新时代高品质绿色医院的设计探索
1绿色是医院建设的发展方向
中国医院建设在近三十年间处于高速发展状态,普遍出现了建筑品质低、改造难度大、运营能耗高、维护成本高等问题,粗放的建设模式与可持续发展理念相悖,为社会资源带来了巨大浪费。随着全球低碳潮流和我国政府提出建设资源节约型、环境友好型社会的要求,高品质绿色发展成为未来医院建设的重要趋势。
在二十多年的医院工程设计实践中,中国建筑标准设计研究院有限公司(以下简称“标准院”)一直着力于富有特色的绿色医院设计探索。在其提出的“H+医疗健康建筑设计服务体系”
2本土化视角下的绿色低碳设计
崔愷院士提出“设计应立足土地,建筑要接地气”
在地处岭南地区的梅州谷城医院的设计中,标准院设计团队对亚热带季风气候特征进行了研究,以“被动式设计优先、主动式设计优化”为原则,力求打造本土化的绿色医院建筑。设计开始之前,首先对风速、湿度、温度、降水以及太阳辐射等当地气候条件进行分析,分析结果直接影响了建筑设计(图2):1)通过焓湿图研究可知,自然通风是梅州地区在夏秋季节效果最为明显的被动式技术手段,同时结合节约建设和运营成本的考虑,在建筑内部划分出空调室内区与非空调室内区,非空调室内区设置完全开敞的外围护结构,实现建筑室内外空气的自然流通(图3);2)将自然采光和通风引入建筑中庭,提出“会呼吸的生态中庭”,在潮湿多雨的气候条件下,实现低能耗且自然舒适的室内环境效果(图4);3)通过开敞外廊、底层局部架空、内设天井/中庭等建筑处理手法,为建筑设置了大量半室外灰空间,打造了既遮阳避雨又少人工干预的建筑热工环境,实现了富有本土特征的建筑设计(图5)
同处于亚热带季风性气候的福州市晋安区医院设计同样力求根植于本土,但是采用了不同的被动式生态策略:1)地处城市中心区的院区用地极其狭窄,设计利用屋顶平面作为绿化空间,改善局部小气候和建筑热工环境,也为患者和医护人员提供了人性化的休憩空间;2)半开放的医疗主街考虑湿热多雨的气候特征,医疗主街的外窗通常情况下可开启,采用自然通风方式,而在极热、寒冷时则可关上采用局部制冷和采暖,保证室内环境的舒适度(图6~8);3)外立面设计采用横向遮阳板和可开启外窗相结合的双层幕墙系统,实现遮阳通风的功能效果的同时,也丰富了建筑立面效果(图9)。在晋安区医院的设计中,还采用了包括雨水收集回用系统、机电设备智能控制系统、太阳能集热系统、节能照明等主动式节能技术手段进行绿色优化。
在严寒地区的霍林郭勒市中蒙医院立面设计中,充分考虑到北方建筑的特点,大量采用小窗,严格控制建筑体形系数和窗墙比,减少热量流失,从而有效降低冬季供暖负荷(图10)。北川县人民医院是汶川地震震后重建的重点项目,设计为体现北川新城风貌要求,以羌族建筑文化传统为基础,立足城市整体,突出城市设计
3弹性化设计实现医院建筑长寿命
现代医疗技术的发展需要建筑设计能够采用具有预见性、能动性的可持续设计模式来满足建筑空间扩容与功能变化
弹性化设计就是指建筑能够根据使用者的需求变化而相应调整功能布局,使建筑能够弹性地适应需求。医院建筑的弹性化设计主要体现在规划和空间两个方面。
3.1规划有弹性
规划布局的弹性化,即充分考虑医院未来发展,统一进行总体规划、预留发展、统筹远近期建设,通过模块化组合布局的方式来实现(图13)。医院中的门诊、医技、住院等医疗功能单元都可以进行模块化设计,模块单元的空间尺寸统一,功能可灵活更替,以应对未来功能更新的需求。同时通过医疗主街可将不同类型的模块单元串联组合,形成“可生长、可更新”的医院建筑形式
大同市第五人民医院的规划设计就贯彻了“枝状生长式”的弹性规划设计理念(图14,15)。将医疗功能梳理并简化,明确功能分区,依次布置门诊区、医技区、住院区。各功能区内的功能单元模块紧凑布置,模块之间既相互独立又密切联系。在拟建规模的基础上进行弹性化规划,充分预留病房、医技等用房的发展空间,有利于医院的分期建设和长远发展
又如在某大型医院工艺策划中,强调医技资源实现全院共享,将超大型的中心手术部、中心供应等医技部门进行模块化处理,并且通过模块组合实现功能可分可合,达到分期建设灵活和整体功能完整的弹性化处理要求(图16)。
3.2空间有弹性
空间有弹性则可以简单理解为建筑空间需要适应功能的变化。结合工程实践经验,我们将建筑功能空间梳理为弹性区域(使用功能空间)和刚性区域(竖向交通空间、设备机房、管井空间等)。传统建筑空间弹性区域和刚性区域界限模糊,空间组织松散自由,导致建筑功能弹性降低。医院建筑空间弹性化可以概括为集中布置刚性区域,创造灵活可变的大空间,赢得弹性区域(医疗功能空间)的完整化、最大化,从而实现弹性化空间设计(图17)。
