武汉方舱医院是新冠肺炎疫情暴发以后,根据中央指导组医疗救治组的专业意见,以野战移动类医院为模板,通过既有大空间建筑改造,实现快速集中收治新冠肺炎确诊轻症患者、有效控制传染源的临时应急医院。本文以武汉某方舱医院的通风空调系统改造设计为例,阐释方舱医院的工程设计技术要点。

　　 武汉某方舱医院利用工业厂房改建而成,总建筑面积约12 000 m²,其中1～3层为病房区,4层为医疗库房和医生休息区。共设计床位853个,其中1层283个,2层285个,3层285个。项目设计及施工周期为3天。1层的平面布置如图1所示,西侧为护士站、治疗室、医生办公室、库房等医护功能区,东侧为公共卫生功能区,包括盥洗间、淋浴间、卫生间。中间为病房区,通过东西向公共走道将床位分为南北两大分区,并利用轻质隔墙将病房区划分成多个互不干扰的舱室,各舱室与外墙之间留出病人活动通道。东北角的电梯和楼梯不封闭,作为1～3层的竖向联系通道。

　　 1层西南角设有医护人员出入口,共设1处入口和2处出口。入口设置有一更、穿防护服间和缓冲间,2个出口分别设置有缓冲间、脱防护服间、脱制服间和一更。出入口分别通过室外连廊与医护人员的工作、生活区连接。1层东北角为病患出入口和医疗废物出口,设置有接待处、入院办理区、更衣间,并在医疗废物出口处设置室外医废暂存点。

　　 医护功能区为半污染区,其他各功能区均为污染区,医护人员休息、生活的清洁区不在本建筑内,通过室外连廊与本建筑进行连接。室外的患者进出舱通道、污物运输通道布置在本建筑的东北侧,室外的医护人员进出舱通道、洁净物品进出舱通道布置在本建筑的西南侧。

　　 方舱医院的通风系统设计是设计工作的重中之重,主要原则是保证各功能区之间的压力关系正常,防止院内感染。因为医院收治的是同一类确诊病人,因此将防止医患之间的感染放在首位,而患患之间的医疗照护则通过细化分区来实现。

　　 该项目采用机械排风与自然进风相结合的通风方式。借鉴传染病医院负压病房换气次数6 h^-1的设计要求,在保证人员活动区换气次数的前提下病房区的排风量按150 m³/(床·h)设计,公共卫生功能区的排风量按换气次数12 h^-1设计,每层的总排风量为55 000 m³/h,病房区采用自然进风的方式,维持室内负压。由于医护区与病房区仅仅采用轻质隔墙进行分割,气密性无法保证,因此,医护区只送风、不排风,形成从医护区向病房区的气流流向,保证医护人员的安全。医护区送风量按换气次数12 h^-1设计,设置一套5 500 m³/h的送风机,送风系统设粗、中、高效过滤器,进一步保证医护人员的安全。

　　 室内的气流组织(见图2):室内采用U形气流流向。进风口利用西侧、西北侧和西南侧的高位侧窗自然进风,进风汇集到中间走道,由左至右流动。室内排风系统分散布置在病房区的两侧及公共卫生区,排风口布置在房间下部,距地500 mm,就近将病房区的污染空气排至室外,走道的进风向两边的病房区补风。进风口远离室外的患者、污物流线,远离污染源,保证了进风的安全性。排风系统根据污染物浓度模拟分析结果,采用分散布置室内排风口的方式,减少进、排风气流通路的路径,减少各舱室之间的气流干扰,让污染空气尽快排出。

　　 原方案的室内气流组织形式为一字形,即排风口集中布置在建筑物南侧和公共卫生区,建筑物北侧均为进风口,形成从北向南的一字形气流组织。一字形气流组织类似于穿堂风,可加快室内的空气流动,从而快速排除室内的污染空气。原方案的病人呼吸高度处(1.1 m)污染物浓度模拟结果如图3所示,假设每个人的呼出量为0.3 m³/h,其中污染物体积分数为1,南侧病房区的污染物体积分数整体偏高,局部污染物体积分数达到了3 000×10^-6,相当于病人呼出的污染物被稀释了33倍,而北侧病房区的污染物体积分数约为(1 000～1 500)×10^-6,相当于病人呼出的污染物被稀释了66～100倍。优化方案的病人呼吸高度处(1.1 m)污染物体积分数模拟结果如图4所示,可以看出,在相同排风量的条件下,U形气流组织的室内污染物浓度显著降低。

