中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司    陳焰華 雷建平 李軍 張?jiān)蠃i   

       【摘  要】新冠病毒引起的肺炎是典型的呼吸道傳染疾病，控制傳染源、切斷傳播鏈、保護(hù)醫(yī)護(hù)人員和患者安全是主要的防控途徑，本文基于武漢火神山醫(yī)院的設(shè)計(jì)就新冠肺炎收治醫(yī)院場(chǎng)地設(shè)計(jì)與建筑布局、“三區(qū)兩通道”、負(fù)壓病房及負(fù)壓隔離病房室內(nèi)外通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、氣流組織形式與設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)等進(jìn)行了分析和探討，以期為以后類似工程的設(shè)計(jì)提供參考與借鑒。

       【關(guān)鍵詞】新冠病毒 隔離防護(hù) 負(fù)壓病房 負(fù)壓隔離病房 壓力梯度 室外環(huán)境

0 引言

       根據(jù)《新型冠狀病毒肺炎診療方案》（試行第七版），對(duì)于新型冠狀病毒，“經(jīng)呼吸道飛沫和密切接觸傳播是主要的傳播途徑。在相對(duì)封閉的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間暴露于高濃度氣溶膠情況下存在經(jīng)氣溶膠傳播的可能。由于在糞便及尿中可分離到新型冠狀病毒，應(yīng)注意糞便及尿?qū)Νh(huán)境污染造成氣溶膠或接觸傳播。”^[1]。因此對(duì)于收治新冠病毒感染肺炎的定點(diǎn)醫(yī)院來(lái)說(shuō)，其綜合防控除了目前醫(yī)護(hù)人員必須加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)（口罩、手套、防護(hù)衣、護(hù)目鏡及手衛(wèi)生等）、洗消（診療環(huán)境及病房空氣和物體表面清潔消毒等）措施以外，定點(diǎn)收治醫(yī)院的場(chǎng)地設(shè)計(jì)與建筑布局、“三區(qū)兩通道”及負(fù)壓病房的設(shè)置、診療環(huán)境及病房的空調(diào)通風(fēng)方式與氣流組織、污染物品處置與空氣排放等問(wèn)題同樣不容忽視。如何從醫(yī)院室內(nèi)外環(huán)境的設(shè)計(jì)控制角度來(lái)保證醫(yī)護(hù)人員的工作條件，加強(qiáng)醫(yī)護(hù)人員職業(yè)暴露的防護(hù)和對(duì)病患的保護(hù)，最大限度降低感染暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)就成為我們必須高度重視和迫切需要解決的問(wèn)題。

1 場(chǎng)地設(shè)計(jì)與建筑布局

       新冠肺炎定點(diǎn)收治醫(yī)院是典型的呼吸道傳染病醫(yī)院，其傳染性強(qiáng)，社會(huì)公眾關(guān)注度高，室內(nèi)外環(huán)境要求嚴(yán)格，其規(guī)劃選址與場(chǎng)地設(shè)計(jì)均必須嚴(yán)格滿足國(guó)家和地方現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。場(chǎng)地和總平面設(shè)計(jì)應(yīng)合理進(jìn)行功能分區(qū)，醫(yī)患、人車、潔污等流線組織應(yīng)清晰明確；應(yīng)充分考慮醫(yī)院用地與周邊建筑的物理空間及心理空間隔離，進(jìn)行完整的綠化規(guī)劃并設(shè)置20m以上的綠化隔離衛(wèi)生間距；主要建筑物應(yīng)有良好朝向，建筑物間距應(yīng)滿足衛(wèi)生、日照、采光、通風(fēng)、消防等要求；對(duì)排放的廢水、廢氣、噪聲、廢棄物應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范和環(huán)境保護(hù)的規(guī)定進(jìn)行妥善處理。

       《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（50849-2014）明確要求“傳染病醫(yī)院的建筑設(shè)計(jì)，應(yīng)遵照控制傳染源、切斷傳染鏈、隔離易感人群的基本原則，并應(yīng)滿足傳染病醫(yī)院的醫(yī)療流程。” ^[2] 為避免患有不同傳染病患者之間在就診期間相互交叉感染，應(yīng)為不同傳染病種患者分設(shè)不同診區(qū)，一般將呼吸道傳染病與腸道、肝炎診區(qū)分開(kāi)。住院部應(yīng)根據(jù)收治的傳染病種類分設(shè)不同病區(qū)，可根據(jù)需要設(shè)置呼吸道病區(qū)及其他非呼吸道病區(qū)。建筑布局應(yīng)結(jié)合流程設(shè)計(jì)劃分污染區(qū)、半污染區(qū)與清潔區(qū)，并應(yīng)劃分潔污人流、物流通道。醫(yī)療廢棄物暫存間、一般垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站以及污水處理站、焚燒爐等有可能產(chǎn)生二次污染，應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃與建設(shè)。這些規(guī)劃和設(shè)計(jì)要求的目的都是為了有效防止院感的發(fā)生，保護(hù)院區(qū)的室內(nèi)外環(huán)境。

