宁波大学附属第一医院智慧医疗数字孪生平台

摘要：为促进数字孪生城市领域高质量发展，延续《数字孪生城市应用案例汇编(2024年)》已有研究成果，宣传推广一批创新性强、具有示范效应的优秀案例，为各部委及地方政府推动数字孪生城市建设提供有力支撑，中国信息通信研究院与中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会成立联合

前言

为促进数字孪生城市领域高质量发展，延续《数字孪生城市应用案例汇编(2024年)》已有研究成果，宣传推广一批创新性强、具有示范效应的优秀案例，为各部委及地方政府推动数字孪生城市建设提供有力支撑，中国信息通信研究院与中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会成立联合项目组，开展全国数字孪生城市典型应用案例征集活动。本文是本次征集活动的典型案例之一。

案例介绍

活动中，除了义诊，医生们还为社区的老人们提供了免费的健康讲座，让他们更加深入地了解了自己的健康状况和日常保健知识。这些讲座内容丰富、实用，深受老人们的欢迎。

宁波大学附属第一医院，是目前浙东区域体量最大的三级甲等综合医院。现有月湖、方桥、外滩三个院区，总建筑面积40.03万㎡，核定床位3900张，医院目前全面托管4家县区级医院，对口帮扶3家县区级医院。

目前第一医院年门诊量、核定床位数、职工人均工作总量、互联网医疗服务量均达到全市第一，日间手术三四级占比全省第一，医院整体信息化水平省内领先。

本次智慧医疗数字孪生平台一期项目建设地为宁波大学附属第一医院方桥院区，总建筑面积达21.47万㎡，核定床位1200张，是浙江省单体规模最大院区，以打造省内一流的医学中心为目标，努力建设成为高效、集约、多层次的都市医疗综合体，助推宁波成为省级医学中心。在高度复杂、多样的医疗场景中，管理的高效协同是保障医院运营的基础。但现实中，众多因素也制约着医院协同管理。

（1）医院基层应用系统的多样性和复杂性导致了管理效率的低下。除了EMR（电子病历系统）、PACS（医学影像存档与通信系统）、LIMS（实验室信息管理系统）外，还有医院信息系统（HIS）、临床信息系统（CIS）、预约系统、计费系统等众多系统。为了实现数据共享和流程自动化，需要构建一套集成平台，以统一管理和协调这些系统的运行。

（2）医院跨系统协同办公的困难主要体现在数据孤岛现象和互操作性受限。由于不同系统独立运作，数据无法有效共享，形成了信息孤岛。同时，不同系统可能采用不同的数据格式和编码标准，导致跨系统办公的互操作性降低。此外，多个系统拥有不同的用户界面和操作逻辑，增加了医护人员的学习成本，降低了工作效率。

（3）医院数据互通利用效率低，系统集成过程中存在技术障碍。例如，API不兼容或数据交换协议不一致等问题，导致数据开放共享变得困难。为了提高数据开放共享的效率，需要构建一个以空间为核心串联业务的数据底座，确保数据的顺畅流通和高效利用。

（4）医疗工作涉及多学科团队的协作，业务流程长且关联人员复杂。为了实现高效的沟通和协调，需要建立一套有效的平台来串联不同系统，并确保团队上下游信息的及时共享。医疗流程的标准化和优化是提高工作效率的关键。

（5）在多院区管理的场景下，门诊区域分散，传统巡查方式效率低下。管理部门需要亲临现场确认各诊室医生出勤情况和在岗情况，这不仅耗时耗力，而且效率低下。为了提高管理效率，需要探索新的巡查方式，如利用数字孪生平台进行远程监控和管理。

（6）公共医疗资源有限，候诊空间有限，而候诊患者人数不可控。在高峰时段，候诊队列会出现等候过长的现象，影响患者就医体验，降低患者满意度。为了解决这一问题，管理部门需要利用动态且直观的手段来掌握短时间内各诊室、诊区患者人数和候诊人数，以便进行合理的诊室区域布局、门诊时段规划和出诊医生安排，以实现医疗资源的最大化利用和及时调配。