　　 分析原因,原一字形气流组织的排风路径较长,北侧病房区产生的污染物通过气流在南区与南区产生的污染物叠加,从而提高了南区的污染物浓度,增加了南区的感染风险。而U形气流组织的排风路径较短,污染空气被就近排走,避免了污染物叠加的影响。因此,在排风量一定的情况下,应尽可能缩短进、排风气流流程,让污染空气尽快就近排出,以减少排风对相邻病区的影响。

　　 同时,南北病房区靠近外窗侧,受到进风影响,浓度得到了有效稀释。内部走道和东南侧靠近排风区域的浓度还存在局部堆积问题,在此区域适当增加了净化机组的数量,可考虑为等效增加通风量,有助于降低此区域的污染物浓度。

　　 室外的气流组织:排风经三级过滤后高空排放,排风口高出屋面3 m,保证与各层进风口的竖直距离大于6 m,水平距离大于20 m。既确保进风系统清洁、不受污染,又保证排风的无污染高空排放,减少对周边环境的影响。

　　 医护人员出入口部气流组织:医护人员入口部设机械送风系统,在一更设置换气次数不小于30 h^-1的送风,各相邻隔间设置短管连通,气流流向从清洁区至污染区。医护人员出口部设机械排风系统,在缓冲区、脱防护服间设置换气次数不小于30 h^-1的排风,各相邻隔间设置短管连通,气流从清洁区流向污染区。医护人员出入口部要想通过精度调节送排风之间的压差来实现压差控制,限于时间和条件在本项目中不可能实现,借用人防工程防毒通道的作法来设计医护人员出口的气流组织,借用加压送风来设计医护人员入口部的气流组织是临时应急的可行办法。同时医护人员出入口部采用多台风机并联运行的模式,风机均自带止回阀,可以通过开关控制的模式调节相应的压差关系。医护人员出入口部大样图见图5。

　　 空气质量控制措施:在排风系统的风机入口处和机械送风系统的风机出口处均设置粗效过滤器(G4)+中效过滤器(F8)+高效过滤器(H12),保证送风的空气品质和对排风污染物的有效过滤。病区及护士站、病房主要通道设置高压静电空气净化机,杀灭细菌、病毒,净化病区空气。医护人员出入口部的排风机和送风机均内设亚高效空气过滤处理装置。

　　 方舱医院的空调系统采用热泵型分体柜式空调器+电暖风机联合供暖的形式。外区沿着外墙布置功率3 675 W(5匹)的分体柜式空调器,柜式空调器位置对着各舱室的出入口,保证各舱室的供暖效果。自然进风口处和中间不便于空调凝结水排放的公共走道采用电暖风机辅助供暖。末端设备的供暖热指标约为150 W/m²。考虑到医护区采用机械送风方式,将未经过热湿处理的新风直接送入室内会影响室内的舒适性。设计在室内圆形送风管的侧面开孔,利用孔口侧送风,避免冷风直吹人体,送风管大样如图6所示。同时加大医护区的分体式空调器装机容量,保证医护区的舒适性。

　　 病房、医护办公室、走道等房间均采用自然排烟方式,利用外墙上的排烟窗进行自然排烟。1、2层的层高分别为7.0 m和6.3 m,按高大空间进行自然排烟,排烟量按82 000 m³/h计算,自然排烟口的风速不大于0.74 m/s。3层层高3.9 m,设置有效面积不小于该房间面积2%的排烟口进行自然排烟。4层各房间的面积不超过100 m²且有可开启外窗,可不设置排烟措施。