       如為了控制新冠肺炎疫情發(fā)展，及時(shí)救治更多的病患，十天建成的武漢火神山醫(yī)院就嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求對(duì)場(chǎng)地設(shè)計(jì)和建筑布局進(jìn)行了有效的設(shè)計(jì)控制。武漢火神山醫(yī)院總建筑面積35000m²,總床位數(shù)約1000床（其中ICU中心床位數(shù)為30床）；由1號(hào)樓與2號(hào)樓組成。1號(hào)樓為單層建筑，呈“豐”字型布局，由9個(gè)單層的護(hù)理單元、醫(yī)技樓及ICU中心組成，每個(gè)護(hù)理單元設(shè)23間病房。病房樓為集裝箱結(jié)構(gòu)，中心區(qū)域?yàn)榉雷o(hù)區(qū)，分為清潔走廊（清潔區(qū)）與護(hù)士走廊（潛在污染區(qū)）；指廊區(qū)域?yàn)椴》繀^(qū)，分為醫(yī)護(hù)走廊（半污染區(qū)）、病房（污染區(qū)）與病人走廊（污染區(qū)）三個(gè)區(qū)。1號(hào)樓內(nèi)的醫(yī)技樓設(shè)一間標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級(jí)手術(shù)、負(fù)壓檢驗(yàn)室與三間CT室。ICU中心設(shè)于1號(hào)樓與2號(hào)樓之間。醫(yī)技樓與ICU中心為鋼結(jié)構(gòu)板房。2號(hào)樓為兩層建筑，呈“E”字型布局，分為4個(gè)組團(tuán)，由8個(gè)護(hù)理單元組成，每個(gè)護(hù)理單元設(shè)23間病房。其清潔走廊與護(hù)士走廊的配置模式與1號(hào)樓相同，只不過(guò)為單邊配置，病房區(qū)的配置模式與1號(hào)樓相同。

圖1 火神山醫(yī)院平面布局及功能分區(qū)圖

       為確保知音湖水體不受醫(yī)院使用的影響，采取地面水全收集消毒處理，并借鑒垃圾無(wú)害化處理等環(huán)保工程的做法，首次在民用建筑項(xiàng)目中采用全基地覆蓋防滲膜的技術(shù)措施，不讓一滴水入湖，不讓一絲水下滲，雨水、污水集中處理達(dá)標(biāo)后，再排入市政管網(wǎng)。借鑒小湯山醫(yī)院魚骨狀形式進(jìn)行建筑總平面布置，充分保證床位數(shù)量最大化；利用武漢職工療養(yǎng)院的既有房屋設(shè)施作為醫(yī)院的后勤保障區(qū)，嚴(yán)格劃分清潔保障區(qū)與醫(yī)療隔離區(qū)。充分考慮新冠病毒傳播的特性以及對(duì)其認(rèn)知的不確定性，在既有傳染病醫(yī)院模式上，進(jìn)一步嚴(yán)格劃分非感染區(qū)與感染區(qū)，細(xì)化感染區(qū)中的半污染區(qū)與污染區(qū)，強(qiáng)化醫(yī)護(hù)人員的衛(wèi)生通過(guò)控制，最大限度地保護(hù)醫(yī)護(hù)人員不被感染。根據(jù)主導(dǎo)風(fēng)向，將室外氧氣站房、負(fù)壓吸引機(jī)房、垃圾暫存間、太平間及焚燒爐設(shè)于場(chǎng)地東南角，盡量減少對(duì)院區(qū)的影響。

2 病房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

       2.1 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及原則

       醫(yī)療建筑特別是傳染病醫(yī)院建筑區(qū)別于其它建筑的最大特點(diǎn)，就是隔離和防護(hù)。所以對(duì)于通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)保證室內(nèi)各功能區(qū)之間的壓力關(guān)系正常，防止交叉感染是重中之重。傳染病醫(yī)院潛在的交叉感染分為兩類：醫(yī)護(hù)人員與患者之間的感染、患者相互之間的感染。新冠肺炎定點(diǎn)收治醫(yī)院收治的是同一類確診病人，所以應(yīng)將預(yù)防“醫(yī)-患”之間的感染放在首位，而預(yù)防“患-患”之間的交叉感染則通過(guò)細(xì)化分區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的優(yōu)先級(jí)首先是保“質(zhì)”，就是氣流從清潔區(qū)→半污染區(qū)→污染區(qū)的流動(dòng)方向和壓力梯度關(guān)系要完全正確；其次要保“量”，即不同污染等級(jí)房間的壓差值要符合規(guī)范要求，均應(yīng)不小于5Pa。

