Istituto di progettazione architettonica di Pechino

Situato lungo l'iconico viale Chang'an di Pechino, un ospedale storico sta subendo una straordinaria trasformazione al fine di migliorare le proprie strutture. L’ospedale, che serve una popolazione vasta e diversificata, è già rinomato per il suo contributo alla ricerca scientifica, alla prevenzione delle malattie e alla salute della comunità. Questo ultimo progetto prevede una completa modernizzazione, che fonde il carattere dell'architettura originale degli anni '50 con tecnologie e infrastrutture mediche all'avanguardia, tra cui reparti chirurgici avanzati, aree di trattamento specialistiche e strutture diagnostiche high-tech.

Armonizzare il vecchio e il nuovo è solo una parte della sfida. Il design aggiornato deve anche ottimizzare i flussi di lavoro e i processi dell’ospedale. Per affrontare questa sfida non bastano gli approcci tradizionali, ma occorrono strumenti digitali innovativi in grado di gestire le complessità della progettazione e del funzionamento di un ospedale intelligente.

A guidare questo ambizioso progetto di ristrutturazione è l’Istituto di progettazione architettonica di Pechino (BIAD). Lo studio di progettazione architettonica cinese ha adottato le soluzioni di Dassault Systèmes per esplorare nuovi metodi di progettazione architettonica, costruzione e gestione, e abbattere le barriere tra le diverse discipline. Il suo obiettivo: creare un ambiente coeso che supporti i professionisti sanitari, migliori l'esperienza dei pazienti, aumenti l'efficienza operativa e offra un ospedale intelligente sostenibile e a prova di futuro per gli anni a venire.

"La collaborazione con Dassault Systèmes ci consente di integrare tecnologie avanzate di modellazione e simulazione nei nostri progetti architettonici, ridefinendo il modo in cui gli ospedali vengono progettati, costruiti e gestiti nella nuova era sostenibile della Cina", ha affermato Xu Quansheng, segretario del partito e presidente del BIAD. "Tradizionalmente, la progettazione degli ospedali si concentrava esclusivamente sulla forma e sulla funzionalità. Ora, grazie agli strumenti digitali, siamo in grado di soddisfare le esigenze di medici, pazienti, operatori e investitori. Grazie alla simulazione dei processi e alla modellazione esperienziale, possiamo sviluppare soluzioni complete e integrate prima ancora dell'inizio dei lavori di costruzione.

Al centro di questa trasformazione c'è l'attenzione all'ottimizzazione dell'esperienza dei pazienti. Proprio come i simulatori di volo sono una pratica standard nella progettazione aerospaziale per apportare sicurezza e funzionalità, test virtuali simili vengono applicati alla ristrutturazione di questo ospedale intelligente. Grazie alla modellazione e alla simulazione di ogni fase del percorso del paziente durante la progettazione, dalla disposizione delle stanze ai processi ospedalieri, il team del BIAD è in grado di identificare tempestivamente potenziali problemi e trovare le soluzioni migliori.

Ogni fase del percorso del paziente viene modellata per identificare potenziali colli di bottiglia e inefficienze, consentendo ai progettisti di visualizzare e perfezionare il modo in cui i pazienti si muovono all'interno dell'ospedale, dal momento dell’arrivo per il trattamento, alla degenza e infine alla dimissione. Partendo da qui, possono testare come le diverse configurazioni delle sale operatorie e dei reparti di degenza influenzano il flusso sia dei pazienti che del personale, considerando anche come la disposizione dei letti possa favorire trasferimenti rapidi e agevoli verso le sale operatorie o altre aree funzionali.

"Questo approccio trasforma la progettazione ospedaliera in qualcosa di più della semplice creazione di spazi e ambienti; si concentra sul miglioramento del benessere fisico ed emotivo dei pazienti durante il trattamento", ha affermato Huang Zhou, vicedirettore facente funzione dell'Ottavo istituto di ingegneria del BIAD. “Ogni ospedale ha le sue caratteristiche uniche. La progettazione spaziale di un ospedale ruota attorno ai pazienti e ai flussi di lavoro dei servizi su misura per loro. L'intelligenza artificiale può classificare i pazienti e i processi diagnostici all'interno di questi flussi di lavoro, utilizzando algoritmi per ottimizzare il sistema dei servizi medici. La piattaforma 3DEXPERIENCE di Dassault Systèmes apre nuove possibilità per l'intelligenza artificiale generativa nel futuro”.

"Per i medici, l'ospedale deve supportare un flusso di lavoro ininterrotto tra le aree cliniche, chirurgiche e di degenza, consentendo loro di svolgere i propri compiti in modo efficiente", ha aggiunto Xu. "Dovrebbe offrire spazi ben progettati per diagnosi, cure, test, laboratori e reparti che consentano loro di fornire un'assistenza eccezionale".

