武漢火神山醫院總建筑面積33100m2,總床位數1000床(其中ICU中心床位數為30床);由1號樓與2號樓組成。
1號樓為單層建筑,由9個單層的護理單元、醫技樓及ICU中心組成,每個護理單元設24間病房。病房樓為集裝箱結構,中心區域為防護區,分為清潔走廊(清潔區)與護士走廊(潛在污染區);指廊區域為病房區,分為醫護走廊(半污染區)、病房(污染區)與病人走廊(半污染區)3個區。
1號樓內的醫技樓設1間標準Ⅲ級手術室、負壓檢驗室與3間CT室。ICU中心設于1號樓與2號樓之間。醫技樓與ICU中心為鋼結構板房。
2號樓為兩層建筑,分4個組團,由8個護理單元組成,每個護理單元設24間病房。其清潔走廊與護士走廊的配置模式與1號樓相同,只不過為單邊配置;病房區的配置模式與1號樓相同。
室外氧氣站房、負壓吸引機房、垃圾暫存間、尸體暫存間及焚燒爐設于場地東南角。
圖1 建筑平面總體布局
本項目為臨時應急型傳染病醫療建筑,主要執行的規范為GB 50849-2014《傳染病醫院建筑設計規范》、GB/T 35428-2017《醫院負壓隔離病房環境控制要求》、GB 50139-2014《綜合醫院建筑設計規范》。
設計的重點及優先級如下:
1、保證各功能區之間的壓力關系正常,防止交叉污染(關于交叉感染,因本醫院收治的是同一類病人,將醫患之間的交叉放在首位,“患患”之間的交叉通過細化分區實現),其優先級是首先保“質”,也就是壓力梯度的關系要對,其次保“量”,也就是壓差關系的數值要基本符合規范要求。
2、污染物集中高空排放,集中排風應經過粗、中、高效三級過濾。
3、要綜合考慮系統的可快速建設性、設備的可得性、可維護性及操作的低風險性;不能設計出一個不可實施,難以維護的系統。
4、室內溫度要基本達到標準規范要求(病人是弱者)。
5、防排煙系統按被動技術考慮,采用自然排煙;對于內走廊(一般為醫護工作區、病人不可到達),借用消防避難走廊的模式,采用正壓送風(由直流新風系統兼用)。同時提出管理上的建議與要求:如明確標識所有可手動開啟的外窗、配置適當數量的安全錘,便于破窗排煙。
6、因本項目的特殊性,采用了新風電加熱、圍護結構保溫(集裝箱體傳熱系數約為1.0W/(m2?K)、但地面架空層,保溫性能較差)等不能完全滿足節能標準方面的要求。
另外,還有最重要的一點,項目要求在6天內實施完成,建設工期超短,且處于春節長假期間,施工單位能采買到哪類設備和材料,哪些設備的材料是必須要采買到的,哪些是不可能在短時間內買到的,這其實在很大程度上左右了技術選擇的方向,比如無法買到常規設計中要用到的2000多個高效過濾風口、定風量閥及電動控制閥門。
ICU病房
1、醫護人員流線及通風系統總覽
圖2 病房樓設計總覽
圖3為經管理方確認的最終版(第3版)醫護人員進入與退出病房的流線。
圖3 經院方確認的醫護人員進入及退出流線
右側區域為防護區,其中心為清潔走廊及辦公區,理論上此區域內醫護人員是可以只穿工作服的;與指廊病房相鄰的一側為護士走廊,此區域內醫護人員必穿防護服;指廊部分為各病房護理單元,醫護人員在此工作區內除了穿防護服外,外面還要穿一層隔離衣,病房護理單元又分為3個區:內走廊為醫護走廊,為潛在污染區,病房為污染區,外走廊(病人走廊)最初的設想是從管理的角度所以設一層開敞圍廊,后更改為醫生進入病房后的退出通道(管理方認為,只要醫護人員進入了病房,就被污染,不能原路返回,應該脫掉最外層的隔離衣后才能走入護士走廊),病人走廊此區域實為半污染走道,管理方按可開啟空間考慮。在此區域,設計中采用帶高效過濾的新風機作排風,對外排風(因采購周期不允許采購送風機與排風機了)。
圖4為GB/T 35428―2017《醫院負壓隔離病房環境控制要求》中的標準模式,與此相比,武漢火神山醫院在清潔區與潛在污染區之間另設了一個“潛在污染區”,也就是護士走廊,形成了4廊:清潔走廊、護士走廊、醫護走廊、病人走廊(污染走廊);3區:清潔工作區、醫護辦公區(穿隔離服)、病房工作區(穿隔離服與隔離衣)。
圖4 典型傳染病房壓力梯度要求
需要特別說明的是,本醫院醫生進出病房區域的“衛生通過”為同一個口部,與很多主流“進出分設”做法不一致。
