臨時應急醫院建設中的智能化系統設計

楊光明， 閆 豪

(中國建筑西北設計研究院有限公司，西安 710018)

0 引言

某公共衛生中心(臨時應急醫院)是抗擊新冠肺炎疫情初期在極短的時間里設計并建設完成的傳染病類型公共衛生建設項目。作為全程參與項目設計、施工、驗收的設計人員，筆者對于項目特點及建設過程中遇到的重點難點問題有著較為深刻的體會。因此，特別以該項目為例，就傳染病類型臨時應急醫院中的智能化系統設計進行介紹，并對智能化系統與技術的應用進行分析，以供參考。

1 項目概況

該項目建筑主體是采用集裝箱箱房拼裝組合而成的單層建筑。按照傳染疾病醫院標準，采用三區兩通道設計，即清潔區、半污染區、污染區和醫護通道與病員通道。該項目建筑面積2.7萬m2，設計有9個病區及ICU病區(共計475個住院床位)、醫技樓(手術室、門診、檢驗、化驗、影像檢查等科室)、后勤保障、物資庫、醫護人員公寓等。智能化系統對于保障醫院業務系統正常運行、醫療救治工作順利開展等起著至關重要的作用。圖1所示為項目總體布置平面及智能化系統主干路由示意圖。

圖1 總體布置平面及智能化系統主干路由示意圖

作為傳染病類型的臨時應急醫院項目建設，以快速、高效、實用、易實施為基本原則，筆者所在項目團隊確定本工程智能化系統主要包括：計算機網絡及綜合布線系統、視頻安防監控系統、門禁管理及控制系統、病房醫護對講系統、公共廣播系統、院區出入口車輛管理系統、病區差壓檢測系統。下文將就這些子系統進行詳細介紹。

2 計算機網絡及綜合布線系統

信息中心設在院區清潔區最南端一層。整個綜合布線系統結合計算機網絡系統進行布線設計及施工。

本工程計算機網絡分為醫院內部局域網(內網)、社會公共網(外網)、智能化設備專網三個物理上完全隔離的信息化網絡系統。另外在ICU病區、公共走廊等區域設有內網和外網的Wi-Fi接入，滿足移動設備對信息化系統的接入需求。其中，內網、外網均采用雙核心雙鏈路以及接入層與核心層的兩層網絡架構，保證醫院所依賴的網絡信息化系統可靠穩定運行；其主干光纜均采用萬兆光纖傳輸，外網接入采用光纖由城市通訊網絡引來，并經院區內獨立設置的電信接入機房后，引至本項目的信息中心機房。接入層網絡交換機柜配出的水平網絡通訊線路采用六類四對八芯線穿管或在弱電線槽內敷設，水平子系統采用六類線路，用戶端口100M/10M自適應網絡，為醫院的門診、住院、ICU、手術室、治療、辦公等活動提供方便、暢通的信息保障。圖2所示為計算機網絡內網拓撲圖。

圖2 計算機網絡內網拓撲圖

ICU病區共設有34個患者床位和1個護士站，并單獨設有一個接入交換機，采用萬兆光纖與院區信息中心機房直接連接，負責本病區所有醫生、護士辦公及患者監護所需的信息接入。整個ICU病區采用基于內網的無線網絡全面覆蓋，方便未來增加診療設備或監護設備時所需信息系統服務的接入需求，其中，護士站內設有10個內網信息點和5個語音點；每一個患者床位設有4個內網信息點。

此外，醫生辦公室、護士辦公室、診室、登記室、血庫均按照醫院的需求留有數量不等的內網、外網信息點，并有一定量的富余作為備用。病房內每一個床位留有一個內網信息點和一個語音點。影像中心、醫技設備控制室、手術室網絡布線均采用1 000M 光纖到桌面。接診大廳等公共區域預留有一定數量的內網網絡出線口，作為醫療信息查詢自助終端機使用。

3 視頻安防監控系統

視頻安防監控系統中心機房設在院區內2#辦公樓一層，智能化設備專網核心交換設備及存儲設備均設于安防監控中心。智能化設備專網采用雙核心雙鏈路、萬兆光纖傳輸，擁有接入層與核心層的兩層網絡架構，支持包括視頻監控、門禁管理、停車場管理等各系統在內的整個安防監控系統傳輸，保證所有安防監控系統高效運行。結合攝像機、門禁主機、車輛出入口管理主機等末端設備具體設計進行布線系統設計及施工時，末端布線采用六類線路，攝像機采用POE供電。