       醫(yī)院各病區(qū)內(nèi)的清潔區(qū)、半污染區(qū)、污染區(qū)的機(jī)械送、排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)按區(qū)域獨(dú)立設(shè)置，以杜絕污染空氣通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)流到清潔區(qū)的可能。設(shè)置的機(jī)械送、排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)使空氣壓力從清潔區(qū)、半污染區(qū)至污染區(qū)依次降低，清潔區(qū)應(yīng)為正壓區(qū)，污染區(qū)應(yīng)為負(fù)壓區(qū)。清潔區(qū)送風(fēng)量應(yīng)大于排風(fēng)量，污染區(qū)排風(fēng)量應(yīng)大于送風(fēng)量。房間氣流組織應(yīng)使送風(fēng)口的清潔空氣首先流過(guò)醫(yī)務(wù)人員的工作區(qū)域，然后流經(jīng)傳染源進(jìn)入排風(fēng)口，應(yīng)防止送、排風(fēng)短路。室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，病人是弱者，適宜的室內(nèi)環(huán)境有利于病人的康復(fù)。

圖2 典型傳染病房壓力梯度要求

       2.2 負(fù)壓病房及負(fù)壓隔離病房

       負(fù)壓病房及負(fù)壓隔離病房如何界定及應(yīng)相應(yīng)的采取何種通風(fēng)空調(diào)措施在《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50849-2014）和《醫(yī)院負(fù)壓隔離病房環(huán)境控制要求》（GB／T 35428-2017）^[3] 中是沒(méi)有明確規(guī)定的，因此設(shè)計(jì)人員很難把握和決定。《新型冠狀病毒感染的肺炎傳染病應(yīng)急醫(yī)療設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（T/CECS 661G-2020）（以下簡(jiǎn)稱《新冠應(yīng)急設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》）明確對(duì)負(fù)壓病房及負(fù)壓隔離病房進(jìn)行了界定。負(fù)壓病房是指“采用空間分隔并配置通風(fēng)系統(tǒng)控制氣流流向,保證室內(nèi)空氣靜壓低于周邊區(qū)域空氣靜壓的病房”。負(fù)壓隔離病房則是指“采用空間分隔并配置全新風(fēng)直流空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制氣流流向,保證室內(nèi)空氣靜壓低于周邊區(qū)域空氣靜壓,并采取有效衛(wèi)生安全措施防止交叉感染和傳染的病房。”^[4]

       《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》，把新冠肺炎患者分為輕型、普通型、重型、危重型4類。有研究表明，新冠肺炎重癥病人病毒載量高，理論上重癥的傳染性可能會(huì)高于輕癥，尤其到后期，病毒的量會(huì)更大，但是輕癥的病人同樣也具有傳染性。新冠肺炎定點(diǎn)收治醫(yī)院如武漢火神山醫(yī)院收治的是普通型、重型、危重型3類患者，綜合醫(yī)院病患救治需要、醫(yī)療資源配備、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等各方面的要素，負(fù)壓隔離病房及 ICU 收治危重型及其他需要單獨(dú)救治的患者, 負(fù)壓病房則收治普通型和重型患者。這與《新冠應(yīng)急設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第4.0.8 條“住院病房應(yīng)為負(fù)壓病房,負(fù)壓隔離病房根據(jù)需要設(shè)置”規(guī)定是一致的。

       下面結(jié)合武漢火神山醫(yī)院的設(shè)計(jì)，針對(duì)病房通風(fēng)空調(diào)的幾個(gè)主要問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。

        ⑴ 通風(fēng)空調(diào)形式的選取

       醫(yī)院特別是傳染病醫(yī)院是衛(wèi)生和舒適要求比較高的特殊公共建筑，直接關(guān)系到病人和醫(yī)護(hù)人員的身體健康，因此從規(guī)劃、方案創(chuàng)意到建筑設(shè)計(jì)都應(yīng)該根據(jù)其所在地區(qū)的氣候條件、醫(yī)院性質(zhì)以及醫(yī)療流程進(jìn)行周密的思考和布局，以綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的理念優(yōu)先采用被動(dòng)式建筑節(jié)能技術(shù)，如通過(guò)內(nèi)庭院增加自然通風(fēng)、自然采光的組團(tuán)式建筑布局，氣候條件適合的地區(qū)引入和利用穿堂風(fēng)，增強(qiáng)清潔區(qū)域的新風(fēng)稀釋效應(yīng)等等。通過(guò)采用被動(dòng)式技術(shù)還不能滿足舒適性或醫(yī)療要求時(shí)，再經(jīng)多方案比較后確定在全院或局部實(shí)施供暖與通風(fēng)、普通空調(diào)或凈化空調(diào)。

