揭秘武汉火神山医院,负压病房、ICU暖通设计重点分析及解决方案

作者:中信建筑设计研究总院

一、项目概况

武汉火神山医院总建筑面积33100m²,总床位数1000床(其中ICU中心床位数为30床);由1号楼与2号楼组成。

1号楼为单层建筑,由9个单层的护理单元、医技楼及ICU中心组成,每个护理单元设24间病房。病房楼为集装箱结构,中心区域为防护区,分为清洁走廊(清洁区)与护士走廊(潜在污染区);指廊区域为病房区,分为医护走廊(半污染区)、病房(污染区)与病人走廊(半污染区)3个区。

1号楼内的医技楼设1间标准Ⅲ级手术室、负压检验室与3间CT室。ICU中心设于1号楼与2号楼之间。医技楼与ICU中心为钢结构板房。

2号楼为两层建筑,分4个组团,由8个护理单元组成,每个护理单元设24间病房。其清洁走廊与护士走廊的配置模式与1号楼相同,只不过为单边配置;病房区的配置模式与1号楼相同。

室外氧气站房、负压吸引机房、垃圾暂存间、尸体暂存间及焚烧炉设于场地东南角。

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图1 建筑平面总体布局

二、主要设计依据及原则

本项目为临时应急型传染病医疗建筑,主要执行的规范为GB 50849-2014《传染病医院建筑设计规范》、GB/T 35428-2017《医院负压隔离病房环境控制要求》、GB 50139-2014《综合医院建筑设计规范》。

设计的重点及优先级如下:

1、保证各功能区之间的压力关系正常,防止交叉污染(关于交叉感染,因本医院收治的是同一类病人,将医患之间的交叉放在首位,“患患”之间的交叉通过细化分区实现),其优先级是首先保“质”,也就是压力梯度的关系要对,其次保“量”,也就是压差关系的数值要基本符合规范要求。

2、污染物集中高空排放,集中排风应经过粗、中、高效三级过滤。

3、要综合考虑系统的可快速建设性、设备的可得性、可维护性及操作的低风险性;不能设计出一个不可实施,难以维护的系统。

4、室内温度要基本达到标准规范要求(病人是弱者)。

5、防排烟系统按被动技术考虑,采用自然排烟;对于内走廊(一般为医护工作区、病人不可到达),借用消防避难走廊的模式,采用正压送风(由直流新风系统兼用)。同时提出管理上的建议与要求:如明确标识所有可手动开启的外窗、配置适当数量的安全锤,便于破窗排烟。

6、因本项目的特殊性,采用了新风电加热、围护结构保温(集装箱体传热系数约为1.0W/(m²•K)、但地面架空层,保温性能较差)等不能完全满足节能标准方面的要求。

另外,还有最重要的一点,项目要求在6天内实施完成,建设工期超短,且处于春节长假期间,施工单位能采买到哪类设备和材料,哪些设备的材料是必须要采买到的,哪些是不可能在短时间内买到的,这其实在很大程度上左右了技术选择的方向,比如无法买到常规设计中要用到的2000多个高效过滤风口、定风量阀及电动控制阀门。

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ICU病房

三、通风系统

1、医护人员流线及通风系统总览

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图2 病房楼设计总览

图3为经管理方确认的最终版(第3版)医护人员进入与退出病房的流线。

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图3 经院方确认的医护人员进入及退出流线

右侧区域为防护区,其中心为清洁走廊及办公区,理论上此区域内医护人员是可以只穿工作服的;与指廊病房相邻的一侧为护士走廊,此区域内医护人员必穿防护服;指廊部分为各病房护理单元,医护人员在此工作区内除了穿防护服外,外面还要穿一层隔离衣,病房护理单元又分为3个区:内走廊为医护走廊,为潜在污染区,病房为污染区,外走廊(病人走廊)最初的设想是从管理的角度所以设一层开敞围廊,后更改为医生进入病房后的退出通道(管理方认为,只要医护人员进入了病房,就被污染,不能原路返回,应该脱掉最外层的隔离衣后才能走入护士走廊),病人走廊此区域实为半污染走道,管理方按可开启空间考虑。在此区域,设计中采用带高效过滤的新风机作排风,对外排风(因采购周期不允许采购送风机与排风机了)。

图4为GB/T 35428—2017《医院负压隔离病房环境控制要求》中的标准模式,与此相比,武汉火神山医院在清洁区与潜在污染区之间另设了一个“潜在污染区”,也就是护士走廊,形成了4廊:清洁走廊、护士走廊、医护走廊、病人走廊(污染走廊);3区:清洁工作区、医护办公区(穿隔离服)、病房工作区(穿隔离服与隔离衣)。