梅州谷城医院就是运用了这一设计理念,将交通核、设备机房等刚性区域尽量集中布置于建筑外侧,减少与医疗功能区等弹性区域的流线交织和空间冲突。这样的设计使得弹性区域空间完整,为未来的医疗功能更新提供了更多可能性;而刚性区域的设备管线维护检修工作也对正常医疗活动的影响较小,使医疗空间更加人性化(图18)。
在北京军区总医院(现为陆军总医院)的外科楼建设过程中,业主对部分医疗功能做出了调整,而此时结构主体和外立面已经基本完工。得益于前期设计的弹性化空间设计的考虑,设计团队保持刚性区域不变,利用弹性区域完成了功能布局的调整,满足了业主医疗功能更替的建设需求(图19~25)。
从百年甚至更长时间来看,减少建筑的频繁建造、拆除,延长资源的利用时间,可有效减少资源需求,降低环境影响,因此可以说“长寿命”正是医院建设中最主要的“绿色”要素。而弹性化设计正是实现医院建筑长寿命,从而节约资源能源、降低环境负荷的最有效手段。
4绿色建造方式保证品质优良
除了设计阶段以外,打造绿色医院更需要关注包括建造、运营、改造、拆除在内的建筑全生命周期的资源环境负荷。
虽然中国医院建筑高速发展并取得了巨大进步,但是当前大多数医院仍采用以手工作业为主的传统建造方式,工业化程度较低,造成高能耗高污染,建筑质量难以控制,往往运营不久就出现“跑冒滴漏”的现象。随着我国经济水平的不断提高,为患者创造更好的医疗环境还需要更加绿色的建造方式,选用健康适老、通用易维护的建筑部品部件,实现医院建筑品质的全面提升
4.1工业化的装配式建筑
如同其他工业产品一样,装配式建造使医院建筑具有整体性和可持续性,强调建筑的系统绿色化和绿色集成。批量工业生产的建筑部品在降低造价的同时,也带来现代工业制造的品质保障。装配化的现场安装方式,施工周期短、环境影响小,可以将对医疗活动的影响降到最小
晋安区医院是一个改扩建项目,采用装配式钢筋混凝土框架—剪力墙结构体系。开敞的框架结构使得空间灵活,利于医疗设备布置(图26)。该项目在建筑的适宜部位采用预制混凝土叠合楼板和预制混凝土叠合梁,并采用标准化预制构件,提高构件模具重复率,合理控制建造成本。高品质预制构件的使用,实现了高效率建造,节约了整体工期,减少了医院改扩建过程中对维持医疗运营的影响,充分体现了装配式建筑的绿色优势。
钢结构则是更加适合医院建设的装配式结构体系。钢结构跨度大,能够缓解功能更新带来的挑战,更好地适应医院的远期发展需要;构件截面尺寸小,空间利用率更高;钢材抗震性能好,可以适应医院安全性需要;钢构件工业化程度高,运输距离约束较小;钢材可循环利用,对施工现场环境影响小。邯郸第四医院就是装配式钢结构建筑,钢框架支撑结构体系,并且采用屈曲约束支撑减震措施,表现出优良的抗震耗能能力,大大提高了医院的安全性能。
此外,主体结构之外的装修、部品等也将在建筑全生命周期中经历多次更替,其资源、能源累计消耗量不容小觑。装配式内装采用集成吊顶、集成地面、集成墙面,进行干式工法施工,能够大大降低能耗;内装部品现场快速装配组装,可缩短工期;工业化的内装部品,更能够满足医疗洁净卫生的要求;同时利用轻质隔墙、整体卫浴等系统可进行便捷拆改和功能更新,便于实现医疗空间的弹性化。邯郸四院项目除了钢结构的应用外,更是采用了全面的装配式内装技术,为医院建设提供了高品质保障。
4.2 SI与管线分离技术
医院的设备管线较其他建筑更复杂,并且24h不间断的运行方式,要求设备管线的维修工作要尽可能地避免对医生、患者造成干扰,因此需要更加便捷的检修和更换方式。缺乏绿色设计考虑的设备管线系统会给医院运营维护带来难度,同时不合理的拆改维护也会破坏结构、降低结构耐久性,大大缩短建筑的使用寿命。采用支撑体(结构系统)和填充体(外围护系统、设备与管线系统和内装系统)分离的SI体系
4.3基于BIM的智慧化建造
以互联网、大数据、人工智能等信息技术为支撑,建立基于BIM的医院建筑设计运营维护管理系统平台,提高建筑智能化,实现建设过程的精细化管理,更好地满足使用者需求,为优良的医疗服务提供支撑。
5结语
绿色医院不仅是追求先进技术的运用,更重要的是将绿色思想融入到建筑设计中,建立可持续的设计观。标准院以人性化、本土化、低碳化、长寿化、智慧化的“五化”理念为核心,将其贯穿于医院建筑全生命周期的各阶段设计中,以全面提升医院建筑品质、降低资源环境负荷为目标,推动现代医院迈向可持续发展之路,使其真正成为新时代高品质的绿色医院。
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