宁波大学附属第一医院智慧医疗数字孪生平台，是国内首个通过数字孪生将空间与数据深度融合,创造性跨系统打通医院所有业务平台,极大提高了医院各部门的工作效率和应急事件处理能力，被列为宁波市科学技术局科技创新2025重大专项，宁波市重点研发计划暨“揭榜挂帅”项目。

通过采集医院空间数据，构建包含医院的空间布局、科室分布、设施分布等内部信息，以及医院周边的、交通状况、医疗资源分布等外部信息的空间管理底座。围绕医院门诊、急诊、住院诊疗服务、手术业务管理，AGV机器人智慧物流管理，安防预警监测等领域的监测，为医护、患者等实体对象在医院空间提供了时空过程描述，帮助医院管理者掌握各目标实体在时间和空间中的实时变化情况，利用孪生以虚映实。

同时，利用空间数据驱动医疗业务数据互联互通，推动智慧医疗现场管理体系升级。贯穿业务日常应用和现场管理，赋予各二维医疗系统数据以空间属性，基于空间数据驱动不同系统、不同部门产生的医疗业务数据按照空间位置进行关联和整合，同基层用户的业务管理高度结合。尤其是与空间属性强相关的系统做关联应用，叠加三维空间属性，利用孪生真正赋能管理人员进行以空间为核心的管理模式，下沉至基层用于日常业务管理、科室查房、资源调配等，利用孪生空间以虚控实。

案例详情

基于全要素数字化表达的门诊管理

以虚映实是基础，以虚控实是核心，将孪生作为优化门诊、候诊和调配管理的手段。

（1）系统数据集成

门诊管理系统实现了对叫号系统、医生坐诊信息表、诊室开诊信息表以及空间信息表的全面整合，形成了一套高效的信息管理系统。该系统通过集中管理和快速访问这些关键信息，为管理人员提供了一个全面的视角来监控门诊的运营状态，可视化展现门诊数据，无论是医生的排班、诊室的使用情况，还是患者的流动情况，都能通过系统迅速获取并进行分析。

（2）数字孪生功能应用

在数据孪生的场景中实时展示诊室的使用情况，门诊医生的出勤情况和患者的候诊情况，并通过动态建模技术进行直观展示。

患者排队管理：

利用数字孪生可视化技术，创建了一个高度仿真的门诊区域模型。通过实时数据更新，模拟患者的空间分布和排队状态。房间底色面片与候诊排队状态结合，使用蓝色和黄色区分正常诊疗和排队积压状态。

诊室使用情况监控：

空间标签与诊室使用状态紧密结合，包括正常使用中、医生迟到和医生请假缺席三个状态。使用灰、黄、红三种颜色进行标记，以便快速识别不同状态。对门诊空间中的候诊积压、医生迟到、医患矛盾等情况进行实时消息告警。点击空间标签，可查看诊室对应的多维业务信息，包括患者信息、医生排班等。

实时数据呈现：

系统提供了一个直观的数据仪表盘，展示诊室的利用率、医生的考勤信息和患者的就诊状态。这些实时数据对于管理人员的日常调度和巡检至关重要，能够帮助他们迅速发现问题并采取相应的措施。

（门诊管理）

（3）用户使用意义

对于门诊管理人员而言，这些技术的应用极大地提升了他们的工作效率和调度能力。通过数字孪生系统，门诊主任能够在一个空间页面下快速获取各个院区各个诊室的拥塞情况、医生坐诊情况、诊室空置情况以及总体人流数据。这些信息为他们的日常调度和管理提供了有力支持。通过实时监控和数据分析，管理人员能够更好地管理患者流动，优化医生资源分配，确保门诊服务的高效和有序进行。

物联感知住院管理

结合空间技术，清晰呈现各病房和病床的患者信息，并在数字孪生平台对接了床旁生命体征设备，方便病区护士对重点关注患者的生命体征信息进行动态监测，提高病区医疗质量，有效降低医疗风险。同时病区场景还整合了安防监控平台，病区护士长可以通过数字孪生平台调取门禁记录和安防监控信息，了解区域主要通道的门禁开闭情况，对人员的出入进行追溯，大大提高了管理风险的防范能力。