       設(shè)置的供暖、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)、醫(yī)療設(shè)備、衛(wèi)生學(xué)、使用時(shí)間、空調(diào)負(fù)荷等要求合理進(jìn)行分區(qū)，各功能區(qū)域或醫(yī)療護(hù)理單元宜獨(dú)立自成系統(tǒng)，特別是呼吸道傳染病區(qū)應(yīng)獨(dú)立成為一個(gè)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。負(fù)壓隔離病房要控制的是空氣中致命性的病原體，鑒于這類病房目前空調(diào)機(jī)對(duì)回風(fēng)的空氣處理不能保證100％阻隔或殺死病菌，因此《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50849-2014）和《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51039-2014）^[5]對(duì)負(fù)壓隔離病房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)都提出了明確的設(shè)置要求，即應(yīng)采用全新風(fēng)直流式空調(diào)系統(tǒng)，最小換氣次數(shù)應(yīng)為12次／h，以保證病房空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到舒適的溫濕度。可以根據(jù)護(hù)理單元的設(shè)置，多個(gè)負(fù)壓隔離病房組合成一個(gè)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，為系統(tǒng)調(diào)控和管理方便，建議每個(gè)護(hù)理單元分為2 個(gè)系統(tǒng)，并互為備用。但在非呼吸道傳染病流行時(shí)期空調(diào)系統(tǒng)若一直以全新風(fēng)運(yùn)行，會(huì)大大增加建筑能耗和醫(yī)院的運(yùn)行費(fèi)用，因此應(yīng)設(shè)計(jì)成有回風(fēng)功能的空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)疫情的需要能快速進(jìn)行平疫轉(zhuǎn)換。

       負(fù)壓病房可結(jié)合機(jī)械送、排風(fēng)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管或多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，空調(diào)新風(fēng)作為送風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)量不小于6次／h換氣次數(shù)。空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組的回風(fēng)口必須設(shè)初阻力小于50Pa、微生物一次通過(guò)率不大于10％和顆粒物一次計(jì)重通過(guò)率不大于5％的過(guò)濾設(shè)備，如超低阻的送回風(fēng)口。同樣，應(yīng)兼顧非疫情的需要，設(shè)計(jì)成有回風(fēng)功能和在確保安全的前提下具有熱回收功能的空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)疫情的需要能快速進(jìn)行平疫轉(zhuǎn)換。

       武漢火神山醫(yī)院投運(yùn)初期室外最低溫度在0℃以下，需要設(shè)置空調(diào)供暖系統(tǒng)。病房樓與醫(yī)生防護(hù)區(qū)均按房間設(shè)熱泵式分體空調(diào)器，室外機(jī)安裝于屋頂或地面，室內(nèi)機(jī)采用壁掛式，設(shè)于病房病人走道側(cè)上方，盡量減小對(duì)室內(nèi)氣流的影響。病房送風(fēng)系統(tǒng)均設(shè)置了三檔調(diào)節(jié)的電加熱裝置，后期隨著氣溫的上升適當(dāng)提高送風(fēng)溫度，以減少分體空調(diào)的使用。病房衛(wèi)生熱水全部采用分散式電熱水器。醫(yī)技樓的手術(shù)室及ICU中心，嚴(yán)格按國(guó)家相關(guān)規(guī)范設(shè)置空氣源熱泵式凈化空調(diào)系統(tǒng)。

圖3.1 負(fù)壓病房                      圖3.2  ICU病房

       ⑵ 通風(fēng)量的確定

       《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50849-2014）第7.3.1條規(guī)定：“呼吸道傳染病的門診、醫(yī)技用房及病房、發(fā)熱門診最小換氣次數(shù)(新風(fēng)量)，應(yīng)為6次/h”，第7.4.1條規(guī)定：“負(fù)壓隔離病房宜采用全新風(fēng)直流式空調(diào)系統(tǒng)。最小換氣次數(shù)應(yīng)為12次/h”。第7.3.4 “清潔區(qū)每個(gè)房間送風(fēng)量應(yīng)大于排風(fēng)量150 m3/h。污染區(qū)每個(gè)房間排風(fēng)量應(yīng)大于送風(fēng)量150m³/h。”

       武漢火神山醫(yī)院考慮到集裝箱房的建筑特點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)密閉性較差，為了充分保證病房的換氣次數(shù)和壓力梯度，根據(jù)與醫(yī)院接收方的多次磋商，最終確定送、排風(fēng)量分別是：分區(qū)負(fù)壓病房送風(fēng)8次/h，排風(fēng)12次/h；標(biāo)準(zhǔn)負(fù)壓隔離病房送風(fēng)12次/h，排風(fēng)16次/h；ICU送風(fēng)12次/h，排風(fēng) 24次/h；送風(fēng)量與排風(fēng)量的差值按照300m³/h選取。

       項(xiàng)目投入運(yùn)行后，實(shí)際測(cè)試的病人走廊對(duì)病房空氣壓差為6Pa，高于規(guī)范要求的5Pa；醫(yī)護(hù)走廊對(duì)病房的空氣壓差在12～15Pa之間，高于規(guī)范要求的10Pa，驗(yàn)證了風(fēng)量取值的合理性。隨著后期運(yùn)行過(guò)濾器阻力增加，系統(tǒng)的送風(fēng)量與排風(fēng)量均將會(huì)有所下降，相應(yīng)壓差也會(huì)在合理范圍內(nèi)波動(dòng)。另外從空調(diào)舒適性角度出發(fā)，本項(xiàng)目運(yùn)行初期武漢市室外最低氣溫在0℃以下，過(guò)大的新風(fēng)量對(duì)室內(nèi)溫度的維持不利，而且能耗巨大，不利于可持續(xù)運(yùn)行。

