Application of BIM and Virtual Reality of System Integration Design and Development in Medical Building Projects: A Case Study in China

Authors

  • Jiahao Chen Department of Civil Engineering, School of Engineering, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang https://orcid.org/0009-0003-9279-5081
  • Laemthong Laokhongthavorn Department of Civil Engineering, School of Engineering, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang

DOI:

https://doi.org/10.55003/ETH.410301

Keywords:

Building Information Modeling (BIM), Medical Building Projects (MBPs), Virtual Reality (VR), Design

Abstract

Design outcomes in the Medical Building Projects (MBPs) must satisfy the demand of the medical staff and stakeholders. However, they often do not have the relevant engineering expertise, so the design team is prone to misunderstandings when communicating with them using traditional two-dimensional (2D) Computer-Aided Design (CAD) drawings. The medical staff may not readily visualize and understand the design and then provide feedback to the designer through professional medical requirements or advice, which results in the need to redesign and carry out additional work during the design phase, thus delaying the progress of the MBPs. To address these challenges, this study aims to develop an integrated system based on BIM, advanced rendering engines, and VR technology for use in non-immersive and immersive VR environments. Moreover, in this study, the integrated system was applied to the infection-building project of the People's Hospital of Qingbaijiang District, Chengdu City, and semi-structured interviews were distributed to 16 engineers, designers, contractors, and medical staff who had been involved in the whole project to validate the practicality and effectiveness of the integrated system. The results indicate that this system integration is an efficient visual communication and simulation tool in medical design. Key advantages include enhanced communication efficiency between the design team and medical stakeholders, improved visual interaction, and streamlined decision-making processes within a 3D VR/BIM environment. The successful implementation of this integrated system is expected to significantly aid design teams and stakeholders in effectively managing medical design tasks in future projects.

Author Biography

Laemthong Laokhongthavorn, Department of Civil Engineering, School of Engineering, King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang

EDUCATION:

D.Eng. in Civil Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang (KMITL)
Major on Construction Engineering and Management
M.Eng. in Construction Engineering and Management, Asian Institute of Technology (AIT)
B.Eng. in Construction Engineering, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang (KMITL)

PROFESSIONAL EXPERIENCES:

ประสบการณ์การทำงาน
-รองอธิการบดี ฝ่ายอาคาร สิ่งแวดล้อมและจราจร สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (พ.ศ. 2560-ปัจจุบัน)
– ผู้ช่วยอธิการบดี ฝ่ายพัสดุ ซ่อมบำรุง ยานพาหนะ และอาคาร สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (พ.ศ. 2558-2559)
– รองคณบดี คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (พ.ศ. 2553-2558)
– ผู้ช่วยคณบดี คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (พ.ศ. 2553)
– รองศาสตราจารย์ สาขาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง
– คณะทำงานร่างข้อบังคับอาคาร (Building Code) โครงการย่อยที่ 5 ด้านการปฏิบัติหลังการออกแบบ, กรมโยธาธิการและผังเมือง (พ.ศ. 2549-2554)
– Concrete Testing Agency โครงการก่อสร้าง Main Terminal Building Complex Concord, Apron, Subway Station, สนามบินสุวรรณภูมิ (พ.ศ. 2545-2548)
– Testing Agencyand Laboratory Auditor โครงการก่อสร้าง Runway, สนามบินสุวรรณภูมิ (พ.ศ. 2546- 2547)
– อนุกรรมการวิชาการ วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์ (พ.ศ. 2557- ปัจจุบัน)
– ผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุโครงการจัดซ่อมและเสริมกำลังสะพานข้ามคลองในพื้นที่กรุงเทพมหานครกลุ่มที่ 1 และกลุ่มที่ 2 (56 สะพาน), สำนักงานก่อสร้างและบูรณสำนักการโยธา, นครกรุงเทพมหา(พ.ศ. 2553)
– วิศวกรโครงการและผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุโครงการจัดซ่อมและเสริมกำลังสะพานข้ามคลองอนุรักษ์ (สะพานผ่านฟ้าลีลาศ, สะพาน ผ่านพิภพลีลา และ สะพานพิทยเสถียร) ในพื้นที่กรุงเทพมหานคร, สำนักงานก่อสร้างและบูรณสำนักการโยธา, กรุงเทพมหานคร, (2554)
– ผู้ชำนาญการพิเศษเพื่อทดสอบความรู้ความชำนาญการประกอบวิชาชีพระดับสามัญวิศวกร ระดับสามัญวิศวกร สาขาวิศวกรรมโยธาสภาวิศวกร (พ.ศ. 2555-2558)
– กรรมการยุววิศวกรแห่งประเทศไทย (พ.ศ. 2543-2547)
– คณะทำงานมาตรฐานความปลอดภัยในงานก่อสร้าง ฉบับปรังปรุงครั้งที่ 1 พ.ศ. 2555-2556 วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์ (วสท.)