（1）系统数据集成

实时收集床位状态、病人基本信息、护理需求以及生命体征监测数据，确保信息的准确性和实时性，为医护人员提供了全面的病房情况概览。

（2）数字孪生功能应用

实时床位信息：

系统能够实时显示所有床位的当前状态，包括空余床位、已占用床位以及床位的预定情况。利用人员模型和床位模型，直观地向医护人员传达病房的床位分配情况，提高了工作效率。

病人信息整合：

集成病人的病历资料、入院记录、治疗计划和药物管理等信息，使医护人员能够随时查阅。提高了护理服务的连续性和个性化，为病人提供了更加贴心和专业的护理。

护理等级动态调整：

系统能够根据病人的健康状况和治疗需求，自动调整护理等级。强化病床模型信息，包括有无患者、患者性别等信息，并接入看护等级信息，确保病人得到适当的关注和护理服务。

生命体征监测：

利用可穿戴设备和床旁监测设备，实时收集病人的生命体征数据，如心率、血压、体温和呼吸频率等。通过系统进行集中展示和分析，使医护人员能够随时掌握病人的健康状况。

紧急响应机制：

当监控、门禁判断异常闯入或行为异常的情况时，系统能够及时发出预警，并通知医护人员，对人员的出入进行响应管理和追溯。这有助于医护人员迅速采取相应的安保措施，确保病人的生命安全。

（患者管理）

（病房管理）

（3）用户使用意义

通过实时信息的反馈，病区管理人员可以更有效地规划护理工作流程，减少不必要的现场重复工作，提供线上查访方式，提高工作效率。同时，系统提供的数据分析工具也帮助护士长基于实时数据做出更准确的决策，如资源分配、人员调度等。在日常工作中，护士长可以通过孪生系统进行病房分配，查看患者的性别、年龄、空置情况等信息；进行日常虚拟查房，实时查看患者的生命体征；并根据住院时间和预期时间的比较进行出院预告，确保病房资源的合理利用。

手术管理

在手术室场景中，以各手术室为核心，展示了当天的手术计划和当前手术信息，并通过物联网技术对接生命体征设备，在数字孪生平台动态展示当前手术患者的呼吸、脉搏、血氧等重要体征信息，同时针对手术药品进行了精细化管理，分别通过智能药柜和智能药车等设备，分别从长期滞留和近效期两个角度进行了分析展示，提高了药品使用效率，降低了药物使用风险，有效提升了医院使用末端对药品管理。

（1）系统数据集成

集成手术排期数据、手术人员信息表以及智能药柜管理系统等多维度数据，包括手术名称、手术室分配、医生护士团队配置以及患者信息等关键要素，旨在实现对整个手术流程的精确模拟和还原。基于这些集成数据，系统能够实时统计和展示手术室的利用率，确保资源得到最合理的配置，从而大幅减少患者的手术等待时间，提高医疗服务效率。

（2）数字孪生功能应用

药柜管理功能：

该系统具备强大的药柜管理能力。通过实时监控药品的有效期，系统能够自动将药品按距离过期的时间长短分为30天、180天和360天三个类别，并清晰地展示每个类别的药品数量和条目。此外，系统还能精准识别并报告滞留药品的数量与条目，以及库存药品的实时数据，确保药品管理的透明度和高效性，有效避免药品过期和浪费，保障手术过程中药品供应的及时性和安全性。

术前-术中-术后管理：

在数字孪生系统中，手术安排及进展信息被实时接入，并通过二三维组件在页面上进行可视化呈现。这包括今日手术情况、各科室手术人次列表、手术级别查看统计、各科室完成手术类等。系统能够实时展示当日手术安排，动态追踪手术进展，并通过交互方式直观呈现手术医护信息和患者生命体征，为医疗团队提供全面的手术管理支持。