       綜合以上情況來(lái)看，正規(guī)建設(shè)的傳染病醫(yī)院不存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)密封性不好的問(wèn)題，采用傳染病醫(yī)院設(shè)計(jì)規(guī)范要求的換氣次數(shù)是有效和可靠的，與《醫(yī)院負(fù)壓隔離病房環(huán)境控制要求》

 圖4.1  病人走廊對(duì)病房空氣壓力差值     圖4.2 醫(yī)護(hù)走廊對(duì)病房空氣壓力差值

       （GB／T 35428-2017）的換氣次數(shù)要求也是一致的。但要注意負(fù)壓隔離病房的通風(fēng)系統(tǒng)在過(guò)濾器終阻力時(shí)的送、排風(fēng)量，應(yīng)能保證各區(qū)壓力梯度要求。當(dāng)然，換氣次數(shù)大可能使房間的細(xì)菌和病毒濃度更低，但在設(shè)置供暖和空調(diào)的建筑內(nèi)，較大的通風(fēng)量意味著較大的能耗。況且，有效的空氣稀釋控制需要多大的換氣次數(shù)，增加多少通風(fēng)量才能使傳染的風(fēng)險(xiǎn)降低，這些問(wèn)題我們目前還正在探討和研究中，缺少準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和權(quán)威的結(jié)論。在冬季較溫暖和夏季涼爽地區(qū)，病房不需要通過(guò)供暖和空調(diào)來(lái)滿足熱舒適性時(shí)，上述的的換氣次數(shù)可考慮加大。

       ⑶ 病房送排風(fēng)氣流組織

       國(guó)內(nèi)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)病房送排風(fēng)口的設(shè)置均提出了“高送低排，定向氣流”的原則，主要是基于以下幾點(diǎn)理由：1、應(yīng)采用定向氣流，送風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在房間上部，排風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在病床床頭附近，應(yīng)排除氣流死區(qū)、停滯和送排風(fēng)短路，防止細(xì)菌、病毒的積聚；2、病房?jī)?nèi)醫(yī)護(hù)人員大多站立工作，而病人長(zhǎng)時(shí)間臥床呼吸，低位污染濃度高，通過(guò)氣流組織使得醫(yī)護(hù)人員不會(huì)處于傳染源和排風(fēng)口之間，減小醫(yī)務(wù)人員被感染的機(jī)會(huì)；3、排風(fēng)口安裝在地板附近，使?jié)崈艨諝馔ㄟ^(guò)呼吸區(qū)和工作區(qū)向下流動(dòng)到污染的地板區(qū)域，有利于污染空氣就近盡快排出。武漢火神山醫(yī)院結(jié)合實(shí)際情況，并按照規(guī)范要求，采取的也是床尾且靠近病房門口設(shè)頂送風(fēng)口，床頭下部設(shè)排風(fēng)口的氣流組織方式。

       針對(duì)病房的氣流組織方式也有學(xué)者借助CFD數(shù)值分析方法進(jìn)行了進(jìn)一步的深化研究，提出了單條縫風(fēng)口豎壁貼附加導(dǎo)流板氣流組織形式作為負(fù)壓隔離病房氣流組織的推薦選用形式，新鮮空氣自條縫型送風(fēng)口送出，形成上、下風(fēng)向，通過(guò)導(dǎo)流板直接送至醫(yī)護(hù)人員呼吸區(qū)（站姿高度），繼而送至病患呼吸區(qū)（下風(fēng)向），最終從對(duì)側(cè)病床兩邊下部排風(fēng)。結(jié)論是此種氣流組織形式工作區(qū)熱環(huán)境更好，通風(fēng)效率更高，送排風(fēng)氣流的定向性更好，新鮮空氣直接送到醫(yī)護(hù)人員呼吸區(qū)，而污染空氣得以有組織就近盡快排出。^[6]