งานด้านวิชาการและวิจัย
– อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์นักศึกษาปริญญาโท สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, มหาวิทยาลัย เทคโนโลยีราชมงคลตะวันออกวิทยาเขตอุเทนถวาย
– กรรมการสอบวิทยานิพนธ์นักศึกษาปริญญาโท สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, จุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย,มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลตะวันออก วิทยาเขตอุเทนถวาย
– ผลงานวิจัยและผลงานวิชาการเผยแพร่ระดับประเทศ 60 บทความและ 1 สิทธิบัตร

วิทยากรรับเชิญ
วิทยากรอบรม หัวข้อ “การก่อสร้างอาคาร กับความเสี่ยงภัย” , สมาคมประกันภัย, 2554
– วิทยากรอบรม หัวข้อ “กฎหมาย และ รูปแบบของสัญญา โครงการอสังหาริมทรัพย์” , โรงเรียนธุรกิจอสังหาริมทรัพย์ไทย, 2554
– วิทยากรอบรม หัวข้อ “การออกแบบ ตรวจสอบ และ บำรุงรักษาสะพาน” , กรุงเทพมหานคร, 2556.
– วิทยากรอบรม หัวข้อ “การบริหารความขัดแย้งในองค์กร” และ “การบริหารโครงการ และการควบคุมโครงการ” , การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย, 2557.
– วิทยากรอบรม หัวข้อ “การออกแบบ ตรวจสอบ และ บำรุงรักษาสะพาน” , วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย, 2558.

References

N. Kahn, “National healthcare capital project benchmarking—an owner’s perspective,” HERD: Health Environments Research & Design Journal, vol. 3, no. 1, pp. 5¬14, 2009, doi: 10.1177/193758670900300102.

E. Enache-Pommer, M. J. Horman, J. I. Messner and D. Riley, “A unified process approach to healthcare project delivery: Synergies between greening strategies, lean principles, and BIM,” in Construction Research Congress 2010: Innovation for Reshaping Construction Practice, Alberta, Canada, 2010, pp. 1376–1405, doi: 10.1061/41109(373)138.

C. M. Eastman, “CIFE Study of Construction Industry Labor Productivity,” in BIM Handbook: A guide to building information modeling for owners, managers, designers, engineers and contractors, 2nd ed. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2011, ch. 1, sec. 3.1, pp. 10-13.

N. Somboonwit and N. Sahachaisaeree, “Healthcare Building: Modelling the Impacts of Local Factors for Building Energy Performance Improvement in Thailand,” Procedia-Social and Behavioral Sciences, vol. 50, pp. 549–562, 2012, doi: 10.1016/j.sbspro.2012.08.058.

R. C. Okada, A. E. Simons and A. Sattineni, “Owner-requested Changes in the Design and Construction of Government Healthcare Facilities,” Procedia Engineering, vol. 196, pp. 592–606, 2017, doi: 10.1016/j.proeng.2017.08.047.

J. Choi, F. Leite and D. P. de Oliveira, “BIM-based benchmarking for healthcare construction projects,” Automation in Construction, vol. 119, Nov., 2020, Art. no. 103347, doi: 10.1016/j.autcon.2020.103347.

R. Sacks, C. Eastman, G. Lee and P. Teicholz, “BIM Case Studies,” in BIM Handbook: A guide to building information modeling for owners, designers, engineers, contractors, and facility managers, 3 ed. Newark, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2018, ch. 10, pp. 398–613.

G. Iannaccone, M. Imperadori and G. Masera, “Managing the Process: Operative Tools and Techniques,” in Smart-ECO buildings towards 2020/2030: innovative technologies for resource efficient buildings, New York, NY, USA: Springer International Publishing, 2014, ch. 2, sec. 1.3, pp. 16-18.

R. Manning and J. I. Messner, “Case studies in BIM implementation for programming of healthcare facilities,” Journal of Information Technology in Construction, vol. 13, pp. 446–457, 2008.

C. Merschbrock and B. E. Munkvold, “Effective digital collaboration in the construction industry – A case study of BIM deployment in a hospital construction project,” Comput Industry, vol. 73, pp. 1–7, 2015, doi: 10.1016/j.compind.2015.07.003.

P. J. Hareide, S. Bjørberg, M. Støre-Valen, A. Haddadi and J. Lohne, “Strategies for optimization of value in hospital buildings,” Procedia-Social and Behavioral Sciences, vol. 226, pp. 423–430, 2016, doi: 10.1016/j.sbspro.2016.06.207.

Y. Lu, Z. Wu, R. Chang and Y. Li, “Building Information Modeling (BIM) for green buildings: A critical review and future directions,” Automation in Construction, vol. 83, pp. 134–148, 2017, doi: 10.1016/j.autcon.2017.08.024.

H. Wang, Y. Pan and X. Luo, “Integration of BIM and GIS in sustainable built environment: A review and bibliometric analysis,” Automation in construction, vol. 103, pp. 41–52, 2019, doi: 10.1016/j.autcon.2019.03.005.

Y. Lin, Y. Chen, H. Yien, C. Huang and Y. Su, “Integrated BIM, game engine and VR technologies for healthcare design: A case study in cancer hospital,” Advanced Engineering Informatics, vol. 36, pp. 130–145, 2018, doi: 10.1016/j.aei.2018.03.005.

