《INTERNATIONAL JOURNAL OF PRODUCTION ECONOMICS》：Development and implementation of post-earthquake medical functionality assessment method for hospital campus considering buildings interdependencies in BIM
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医院是由多个相互连接的建筑组成的复杂系统，这使得震后功能（PEF）评估对应急响应至关重要。现有大多数研究集中在单个建筑上，忽略了园区层面的挑战，包括：在没有统一平台的情况下管理多样且相互依赖的数据，捕捉建筑和部门之间的相互依赖关系，以及解决由部门或组件损坏引起
医院是由多个相互连接的建筑组成的复杂系统，这使得震后功能（PEF）评估对应急响应至关重要。现有大多数研究集中在单个建筑上，忽略了园区层面的挑战，包括：在没有统一平台的情况下管理多样且相互依赖的数据，捕捉建筑和部门之间的相互依赖关系，以及解决由部门或组件损坏引起的级联功能损失。为克服这些限制，本研究提出了一种基于建筑信息模型（BIM）的方法，明确考虑医院范围内的相互依赖关系，以实现自动化和精细化的PEF评估。该框架包括：(1) 集成组件信息、患者流和地震数据的BIM建模方法；(2) 用于建筑间功能交互的离散事件模拟（DES）方法；(3) 考虑组件–部门–建筑依赖关系的基于BIM的PEF评估方法。案例研究表明，该方法能够实现集成数据处理，量化各建筑的PEF，并有效评估级联影响，从而支持医院应急响应和韧性医院设计。
医院作为多建筑复杂系统，震后功能（PEF）评估对应急响应至关重要。现有研究多聚焦单建筑，忽略园区层面挑战：数据多元且耦合、建筑与部门间功能依赖难以捕捉、地震损伤引发级联功能损失。为克服这些局限，研究人员提出基于建筑信息模型（BIM）的评估方法，整合组件实体信息、患者流数据和地震损伤分析数据至统一平台；采用离散事件模拟（DES）模拟跨建筑诊疗过程，量化建筑间功能交互；通过故障树分析（FTA）评估部门地震功能失效概率，调整医疗资源量，从而量化园区整体PEF。案例验证表明，该方法实现集成数据处理、跨建筑功能量化和级联效应评估，支持应急响应与韧性设计。该论文发表在《INTERNATIONAL JOURNAL OF PRODUCTION ECONOMICS》。
**关键技术与方法**（不超过250字）：(1) **BIM建模方法**：集成结构、非结构构件及医疗设备的实体信息，定义部门属性（患者类型、治疗时长、流程顺序）及地震易损性参数（易损性类型、中位值、离差）和逻辑关系（与门、或门），形成园区级BIM模型。(2) **离散事件模拟（DES）**：基于BIM提取部门分布、距离和治疗时间（三角或均匀分布），模拟红、黄、绿三类伤情患者跨建筑（门诊楼、医技楼、住院楼）的诊疗流程，以患者等待时间为功能指标，结合蒙特卡洛模拟（5000次）处理参数不确定性。(3) **故障树分析（FTA）**：利用组件易损性曲线（基于FEMA P-58、HAZUS-MH等文献）计算各组件失效概率，通过逻辑门向上传播得到部门功能失效概率，进而根据公式将概率转化为资源减少量。案例医院为典型园区（一栋门诊楼、一栋医技楼、两栋住院楼），采用RC框架和框架-剪力墙结构，设计地震烈度8.5度；患者流入模式基于2008年汶川地震德阳人民医院数据及文献中的分诊比例。
**研究结果**：
**4.1 案例医院基本信息**
研究人员选取一个典型医院园区作为案例。园区包含门诊楼（4层RC框架）、医技楼（4层RC框架）和两栋住院楼（14层RC框架-剪力墙结构）。利用BIM建模方法整合了组件实体信息、患者流数据和地震损伤分析数据，自动生成弹性塑性分析模型（Perform3D）和故障树模型。
**4.2 DES模型模拟患者诊疗过程**
通过BIM提取部门属性和患者治疗路径（红、黄、绿码），建立园区级DES模型。红码患者流程为：分诊→急诊室（ER）→影像室（IR）→手术室（OR）→重症监护室（ICU）→病房；黄码类似但部分经急诊重症监护室（EICU）；绿码经门诊部（CD）→病房或出院。治疗时间采用三角分布，参数来自文献。该模型能够计算各科室及园区总等待时间。
**4.3 震后医疗功能评估结果**
首先，通过弹塑性分析（11条地震记录，设计地震DBE）获得各建筑最大层间位移角（MIDR）和最大楼层加速度（MPFA）作为工程需求参数（EDPs）。基于组件易损性模型计算失效概率，再通过故障树模型得到各部门功能失效概率：内科门诊（IMCD）最高（51.36%），手术室（OR）最低（4.49%）。随后，根据资源减少公式调整各部门资源量：IMCD减少9个，影像室减少3个，ER、ICU和EICU各减少2个，OR减少1个，病房从910降至826。将调整后的资源输入DES模型，对比震前震后患者等待时间：红码患者第一天平均总等待时间从119.18分钟增至142.33分钟（增加19.42%）；黄码患者第二天从2302.34分钟增至3045.98分钟（增加32.30%）；绿码患者第一天从31.96分钟增至45.34分钟（增加29.51%）。关键部门（ER、EICU）的等待时间与总等待时间趋势一致，而OR因资源充足等待时间平稳（约2.34分钟）。等待时间结果映射回BIM模型可视化。
**讨论与结论总结**
讨论部分指出，本研究采用的假设（如人员可用性不变、外部生命线简化处理、患者流入基于历史数据）既是简化也是局限。地震后医疗人员在紧急情况下损伤率低且适应性强，因此人员恒定假设具有实证支持；外部生命线通过故障树中内部系统类别和边界节点聚合表示；患者流入基于汶川地震数据，具有代表性但需针对不同区域校准。该框架的主要贡献不在于提出新的损伤-容量解析公式，而在于将现有证据支持的模型（易损性函数、治疗时间分布）整合为统一的BIM-易损性-故障树-DES工作流，首次实现从组件到园区的级联评估。框架旨在进行代表性强震情景下的比较评估和脆弱性/瓶颈识别，而非精确预测绝对性能。未来可细化人力资源建模、耦合外部生命线模型和区域医疗网络。
**研究结论翻译**：
(1) 本研究提出的方法为医院园区PEF评估提供了一个集成数据整合、功能映射和地震损伤分析的平台。该方法通过BIM无缝结合园区物理空间信息、医疗功能数据和地震损伤分析所需参数，实现功能评估所需数据的高效集成，为评估和可视化提供系统支持。
(2) 该方法模拟了园区内患者流动，考虑了不同医疗建筑间的功能依赖关系，并量化了园区的震后医疗功能。
(3) 该方法通过考虑组件、部门和建筑之间的依赖关系，有效评估了地震损伤对园区医疗功能的影响。案例研究表明，设计地震水平显著降低了关键部门（如ER和EICU）的资源容量，导致这些关键区域等待时间增加：红码患者等待时间最高增加19.42%，黄码患者由于ER和EICU资源减少等待时间上升32.30%。
(4) 与传统主要依赖人工估算或简化假设评估PEF的方法不同，该方法旨在提供更系统、自动化、精细化的园区级地震影响评估。尽管仍有改进空间，该方法不仅能支持更明智的震后应急响应决策和资源分配，还能为新医院园区设计提供优化视角，通过将抗震韧性考虑纳入早期规划与设计阶段，增强长期功能和应对潜在地震事件的准备。