       因此，可認(rèn)為理論上最佳的氣流流向是潔凈的新鮮空氣直接送到醫(yī)護(hù)人員呼吸區(qū)，然后送至病患呼吸區(qū)，最后從病床兩側(cè)下部排風(fēng)口快速排出病人呼出的污染空氣,減少病房?jī)?nèi)污染空氣的回流。需要討論的是，包括前述的病房換氣次數(shù)和現(xiàn)在的氣流組織方式，我們基本上都是引用國(guó)外的相關(guān)研究成果和數(shù)據(jù)，如ASHRAE和美國(guó)CDC建議的諸如肺結(jié)核病隔離病房的相關(guān)數(shù)據(jù)，且不說(shuō)它們針對(duì)新冠病毒的適應(yīng)性和有效性，醫(yī)護(hù)人員在病房的工作時(shí)間、工作狀態(tài)和防護(hù)方式對(duì)上述研究有何影響都應(yīng)該納入到我們的研究視野。醫(yī)護(hù)人員在很多情況下是零距離對(duì)病人進(jìn)行醫(yī)治和護(hù)理，但進(jìn)入病房后均必須做到三級(jí)防護(hù)，有條件的還會(huì)佩戴電動(dòng)過(guò)濾式送風(fēng)頭罩，這些因素都應(yīng)該在我們的研究中有所考慮。另外，CFD數(shù)值分析方法和諸多計(jì)算機(jī)模擬分析軟件無(wú)疑為工程設(shè)計(jì)提供了寶貴的分析手段和設(shè)計(jì)參考，但若是能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)模擬分析手段與針對(duì)性的有效實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況測(cè)試結(jié)合起來(lái)進(jìn)行更系統(tǒng)和深入的研究，得出我們自己的權(quán)威指導(dǎo)數(shù)據(jù)和結(jié)論，將無(wú)疑會(huì)大大提高我們對(duì)各類細(xì)菌和病毒引起的傳染病的認(rèn)識(shí)和防控水平，無(wú)疑也將會(huì)大大提高設(shè)計(jì)所采取技術(shù)措施的針對(duì)性和準(zhǔn)確性。

        ⑷ 病房過(guò)濾器設(shè)置方式

       《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50849-2014）第7.4.2條要求：“負(fù)壓隔離病房的送風(fēng)應(yīng)經(jīng)過(guò)粗效、中效、亞高效過(guò)濾器三級(jí)處理。排風(fēng)應(yīng)經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器過(guò)濾處理后排放。”第7.4.3條要求：“負(fù)壓隔離病房排風(fēng)的高效空氣過(guò)濾器應(yīng)安裝在房間排風(fēng)口處”。負(fù)壓隔離病房收治的是重癥和危重癥病人，病人攜帶的病毒和醫(yī)治過(guò)程中逸出的病毒均較高，排風(fēng)高效空氣過(guò)濾器安裝在房間排風(fēng)口部,可以在源頭上阻隔和過(guò)濾病毒,防止污染風(fēng)管和通過(guò)排風(fēng)系統(tǒng)擴(kuò)散，也便于在原位對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行更換和消毒。

圖5 醫(yī)護(hù)走廊、病房、緩沖區(qū)通風(fēng)平面（局部）

       武漢火神山醫(yī)院負(fù)壓隔離病房和負(fù)壓病房的送風(fēng)均在送風(fēng)機(jī)的入口處設(shè)有粗、中、高效三級(jí)過(guò)濾器，既防止帶入影響病人的其他致病病菌，又防止灰塵進(jìn)入給內(nèi)部的病毒帶來(lái)寄生體或攜帶體。負(fù)壓隔離病房的排風(fēng)高效過(guò)濾器設(shè)在房間排風(fēng)口處，負(fù)壓病房的排風(fēng)高效過(guò)濾器則設(shè)在排風(fēng)機(jī)的入口處。一則是因?yàn)榛鹕裆结t(yī)院收治的是同一類病人，不存在交叉感染的問(wèn)題，二是大量高效過(guò)濾器均設(shè)置在負(fù)壓病房?jī)?nèi)，會(huì)帶來(lái)設(shè)備采購(gòu)、安裝、維護(hù)、更換消毒方面的諸多問(wèn)題。過(guò)濾器集中設(shè)置于室外排風(fēng)機(jī)入口處，可避免后期在病房?jī)?nèi)對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行消殺與更換，大大降低維護(hù)人員感染的風(fēng)險(xiǎn)。排風(fēng)高效過(guò)濾器應(yīng)根據(jù)壓差檢測(cè)情況定期進(jìn)行更換，拆除的排風(fēng)高效過(guò)濾器應(yīng)在原位消毒后裝入安全容器內(nèi)進(jìn)行消毒滅菌,并應(yīng)作為醫(yī)療廢棄物進(jìn)行處理。

3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)室外部分的設(shè)計(jì)

       ⑴ 送、排風(fēng)機(jī)的設(shè)置

       病房半污染區(qū)、污染區(qū)的排風(fēng)機(jī)因排出的污染物較多,應(yīng)設(shè)在排風(fēng)管路末端以確保整個(gè)排風(fēng)管路為負(fù)壓,防止排風(fēng)中的污染物從風(fēng)管縫隙泄漏到風(fēng)管外部污染室外環(huán)境或其它房間。并且為保證運(yùn)行安全和維護(hù)方便，排風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)置在室外空曠處。送風(fēng)機(jī)在滿足與排風(fēng)機(jī)安全距離的情況下，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行設(shè)置。