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图4 典型传染病房压力梯度要求

需要特别说明的是,本医院医生进出病房区域的“卫生通过”为同一个口部,与很多主流“进出分设”做法不一致。

关于“卫生通过”口部,通风系统借用了人防工程“防毒通道”口部的做法,同时为保证气流从一更流向二更,另设了部分高效新风机作为风机“接力”(单台风量150m³/h),其作用相当于定风量阀,并可通过开关来调节一更与二更之间的压力差。

2、病房通风

通过与管理方几轮讨论和调整,在满足危重症病人、重症病人救治和考虑设备的可采购性、系统的可维护性情况下,火神山医院的病房分为三类:30床的ICU病房,严格按国家相关规范执行,详见相关图纸;48间标准负压隔离病房;分区负压隔离病房。

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表1 病房区通风系统配置

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图5 标准负压隔离病房设计总览

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图6 分区负压隔离病房设计总览

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图7 卫生通过通风设计总览

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表2 医生防护区通风系统配置表

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医护走廊

四、空调及生活热水系统

1、病房楼与医生防护区均按房间设热泵式分体空调器,室外机安装于屋顶或地面。

2、医技楼的手术室及ICU楼,严格按国家相关标准执行,设置热泵式净化空调系统,在风量的取值中,额外增加20%~30%的安全系数。

3、生活热水全部采用分散式电热水器。

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室外风管

五、医用气体

1、设氧气与负压吸收两类医用气体,各按一个集中的站房设计。

2、每床呼吸机用氧气流量为90L/min,约为常规病房用量的10倍,总的满负荷流量为4666m³/h;设8台单罐为10m³的卧式液氧罐(为市面上能找到的液氧罐,并满足基地基础的承重要求),总计80 m³,罐体设计承压为1.0MPa;单罐运行质量为18t(空罐质量6.3t),80 m³的液氧可供整个医院满负荷使用约12h,液氧的补给由槽车完成。

3、液氧站设2台气化器,一用一备,单台气化器额定流量为5000m³/h,设备质量5.6t,工作工况质量约为20t,平面尺寸3.1m×3.4m,高约8.7m,基础设计至关重要。

4、液氧站内罐体及气化器的基础设计相当关键,因液氧站所在位置为鱼塘回填区域。

5、负压吸引系统设12个真空罐与12台爪式真空泵组成4套系统,两用两备,单泵功率7.5kW,尾气经粗中高三级过滤,并由真空泵产生200℃的高温杀菌后排入大气。

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工地

六、防排烟系统

1、因本项目为临时建筑,层高极低且建设工期短,通风与防排烟系统以自然排烟为主,无法采用机械排烟。

2、清洁走廊、护士走廊与医护走廊单位面积的送风量在20~30 m³/(m²• h)之间,与现行防排烟规范中对避难走道要求30 m³/(m²• h)正压送风量接近;可以将各走道的新风系统作为加压送风系统,起到防烟的作用。

3、病人走廊为外走廊,可利用外窗开启自然排烟。

4、在管理上建议明确标识所有可手动开启的外窗(有些外窗因管理需要,已经封为固定窗),并配置适当数量的安全锤,便于破窗排烟。

七、控制

1、ICU及手术室严格按相应规范规程设计自动控制系统。

2、风机开机顺序:病房排风机→半洁净区(医护走廊)的送风机→清洁区送风机→病房送风机。关机顺序与开机顺序相反。

3、病房排风机与送风机联锁:病房排风机开启后方能开启病房送风机(电路联锁);病房排风机停机后触发声光报警装置,并停止病房送风机。

4、病房主排风机设置过滤网压差在线检测,超压时联锁启动声光报警装置。

5、控制医疗护理单元内压差梯度关系(负绝对压差数值):病房及其卫生间< 缓冲间 < 医护走道(气流压差渗透起点);各不同压力环境分隔处(高压侧)设具备超压报警功能或接口的机械式压力表。

6、医患接触的“前线”区域——医护走廊内不设排风系统,杜绝误操作形成压差反向事故(目前测试表明,医护走廊与病房之间的压差关系最为清晰)。

7、系统调试及运行时,视清洁区与护士走廊内集装箱体的密闭性,确定是否开启相应区域的排风机。

8、卫生通过区域为“清区“与”污区“的最重要防线,设计上采用了多台风机,通过开关的模式调节相应的压差关系。

9、为减少风系统平衡调试,同一个风管系统中尽量让所有病房支风管等长,实现自然平衡。

10、送风电加热器采用三档手动调节。

八、总结与优化

1、医护走廊的送风宜设备用系统为好,或为病房的送风系统可切换到给医护走廊送风创造条件,这样确保“最前线“的安全。

2、病房排风可设一个于床头,这样可较大减少风管的工程量,管线交叉作业也少,可加快施工进度。

3、为降低噪声,也为便于自然平衡,加大了主风管的规格,增加风管的工程量,主风管增加的度值得研究。#暖通设计##我要上头条##暖通##武汉战疫##火神山医院#

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