雷神山醫院的電氣設計十二問

馮星明， 李 亮， 曾 誠， 王云鵬， 熊 江， 王 彥

（中南建筑設計院股份有限公司，武漢430071）

0 引言

2020年初，武漢爆發超強傳染性新冠病毒疫情，全市各大醫院病床告急，迫切需要在最短時間內建立專業化的呼吸類臨時傳染病醫院。中南建筑設計院承接了武漢雷神山醫院的建筑設計任務，該院位于江夏區軍運村，建設用地面積約22萬m2，總建筑面積約7.9萬m2，包括負壓隔離病房區、醫技凈化區、醫護生活區、污水處理站、氧氣站及配套用房等，病床總床位數為1 500床，可容納醫護人員約2 300人。

設計伊始，電氣及智能化專業組織核心設計團隊，查閱了所有相關設計規范、標準和有關資料，不分晝夜，僅用5天時間就圓滿完成了設計任務。主要時間節點如下。

1月24日（除夕），接到設計任務，所有專業勘察現場，當晚建筑專業開始方案設計，電氣及智能化專業組織設計團隊，開始收集相關資料。

1月25日，晚間建筑專業提供醫護生活區、隔離病房區建筑方案圖及總平面圖，電氣及智能化專業根據建筑圖紙立即制定設計原則，明確設計需求，確定設計方案。

1月26日，完成電氣及智能化系統設計說明作為設計指導文件，完成醫護生活區電氣專業全套施工圖。

1月27日，項目指揮部、主管單位及市衛計委召開智能化設計協調會，再次明確設計需求。

1月28日，電氣專業與供電部門溝通，明確總圖箱式變電站、柴油發電機組位置。完成室外電氣總圖，主要設備訂貨清單。智能化專業與運營商溝通，確定電話及網絡接入點。

1月30日，完成隔離病房區及醫技凈化區電氣施工圖紙。提供雷神山醫院全套電氣及智能化專業施工圖紙。

2月7日，雷神山醫院完成驗收。

2月8日，雷神山醫院開始交付使用，醫護人員及病人入駐。

1月29日，在即將完成雷神山醫院的設計時，中南院收到了湖北住建廳關于負責《呼吸類臨時傳染病醫院設計導則（試行）》電氣、智能化這兩章的編制任務。1月31日團隊完成送審稿，經過專家評審2月3日對外頒布，以指導同類醫院的電氣設計。

為便于總結雷神山醫院的電氣設計經驗及解釋《呼吸類臨時傳染病醫院設計導則》的電氣、智能化章節編制思想，下文以疑難解答的方式予以闡述。雷神山醫院總平面圖見圖1所示。

圖1 雷神山醫院總平面圖

1 電氣設計重難點分析——十二問

1.1 呼吸類臨時傳染病醫院電氣設計與普通醫院電氣設計有何區別？

呼吸類臨時傳染病醫院除必須遵守一般醫療建筑的相關規范外，同時還需要遵守傳染病醫院的相關規范，但與一般傳染病醫院相比也有明顯的區別和特點。

首先，呼吸類傳染病醫院需注意以下4點：（1）通風設備對于防止呼吸類傳染病的傳播特別重要，必須納入特別重要負荷供電，除二路市電外，還須歸入柴油發電機的供電范圍；（2）醫用氣體對于肺炎病人而言屬于性命攸關設備，也必須納入特別重要負荷供電；（3）呼吸類傳染病的傳染性極強，消毒殺菌設備并不局限于一般洗消及潔凈場所，幾乎所有的醫療場所都必須考慮設置殺菌設備的電源；（4）醫院按照三區兩通道設計，電氣管線及穿墻孔洞必須實施密封措施，以防止病毒的跨區傳播。

