應急傳染病醫療設施建造綜述

董澤榮 潘 峰 徐大為 王 兆

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

2020年，新冠肺炎疫情席卷全球。在國內，應急醫療設施和方艙醫院等臨時醫院成為了快速提供醫療資源、加速收治新冠肺炎患者的應急處置載體。而在這些應急醫療設施中，武漢火神山、雷神山醫院和上海市公共衛生臨床中心應急救治臨時醫療用房等新建項目都采用了集裝箱箱式房的集成建造模式。本文擬對應急傳染病醫療設施在工程建造方面的發展歷程及未來發展趨勢進行研究。

1 行業背景

早在第二次世界大戰期間，集成建筑由于預制和模塊化的特點，開始作為軍事人員臨時住宿大量使用。戰后，世界各地尤其是日本和歐洲有著大量的城市重建需求，通過異地工廠集中預制構件來進行城市建造無疑成為一種最優化選擇。而在美國，模塊化建筑的商業應用（如酒店、辦公室、醫院和學校）也在20世紀70年代開始出現[1]。

在醫療系統的建設方面，國外已經開始醫院建設的空間模塊化研究。美國的HKS建筑設計公司在單元病房的模塊建構上擁有先進的設計成果。美國的GOLD（Global Ocean and Land Developers）公司也推出了移動模塊化醫院系統[2]，系統中各部門空間均在工廠進行完整預制，并設計成同樣大小的獨立模塊，運輸至目的場地后根據需要實現醫院的組合建設。

如今，集成建筑已經大規模應用于施工現場、防災救治等臨時建筑中。國內的應急傳染病防治建筑始于2003年SARS疫情時的小湯山醫院。雖然僅用了9 d就完成了建設，但小湯山醫院是以整體式鋼筋混凝土盒式房屋，部分采用輕鋼結構板房的方式實現醫療空間的快速搭建[3]，實際空間使用狀態與空間物理條件并不完全符合醫療使用的標準。而在此次新冠肺炎疫情的應急醫療項目建設期間，除武漢、上海外，全國多地也相繼選用了集裝箱模塊化的形式新建或擴建了病區護理單元。這與集裝箱房屋標準、環保、便捷的特點息息相關，且國內疫情暴發時值春節，各地的生產建設工作趨于停滯，集裝箱房屋是唯一能夠在短時間內進行大規模采購的建設材料。相比小湯山醫院的混凝土盒式房屋，集裝箱房屋在功能、技術與材料等方面更進一步，所采用的裝配式體系工業化程度也更高。

2 建筑形式

應急傳染病醫療設施一般采用“三區兩通道”設計，“三區”是指清潔區、半污染區和污染區；“兩通道”是指醫護人員和患者在進入污染區時，應分別設置獨立入口（或通道），醫護人員和患者應通過不同的出口退出，且醫護人員返回清潔區的口部與其進入污染區的口部應分別設置，不得合用[4]。由于應急傳染病醫療設施只收治傳染病患者，一般不設置門急診，整個設施又可從功能上大致分為病區護理單元、醫護生活區和醫技區這3個區域。醫護生活區設置在清潔區內，病區護理單元和醫技區則分別設置在污染區和半污染區。清潔區、醫護通道和污染、半污染區、患者通道對建筑的設計和功能要求是不同的。病區護理單元密閉要求高，而醫技區則側重于空間和荷載，醫護生活區相關要求要低一些。為兼顧工期和使用功能，病區護理單元、醫技區和醫護生活區往往采用不同的建筑形式。

北京小湯山醫院二部工程[5]分為生活區、限制區和隔離區，均為單層，采用鋼筋混凝土盒式房屋＋輕鋼結構板房的建筑形式。武漢火神山醫院分為1號病區、2號病區、醫技區、ICU部和后勤保障用房，除2號病區為2層外，其余為單層，采用集裝箱箱式房屋與鋼框架＋輕型墻板體系的建筑形式。武漢雷神山醫院分為醫療救護區和醫護生活區，醫療救護區為單層，醫護生活區為2層，醫療救護區采用集裝箱箱式房屋與鋼框架＋輕型墻板體系，醫護生活區采用輕鋼活動板房的建筑形式。上海市公共衛生臨床中心應急救治醫療用房項目分為應急病房樓和配套用房，應急病房樓為2層，配套用房為單層，采用集裝箱箱式房屋與鋼框架的建筑形式。