安防監控中心設有網絡機柜、總控制臺、大屏幕顯示、打印機、UPS電源系統等。其中，核心交換機、流媒體服務器、視頻解碼器、視頻安防監控軟件、網絡視頻存儲服務器及操控服務器均安裝在網絡機柜內；視頻監控操作、門禁管理控制、車輛出入口管理控制鍵盤均安裝在總控臺上；大屏幕顯示采用15臺46″液晶屏拼接。總控臺完成對攝像機控制及視頻存儲、顯示切換，同時結合門禁管理系統、車輛出入口管理系統以及視頻監控系統軟件的動態捕捉功能、異常行為報警功能、虛擬周界防范設定功能等，構成一個完整的安防監控網絡。

此外，在總體上主要出入口、道路、周界圍墻、患者外走廊、重要設備機房、門診出入口、病區出入口設有視頻監控槍式攝像機；在醫護清潔走廊、醫護半污染走廊、患者外走廊、血庫、檔案室等處設有視頻監控半球攝像機；結合醫院護理工作的需要，ICU 病區內每一個患者床位設有監護用半球攝像機，并根據授權進行醫護管理和安防管理；結合醫院管理工作的需要，手術室內設有全景攝像機和術野攝像機，并根據授權進行醫護管理和安防管理。

4 門禁管理及控制系統

門禁管理及安防報警系統主機及總控設備安裝在2#辦公樓一層安防中心，通過門禁管理實現清潔區、半污染區、污染區的有效控制。安防中心總控臺設置有系統管理主機、顯示器、報警接口器、操作控制盤及UPS電源，完成對所有門禁控制器的聯網控制。門禁現場設備配有門禁控制器、非接觸式讀卡器、電磁鎖、開關等。通過設置的智能化專網將每一個門禁控制器的控制信號及狀態信號上傳到安防中心的系統管理主機，實現管理主機對每一個終端門禁的監視管理，同時每一個終端門禁控制器接收授權IC卡的指令信息，并將IC卡的進入信息通過網絡傳輸總線傳送到監控中心，進行儲存、記錄。

由院區進入門診區、病區、手術室、影像檢查的所有大門均設有門禁控制器；醫護清潔走廊中相鄰兩個病區之間的通道門設有門禁控制器；病房通往患者走廊(半污染區)的房間門均設有門禁控制器；醫護走廊(清潔區)進入醫護走廊(半污染區)、醫護走廊(清潔區)進入患者走廊(半污染區)的通道門設有門禁控制器；ICU病區、手術室、檢驗科、血庫、接診區、門診收費、藥房、檔案室、信息中心等處設有門禁控制器。門禁設備控制箱應安裝在病房、ICU病區、手術室區域以外的清潔走廊、半污染走廊等公共場所，便于日常運維及巡檢，保證任何情況下(包括設備維修等)診療場所的環境壓力梯度及潔凈度的要求。圖3所示為病房門禁控制器安裝示意圖。

圖3 病房門禁控制器安裝示意圖

5 其他智能化子系統

5.1 病房醫護對講系統

病房醫護對講系統基于智能化專網的網絡型式，實現住院病人與護士站之間的通訊呼叫，減輕醫護工作的壓力，同時提高醫護工作的效率及質量。

病房對講門口機與護士站管理主機之間通過智能化專網進行網絡通訊。病房的求助信號或對講信號經過門口機后，實現患者與護士站之間的呼叫通訊；管理主機根據醫院HIS系統信息，進行病房定位、語音提示、患者信息顯示、呼叫轉移等。

每一個病區一套病房醫護對講系統，每一套病房醫護對講系統配置方案為：醫護對講管理主機(網絡型)安裝在病區護士站；醫護對講門口機(網絡型)安裝在醫護走廊內病房門口；床頭呼叫分機安裝在病房床頭治療帶上；求助開關安裝在病房衛生間。

