字化、服務溝通人性化，滿足醫療健康信息、醫療設備與用品、公共衛生安全的智能化管理與監控的要求，從而解決醫療業務平臺支持薄弱、醫療服務水平整體較低、醫療安全生產隱患等問題：

a.基于重點人群識別和管理的醫院物聯網應用：①員工一卡通管理(門禁管理模塊、考勤管理模塊、消費繳費管理模塊);②患者一卡通管理(患者信息管理、住院門禁管理);③母嬰配對及嬰兒防盜；④病人遠程定位跟蹤以及醫藥、貴重器械定位管理等。

b.基于重點設備及物品管理的醫院物聯網應用：①醫療資產及醫療設備管理；②特殊藥品管理；③藥品分發管理；④血液管理；⑤醫療廢棄物監管；⑥消毒物品管理等。

c.基于醫療信息數字化管理的醫院物聯網應用：①醫患實時動態監護；②病房醫護工作移動信息化(移動醫療)等。

d.基于醫療過程數字化管理的醫院物聯網應用：①冷藏藥品運輸溫濕度檢測、追溯；②門診急救管理；③門診一卡通就診流程優化(診療發卡充值、自助掛號、繳費、自助查詢結果、醫保結算);④門診分診叫號；⑤無線門診輸液；⑥社區醫療及移動健康監護等。

6安科瑞EMS醫院能效管理系統

6.1平臺拓撲圖

6.2醫院電力監控解決方案

電力監控系統實現對變壓器、柴油發電機、斷路器以及其它重要設備進行監視、測量、記錄、報警等功能，并與保護設備和遠方控制中心及其他設備通信，實時掌握供電系統運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障，提高醫院供電可靠性。

電力監控系統主要針對開閉所和10/0.4kV變電所，對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況。同時對醫院重要設備如柴油發電機、無功補償裝置、有源濾波裝置、UPS、隔離電源系統狀態進行監測。

電力監控系統硬件配置

6.3醫院變電所運維云平臺解決方案

AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力傳感器、無線通信、邊緣計算網關及大數據分析技術，通過智能網關采集現場數據并存儲在本地，再定時向云平臺推送數據。平臺采集的數據包括變電所回路電氣參數和變壓器溫度、環境溫濕度、浸水、煙霧、視頻、門禁等信息，有異常發生10S內通過短信和APP發出告警信號。平臺通過手機APP下發運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程進行閉環，提高運維效率，即時發現運行缺陷并做消缺處理。

變電所運維云平臺硬件配置

6.4醫院配電房綜合監控系統解決方案

Acrel-2000E配電室綜合監控系統，可實現開關柜運行監控、高壓開關柜帶電顯示、母線及電纜測溫監測、環境溫濕度監測、有害氣體監測、安防監控，可對燈光、風機、除濕機、空調控制等設備進行聯動控制。實現動力環境各數據的檢測與設備控制，優化動力環境，避免運行環境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，實現配電動力環境的分布式遠程管理。

電房綜合監控系統硬件配置方案

6.5醫院能耗管理系統解決方案

對建筑各類耗能設備能耗數據進行實時測量，對采集數據進行統計和分析。能夠合理的確定各科室建筑能耗經濟指標及績效考核指標，發現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動節能的意識。

①　搭建醫院智慧能源管理系統的基本框架，對各個用能環節進行實時監測；

②　排碳數據化：通過系統可實現建筑單位內人均能耗分析（包括水、電、能量），實現低碳辦公數據化；

③　區域能效比：實現建筑單位內區域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；

⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭排名：各個科室能耗對比，實現能耗排名，增強全院工作人員的節能意識；

⑦　對能耗的使用數據進行綜合的分析、統計、打印和查詢等功能，并根據能耗監測管理系統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據；

⑧　能耗數據采集，隨時查詢，并根據采集數據進行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統信息化、自動化水平。

能耗管控系統硬件配置方案

6.6醫院智能照明控制系統解決方案

醫院人流比較密集，科室較多，照明用電在醫院電能消耗中約占到15%左右。所以合理使用照明控制系統，在提升醫生和患者的體驗情況下大程度使用自然光照明，通過感應控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強度照明，盡量解決照明用電。

ASL1000智能照明控制系統可以實現場景控制、時間控制、區域控制、光照度感應控制以及紅外感應控制等多種控制方式，能有效避免公共區域的照明浪費，還可以幫助醫院管理照明。