（手术管理）

（智能药柜）

（3）用户使用意义

通过该系统，手术病区护士长可以方便地查看手术室的排期情况、手术进展以及智能药柜的内容物等关键信息，帮助护士长及时发现并解决潜在问题，确保手术室的运作井然有序，优化了手术室资源的分配，提高了手术室的运营效率，还通过智能药柜系统加强了药品管理，为医院提供了一个全面、高效、安全的手术环境。

智能物流管理

在数字孪生平台基础上建立的智慧物流驾驶舱，实现全院智慧物流监管。调度中心工作人员通过智慧物流驾驶舱实时监控智慧物流网络交通状况和各物流机器人运行状态，可以根据机器人位置、区域运送负载进行空间分析计算，实时监管，对交通线路堵塞等特殊事件在调度平台进行切换运送线路等调度操作。

（1）系统数据集成

对接物流调度平台，构建了高效、智能、直观可视的智慧物流驾驶舱，以实现全院物流的智能化监管。综合集成了机器人定位信息、工单信息等关键数据，通过结合三维空间底座，对机器人物流管理进行了全面的优化和升级。

（2）数字孪生功能应用

工单管理功能：

通过实时对接机器人工单数据，系统将机器人的状态信息实时同步至系统界面。结合实时数据，系统能够清晰地展示机器人的工作状态，如空闲、执行任务、待命等。在出现异常情况，如配送超时、路径堵塞时，系统会立即触发弹窗告警，并基于预设的处理逻辑和告警机制，对订单进行自动化处理。这一过程显著提升了物流操作的效率，同时确保了订单处理的高度准确性。减少了人工干预，降低了错误率，进一步加快了订单的流转速度。

路径管理功能：

利用三维可视化底座，系统实现了机器人状态与路径管理的直观展示。机器人的运行路线、站点信息以及订单状态都以清晰的三维视图形式呈现，为物流监控和管理提供了直观、高效的手段。这种智能物流的实现不仅优化了机器人的路径规划，提高了作业的灵活性和适应性，还为管理人员提供了实时、动态的决策支持，进一步提升了整个物流系统的智能化水平。

（智慧物流）

（3）用户使用意义

调度中心的工作人员通过智慧物流驾驶舱能够实时监控智慧物流网络的交通状况和各物流机器人的运行状态。他们可以根据机器人的实时位置、区域运送负载等信息进行实时监管，并在出现交通线路堵塞等特殊事件时，通过调度平台迅速切换运送线路等调度操作。这种高效的监管和调度方式不仅提高了物流服务的管控质量和响应速度，还有效降低了运营成本，为物流服务的持续优化和升级提供了有力支持。

楼宇自控

（1）系统数据集成

通过标准化的数据接口和协议，对接物联网平台、监控系统、门禁系统等，确保楼宇内的配电设施、空调、照明、监控等关键系统数据的实时对接，以空间为核心构建一个统一的楼宇数据模型，规范数据的准确性和一致性，使得不同系统之间的数据能够相互交换和共享。

（2）数字孪生功能应用

设备管理：

运用数字孪生体的BIM空间透视与拆解功能，按区单体、楼层逐级分解，细化展示楼栋楼层的内部空间结构，快速了解空间分布，对楼层空间的拆解可以承载不同建筑单元的内部建筑设备、物联感知设备、空调、监控设备、门禁设备等定位展示和数据应用。使得用户可以直观地了解楼宇的运行状态，并实时追踪各项设施的工作情况。包括楼层空调机房设备、新风系统设施实时监测，以及温度工况展现。支持对设备进行反控调整，包含设备开启关闭、空调升温降温等。

联动院区各区域门禁设备，实时掌握各区域通行情况，结合历史日志的追溯审计，提高管理效率，降低管理成本。

结合院区数百个监控点位，动态把控院区人、车、物的位置和走向，实现对异常事件早预警、早发现、早处理，促进安保响应能力的提升。

能耗管理：

基于水电区域细分数据，关联具体楼幢能耗态势，直观呈现院区各楼幢水电消耗、同环比增长率。通过设定节能减排目标，对楼幢能耗控制做红黄绿三色标注，能耗超限显示红色提示。利用可视化图表和标签展示院区范围内各楼幢当前水电能耗，楼幢能耗占比、趋势变化。