　　 方舱医院的设计需要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,完全不能按常规模式进行设计。该项目的过滤器及排风机布置在屋面上,方便设备的后期维修和更换,保护维护人员的人身安全。

　　 医护人员出入口部设置微压差计,方便医护人员评估其安全性,并通过控制风机运行台数来调节相应的压差关系。考虑到系统的可快速建设性,送、排风管主要采用加厚U-PVC管进行替代,并取消所有的风阀及风口,各房间的送、排风支管接至过滤器静压箱,方便风量平衡。风阀及风口取消后,降低了维护、更换工作的风险性。

　　 分体柜式空调器的室内机抬高布置,凝结水集中收集后,排至污水集中收集系统。

　　 该项目建设的同时,武汉市还在同时紧急抢建多个方舱医院,各类风管材料、过滤器、风机、施工人员告急,只有灵活采用各种综合技术措施,才能保证在极短的时间按时完成建设任务。该项目变通采用多根U-PVC水管替代传统风管,取消各类阀门和风口,竖向风管全部贴外墙安装,减少土建的配合工作量,才最终保证了工程进度。

　　 该项目的分体柜式空调器为爱心企业捐赠产品,企业原计划捐赠1 470 kW(2匹)的柜机,考虑到数量较多,用于该项目并不合适,且安装工作量很大,经过与捐赠企业的密切沟通,最后改为3 675 W(5匹)的柜机,保证了工程进度。

　　 室外风管安装环节是整个项目的施工难点,在缺少保护措施、缺少施工作业面的情况下,与施工单位反复沟通,并根据现场施工条件反复修改图纸,才保证了设计意图的实现和工程进度。经与风机供应商、其他方舱医院的设计人员沟通,多个方舱医院的风机全部采用同一型号的产品,以方便风机生产和保证设备供应速度。

　　 笔者结合临时应急医院的建设体验,提出“平战结合、床随人动”的防疫病房建设概念。“平战结合”包含2层含义:一是指防疫病房应满足平时和疫情(战时)2种状态的使用需求,平时可以作为普通病房使用,疫情(战时)可以灵活切换到负压病房等特殊状态运行,满足疫情(战时)的医疗救治需要;二是指防疫病房按民用建筑标准建设,平时以民用为主,战时可以作为军用医疗设施的有益补充。“床随人动”是指防疫病房为模块化设计,是可以移动的,平时分散到各地医疗机构,发挥平时的治疗功能,疫情(战时)可以快速集结,满足医疗救治需要。要实现以上目标,需要根据负压病房的高标准、高质量建设要求以标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修来进行产品的深度集成,并预留与其他标准化模块的快速连接接口和信息化系统接口。

　　 鉴于方舱医院收治同一类确诊轻症病人的医疗救治特点,其通风系统的主要设计原则是保证各功能区之间的气流流向和压力关系正常,防止院内感染。并将防止医患之间的感染放在首位,而患患之间的医疗照护则通过细化分区来实现。

　　 借用人防工程防毒通道的作法来设计医护人员出口的气流组织,借用加压送风的做法来设计医护人员入口的气流组织,通过多台风机并联运行的模式来调节相应的压差关系,在临时应急情况下是切实可行的。送、排风系统大风量高换气次数运行,并尽量缩短送、排风的气流通路和流程,可以通过新风的稀释作用较好地满足室内的空气品质要求,结合室内床位布置,在送、排风气流通路的后部增设高压静电空气净化机组,可进一步降低感染风险。送、排风系统加装粗、中、高效过滤器,可保证送风的清洁和排风的无污染高空排放,减少对周边环境的影响。因地制宜、灵活设计空调和防排烟系统,才能在满足基本的空调供暖需求和消防安全的前提下,保证工程进度。

　　 方舱医院为疫情流行期间的应急建设需要,时间短、任务重、责任大,需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。应认真总结各类临时应急医院建设实施和实际运行的经验,站在建设国家突发公共卫生事件应急管理体系的高度,进行各项应急医疗救治设施的标准化建设和战略储备,才能更加从容和高质量地应对各类突发疫情和自然灾害,保护人民的生命健康。