城市既有醫(yī)療建筑更新擴(kuò)容方式的思考與展望

趙海鵬

同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院 上海 200065

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市人口也在不斷增長(zhǎng)，增加了城市醫(yī)療資源的保障壓力。另外，近年來(lái)由于醫(yī)療服務(wù)體系設(shè)置不夠合理，醫(yī)療資源配置不均衡，三級(jí)診療制度還未真正落實(shí)，導(dǎo)致了醫(yī)療資源和患者不可避免地向中心城區(qū)醫(yī)院集中。在此背景下，城市醫(yī)療體系規(guī)模的擴(kuò)大和各專業(yè)的進(jìn)一步完善成為緩解醫(yī)療資源壓力的主要手段之一。鑒于此，如何在保障醫(yī)院正常運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展現(xiàn)有醫(yī)院內(nèi)部的可利用空間，優(yōu)化醫(yī)療功能布局，在改善醫(yī)療流程的同時(shí)降低拓建擴(kuò)容影響成為當(dāng)前需要持續(xù)思考的問(wèn)題[1-3]。

1 城市醫(yī)院擴(kuò)容的思考方向

1）提高空間利用率。地處城市核心區(qū)域內(nèi)的醫(yī)院，往往始建年代較早，因早期規(guī)劃前瞻性不足、地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)尚未成熟等原因，使得醫(yī)院存在因空間利用率不足而導(dǎo)致的諸如缺少必要門(mén)急診、病房、醫(yī)技等業(yè)務(wù)空間，布局不合理、環(huán)境差、停車?yán)щy等問(wèn)題，大大影響了患者的醫(yī)療體驗(yàn)。為解決以上矛盾，醫(yī)療空間的拓展成為必要的舉措，但由于地處鬧市，醫(yī)院周邊環(huán)境復(fù)雜，土地資源稀缺，醫(yī)院空間向外擴(kuò)展受到極大限制。為此，在醫(yī)院內(nèi)部充分開(kāi)發(fā)地下空間將成為醫(yī)院后續(xù)空間擴(kuò)容的首要方向。

2）提升既有醫(yī)療建筑功能。由于早期建造的醫(yī)療建筑使用周期較長(zhǎng)，部分建筑甚至具有一定的歷史傳承功能，在各類醫(yī)療設(shè)施的不斷迭代更新下，早期用于醫(yī)療的該類建筑在使用功能、結(jié)構(gòu)承載、內(nèi)部裝修等方面已漸漸不能滿足新時(shí)代背景下醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展要求。在響應(yīng)住建部提倡的分類審慎處置既有建筑，推行小規(guī)模、漸進(jìn)式有機(jī)更新和微改造的背景下，既有建筑通過(guò)保護(hù)性修繕加固等手段，提升原區(qū)域內(nèi)醫(yī)療建筑使用功能，用以滿足現(xiàn)代化的醫(yī)療設(shè)施要求將成為后續(xù)既有建筑功能提升的首要方向。

3）降低拓建擾動(dòng)。穩(wěn)定持續(xù)和高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)是人民健康的重要保障。因此，醫(yī)療建筑擴(kuò)容過(guò)程中，如何保持醫(yī)療服務(wù)不間斷，如何保證醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)品質(zhì)不受改造施工影響，也是醫(yī)療建筑拓建擴(kuò)容過(guò)程中需要思考的一項(xiàng)重要問(wèn)題。傳統(tǒng)拓建過(guò)程中所產(chǎn)生的噪聲、揚(yáng)塵、光源污染，以及敞開(kāi)式的深基坑都會(huì)對(duì)醫(yī)院內(nèi)部人員的身體、心理狀態(tài)和周邊的既有建筑、管線安全造成一定程度的影響。為此，通過(guò)選用更加安全、可靠的地下空間施工技術(shù)，采用精細(xì)化、信息化的管控手段和裝備，從而保證醫(yī)院運(yùn)營(yíng)、拓建無(wú)縫銜接成為降低拓建擾動(dòng)的重要方向。

2 城市醫(yī)院擴(kuò)容的對(duì)策技術(shù)