其次，醫院的“臨時性”不能忽視，為挽救更多病人的生命，醫院需要在最短的時間內建成，因此設計周期和建設周期都非常短，不能拘泥于國家規范條文，需要在不違背規范強制性條文的大框架下遵循快速、安全、通用的原則予以創新和改進：（1）精選電氣及智能化系統設計內容，用不到的系統一律不設置，比如能源管理系統、智能照明系統、視頻示教系統、信息發布系統、建筑設備監控系統等，但必需的系統不可缺少，比如醫護對講系統等，以加快設計進程，減少施工及調試時間。（2）電氣系統必須簡潔、可靠，推薦采用模塊化設計。比如二臺變壓器和一臺柴油發電機組成一個供電模組，保證高可靠性的同時，也滿足設計快速，施工方便的要求；病房區按相似區塊成組設計，可以設計套用，也便于組織施工。（3）電氣設備必須滿足簡單可靠、施工快速、調試方便、貨源充足的要求。比如采用箱式變電站及箱式靜音柴油發電機組，相比室內機房，由工廠提前加工預制更方便施工和快速就位，檢修也方便安全。另外，將變壓器容量限制在800kVA及以下，就可以采用簡單的熔斷器保護，避免復雜的繼電保護調試過程，施工快速而且供電可靠，同時貨源很充足。

呼吸類臨時傳染病醫院類似戰時醫院，需要打破常規，提前制定快速安全的設計原則，如果還是按照傳統醫院的一套模式按部就班設計，將會貽誤戰機，拖延工期，同時可靠性并未提高。如何合適地選擇電氣方案、合理地理解現有規范，是設計師，特別是電氣負責人必須把握的重要選項。

1.2 如何進行負荷分級和負荷計算？

關于用電負荷分級，可以參照JGJ 312-2013《醫療建筑電氣設計規范》以及GB 50849-2014《傳染病醫院建筑設計規范》相關規定，不再贅述。但本類建筑的重要作用是挽救病人生命，其供電負荷等級明顯更高，比如通風設備及醫用氣體設備應納入特別重要負荷。所以，為簡化、快速設計，本項目并未完全按照規范中的負荷分級，而是按照建筑的分區來統一供電負荷等級，從而確定供電方案。

凈化手術區、醫技區、負壓隔離病房區（電輔加熱采暖設備除外）、醫用氣體設備、污水處理設備、消防用電設備、智能化機房等均確定為一級負荷中的特別重要負荷。除電輔加熱采暖設備列為三級負荷外，其余的用電設備均按照一級負荷的要求供電。這樣，既便于快速設計，又簡化了供配電系統，提高了供電可靠性。

關于用電負荷計算，由于本類項目大量采用電采暖、電熱水以及廚房電炊設備，所以，單位建筑面積的用電負荷比普通醫療建筑要大很多。由于本類項目以病房為主，電熱水器不可能都處于同時加熱狀態，而空調采暖也會在達到預定溫度后就處于保溫狀態，醫護的電淋浴設備也是分時段使用。所以，采用合理的需要系數極其重要，可以得到合理的變壓器裝機容量，確定供電系統方案，并能節約投資，減少對供電部門的增容壓力。

在設計前期，預估裝機容量是規劃供電方案非常重要的一環。本文即將雷神山醫院的設計指標列出供同類型的建筑電氣設計參考。雷神山醫院采用了全電采暖，部分電熱水以及電炊設備，變壓器裝機容量達到了 17 720 kVA，負荷密度為224 VA／m2。如果全部采用電熱水，負荷密度可接近250 VA／m2。所以，對于同類項目而言，需要知道是否有天然氣供應以及可利用的熱源，由此了解是否有電輔采暖、電制冷、電熱水、電炊設備，從而確定本項目的供電負荷密度，便于前期快速確定供電系統方案。根據不同的用電設備狀況，分析總結得出同類項目的負荷密度區間在150～300 VA／m2比較合適，雷神山醫院剛好處于其范圍內。雷神山醫院共設計有28臺室外箱式變電站（合計17 720kVA）及11臺室外箱式柴油發電站（合計6 870kVA）。供電網絡示意圖如圖2所示。

1.3 如何規劃供配電系統方案？

根據一級負荷的供電要求，應采用雙重高壓市電電源供電，由于本項目可以理解為急救醫院，性質重要，故再采用兩路電源，100%備供。為簡化室外線路，高壓電源采用環網式饋出。