       武漢火神山醫(yī)院十天快速建成得益于采用了集裝箱板房，集裝箱板房屋頂結(jié)構(gòu)不足以承受大量設(shè)備與風(fēng)管的重量，送、排風(fēng)機(jī)若設(shè)置在屋頂上就必須進(jìn)行加固和防振處理，大量的人員會(huì)在屋頂交叉作業(yè)，勢(shì)必會(huì)加大工作量和影響整個(gè)工程進(jìn)度，還會(huì)存在施工風(fēng)險(xiǎn)。屋頂最終要做成坡屋面，過(guò)度占用屋面不利于施工也不利于設(shè)備維護(hù)、過(guò)濾器的更換。武漢冬季陰雨天氣較多，在集裝箱屋頂上大量穿管開(kāi)洞，存在極大的漏水與滲水風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)多方比較和權(quán)衡，我們選擇將送、排風(fēng)機(jī)在地面有序布置。為保證病房送、排風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，送、排風(fēng)機(jī)的規(guī)格型號(hào)盡量進(jìn)行了統(tǒng)一，并對(duì)每一種型號(hào)風(fēng)機(jī)在倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行備用；另外還應(yīng)該考慮運(yùn)行一段時(shí)間后，過(guò)濾器終阻力增加對(duì)系統(tǒng)送、排風(fēng)量的影響。 

       ⑵ 新風(fēng)口與排風(fēng)口的設(shè)置

       《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50849-2014）第7.1.7條要求：“排風(fēng)系統(tǒng)的排出口應(yīng)遠(yuǎn)離送風(fēng)系統(tǒng)取風(fēng)口，不應(yīng)臨近人員活動(dòng)區(qū)。”，其對(duì)于新風(fēng)引入口與排風(fēng)口及污水通氣管距離的要求是參照《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012的第 6.3.9條第６款關(guān)于事故通風(fēng)的要求，也就是水平間距不小于20m，當(dāng)水平距離不足20m時(shí)，排風(fēng)口應(yīng)高于進(jìn)風(fēng)口，垂直高差不小于6m。《醫(yī)院負(fù)壓隔離病房環(huán)境控制要求》（GBT35428-2017）關(guān)于排風(fēng)口高度的設(shè)置要求，是排風(fēng)口應(yīng)高出屋面3m（15m范圍內(nèi)）。

圖6 病房區(qū)域進(jìn)、排風(fēng)立管位置示意圖

       從污染物擴(kuò)散的角度考慮，同樣的室外參數(shù)條件下，排風(fēng)口的高度越高越有利于污染物擴(kuò)散稀釋，污染物對(duì)地面的影響也越小。根據(jù)相關(guān)研究，排風(fēng)口需要設(shè)置在滿足污染物稀釋到安全濃度的必要高度，對(duì)于SARS病毒，稀釋1萬(wàn)倍后即污染空氣濃度低于100×10^-6，就不再具有傳染性[7]。武漢火神山醫(yī)院設(shè)計(jì)之初我們就對(duì)送、排風(fēng)口的平面位置進(jìn)行了一個(gè)統(tǒng)籌排布，進(jìn)、排風(fēng)口水平間距均保持在20m以上。設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了清華大學(xué)陸新征教授團(tuán)隊(duì)的大力支持，通過(guò)對(duì)室外污染物擴(kuò)散數(shù)值模擬的研究[8]，得到排風(fēng)口高度6.5m時(shí)，最不利風(fēng)向條件下（西風(fēng)，1.9 m/s），新風(fēng)口附近污染物濃度為49×10^-6；而當(dāng)排風(fēng)口高度提高至9m時(shí)，最不利風(fēng)向條件下（西風(fēng)，1.9 m/s），新風(fēng)口附近污染物濃度則降為25×10^-6。項(xiàng)目設(shè)計(jì)期間對(duì)于新冠病毒傳播機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不充分，為安全起見(jiàn)還需考慮過(guò)濾器衰減甚至失效的可能，最終在可實(shí)施的前提下，將排風(fēng)口高度確定為9m。

       ⑶ 室外污染物擴(kuò)散數(shù)值模擬

       陸新征教授團(tuán)隊(duì)以開(kāi)源流體力學(xué)計(jì)算軟件FDS為基礎(chǔ)，采用大渦模擬 (Large eddy simulation, LES) 模擬污染物擴(kuò)散過(guò)程，研發(fā)了病房排放的有害氣體對(duì)環(huán)境影響的快速模擬方法，實(shí)現(xiàn)了臨時(shí)醫(yī)院建筑的快速建模、基于云計(jì)算平臺(tái)的高效計(jì)算、以及有害氣體流動(dòng)的監(jiān)測(cè)和可視化，并驗(yàn)證了模擬方法的準(zhǔn)確性，成功應(yīng)用于火神山醫(yī)院的室外有害氣體污染控制設(shè)計(jì)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，陸教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)排風(fēng)口分布與設(shè)置高度，利用快速模擬方法進(jìn)行了室外污染物擴(kuò)散數(shù)值模擬。得出不同排風(fēng)高度條件下，有害氣體濃度分布情況，并給出了設(shè)計(jì)優(yōu)化建議。