3 基礎形式

新建應急傳染病醫療設施的選址一般位于相應場區配套設施齊備、交通便利的地段，宜利用現有醫療設施的空地或鄰近地塊[6]。既有建筑改造成應急醫療設施時，也應選擇院區內相對獨立的建筑或區域。因此選址的基礎形式要因地制宜，根據場地條件進行設計。如火神山醫院局部存在軟弱土，換填后場地仍有高差，為節約工期，由條形基礎改為平板式筏形基礎結合方鋼支墩的形式。方鋼抬高集裝箱，形成架空空間，為管線安裝提供了作業空間，保證了負壓病房的通風隔潮[7]。雷神山醫院采用了H型鋼支墩、條形支墩和平板式筏形基礎等多種基礎形式，隔離區在墊層上滿鋪HDPE防滲膜，再根據具體承載要求選擇筏形基礎或支墩。施工過程中又將鋼框架和混凝土支墩改為成品貝雷梁，既滿足受力要求，形成架空空間，又節省了人力，縮短了工期。

4 封堵工藝

應急傳染病醫療設施的負壓效果取決于封堵工藝的質量。為保證病毒不擴散，需確保臨時傳染病醫院隔離病區的氣密性，負壓病房氣密性程度是能否有效阻斷病毒擴散的關鍵。因此，必須從土建結構、給排水系統、暖通系統和電氣系統等各個專業進行分析應用，選用合適的封堵材料與封堵方法，保證建筑結構的密閉性。武漢火神山醫院在箱式房骨架間隙，采用發泡劑＋專用鐵皮蓋板（變形縫蓋板）＋防霉密封膠＋錫箔紙封堵；墻板與箱式房結構骨架間隙采用自粘錫箔紙＋防霉密封膠封堵；穿墻部位采用發泡劑＋自粘錫箔紙；管道出室內地面、墻面采用防水密封膠＋丁基防水膠封堵[8-9]。武漢雷神山醫院吊頂采用發泡劑＋結構密封膠＋錫箔膠帶封堵；墻板采用紙膠帶＋硅酮密封膠＋鋁箔膠帶封堵；傳遞窗采用硅酮密封膠＋鋁箔膠帶封堵；穿墻部分采用發泡劑＋鋁箔膠帶封堵；管道出室內地面、墻面采用防水密封膠＋丁基防水膠封堵[10]。上海市公共衛生臨床中心應急救治醫療用房項目墻面、頂鋼板連接處采用防水硅膠＋防腐漆封堵；門、窗框/傳遞窗穿墻處采用發泡劑＋防水硅膠＋防腐漆封堵；室內送、排風管穿墻處/線槽穿墻處采用發泡劑＋防火堵泥＋石膏＋防水硅膠封堵。

5 屋面工程

為兼顧使用功能和工期，應急醫療建筑的屋面系統會在實際施工過程中進行優化。火神山醫院屋面管線系統復雜，特別是氧氣管道附近不宜采用焊接工藝，盡量采用機械連接。經優化，將中間立桿原有焊接連接改成鐵絲綁扎，將檁條與鋼管焊接改成扣件＋綁扎連接。彩鋼瓦與彩鋼瓦、彩鋼瓦與檁條、排水溝與排水溝間連接節點采用射釘、燕尾釘和自攻螺釘的連接方式，操作簡易、質量可控[11]。

雷神山醫院原設計采用鋼結構屋頂，但鋼結構屋頂需定制加工，施工周期長、自重大、工藝復雜，在臨時工程中應變性較差，因此，研究深化設計鋼管彩鋼瓦組合式屋面，采用鋼管作為主支撐架體，槽鋼作為檁條，彩鋼瓦作為屋面板，四周采用防雨布或彩鋼瓦封閉，滿拉纜風繩加固，既滿足屋面使用功能，保證取材方便、工藝簡單、施工快速、自重小、靈活多變，達到快速施工效果，又減小結構安全風險[12]。

6 工序穿插

火神山醫院將項目分為4個分區，由4家單位進行建筑主體結構施工，其余參建單位在此分區基礎上承擔對應優勢專業施工。從整體上將工程分為4個階段：場地平整、基礎施工、箱式房安裝、室內機電及醫療設備安裝，進行室內、室外工序分析，專業之間穿插施工[13]。

雷神山醫院采取全專業穿插施工，空間上按傳染病醫院的潔凈或非潔凈獨立系統區域進行劃分，各小單體間自成體系，施工互不干擾，再按移交順序進行流水施工。在時間上每個單體合理安排先后工序、無縫銜接，并按不同部位多個工序同時施工[14]。

上海市公共衛生臨床中心應急救治醫療用房項目對進度計劃進行精心策劃，將施工分為基礎及預埋管施工、集裝箱安裝、屋面安裝、輕鋼結構安裝、室內機電設備安裝、室外總體施工和裝飾施工等部分，計算每一部分的計劃工期，同步穿插各專業施工。采用邊設計邊施工的模式，通過市場調研和建工集團的規模化優勢，保障了材料、設備、勞動力的供應。

