我國方艙醫(yī)院的設(shè)計(jì)與施工

新冠肺炎疫情給人民生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來了較大的影響。通過快速建設(shè)方艙醫(yī)院,集中收治新冠肺炎患者,可有效緩解醫(yī)療資源不足、阻止疫情蔓延。在抗擊疫情的關(guān)鍵時(shí)刻,方艙醫(yī)院的建設(shè)為我國多次成功控制新冠肺炎疫情發(fā)揮了不可替代的作用。

一、方艙醫(yī)院的起源及功能

“方艙”一詞寓意諾亞方舟,而方艙醫(yī)院則起源于20世紀(jì)60年代美國軍用移動(dòng)醫(yī)療平臺(tái)。我國從20世紀(jì)90年代開始研制第一代方艙醫(yī)院,至今已發(fā)展到第三代。最新一代方艙醫(yī)院在2020年被提出并實(shí)施,已發(fā)展成為具有中國特色的新型公共衛(wèi)生理念的大型臨時(shí)醫(yī)院,具備集中隔離、患者分診、提供基本醫(yī)療、密切監(jiān)測及快速轉(zhuǎn)診、保證必要生活和社會(huì)活動(dòng)五大主要功能,不僅在抗擊新冠肺炎疫情中發(fā)揮了極其重要的作用,而且可被用于應(yīng)對其他突發(fā)的公共衛(wèi)生事件。

二、方艙醫(yī)院建設(shè)的難點(diǎn)

方艙醫(yī)院往往是在疫情不斷出現(xiàn)、確診患者數(shù)量急劇增加、醫(yī)療資源嚴(yán)重不足、城市處于封控或靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)開始建設(shè)的,并要求以盡可能短的時(shí)間、最低的成本完成大量、大規(guī)模方艙醫(yī)院的建造,為控制疫情爭取更多的時(shí)間。這使方艙醫(yī)院建設(shè)面臨巨大的挑戰(zhàn),例如：用于設(shè)計(jì)、采購和施工的時(shí)間極短,材料用量大、設(shè)備需求多,封控狀態(tài)下的人力、材料和設(shè)備緊缺,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工方法已不能滿足大規(guī)模、快速建造的需求；同時(shí),與常規(guī)傳染病醫(yī)院相比,方艙醫(yī)院在感染控制及環(huán)保方面的要求更高,這對設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維提出了更高的要求。 

三、方艙醫(yī)院的建設(shè)模式

方艙醫(yī)院的建設(shè)模式有兩種：第一種是新建模式,即新建一種符合呼吸道傳染病患者救治標(biāo)準(zhǔn)的臨時(shí)醫(yī)院；第二種是改造模式,即將會(huì)展中心、體育場館和商業(yè)綜合體等大型公共場所改造為大型臨時(shí)醫(yī)院。在方艙醫(yī)院的建設(shè)中,采用改造模式的比例較高。

兩種建設(shè)模式具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：在適用范圍方面,新建的方艙醫(yī)院適用于集中收治輕型、普通型、重型及危重型患者,改造而成的方艙醫(yī)院適用于集中收治輕型、普通型、無癥狀患者；在建造時(shí)機(jī)方面, 新建的方艙醫(yī)院適用于患者數(shù)量接近或可能超過當(dāng)?shù)蒯t(yī)療系統(tǒng)救治能力的情況,改造的方艙醫(yī)院適用于疫情日益肆虐、患者數(shù)量超過當(dāng)?shù)蒯t(yī)療系統(tǒng)救治能力的情況；在建設(shè)時(shí)間方面,相同條件下,改造項(xiàng)目所需的時(shí)間比新建項(xiàng)目短；在感染控制方面, 新建方艙醫(yī)院的感染控制標(biāo)準(zhǔn)比改造而成的方艙醫(yī)院高,其防感染、防污染、防擴(kuò)散能力更強(qiáng)；在建設(shè)成本方面,新建方艙醫(yī)院的單位面積成本比改造而成的方艙醫(yī)院高；在床位數(shù)量方面,改造項(xiàng)目的總床位數(shù)通常比新建的方艙醫(yī)院多；在可持續(xù)性方面,疫情結(jié)束后,改建而成的方艙醫(yī)院可快速恢復(fù)原狀并繼續(xù)利用,新建的方艙醫(yī)院若繼續(xù)運(yùn)營,費(fèi)用較高,若拆除則浪費(fèi)更多資源。