E. Buchanan, G. Loporcaro and S. Lukosch, “On the Effectiveness of Using Virtual Reality to View BIM Metadata in Architectural Design Reviews for Healthcare,” Multimodal Technologies and Interaction, vol. 7, no. 6, 2023, Art. no. 60, doi: 10.3390/mti7060060.

C. Akçay, I. A. Ilis and O. Saniye, “A Public BIM Project: Cerrahpaşa Healthcare and Education Facility,” in Advances in Building Information Modeling, Cham, S. Ofluoglu, O. O. Ozener, and U. Isikdag, Eds., Mar., 2020, pp. 40–53, doi: 10.1007/978-3-030-42852-5_4.

A. Joseph, S. Bayramzadeh, Z. Zamani and B. Rostenberg, “Safety, performance, and satisfaction outcomes in the operating room: a literature review,” HERD: Health Environments Research & Design Journal, vol. 11, no. 2, pp. 137–150, 2018, doi: 10.1177/1937586717705107.

M. Elf, A. Anåker, E. Marcheschi, Á. Sigurjónsson and R. S. Ulrich, “The built environment and its impact on health outcomes and experiences of patients, significant others and staff—A protocol for a systematic review,” Nursing Open, vol. 7, no. 3, pp. 895–899, 2020, doi: 10.1002/nop2.452.

T. Jouppila and T. Tiainen, “Nurses’ Participation in the design of an intensive care unit: the use of virtual mock-ups,” HERD: Health Environments Research & Design Journal, vol. 14, no. 2, pp. 301–312, 2021, doi: 10.1177/1937586720935407.

E. Buchanan, G. Loporcaro and S. Lukosch, “On the effectiveness of conveying bim metadata in vr design reviews for healthcare architecture,” in 2022 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces Abstracts and Workshops (VRW), Christchurch, New Zealand, Mar. 12–16, 2022, pp. 806¬807, doi: 10.1109/VRW55335.2022.00254.

J. I. Kim, S. Li, X. Chen, C. Keung, M. Suh and T. W. Kim, “Evaluation framework for BIM-based VR applications in design phase,” Journal of Computational Design and Engineering, vol. 8, no. 3, pp. 910–922, 2021, doi: 10.1093/jcde/qwab022.

I. E. Sutherland, “The ultimate display,” in Proc. Internation Federation of Information Processing (IFIP) Congress, New York, NY, USA, 1965, pp. 506–508. [Online]. Available: http://www.universelle-automation.de/1965_Boston.pdf.

J. Lanier, “Virtual reality: The promise of the future,” Interactive Learning International, vol. 8, no. 4, pp. 275–279, 1992.

C. Wang, H. Li and S. Y. Kho, “VR-embedded BIM immersive system for QS engineering education,” Computer Applications in Engineering Education, vol. 26, no. 3, pp. 626–641, 2018, doi: 10.1002/cae.21915.

S. Alizadehsalehi, A. Hadavi and J. C. Huang, “Assessment of AEC students’ performance using BIM-into-VR,” applied sciences, vol. 11, no. 7, 2021, Art no. 3225, doi: 10.3390/app11073225.

V. Getuli, P. Capone and A. Bruttini, “Planning, management and administration of HS contents with BIM and VR in construction: an implementation protocol,” Engineering, Construction and Architectural Management, vol. 28, no. 2, pp. 603–623, 2021, doi: 10.1108/ECAM-11-2019-0647.

M. Afzal and M. T. Shafiq, “Evaluating 4d-bim and vr for effective safety communication and training: A case study of multilingual construction job-site crew,” buildings, vol. 11, no. 8, 2021, Art. no. 319, doi: 10.3390/buildings11080319.

M. Johansson, M. Roupé and M. Viklund Tallgren, “From BIM to VR-Integrating immersive visualizations in the current design process,” in Proc. 32nd International Conference on Education and Research in Computer Aided Architectural Design in Europe (eCAADe), England, UK, 2014, pp. 261–269, doi: 10.52842/conf.ecaade.2014.2.261.

S. Meža, Ž. Turk and M. Dolenc, “Component based engineering of a mobile BIM-based augmented reality system,” Automation in construction, vol. 42, pp. 1–12, 2014, doi: 10.1016/j.autcon.2014.02.011.

L. Barazzetti and F. Banfi, “Historic BIM for mobile VR/AR applications,” Mixed reality and gamification for cultural heritage, pp. 271–290, 2017, doi: 10.1007/978-3-319-49607-8_10.

Kalloc Studios inc. Fuzor 2023 User Manual, 2023. Accessed: Jan. 20, 2024. [Online]. Available: https://fuzor-manual.atlassian.net/wiki/spaces/FM23/overview.

Downloads

Published

2024-09-30

How to Cite

[1]
J. Chen and L. Laokhongthavorn, “Application of BIM and Virtual Reality of System Integration Design and Development in Medical Building Projects: A Case Study in China”, Eng. & Technol. Horiz., vol. 41, no. 3, p. 410301, Sep. 2024.

Issue

Section

Research Articles