護士站的醫護對講系統管理主機設有網絡通訊接口，接入醫院的HIS系統，接收患者的診療信息及其他所有信息。另外管理主機預留無線發射機以實現醫護對講有線與無線的切換。

5.2 公共廣播系統

公共廣播采用基于智能化專網的兩層系統架構。在醫護清潔走廊、醫護半污染走廊、接診大廳等處設有揚聲器，平時播放CD、數字U盤、網絡音頻、MIC等背景音樂、廣播業務、特定呼叫，在特殊情況下可以強切為緊急廣播或消防廣播。

整個院區在2#辦公樓一層安防中心設有一個廣播總站，對全院進行統一的廣播播放。廣播總站由網絡交換機、廣播主機、前置功放、CD播放器、數字調諧器、廣播分區控制盤、MIC、消防通訊接口等組成。

每一個病區(包括ICU病區)設有一個廣播分站，設有分區功放、編碼控制器、廣播分機等，可以針對本病區進行獨立的業務播放；按照病區劃分揚聲器的配線回路，每一個病區的醫護走廊(半污染區)、清潔走廊劃分為一個廣播回路，統一接入到本病區的廣播分站。

5.3 院區出入口車輛管理系統

整個院區設有四個車輛出入口，為避免車輛的交叉傳染，不同使用功能的車輛有嚴格的動線管理要求，在安防監控中心對特殊車輛如垃圾清運車、救護車等進行越界或越區域監控，不允許在院區內隨意通行。

在每個車輛出入口設有一套出入口車輛管理控制機，四個車輛管理控制機與設在院區信息中心的車輛管理交換機、服務器及存儲設備組成一個院區車輛管理系統。出入口車輛管理控制機將采集到的車輛進出信息上傳至設在院區信息中心的管理服務器，對不同車輛設定權限，通過車輛識別、車牌識別，確定并限制其活動區域，實現出入口車輛放行管理及車輛違規報警或越限報警。

四個車輛出入口(圖1)功能劃分為：出入口1為醫療垃圾及廢棄污物清運車輛出入口；出入口2為主出入口，為門診患者車輛、救護車出入口；出入口3為醫務人員及工作人員車輛出入口；出入口4為后勤保障及物資供應車輛出入口。

5.4 病區差壓檢測系統

應急傳染病醫院空調通風系統的正常運行非常重要，保證醫院清潔區、半污染區、污染區之間一定的壓力梯度是項目成敗的關鍵。對于傳染病醫院差壓檢測與控制有兩種形式的產品支持。

(1)電子式微差壓檢測表：工作電壓為直流24V，由監控主機集中提供供電電源。檢測表通過配套供應的壓力采樣管采集高壓區和低壓區兩個空間區域的壓力信號，內部的差壓變送器將差壓值轉換成標準電信號4～20mA或0～10V，同時電子式微差壓檢測表本體配有顯示屏直接顯示差壓數字值。

可將該監測表設置在病區醫護走廊(半污染區)與病房(污染區)之間、門診醫護走廊(清潔區)與ICU病房(污染區)之間、醫技控制室(清潔區)與檢查室(污染區)、負壓手術室內外等處，檢測表檢測并顯示污染區與半污染區、清潔區與污染區相鄰區域之間的差壓值，并將差壓值以標準電信號的形式上傳給就近設置的數據采集器。數據采集器通過總線連接及傳輸方式，將采集到的差壓信號值上傳至本病區護士站的系統管理主機。在系統管理主機實現對病區差壓值的存儲、分析、預警、超限報警管理，并生成工作報表等。圖4所示為病房-醫護走廊差壓監測系統圖。

圖4 病房—醫護走廊差壓檢測系統圖

(2)機械式差壓檢測表：利用機械工作原理實現差壓值的差壓指示，無需工作電源。通過壓力采樣導管采集高壓區與低壓區的壓力信號進入檢測表內密閉的差壓膜盒，差壓膜盒根據不對稱的壓力值撥動分隔差壓膜盒中間的分隔機械機構，依據機械原理設計實現內部分隔機構與顯示機構的聯系，從而實現差壓值的指針指示。

作為臨時應急醫院，由于疫情緊迫，致使項目建設工期短、產品供貨物流渠道受阻，最后，項目團隊選擇了能夠及時供貨的機械式差壓檢測表。雖然能夠實現差壓值的準確檢測，但是要求運維管理人員、醫護人員每天定時巡查檢測表，并對差壓檢測值做好工作記錄。對于差壓值發生變化或超限不達標時，需及時報告，并按照預案對送排風系統進行相應的控制操作。

6 結束語