（楼宇自控）

（能耗管理）

（3）用户使用意义

利用数字孪生平台，保卫科主任，能够更加便捷地监控和管理楼宇内摄像头、门禁、传感器、空调新风等设备，为保卫科提供了实时监控、远程控制和数据分析等功能。通过直观的界面和实时数据，也可以快速了解楼宇的运行状况，并做出相应的反控调整。其次，数字孪生技术提供了丰富的数据分析功能，帮助用户深入挖掘楼宇运行数据背后的规律和趋势，为节能减排和降低运营成本提供有力支持。

应用价值

宁波大学附属第一医院智慧医疗数字孪生平台，是国内首个通过数字孪生将空间与数据深度融合,创造性跨系统打通医院所有业务平台,极大提高了医院各部门的工作效率和应急事件处理能力，已被列为宁波市科学技术局科技创新2025重大专项、宁波市重点研发计划暨“揭榜挂帅”项目。

在案例应用成效方面：

（1）数据处理量庞大：项目建成后，平台实现了医院内部各类数据的实时接入和整合,包括门诊系统、呼叫系统、住院系统等10多套业务系统、95个数据接口,对接近4000个物联网设备和超过150台医疗设备,覆盖30多个数据主题。平台每日接入的数据流量超过千万条。

（2）处理应急事件迅速：该平台具备强大的告警呈现和处理能力，能够实时监测医院内各项运营指标，并快速响应和处理应急事件。自平台实施以来，已成功处理应急事件总数超过500起，平均响应时间缩短了20%，显著提高了医院应对突发事件的能力。

（3）工作效率显著提升：智慧医疗数字孪生平台通过自动化和智能化的管理，极大地提高了医院各部门的工作效率。例如，在门诊管理方面，平台能够自动进行出勤提醒和诊室查房，减少了人工盘点时间成本。据统计，该平台使得巡房管理的工作效率提高了25%。

在产品技术创新方面：

（美象医疗行业的产品架构）

（1）平台产品架构采用1+3+N战略，以数据中台为核心，构建移动搭建平台、Web移动端平台、大屏端指挥系统等三大平台，赋能医院门诊调度、病区管理、物流管理、手术调度、应急指挥、地库管理、资产管理、室内导航、人员定位、后勤管理、耗材管理等跨系统、多场景应用，促进医院数据要素的全方位集成，充分发挥医院数据价值。构建起以空间划分为核心的业务管理模式，通过空间数据驱动医疗业务互联互通，构建空间管理底座，实现跨院区人、事、物的统一管理，改善传统的医疗管理和调度痛点。

（2）平台在空间坐标信息的整合与优化、业务信息与时序信息的深度融合和动态信息可视化等方面取得了显著的技术创新突破。

一是空间坐标信息的整合与优化。引入先进的地理信息系统（GIS）技术，实现了对空间坐标信息与房间管理单元的高效整合，系统还设计了一个以房间ID为核心的空间主数据表，将楼层、楼栋等关键信息与房间信息紧密关联，实现了数据的集中化管理，为跨层级的数据查询和分析提供了极大便利。

二是业务信息与时序信息的深度融合。利用了图数据库引擎的强大关联能力实现了楼层和楼栋信息与房间管理单元的动态关联。通过将业务信息和时序信息进行深度融合，系统能够清晰展示业务流程的各个环节，并帮助用户更好地理解业务发展的时间与空间序列。通过动态关联楼层和楼栋信息与房间管理单元，提高数据检索的效率，确保楼层、楼栋和房间信息的实时更新，实现对业务流程的实时监控和动态调整，进一步提升业务处理的效率和准确性。