對于特別重要負荷，除采用二路10kV電源供電外，另設置應急柴油發電機組，發電機組應在市電停電15s內自動啟動并輸出。為便于快速施工，宜采用室外箱式變電站及室外箱式靜音型柴油發電機組，并分區集中設置。發電機組應自帶日用油箱，并留有供油接口。

單臺變壓器及發電機容量不宜大于630kVA，最大不宜超過800kVA。變壓器兩兩一組，同時工作，互為備供，負載率不宜大于60%。當一臺變壓器故障時，另一臺變壓器可利用其長期過載能力（約120%），承載兩臺變壓器的所有負荷輸出。

當條件受限時也可采用其他合適的方式。供電設備應按區分組，不能交叉供電。

柴油發電機宜選用與變壓器相同的容量，按1臺發電機與1組變壓器對應配置。其出線宜在變壓器低壓總開關處自動切換。這樣做發電機可以完全承載一臺變壓器的容量，保證醫院的正常運行。同時，于變壓器進線處切換，可以使系統簡單可靠，操作與維修方便，可快速切換供電。另外，此容量的發電機組也是市場的常用型號，庫存較大，容易訂貨。

1.4 低壓配電系統設計應該注意什么？

依據上幾節所述，醫院的所有負荷（除電輔助采暖外）均需考慮兩臺變壓器的備供，而成品的箱式變電站均是單臺變壓器，實現二臺變壓器之間的低壓聯絡較為困難，若增加聯絡會增加施工周期，同時室外的聯絡電纜需要多根并聯，也會增加施工難度和故障率，且變壓器之間的投切采用手動方式也是不可接受的。因此，為實現變壓器之間的切換，必然得采用二路低壓電源引入建筑物進行自動切換方式供電。

對于手術室、搶救室、監護室等2類醫療場所的供電應采用末端切換的方式供電，同時設置UPS不停電電源。

負壓區域的通風設備、醫用氣體設備、放射設備均應采用專線供電，且采用二路電源末端自動切換方式。放射設備的供電線路應滿足設備對電源內阻的要求。

配電箱嚴禁設置于污染區，盡量設置于清潔區，以便于操作和維護。進線配電箱及區域配電箱等主配電箱必須設置于單獨的房間或設備井內，并置于清潔區，且應有較短的距離通向室外，以方便電氣維護人員進場檢修。電氣管井（設備間）也應設置于清潔區。難以設置在清潔區的例外，如病房配電箱需要設置于病房外的緩沖間門口，放射設備的配電箱設置于設備操作室內，這些都屬于半污染區；對于病房區這個重度污染源區，除為單個病房服務的配電箱可設置于非污染區外，其他配電箱均不得在此區域設置。電氣專業需要與建筑專業配合將電氣設備間及管井設置于合適的清潔區內。

1.5 通風設備有何控制要求，如何實現？

通風設備的控制要求應以暖通專業提出的要求為準。主要須滿足以下要求。

通風空調系統的電加熱器應與送風機聯鎖，并應設無風斷電、超溫斷電保護及報警裝置。負壓隔離病房的排風機應與送風機連鎖，排風機先于送風機開啟，后于送風機關閉。風機同時應與密閉閥連鎖。

由于未設置設備自動化管理系統（BAS），因此，空調通風設備最好由專業設備廠商配套控制器，按暖通專業的控制要求設置好邏輯控制關系，預先調試好再送至現場安裝。電氣專業應按照暖通專業的要求，為相關配電箱的回路留好控制接口并提出詳細的控制要求。

空氣壓差控制（清潔區、半污染區、污染區之間的空氣壓差）是非常重要的環節。從可靠性來講，風機采用定壓模式最佳，暖通專業在送、排風機選型及匹配時就通過計算壓差確定了設備選型，無需電氣專業采用自控方式來實現。如果采用變頻風機，然后由自控系統來實現壓差，雖然暖通專業設計簡單，但會為后期復雜的檢測、控制和調試帶來麻煩，影響工期，且一旦控制系統失靈，其后果也不可想象。所以，雷神山醫院的通風設計采用定壓模式風機，經現場實測，其壓差全部滿足國家規范要求。對于電氣專業而言，只需在現場設置壓差顯示報警裝置即可，具體做法為：負壓隔離病房應設置監視病房與緩沖間、緩沖間與走廊之間壓差的裝置，安裝于病房緩沖間外走廊側的門口，當壓差失調時應能聲光報警。