系統在配電箱內的模塊主要有總線電源、開關驅動器、IP網關、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。

安裝在控制現場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經過可以設定紅外感應控制亮燈，人離開后在設定的時間內熄燈，智能面板等手動控制設備，可實現自動控制、現場控制和值班室遠程控制相結合。

智能照明控制系統硬件配置方案

6.7醫院智慧消防平臺解決方案

智慧消防云平臺基于物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，將分散的火災自動報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網絡，并對這些設備的狀態進行智能化感知、識別、定位，實時動態采集消防信息，通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統化"需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯動，在統一的系統大平臺內運行，用戶、安保人員、監管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內，相關報警和事件信息通過手機短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關人員。

智慧消防平臺硬件配置方案

6.8醫院電氣火災監控系統解決方案

電氣火災監控系統作為火災自動報警系統的預警子系統，由電氣火災監控主機、電氣火災監控單元、剩余電流式電氣火災探測器以及測溫式電氣火災探測器組成，通過現場總線構成一套完整的預防電氣火災的監控系統，數據可集成至企業消控室監控系統。

?? 醫院電氣火災監控系統以建筑為單位設置，采集數據后上傳至值班室監控主機，實現對建筑電氣安全預警。現場設置的傳感器監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，異常時實時發出報警信號，重點關注門診樓、住院樓、醫技樓等區域漏電或者電纜發熱等問題。

電氣火災監控系統硬件配置方案

6.9醫院消防設備電源監控系統解決方案

醫院消防安全非常重要，消防設備比較多，消防設備電源監控系統主要功能就是用于監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

消防設備電源監控監控系統采用消防二總線，以建筑為單位設置區域分機采集消防設備電源狀態，區域分機通過二總線接收多臺傳感器的電壓、電流信息和開關狀態信息，以此實現對消防設備電源工作狀態的實時監視。

消防設備電源監控系統硬件配置方案

6.10醫院防火門監控系統解決方案

醫院防火門數量比較多，由于部分區域經常有人走動，常開常閉防火門數量都不少，防火門監控系統的作用就是監測防火門開閉狀態，在發生火災后自動關閉常開防火門，防止煙霧擴散。防火門監控系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，用于監測和控制防火門狀態，當防火門發生異常位置信號時，防火門監控器能發出故障報警信號，指示故障報警部位并保存故障報警信息。發生火災時，關閉事故區域所有常開防火門，防止煙霧向安全區域擴散。

防火門監控系統硬件配置方案

6.11醫院消防應急照明和疏散指示系統解決方案

醫院人員流動性強，密度大，消防比較復雜，一旦發生火災，疏散指示系統非常重要。消防應急照明和指示系統可以和火災報警系統聯動，提供應急照明和疏散路徑指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一鍵選擇疏散應急預案，提升人員逃生概率。

消防應急照明和疏散指示系統硬件配置方案

6.12醫院有源諧波治理系統解決方案

都是諧波源，比如X光機、CT機等都會產生大量諧波，諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設備燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂。對于醫院的精密化驗設備可能會產生干擾。

為了消除配電系統諧波對醫院設備的影響，方案配置AnSinI有源濾波器，濾除電網2~31次諧波干擾。

AnSinI系列有源電力濾波裝置，以并聯方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統，從而實現諧波治理和無功補償。

有源諧波治理系統硬件配置方案

6.13醫院充電樁系統解決方案

醫院停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，解決物業、用電管理部門的充電樁使用、監控問題。電動自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式，電動汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠程充電樁系統可實時遠程完成啟動充電、強制停止、單價設置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；能夠遠程控制，提供財務報表和數據分析等功能。

充電樁運營收費平臺硬件配置方案

6.14醫院醫療隔離電源解決方案

《民用建筑電氣設計規范》14.7.6.3條明確規定：在電源突然中斷后，重大醫療危險的場所，應采用電力系統不接地（IT系統）的供電方式。同時《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2002中規定：2類醫療場所在維持患者生命，外科手術和其他位于患者周圍的電氣裝置均應采用醫用IT系統。如：搶救室（門診手術室）、手術室、心臟監控治療室、導管介入室、血管照影檢查室等。

安科瑞電氣股份有限公司的醫療隔離電源解決方案是針對醫療Ⅱ類場所的供電需求而開發設計的，能夠很好的滿足各類手術室和重癥監護室對電源安全性和可靠性的要求，并符合國家相關標準。