圖7 不同排風(fēng)口高度下有害氣體濃度分布圖（西風(fēng)，1.9 m/s）

圖8 不同排風(fēng)口高度下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的有害氣體濃度（西風(fēng)，1.9 m/s）

圖9 最終設(shè)計(jì)方案不同風(fēng)向下有害氣體擴(kuò)散模擬結(jié)果 

       通過(guò)對(duì)室外污染物擴(kuò)散數(shù)值模擬結(jié)果的分析，最后將武漢市冬季平均風(fēng)速1.9 m/s時(shí)最不利風(fēng)向條件下（西風(fēng)）新風(fēng)口附近的有害氣體濃度控制在25×10^-6。在其它各風(fēng)向、風(fēng)速條件下，都可以保證新風(fēng)口及院區(qū)外的有害氣體濃度顯著低于100×10^-6的限值要求。基于以上研究成果，設(shè)計(jì)中進(jìn)一步對(duì)新風(fēng)口、排風(fēng)口的設(shè)置位置和高度進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，有效保障了火神山醫(yī)院和周圍環(huán)境的安全性，降低了二次污染風(fēng)險(xiǎn)。由于本模擬研究未考慮排風(fēng)口的過(guò)濾作用，在設(shè)置有排風(fēng)高效過(guò)濾器的情況下，其環(huán)境安全性會(huì)得到更進(jìn)一步的提升。

4 控制系統(tǒng)

       1）送、排風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī)順序：污染區(qū)（病房）排風(fēng)機(jī)->半污染區(qū)(醫(yī)護(hù)走廊)的送風(fēng)機(jī)->清潔區(qū)送風(fēng)機(jī)->病房送風(fēng)機(jī)；關(guān)機(jī)順序與開(kāi)機(jī)順序相反。

       2）病房排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖：病房排風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后方能開(kāi)啟病房送風(fēng)機(jī)（電路聯(lián)鎖）；病房排風(fēng)機(jī)停機(jī)后觸發(fā)聲光報(bào)警裝置，并連鎖停止病房送風(fēng)機(jī)。

       3）病房排風(fēng)機(jī)設(shè)置過(guò)濾器壓差在線檢測(cè)，超壓時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置。送、排風(fēng)系統(tǒng)的各級(jí)空氣過(guò)濾器均設(shè)置壓差檢測(cè)和報(bào)警裝置。

       4）控制各醫(yī)療護(hù)理單元內(nèi)壓差梯度關(guān)系(負(fù)絕對(duì)壓差數(shù)值)：病房及其衛(wèi)生間< 緩沖間 < 醫(yī)護(hù)走道(氣流壓差滲透起點(diǎn))；各不同壓力環(huán)境分隔處(高壓側(cè))設(shè)具備超壓報(bào)警功能或接口的機(jī)械式微壓力表。

       5）醫(yī)患接觸的“前線”區(qū)域-醫(yī)護(hù)走廊內(nèi)不設(shè)排風(fēng)系統(tǒng)，杜絕誤操作形成壓差反向事故（目前測(cè)試表明，醫(yī)護(hù)走廊與病房之間的壓差關(guān)系最為清晰）。

5 小結(jié)

       傳染病醫(yī)院的設(shè)計(jì)應(yīng)遵照控制傳染源、切斷傳染鏈、隔離易感人群的基本原則，嚴(yán)格按照傳染病醫(yī)院醫(yī)療流程和相關(guān)規(guī)范對(duì)場(chǎng)地規(guī)劃和建筑布局進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)控制，合理劃分污染區(qū)、半污染區(qū)與清潔區(qū)及潔污人流、物流通道。應(yīng)根據(jù)醫(yī)院收治傳染病的特點(diǎn)和病人情況合理配置負(fù)壓病房和負(fù)壓隔離病房，采用相應(yīng)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)及其氣流組織形式，并切實(shí)控制各區(qū)域的壓力梯度關(guān)系，以加強(qiáng)對(duì)醫(yī)護(hù)人員職業(yè)暴露的防護(hù)和對(duì)病患的保護(hù)，最大限度降低院內(nèi)感染的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)充分考慮和規(guī)劃傳染病醫(yī)院的室外環(huán)境，保持與周邊建筑綠化隔離間距，在滿足建筑物衛(wèi)生和消防安全的前提下，對(duì)排放的廢水、廢氣、噪聲、廢棄物按規(guī)定進(jìn)行妥善處理，以營(yíng)造干凈舒適的就醫(yī)和診療環(huán)境，促進(jìn)人民的身體健康。

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       備注：本文收錄于《建筑環(huán)境與能源》2020年10月刊 總第37期（第22屆全國(guó)暖通空調(diào)制冷學(xué)術(shù)年會(huì)文集）。版權(quán)歸論文作者所有，任何形式轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者。