Le funzionalità integrate di modellazione e simulazione (note anche come MODSIM) ottimizzano l'intero processo di progettazione. Utilizzando CATIA, la potente soluzione di modellazione generativa parametrica e 3D sulla piattaforma 3DEXPERIENCE, i progettisti possono creare rapidamente Modellazioni delle Informazioni di Costruzioni (BIM) al fine di testare e perfezionare le loro idee virtualmente, semplificando flussi di lavoro complessi e accelerando i tempi di realizzazione dei progetti. In ogni fase, le parti interessate appartenenti a diverse discipline lavorano contemporaneamente all'interno della piattaforma 3DEXPERIENCE e visualizzano le ultime versioni dei modelli 3D in tempo reale.

"Il modello creato durante la fase di progettazione può essere importato direttamente nel modulo di simulazione, consentendo transizioni fluide tra i due con un solo clic", ha affermato Feng Jing, responsabile del progetto dell'ospedale intelligente dell'Ottavo istituto di ingegneria del BIAD. “Inoltre, qualsiasi aggiornamento apportato nel modulo di progettazione viene immediatamente riportato nella simulazione. La piattaforma 3DEXPERIENCE è una soluzione potente. Rafforza il lavoro di squadra, collega i processi a monte e a valle, fornisce un flusso di informazioni continuo e migliora significativamente la produttività".

I progettisti devono rispettare gli standard del settore per quanto riguarda la disposizione e le caratteristiche degli interni. Nel corso del tempo, il BIAD intende creare una libreria di conoscenze con progetti standardizzati. Ciò include reparti, sale operatorie, aree attrezzate con apparecchiature chiave e sale funzionali come sale TC e radiografiche, tenendo conto delle specifiche apparecchiature mediche richieste in ogni spazio e di tutte le informazioni fornite dai produttori.

"Dopo aver completato due o tre progetti simili, questa base di conoscenze coprirà dal 60% al 90% degli scenari ospedalieri comuni", ha affermato Liang Nan, vicecapo del Dipartimento informatico del BIAD. "Per i progetti futuri, questo approccio migliorerà significativamente l'efficienza, riducendo potenzialmente della metà i tempi di progettazione".

Le considerazioni ambientali sono fondamentali nelle moderne strutture sanitarie, che richiedono sistemi avanzati per la ventilazione, il flusso d'aria e il controllo delle infezioni. Simulando i modelli di flusso d'aria e il movimento degli inquinanti all'interno della struttura utilizzando SIMULIA, il team di progettazione del BIAD è in grado di individuare la posizione strategica ideale per le sale operatorie e i reparti di malattie infettive al fine di ridurre la diffusione dei contaminanti.

"Abbiamo simulato il flusso d'aria interno per comprendere come gli inquinanti si diffondono dai reparti, testando virtualmente diversi scenari in base alla posizione delle pareti, dei letti, delle prese d'aria e delle bocchette di scarico", ha affermato Liang. "Questo ci aiuta a progettare sistemi di ventilazione capaci di espellere rapidamente gli inquinanti, riducendo il rischio di contaminazione incrociata e migliorando il comfort dei pazienti e la qualità dell'aria".

Le simulazioni tengono conto anche di fattori esterni quali le condizioni meteorologiche e del vento. Questo aiuta a orientare la disposizione degli edifici in modo da proteggere alcune aree dai venti forti e fornire un'adeguata ventilazione nelle zone con venti deboli.

"Sulla base dei risultati, possiamo posizionare strategicamente i reparti di malattie infettive sottovento per prevenire la contaminazione di altri edifici", ha affermato Feng. 

Il settore sanitario è sottoposto a crescenti pressioni per ridurre il proprio impatto ambientale e aumentare l'efficienza in termini di costi. Utilizzando gli strumenti di simulazione avanzata di SIMULIA per testare l’utilizzo dell’energia, la gestione delle acque e le prestazioni HVAC, il team di progettazione è in grado di evidenziare le aree in cui è possibile apportare miglioramenti. Ad esempio, i sistemi di recupero del calore possono essere utilizzati per ridurre lo spreco energetico e migliorare l'efficienza energetica. Queste informazioni consentiranno di ridurre l'impronta di carbonio dell'ospedale, ma anche di ottenere risparmi a lungo termine sui costi energetici e di manutenzione.