四、模塊化設(shè)計(jì)

01

設(shè)計(jì)宗旨及防疫設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)宗旨方面,方艙醫(yī)院除了滿足普通醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)的要求之外,要特別重視感染防控,以確保醫(yī)務(wù)人員及患者安全和環(huán)境安全,同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足快速安全建設(shè)的要求,且優(yōu)先選擇模塊化、裝配化、輕量化結(jié)構(gòu)。

在防疫設(shè)計(jì)方面,除了滿足常規(guī)傳染病醫(yī)院醫(yī) 療流程的要求之外,更加重視“控制傳染源、切斷傳染鏈、隔離易感人群”,防止院內(nèi)交叉感染、污染環(huán)境,即通過防疫設(shè)計(jì),阻止方艙醫(yī)院內(nèi)可引起感染的病毒進(jìn)入空氣、水體和土壤中。

防疫設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容主要包括：采用三區(qū)兩通道的平面布局設(shè)計(jì)、交通組織及流線設(shè)計(jì)、空氣壓力梯度設(shè)計(jì)、采暖通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣及智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、醫(yī)用氣體系統(tǒng)設(shè)計(jì)、污物處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。其中：三區(qū)兩通道、交通及流線、空氣壓力梯度是防疫設(shè)計(jì)的核心,主要用于劃分不同的功能空間以實(shí)現(xiàn)方艙醫(yī)院的五大功能；采暖通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確保室內(nèi)空氣的清潔度,避免產(chǎn)生交叉感染,使排出的空氣不污染環(huán)境；給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確保室內(nèi)給水安全且排到室外的污水和廢水不污染環(huán)境；電氣及智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確保供電安全可靠、運(yùn)維高效；醫(yī)用氣體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確保醫(yī)用氣體的安全且排放的廢氣不污染周圍環(huán)境；污物處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確保室內(nèi)污物安全和處理后不污染環(huán)境。 

02 

新建模式下的模塊化設(shè)計(jì)

新建的方艙醫(yī)院設(shè)計(jì)的核心是滿足地基、基礎(chǔ)及上部主體建筑的快速施工和防疫要求。為了滿足快速施工,優(yōu)先采用新型工業(yè)化建造（標(biāo)準(zhǔn)化 + 輕量化 + 模塊化 + 裝配化 + 集成化）的設(shè)計(jì)理念,即 在工廠工業(yè)化加工模塊化建筑單元,將輕量化的模塊運(yùn)至現(xiàn)場,在現(xiàn)場快速進(jìn)行裝配化施工,以減少現(xiàn)場工程量、提高施工效率、減少施工周期。同時(shí), 模塊化建筑單元的設(shè)計(jì)既充分考慮了自身功能的獨(dú)立,又考慮了與整體布局的融合,即設(shè)計(jì)的建筑單元具有傳染病醫(yī)院所需的功能,具備水、電、暖、通風(fēng)和通信等設(shè)施,獨(dú)立的模塊化建筑單元滿足裝 配化施工要求,由模塊化建筑單元組裝而成的建筑具有三區(qū)兩通道且滿足交通組織、流線設(shè)計(jì)等要求。這種設(shè)計(jì)理念與傳統(tǒng)裝配式建筑不同,不僅實(shí)現(xiàn)了具有獨(dú)立功能的模塊化建筑單元的工業(yè)化生產(chǎn),而且可將獨(dú)立的建筑單元快速組裝成具有更大空間的建筑。此外,模塊化建筑單元還可進(jìn)一步縮短施工時(shí)間。

新建方艙醫(yī)院的基礎(chǔ)常采用鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu),上部主體建筑常采用魚骨形、長條形、H 形平面布局,模塊化建筑單元常選擇集裝箱式（或板式）鋼結(jié)構(gòu)或盒式預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

03 

改造模式下的模塊化設(shè)計(jì)

改造模式下的方艙醫(yī)院設(shè)計(jì)無須考慮地基、基礎(chǔ)和上部主體建筑的設(shè)計(jì),只須在既有建筑的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造設(shè)計(jì),節(jié)約了建設(shè)時(shí)間。其設(shè)計(jì)的核心是滿足快速施工和防疫要求,主要通過新增隔斷的模塊化設(shè)計(jì)和快速連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)三區(qū)二通道平面布局的快速施工,以及開展符合防疫要求的采暖通風(fēng)及空調(diào)和給水排水的改造設(shè)計(jì)等。與新建模式相比,改造模式的設(shè)計(jì)理念側(cè)重于模塊化、裝配化的設(shè)計(jì)理念（標(biāo)準(zhǔn)化+輕量化+模塊化+裝配化）, 未考慮集成化設(shè)計(jì)。 