關于“衛生通過”口部,通風系統借用了人防工程“防毒通道”口部的做法,同時為保證氣流從一更流向二更,另設了部分高效新風機作為風機“接力”(單臺風量150m3/h),其作用相當于定風量閥,并可通過開關來調節一更與二更之間的壓力差。
2、病房通風
通過與管理方幾輪討論和調整,在滿足危重癥病人、重癥病人救治和考慮設備的可采購性、系統的可維護性情況下,火神山醫院的病房分為三類:30床的ICU病房,嚴格按國家相關規范執行,詳見相關圖紙;48間標準負壓隔離病房;分區負壓隔離病房。
表1 病房區通風系統配置
圖5 標準負壓隔離病房設計總覽
圖6 分區負壓隔離病房設計總覽
圖7 衛生通過通風設計總覽
表2 醫生防護區通風系統配置表
醫護走廊
1、病房樓與醫生防護區均按房間設熱泵式分體空調器,室外機安裝于屋頂或地面。
2、醫技樓的手術室及ICU樓,嚴格按國家相關標準執行,設置熱泵式凈化空調系統,在風量的取值中,額外增加20%~30%的安全系數。
3、生活熱水全部采用分散式電熱水器。
室外風管
1、設氧氣與負壓吸收兩類醫用氣體,各按一個集中的站房設計。
2、每床呼吸機用氧氣流量為90L/min,約為常規病房用量的10倍,總的滿負荷流量為4666m3/h;設8臺單罐為10m3的臥式液氧罐(為市面上能找到的液氧罐,并滿足基地基礎的承重要求),總計80 m3,罐體設計承壓為1.0MPa;單罐運行質量為18t(空罐質量6.3t),80 m3的液氧可供整個醫院滿負荷使用約12h,液氧的補給由槽車完成。
3、液氧站設2臺氣化器,一用一備,單臺氣化器額定流量為5000m3/h,設備質量5.6t,工作工況質量約為20t,平面尺寸3.1m×3.4m,高約8.7m,基礎設計至關重要。
4、液氧站內罐體及氣化器的基礎設計相當關鍵,因液氧站所在位置為魚塘回填區域。
5、負壓吸引系統設12個真空罐與12臺爪式真空泵組成4套系統,兩用兩備,單泵功率7.5kW,尾氣經粗中高三級過濾,并由真空泵產生200℃的高溫殺菌后排入大氣。
工地
1、因本項目為臨時建筑,層高極低且建設工期短,通風與防排煙系統以自然排煙為主,無法采用機械排煙。
2、清潔走廊、護士走廊與醫護走廊單位面積的送風量在20~30 m3/(m2? h)之間,與現行防排煙規范中對避難走道要求30 m3/(m2? h)正壓送風量接近;可以將各走道的新風系統作為加壓送風系統,起到防煙的作用。
3、病人走廊為外走廊,可利用外窗開啟自然排煙。
4、在管理上建議明確標識所有可手動開啟的外窗(有些外窗因管理需要,已經封為固定窗),并配置適當數量的安全錘,便于破窗排煙。
1、ICU及手術室嚴格按相應規范規程設計自動控制系統。
2、風機開機順序:病房排風機→半潔凈區(醫護走廊)的送風機→清潔區送風機→病房送風機。關機順序與開機順序相反。
3、病房排風機與送風機聯鎖:病房排風機開啟后方能開啟病房送風機(電路聯鎖);病房排風機停機后觸發聲光報警裝置,并停止病房送風機。
4、病房主排風機設置過濾網壓差在線檢測,超壓時聯鎖啟動聲光報警裝置。
5、控制醫療護理單元內壓差梯度關系(負絕對壓差數值):病房及其衛生間< 緩沖間 < 醫護走道(氣流壓差滲透起點);各不同壓力環境分隔處(高壓側)設具備超壓報警功能或接口的機械式壓力表。
6、醫患接觸的“前線”區域――醫護走廊內不設排風系統,杜絕誤操作形成壓差反向事故(目前測試表明,醫護走廊與病房之間的壓差關系最為清晰)。
7、系統調試及運行時,視清潔區與護士走廊內集裝箱體的密閉性,確定是否開啟相應區域的排風機。
8、衛生通過區域為“清區“與”污區“的最重要防線,設計上采用了多臺風機,通過開關的模式調節相應的壓差關系。
9、為減少風系統平衡調試,同一個風管系統中盡量讓所有病房支風管等長,實現自然平衡。
10、送風電加熱器采用三檔手動調節。
1、醫護走廊的送風宜設備用系統為好,或為病房的送風系統可切換到給醫護走廊送風創造條件,這樣確保“最前線“的安全。
2、病房排風可設一個于床頭,這樣可較大減少風管的工程量,管線交叉作業也少,可加快施工進度。
3、為降低噪聲,也為便于自然平衡,加大了主風管的規格,增加風管的工程量,主風管增加的度值得研究。