1.6 照明系統設計應注意哪些方面？

該類項目照明系統設計除傳統的醫療照明內容外，需要注意的主要包括：燈具選擇、滅菌器的設置以及應急燈的設置等。具體內容如下。

醫療場所應選擇不易積塵、易于擦拭的帶封閉外罩潔凈燈具，不得采用格柵燈具。燈具采用吸頂安裝，其安裝縫隙應采取可靠密封措施。

病房內與病房走道設置夜間照明，宜在護士站統一控制。病房內的開關需兼顧老年人的使用，采用寬板按鍵式，離地高度宜為1.2m。病房衛生間的開關沒有必要采用人體感應控制，因為病房已是全面污染區，單純的不觸摸開關不會起到防污染的作用，而且病房內的燈也是普通開關控制，感應燈開關在人體不動時會自動熄滅，反而會對病人不利。其他場所同理也無設置人體感應開關的必要。

醫療場所及其他需要滅菌消毒的場所需設置紫外殺菌燈或空氣滅菌器插座。紫外殺菌燈應采用專用開關，不得與普通燈開關并列，并有專用標識，距地宜為1.8m。平時有人滯留的場所若采用紫外殺菌燈，宜采用間接式燈具或照射角度可調節的燈具。必須注意的是，冠狀病毒的傳染性極強，幾乎所有的場所都可能會用到滅菌設備，應按照紫外殺菌燈的保護范圍設置足夠的紫外殺菌燈，未設置的場所預留空氣滅菌器插座。病房照明、插座布置圖如圖3所示。

圖3 病房照明、插座布置圖

放射室、手術室、搶救室門上方設置工作警示標志燈。

隔離病房傳遞窗口、感應門、感應便器、感應龍頭、電動密閉閥等設施需配合預留電源。

應急疏散照明系統應符合GB 51309-2018《消防應急照明和疏散指示系統技術規范》的要求。

手術室、搶救室、重癥監護室應設置安全照明，其照度值為一般照明的100%。

重要的醫療設備機房設置帶電池應急燈，1類醫療場所每個房間至少有一個帶電池應急燈。電池備供時間不小于30min。

1.7 線路選型及敷設有什么要求？

普通負荷的電線電纜應采用低煙無鹵阻燃型。消防負荷的電線電纜應采用防火型或低煙無鹵阻燃耐火型。

線槽及穿線管應采用不燃型材料，開口處及穿墻的墻縫均應嚴密封堵。

線槽及穿線管可采用明敷方式。穿越污染區、半污染區及潔凈區之間的界面時，隔墻縫隙及槽口、管口應采用不燃材料可靠密封，防止交叉感染。

1.8 防雷及接地系統有什么要求？

臨時傳染病醫院的防雷、接地設計按現行的國家防雷及接地規范執行。

低壓進線電源在入戶后應實施重復接地，建筑物內采用TN-S系統。防雷接地、保護接地、功能性接地、屏蔽接地等共用接地系統。

建筑物實施總等電位聯結。重癥監護病房、手術室、搶救室、治療室、淋浴間或有洗浴功能的衛生間等，應采取輔助局部等電位聯結。

接地裝置應設置于防滲膜的下面，不能破壞防滲膜的完整性。

1.9 智能化系統的設計需要注意什么？

為便于快速設計及施工，智能化系統宜只選擇必需的子系統，并且系統的型式以簡單可靠為準。此類項目宜設置如下系統：通信及計算機網絡系統、綜合布線系統、有線電視系統、安全防范系統、火災自動報警及廣播系統、呼叫信號系統等。并根據需要預留遠程會診系統。其他的智能化系統若無必要可不設以節省施工及調試時間。

其中，有線電視系統宜采用IPTV方式，并入綜合布線系統；消防緊急廣播與公共廣播系統共用一套系統。FAS系統主要為火災自動報警系統，按照有關消防規范來設計，無特殊要求。