04 

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)方艙醫(yī)院的設(shè)計(jì)理念,常采用建筑信息模型（BIM）、人工智能（AI）、數(shù)值模擬等數(shù)字化技術(shù)。借助BIM和AI技術(shù),實(shí)現(xiàn)方艙醫(yī)院數(shù)字孿生模型的快速建立和參數(shù)化,對平面布局、交通組織、流線等進(jìn)行可視化虛擬仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)。借助數(shù)值模擬技術(shù)評估結(jié)構(gòu)的安全性和優(yōu)化防疫設(shè)計(jì)方案,例如,對含有帶病毒的氣溶膠顆粒的空氣流場進(jìn)行模擬分析,優(yōu)化采暖通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng),降低空氣傳播病毒的風(fēng)險(xiǎn)。

五、裝配化施工

01 

施工模式及方法

為了實(shí)現(xiàn)方艙醫(yī)院的快速裝配化施工、確保施工滿足建筑和防疫要求：在施工管理模式方面,優(yōu)先采用三階段一體化的模式,即“邊設(shè)計(jì)、邊采購、邊施工”,各建設(shè)單位緊密配合,三階段高度融合、同步進(jìn)行；在施工方法方面,建議采用分區(qū)、分段、分作業(yè)班組的方法進(jìn)行多專業(yè)的平行施工；此外, 應(yīng)對施工現(xiàn)場人員進(jìn)行閉環(huán)管理,確保防疫安全。 

02 

新建模式下的裝配化施工

新建模式下主要開展地基及基礎(chǔ)施工（含污水 防滲膜施工）、模塊化建筑單元預(yù)制及運(yùn)輸、建筑單元安裝、室內(nèi)管線（暖通、水、電等）安裝、室內(nèi)暖通機(jī)電及醫(yī)療設(shè)備安裝、室外設(shè)施（污水處理設(shè)施等）施工等工作。除了地基、基礎(chǔ)施工外,多數(shù)施工主要開展搭積木式的快速裝配工作,降低了施工難度,減少了施工時(shí)間；為了加快基礎(chǔ)施工,鋼筋 混凝土基礎(chǔ)采用早強(qiáng)混凝土基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)等,鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用H鋼、方鋼、貝雷梁等。 

03 

改造模式下的裝配化施工

改造模式下的施工主要開展建筑內(nèi)部拆改、隔斷墻安裝、床位安裝、室內(nèi)管線（暖通、水、電等） 改造、室內(nèi)暖通機(jī)電設(shè)備改造、醫(yī)療設(shè)備安裝、室外設(shè)施改造等工作。改造施工總體是搭積木式的快 速裝配工作,安裝簡單、快捷,其中隔斷墻和床位 安裝時(shí)間較長。

04 

數(shù)字化施工技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)方艙醫(yī)院的裝配化施工,常采用數(shù)字化技術(shù),例如：借助BIM技術(shù)對加工、安裝、施工 過程進(jìn)行模擬和可視化溝通,實(shí)現(xiàn)施工過程的協(xié)同管理,提高施工效率；借助無人機(jī)攝影技術(shù)對施工進(jìn)度進(jìn)行跟蹤、管理和調(diào)控；借助物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái), 對集裝箱式模塊化建筑單元或裝配構(gòu)件的采購、運(yùn)輸和安裝進(jìn)行全過程追蹤和管理。

六、智能化運(yùn)維

方艙醫(yī)院的運(yùn)維過程主要是通過運(yùn)維系統(tǒng)對醫(yī)院進(jìn)行全封閉管理,確保安全高效運(yùn)行、零污染和零感染。運(yùn)維系統(tǒng)主要包括：滿足傳染病醫(yī)院醫(yī)療流程要求的信息化系統(tǒng)硬件和軟件,保證運(yùn)維的基礎(chǔ)設(shè)施及系統(tǒng)（IT基礎(chǔ)設(shè)施,有線和無線通信、綜合布線、信息顯示、醫(yī)護(hù)對講、視頻監(jiān)視及探視等系統(tǒng)）,火災(zāi)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)和安防系統(tǒng),以及“人、機(jī)、料、法、環(huán)”管控系統(tǒng)。