（3）高度整合各大数字化系统，打通跨系统数据利用和协同办公的路径；对医院内部的高频、动态数据进行实时映射，为办公室调度医疗资源和管理医疗服务提供支持；利用虚拟空间叠加多系统数据综合分析医院现实状态，整合数据资源，探索跨空间、跨系统、跨单元管理模式。

（4）便捷灵活的三维底座运维编辑器，支持医院项目全生命周期自主维护，为医院提供贯穿业务全生命流程的服务能力。

（三维底座运维编辑器）

一是WEB形式编辑平台：做到轻量化、多人实时运维、场景实时更新。

二是美术场景元素配置器，各类模型调整更新：将医院场景预置、已构建的模型汇集成模型库，支持各用户在前端页面进行调取、更新、编辑，平台可实现和3D场景可视化编辑工具的关联，根据需求对模型进行自主配置。

三是标签配置器，多类标签调整更新：将摄像头、门禁、告警等标签汇集成标签库，支持各用户在前端页面进行调取、更新、编辑。

四是场景风格配置器：支持对于场景的色调、配色、环境光、日夜景、天气的调用和轮播配置。

（5）开放参数的调用广泛化

为了满足不同用户的个性化需求，平台设计了一套开放参数系统。这套系统允许用户根据具体业务需求调整参数设置，从而实现对数据处理和展示的定制化控制。这种高度的灵活性确保了系统能够适应各种复杂多变的业务环境。

（6）支持跨平台部署

系统支持跨平台部署，可以在手机、平板等多种设备上运行。确保了执行人员能够随时随地进行系统操作和维护，提高了工作效率和响应速度。通过上述机制设计，数字孪生系统不仅能够满足当前的业务需求，还具备了良好的扩展性和适应性，为用户提供了一个高效、稳定、易用的数字孪生和业务数据结合平台。

在平台推广价值方面：

基于跨系统业务数据的深度融合与智能分析，空间坐标与业务数据的有效关联和业务决策支持逻辑的重构，数字孪生智慧医院平台的应用成功推动医院全量数据交互与信息输出变得更加高效。

围绕智慧医疗、智慧服务、智慧管理等方面的需求，以“重塑全流程映射、赋能多院区运营”为主要导向，数字孪生智慧医院逐渐实现医院从挂号、问诊、检查、治疗、取药、住院、手术、康复等各环节、全流程的虚实映射，以期提供更高效的服务以及更精准的管理，支撑未来医院实现智能化、功能化、人性化升级。未来可在多个应用场景，包括智慧门诊、智慧住院、数字化手术室、云诊疗、智慧教研、柔性物流、多院区协同、智慧运营管理等场景群继续探索“空间数据驱动医疗业务互联互通”路径的实际应用，有效提高多诊区、多院区的管理效率和服务质量，为构建现代化、智能化的医疗服务体系奠定了坚实基础。

宁波大学附属第一医院数字孪生平台的定位是作为数据汇聚、分析、可视化、决策辅助的大平台，以其精细化场景的优势和巨大的数据承载能力，实现从院区、楼宇、楼层、房间的宏观到微观的场景深化递进，实现整个医院宏观统计数据、细枝末节的业务分支数据都能够实现和场景的一一映射和承载，最大限度地提高数据可视化的效果以及决策的辅助能力。

充分利用空间数据资源和技术优势，推动医疗业务数据的整合和共享，实现信息的全面展示和快速查询。利用直观、系统性和友好性的特点，使得复杂的信息能够比传统的业务系统实现更有效地展示、传达和理解，赋能多业务流程的把控和跨院区协同管理。

在全国范围内领先使用“ 1+N空间主数据+数字孪生技术”的模式串联各大业务系统，使用实时图形渲染技术、业务组态完成对于门诊系统、病区临床系统、手术排班系统、楼宇BA系统（海康的摄像头、门禁系统，新风、空调、电表水表、地下停车）的横向串联和纵向打通，用户可以通过本系统查看一个空间单元内（房间、区域、楼层）的所有业务图层信息，打破传统能块化分割业务的现状，从用户实用的角度出发搭建信息查看、业务调度、资产业务管理、日常决策的串联设计。