"Analizzando le condizioni attuali di una stanza, possiamo prevedere il fabbisogno energetico in tempo reale e regolare i sistemi automatizzati di conseguenza", ha affermato Liang. “Nelle giornate limpide, l'aria fresca può fluire naturalmente, riducendo la necessità di ventilazione. Ma se l'aria esterna è inquinata dallo smog, possiamo affidarci alla circolazione interna dell'aria. Questo approccio privilegia la salute degli occupanti ottimizzando al contempo l'uso dell'energia, bilanciando sicurezza, comfort e sostenibilità”.

L'uso degli strumenti MODSIM è fondamentale anche per gestire la complessa logistica del lavoro all'interno di un sito ospedaliero inserito in un ambiente urbano. La posizione centrale dell'ospedale a Pechino presenta ostacoli significativi, come lo spazio limitato per la costruzione. Simulando vari scenari, il team di progettazione può anticipare potenziali problemi relativi all'accessibilità, al flusso del traffico e alla sequenza dei lavori, contribuendo a ridurre al minimo le interruzioni e a mantenere il regolare funzionamento dell'ospedale durante tutto il processo di ristrutturazione.

"Ad esempio, mappando digitalmente il piano di lavoro del cantiere con i flussi di lavoro ospedalieri, il team può mantenere operative le aree critiche mentre i lavori proseguono in altre parti dell'ospedale", ha affermato Huang. 

Man mano che l'ospedale si evolve nel tempo, incorporando nuove tecnologie e rispondendo alle future esigenze sanitarie, è essenziale che la struttura dell'edificio si adatti. Grazie alle funzionalità di modellazione delle informazioni di costruzione e simulazione di Dassault Systèmes, è possibile pianificare e testare virtualmente i futuri ampliamenti e ristrutturazioni delle stanze per fare in modo che si integrino perfettamente con la configurazione esistente degli ospedali. Dalla costruzione alla gestione e alla manutenzione, i dati raccolti e testati durante la fase di progettazione forniranno informazioni utili per il processo decisionale in ogni fase, migliorando l'efficienza complessiva e la longevità dell'ospedale.

"In questo progetto, abbiamo affrontato la sfida di bilanciare il lungo ciclo di vita degli edifici (oltre 50 anni) con cicli più brevi per le attrezzature (da cinque a dieci anni) e dispositivi medici in rapida evoluzione (come i pulsossimetri che vengono aggiornati ogni uno o due anni)", ha affermato Feng. "La piattaforma 3DEXPERIENCE integra dati multidisciplinari in un'unica piattaforma, consentendoci di visualizzare l'impatto delle apparecchiature mediche sul progetto complessivo." 

Innovazioni come questa sono un modello per il futuro dei sistemi sanitari. Il BIAD spera che il suo approccio integrato, supportato da strumenti digitali all'avanguardia e da pratiche sostenibili, definirà un nuovo standard per la progettazione e la gestione operativa degli ospedali intelligenti.

"La nostra collaborazione con Dassault Systèmes mira a ottimizzare l'intero flusso di lavoro degli edifici ospedalieri, dalla progettazione alla costruzione e e alla gestione", ha affermato Liang. “Creando unità modulari standard, stiamo accelerando il processo di progettazione e definendo la funzione dell'ospedale prima della costruzione. È come lavorare con un insieme di mattoncini da costruzione a incastro. In precedenza, progettavamo ogni pezzo singolarmente. Ora, sviluppando blocchi standardizzati in varie forme e dimensioni, possiamo assemblarli in modo molto più efficiente.”

Questo concetto è noto come produttivizzazione. Trasformando i componenti architettonici in unità modulari standardizzate, il BIAD sarà in grado di creare soluzioni ripetibili e scalabili in grado di soddisfare le complesse esigenze delle moderne strutture sanitarie, riducendo al contempo i tempi di progettazione e costruzione.

"La produttivizzazione diventerà ancora più diffusa, poiché il futuro del nostro settore è orientato alla precisione e guidato dall'intelligenza", ha affermato Huang.

Oggi il BIAD si posiziona all'avanguardia in un settore in cui le prestazioni e la longevità degli edifici sono fondamentali. La visione dell'istituto ora va oltre la progettazione e la costruzione per fare in modo che gli edifici continuino a funzionare al massimo delle prestazioni per tutta la loro durata di vita.

"La spinta del governo cinese a ristrutturare edifici esistenti è in linea con questi obiettivi, fondendo strutture vecchie e nuove per raggiungere gli obiettivi di riduzione delle emissioni di carbonio ed evitare inutili nuove costruzioni e demolizioni, che generano entrambe notevoli emissioni di carbonio", ha affermato Xu. "La collaborazione con Dassault Systèmes rappresenta un grande cambiamento per noi. Non si tratta solo di progettare edifici, ma di ripensare il loro funzionamento, l’interazione con l'ambiente circostante e la loro durata per le generazioni future.