為了解決方艙醫(yī)院運(yùn)維過程中醫(yī)療資源短缺、 交叉感染風(fēng)險(xiǎn)高的問題,優(yōu)先考慮選用智能化、非接觸、遠(yuǎn)程化設(shè)備及技術(shù)。

在人員管控方面：采用熱成像儀等非接觸設(shè)備測量醫(yī)患人員的體溫；采用二維碼及人臉識(shí)別技術(shù)對院內(nèi)人員信息和數(shù)量進(jìn)行管理；采用自動(dòng)門禁系統(tǒng)和電子圍欄技術(shù)對人員出入進(jìn)行管理；選用超寬帶定位（UWB）及手機(jī)定位技術(shù)對人員位置進(jìn)行定位和管理；選用 AI 圖像識(shí)別技術(shù)對院內(nèi)人員的面部表情（壓力、沮喪、焦慮等）進(jìn)行判別,對違規(guī)行為（不戴口罩、吸煙等）進(jìn)行管控；選用智能可穿戴設(shè)備對患者健康狀態(tài)（體溫、心率、血氧等）進(jìn)行監(jiān)測；選用搭載語音及圖形視覺的巡檢機(jī)器人對患者健康狀態(tài)（體溫等）進(jìn)行監(jiān)測以及與患者進(jìn)行輔助交互和會(huì)話；選用遠(yuǎn)程醫(yī)療專家系統(tǒng)對患者進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程手術(shù)等。

在設(shè)施管控方面：通過設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對電氣、通風(fēng)、凈化、醫(yī)用等設(shè)備和排水、消毒等設(shè)施的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和管控。

在物料管控方面：通過水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、污水處理監(jiān)測系統(tǒng)（或化學(xué)檢測）分別對供水安全、污水及廢水狀態(tài)進(jìn)行管控；通過廢氣處理監(jiān)測系統(tǒng)對廢氣狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；通過無害化處理系統(tǒng)（或視頻監(jiān) 控）對污物狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；選用 RFID 等技術(shù)對醫(yī)療及生活物資進(jìn)行倉儲(chǔ)管理；選用智能機(jī)器人對藥品、生活用品和污物進(jìn)行無人運(yùn)輸。

在流程管控方面：通過醫(yī)療信息化系統(tǒng)對醫(yī)療流程進(jìn)行管理；通過安防系統(tǒng)對人員、設(shè)備和建筑安全進(jìn)行管理。

在環(huán)境管控方面：通過通風(fēng)及空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)對空氣壓力和空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測；通過溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)對手術(shù)室環(huán)境溫度、濕度進(jìn)行監(jiān)測；通過火災(zāi)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)對火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)控；通過視頻監(jiān)控技術(shù)對方艙醫(yī)院周圍環(huán)境進(jìn)行管控；選用機(jī)器人對空氣環(huán)境進(jìn)行自主滅菌消毒,對環(huán)境進(jìn)行自主清潔。

七、兩種模式在方艙醫(yī)院建設(shè)中應(yīng)用

通過對上述關(guān)鍵技術(shù)的攻克,我國在面對新冠肺炎疫情時(shí),各城市成功地快速建設(shè)了大量的方艙醫(yī)院,有效控制了疫情。

2020年1月,武漢市新建了火神山醫(yī)院和雷神山醫(yī)院,用時(shí)分別為10天和12天,建筑面積分別為33 900m2 和79 900m2 ,可提供床位分別為1000張和1600張；同時(shí)采用改造模式在21天內(nèi)建設(shè)了16家方 艙醫(yī)院,可提供床位13 000張,其中武漢國際博覽中心、武漢光谷科技會(huì)展中心和武漢漢口北交通總站方艙醫(yī)院建設(shè)用時(shí)分別為7天、6天和3天,可提供床位分別為6000張、3690張和 2000 張。

圖1 上海市部分方艙醫(yī)院分布及床位數(shù)

2022 年 2 月,香港新建了青衣方艙醫(yī)院和新田方艙醫(yī)院,用時(shí)分別為7天和14 天,建筑面積分別為60 000m2 和38 000m2,可提供床位分別為3900張和2800張。