7 BIM技術應用

不同于2003年建造的小湯山醫院，火神山、雷神山醫院的建設利用BIM技術降低了邊設計邊施工的難度。雷神山醫院通過BIM的數字化建造技術，指導鋼結構工廠制作和現場拼裝，極大縮短了項目建設工期。模擬分析了室外風環境，有利于場地內氣體排放的迅速稀釋和擴散。通過CFD軟件模擬隔離病房氣流組織，病房內形成了“U形”通風環境，降低了醫護人員感染的風險[15]。火神山醫院應用BIM技術，分析、比選建造方案，確定快速建造ICU樓和醫技樓的結構體系、組合截面、連接節點方案。全面運用BIM技術，實現裝配式鋼結構快速建造，經過提煉和整理得到AutoCAD格式的線模型，導入Tekla軟件，實現多人聯機搭建BIM模型，進行鋼結構施工詳圖設計，解決建筑形狀不規則、結構布置復雜、桿件碰撞問題。通過BIM模型進行施工技術交底，促使施工管理效率達到預期[16]。

8 集裝箱箱式房規格尺寸

雷神山醫院采用了名義尺寸為3.0 m×6.0 m×2.9 m、2.0 m×6.0 m×2.9 m的2種規格模塊單元；火神山醫院主要采用了名義尺寸為3.0 m×6.0 m×2.9 m的單一規格；而上海市公共衛生臨床中心對上部荷載要求較為集中的區域選擇名義尺寸為3.0 m×3.0 m×2.8 m的定型化加工箱體，其他病房及走廊區域等統一選用6.0 m×3.0 m×2.8 m規格的標準箱體進行整體拼裝。

9 相關標準

國內的應急集裝箱建筑始于2003年SARS疫情期間的小湯山醫院，經過2008年汶川地震、2010年玉樹地震，到火神山醫院、雷神山醫院，已經發展了17個年頭[17]。雖在應急抗災中發揮了關鍵作用，但行業內并沒有統一的規范標準。特別是當應用在傳染病應急防治時，集裝箱建筑不僅要滿足建筑規范，還應滿足醫療負壓隔離的需求。現有的集裝箱在進行試驗測試時[18]，一般也只考慮了力學性能、熱工性能、防火性能和隔聲性能，僅滿足了相應建筑驗收標準。

表1統計了與集裝箱醫療用房相關的一些現行技術標準。其中，除了為新冠防疫制定的圖集20Z001-1《應急發熱門診設計示例（一）》和團體標準T/CECS 661—2020《新型冠狀病毒感染的肺炎傳染病應急醫療設施設計標準》以外，其余標準僅從集裝箱模塊化的角度考慮，雖然標準中對規格尺寸、結構形式、室內裝潢、設備與管線或多或少進行了推薦性要求，但相比傳染病防治的負壓隔離要求還相去甚遠。當遇到突發疫情時，能采購到的集裝箱很難符合統一標準的要求，必須由設計、施工和各專業單位進行大量的前期深化工作，施工效率不高。

表1 和集裝箱醫療用房相關的技術標準

10 前景展望

集成建筑作為關鍵資源，在新冠肺炎疫情應急醫療設施建設中發揮了重要的作用。集成建筑裝配化程度的提升、工藝技術的革新和參建單位管理水平的進步，也讓各地的應急醫療設施與2003年的小湯山醫院相比，無論是使用功能、建設周期還是建設規模上都有了長足的進步。其中，集裝箱組合房屋由于其標準、環保、便捷的特點被大量應用在應急病房的建造技術當中。

然而，集裝箱病房研究領域的空白以及相關標準的缺失給應急病房的建造工作帶來了不小的困難。經過此次疫情，眾多的集裝箱生產廠家和施工單位也開始響應負壓隔離病房的要求，各大專利檢索平臺中也能看到新一代新型集裝箱負壓病房專利申請，不僅僅是集裝箱的框架加工、圍護制作、管線安裝均在工廠完成，負壓病房本體、新風系統、排風系統、控制系統和供電系統也統一集成在了集裝箱中。

如何規范集裝箱的規格尺寸，融入“平疫結合”“平戰結合”理念，充分考慮未來公共醫療衛生的不確定因素，可從此次新冠肺炎疫情的防疫經驗中得到啟示，即充分考慮負壓傳染病隔離的醫療要求，進一步集成各大機電管線系統，確保以后突發性公共衛生事件中有更完備的技術支持和物資儲備。負壓應急儲備集裝箱病房的研究和標準統一仍有很長的路要走。