設計分工：移動電話信號覆蓋系統由移動運營商及承包商負責同步設計與安裝。醫療凈化區（監護室、手術室、檢驗室）等場所的各系統點位需與工藝設計密切配合，滿足工藝需求。

智能化系統機房、消控室、監控機房等均應設置于清潔區，且有對外出口。

智能化系統的線槽及穿線管的口部應可靠密封，穿墻縫隙應嚴密封堵。

1.10 通信、網絡及綜合布線系統應如何設計？

設置內網、外網和設備專網三套網絡，且均采用物理隔離，并采用冗余的網絡架構。機房內內、外網核心交換機采用跳線連接，實現信息互通。

語音及網絡信息點的設置應滿足衛健委和醫療機構的要求，具體參見《呼吸類臨時傳染病醫院設計導則（試行）》（湖北省住房和城鄉建設廳于2020年2月3日頒布）。

無線網實現院區全覆蓋，AP接于外網交換機，需同時生成2個SSID提供內、外網服務（內外網采用邏輯隔離）。

網絡機房應滿足信息化系統所需的機柜安裝條件，并配置UPS、精密空調、門禁和環境監控等。信息中心需預留與疾控中心、應急指揮中心及政府管理部門的通信接口。

污水處理站預留網絡及電話接入條件，便于水質在線監測。也可通過運營商的移動通信網絡上傳檢測信息。

1.11 安全防范系統應如何設計？

院區出入口及室外道路、樓棟出入口、各單體公共場所、候診、護士站、走道等處設置視頻監控系統。

對病房區出入口，負壓病房的醫、患通道，污染與潔凈區的過渡區設置門禁點，ICU及負壓檢驗室緩沖間設置門禁點，并滿足工藝A、B門聯鎖控制要求。

門禁控制系統應根據醫療流程進行設置。對負壓病房的醫、患通道，污染與潔凈區的過渡宜進行控制，并應設置出、入人員的識別功能。識別須采用非接觸方式。

當出現消防等緊急情況時，根據火災自動報警系統的聯動信號，所有設置互鎖功能的門都必須能處于可開啟狀態，所有處于疏散通道上的門禁自動打開。

護士站及醫生辦公室設置一鍵報警系統。監控室應有聲光警報信號。

對隔離園區的車行入口設置車牌自動識別的道閘管理，人行入口設置帶身份識別的人行道閘。

1.12 呼叫信號系統有哪些設計內容？

隔離病房區的病患入口與接待室宜設置雙向可視對講系統，便于隨時收納病人及安排病房，減少病人入院等候時間。

病區的各病房與護士站之間配置雙向對講呼叫系統，病房床頭設置呼叫終端，衛生間設置呼叫按鈕。監護室、觀察室等配置護士與病床之間的雙向對講呼叫系統；手術區配置護士站與各手術室之間的雙向對講呼叫系統；放射科的控制室與放射設備室之間設置單向對講系統。

重癥監護室設置遠程移動探視系統，信號可由無線AP接入。其他病房則根據需要借用該系統，但通常需求不大，不必考慮單設，因為一般病人可以通過手機利用無線網與家屬可視對講。無線AP和監控攝像機如圖4所示。

放射科分診登記臺設置排隊叫號系統。

圖4 無線AP和監控攝像機

2 結束語

呼吸類臨時傳染病醫院屬于國家或地區在爆發重大呼吸道傳染病疫情的緊急狀態下建設的醫療建筑，對于挽救病人的生命、控制疫情的蔓延具有重大意義。類似戰時建筑，必須從戰略的高度予以特別重視。應把握安全可靠、系統簡潔、功能完整、技術通用、施工方便的設計原則，正確且合理地理解和執行現有的規范和標準，在設計過程中始終堅持安全、快速、合規的設計思想，發揚創新和拼搏的精神，在最短的時間內完成設計任務。望雷神山醫院的設計經驗，可以為其他項目提供借鑒和幫助。同時，我們也衷心希望，隨著國家防疫機制的完善，以后永遠用不到建設類似的醫院，但必須有足夠的技術儲備以應對任何挑戰！