2022年3月,上海市先后建設(shè)了120多家方艙醫(yī)院,可提供床位約30萬張,其中采用改造模式建設(shè)了國家會(huì)展中心（上海）方艙醫(yī)院,用時(shí)10天, 建筑面積為600 000m2  ,可提供床位50 000張。

筆者所在的機(jī)構(gòu)承擔(dān)了上海市50余個(gè)方艙醫(yī)院的建設(shè)工程（圖 1）,可提供床位84 000張（數(shù)據(jù)截至2022年4月26日）,其中：采用新建模式的代表性工程為嘉定臨時(shí)隔離用房和崇明臨時(shí)隔離用房,用時(shí)分別為20天和30天,建筑面積分別為112 000m2 和150 000m2  ,可提供床位分別為4365張和6279張；采用改造模式的代表性工程為浦東新國際博覽中心方艙醫(yī)院、金山天華路方艙醫(yī)院和浦東張江合慶應(yīng)急隔離點(diǎn),建筑面積分別為200 000m2 、50 000m2 和 50 500m2,用時(shí)分別為8天、5天和5 天, 可提供床位分別為15 000張、5030張和4800張。

2022年3月22日,國家衛(wèi)生健康委提出每個(gè)省至少須要建造2~3家方艙醫(yī)院。

2022年4月29 日,國務(wù)院新聞辦公室指出全國已建成、正在建設(shè)的方艙醫(yī)院已接近400家（截至4月25日）,可提供床位56萬余張,全國多個(gè)省市正在加快開展和即將開展大量方艙醫(yī)院工程的建設(shè),以備常態(tài)化疫情防控所需。

八、結(jié)束語

方艙醫(yī)院的建設(shè)為我國抗擊新冠肺炎疫情做出了重要貢獻(xiàn),也促進(jìn)了建筑行業(yè)模塊化、快速建造技術(shù)的發(fā)展,將為繼續(xù)應(yīng)對新冠肺炎疫情以及應(yīng)對未來的疫情和其他突發(fā)公共衛(wèi)生事件等提供有力的保障。同時(shí),方艙醫(yī)院體現(xiàn)了中國速度、中國建造水平以及社會(huì)主義制度的優(yōu)越性。

未來可從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維三個(gè)方面對方艙醫(yī)院的建設(shè)繼續(xù)開展研究。

01 

設(shè)計(jì)方面

針對新建的方艙醫(yī)院設(shè)計(jì),有必要開展模塊化、裝配式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及上部建筑功能全模塊化設(shè)計(jì)研究,提高回收利用率。針對采用改造模式的方艙醫(yī)院設(shè)計(jì),可開展大型公共場館和方艙醫(yī)院相結(jié)合的設(shè)計(jì)研究,實(shí)現(xiàn)建筑功能的快速切換。此外,應(yīng)開展永久性方艙醫(yī)院的設(shè)計(jì)研究,以及突顯個(gè)體心理需求和交互的設(shè)計(jì)研究。 

02 

施工方面

當(dāng)前主要依靠大量工人和24小時(shí)不間斷的高強(qiáng)度施工實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)完成方艙醫(yī)院的建設(shè),有必要進(jìn)一步研究適合方艙醫(yī)院快速裝配的新型自動(dòng)化施工裝置和方法（如遠(yuǎn)程塔吊、遠(yuǎn)程挖掘機(jī)、自動(dòng)安裝機(jī)器人、3D打印機(jī)器人等）,提高施工的機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化水平。 

03 

運(yùn)維方面

當(dāng)前采用的智能化、非接觸、遠(yuǎn)程化設(shè)備及技術(shù)大多仍處于試驗(yàn)階段,尚不能大規(guī)模應(yīng)用,同時(shí) 一些自動(dòng)化監(jiān)測裝置缺乏（如尚無污水排放自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備）,以及一些信息化軟件適用性較弱, 因此有必要進(jìn)一步開展智能化運(yùn)維相關(guān)的硬件和軟件研發(fā)工作,例如開展適合方艙醫(yī)院的、基于物聯(lián)網(wǎng)的非接觸式管控機(jī)器人研究,基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和AI算法的適合方艙醫(yī)院的遠(yuǎn)程運(yùn)維和管控平臺(tái)研究等。

左自波

上海建工集團(tuán)股份有限公司、上海建工集團(tuán)工程研究總院

來源：《中國醫(yī)院建筑與裝備》2022年第10期