挑战
作者：Antonio R. Rodriguez 和 Joseph J. Wolski（美国国立卫生研究院（NIH）
在 2017 年冬季模拟大会上发表
美国国立卫生研究院（NIH）是一家支持基础生物医学研究的联邦机构，其决策者面临着如何提高研究支持服务效率和效果的挑战，以及如何 "少花钱多办事 "的挑战。研究服务办公室（ORS）、质量管理办公室（OQM）通过开发 "校园运营决策支持"（CODS）模拟模型，为解决这些挑战提供支持。该模型由各种软件工具和技术组成，用于模拟校园三维 "虚拟世界"，可用于各种应用，以更好地了解和加强服务的提供，从而支持美国国立卫生研究院的研究任务。该项目包括一些子模型，可帮助分析校园内和校园内的行人和交通流动、访客筛选、NIH 穿梭巴士网络，并为将来扩展到更多研究支持活动提供帮助。
1 引言
美国国立卫生研究院研究服务办公室（ORS）和研究设施办公室（ORF）的任务是为美国国立卫生研究院的研究任务提供及时可靠的支持。研究服务办公室和研究设施办公室以各种必要的方式为美国国立卫生研究院提供支持，以确保这个世界上最大的生物医学研究机构高效、安全地运行。ORS 和 ORF 提供的各种服务对美国国立卫生研究院所有研究所和中心（ICs）完成研究任务的能力产生了重大影响。
如今，ORS 和 ORF 都面临着以更少的资源为 NIH 社区提供更多服务的挑战。在过去几年中，对 ORS 和 ORF 所提供和维护的服务和基础设施的需求相对保持不变，在某些情况下甚至有所增加；但资金水平却相对持平，或考虑到轻微的通货膨胀。在提供相同数量和质量的服务方面，压力越来越大。因此，ORS 和 ORF 必须不断想方设法提高现在和将来为 NIH 社区提供服务的效率和效果。
为了支持这些改进，ORS 质量管理办公室利用模拟技术设计并实施了一个园区运营决策支持模型。该项目最初包括一个美国国立卫生研究院贝塞斯达校区的三维模型，其中包括道路网络和建筑物、停车场位置、美国国立卫生研究院穿梭巴士网络、校区内的行人和车辆通行情况，以及行人和车辆通过智能卡出入口和访客安检点进入/离开校区的情况。其目的是利用这一模式来尝试改变服务，使容量与需求更加匹配，从而有助于以具有成本效益的方式使用有限的预算资源。
解决方案
2 仿真设计
该系统包括一个逼真的三维美国国立卫生研究院贝塞斯达校区 "虚拟世界"，可用于各种应用，以更好地了解和加强规划，并改进服务的提供。从视觉角度来看，该模型可通过计算机屏幕或虚拟现实硬件进行查看和互动。此外，还可通过实验/情景提供定量输出。
该模型还提供了更详细的应急场景或特定校园运营流程的演练。最初考虑的应急场景是楼宇/校园疏散和主动射击场景。该系统的设计方式是让用户了解这种情景如何在特定的校园建筑中发生，以及这种情景对整个校园运作的影响和互动方式。
最初的校园运行系统包括员工和访客通道以及班车系统。该系统的设计方式能够准确反映这些流程的输入和输出以及与整个校园的互动，并能够在整个系统中跟踪一个人（例如，访客驾车进入校园、通过安全检查、停车、前往大楼、参加疏散演习、返回大楼、返回车辆和离开校园）。
该模型可用于尝试改变服务，使容量与需求更加匹配，从而有助于经济高效地利用有限的预算资源，并为突发情况制定计划，如校园道路关闭、楼宇疏散、部分或整个校园疏散、或发生主动枪击事件等。
3 建模方法
基础模型是在较高的层次上开发的，这样就可以在细粒度上表示特定的流程或操作，并 在必要时从视觉和分析的角度增加更多的细节。更详细的模型有助于开发和提供用于主模型的处理时间参数。这样，就可以在必要时开发和建立详细的模型。
该基础模型包括一个逼真的校园道路和人行道网络三维模型，以及校园建筑的出入口。该基础模型包括之前作为独立模型开发的几个校园子系统，这些子系统现已整合到一个模型中。这些系统包括校园通道、穿梭巴士系统、校园交通（包括典型交通流和疏散期间的交通流）以及主动射击场景。
例如，在基础模型中，建筑物被表示为一个 "黑盒子"，具有确定的输入和输出。这样，一栋建筑就有了一定数量的住户可以进出的位置，而建筑内更详细的流程则可以在单独的子模型中开发，该子模型可以独立运行，也可以与更大的模型对接（例如，建筑疏散或主动射击场景）。三维建模使用 Trimble Sketchup 以及 ORF 和开放街道地图中的数据完成。这些子系统的建模方法之前是在 Arena 中开发的。
商业影响
4 结论和下一步工作
该模拟工具为整个 NIH 节省了大量成本，并加强了影响 NIH 生命和福祉的应急规划工作。所实施的项目使研究工作得以不间断地进行，并为影响美国国立卫生研究院及周边社区的安保和安全做出了明智的决策。
开发和分析模拟提供的输出指标，使决策者能够更好地了解系统变化对服务提供的影响，以及更好地识别、了解和减轻通过实验模拟提供的各种情景而发现的风险。
通过使用这种可扩展的模块化方法，将其他校园和研究系统整合到该模型中的潜力巨大，并使决策者能够更好地了解各系统如何相互影响并对更广泛的目标产生影响。虽然这些模型是专门为美国国立卫生研究院开发的，但其他机构和组织也可以利用这些方法来解决相关挑战。
致谢
OQM 团队对支持本项目的 NIH 和 ORS/ORF 领导层及众多员工表示感谢。