如前文所述，目前城市醫(yī)療建筑亟待升級(jí)，而拓建過(guò)程中存在可利用場(chǎng)地小、文明施工要求高、影響醫(yī)院正常運(yùn)營(yíng)等問(wèn)題，在此背景下從城市醫(yī)院擴(kuò)容的角度出發(fā)，如何在狹小場(chǎng)地內(nèi)“變”出空間，提升功能，低擾動(dòng)改擴(kuò)建，成為醫(yī)療體系建筑拓建擴(kuò)容的三大思考方向。以下就針對(duì)這3方面的思考方向并結(jié)合現(xiàn)有先進(jìn)城市醫(yī)院建筑更新擴(kuò)容技術(shù)體系進(jìn)行介紹。

2.1既有建筑和周邊地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)

由于城市核心地帶土地已被大面積地開(kāi)發(fā)利用，醫(yī)院內(nèi)部和周邊可利用場(chǎng)地極其狹小，周邊環(huán)境保護(hù)要求極高，采用傳統(tǒng)的在大面積空地進(jìn)行順作開(kāi)挖開(kāi)發(fā)地下室的施工技術(shù)方案往往存在明顯弊端。

針對(duì)上述問(wèn)題，目前已具備的成熟的地下空間施工新技術(shù)工藝包含：平推逆作法增設(shè)地下空間技術(shù)、既有建筑原位地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)、緊鄰既有建筑保護(hù)建筑深基坑施工技術(shù)等（表1）。

表1 既有建筑和周邊地下空間拓建技術(shù)

以上技術(shù)的儲(chǔ)備已能適應(yīng)多種情況下的城市核心地區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)需求，為醫(yī)療體系在地下空間的拓展奠定了技術(shù)儲(chǔ)備的基礎(chǔ)。隨著地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展，在不遠(yuǎn)的將來(lái)醫(yī)療體系空間的拓展將向著更深、更安全的方向發(fā)展。

2.2既有建筑結(jié)構(gòu)更新技術(shù)

對(duì)于難以滿足現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)療條件的建筑，通過(guò)既有基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)和高效結(jié)構(gòu)加固等先進(jìn)施工技術(shù)，對(duì)既有建筑進(jìn)行整體加固、加層，提升建筑整體承載力，從而擴(kuò)展既有建筑的醫(yī)療使用功能。

在滿足原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和相關(guān)承載力的前提下，結(jié)合建筑低擾動(dòng)改建技術(shù)、機(jī)電管道設(shè)備更換和擴(kuò)容改造技術(shù)等可實(shí)現(xiàn)建筑不停業(yè)改造。

對(duì)于有歷史風(fēng)貌保護(hù)要求的醫(yī)療建筑，在實(shí)現(xiàn)建筑功能提升的背景下，利用“熱水瓶換膽”技術(shù)、保留外墻鋼支撐臨時(shí)保護(hù)技術(shù)、永久結(jié)構(gòu)代替臨時(shí)支撐的保留外墻支護(hù)體系、既有建筑超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，UHPC）單面延性加固技術(shù)等新技術(shù)和新材料，可在保留風(fēng)貌外墻的前提下實(shí)現(xiàn)醫(yī)療建筑的內(nèi)部功能升級(jí)（表2）。

表2 既有建筑結(jié)構(gòu)更新技術(shù)

2.3“低擾動(dòng)”改擴(kuò)建技術(shù)

首先，城市核心區(qū)醫(yī)療體系擴(kuò)容工程的實(shí)施，不僅是傳統(tǒng)土木工程先進(jìn)施工技術(shù)的集大成者，同時(shí)對(duì)于文明施工、信息化施工也是極大的考驗(yàn)。在醫(yī)院內(nèi)部空間拓展和建筑改建過(guò)程中采用逆作法施工工藝、醫(yī)療設(shè)備管線安全保護(hù)技術(shù)等先進(jìn)施工技術(shù)達(dá)到有效保護(hù)周邊既有建筑的目的。

其次，采用人流組織和安全防護(hù)隔離技術(shù)、改擴(kuò)建施工噪聲揚(yáng)塵隔離技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)醫(yī)院內(nèi)部醫(yī)患人流的疏導(dǎo)以及對(duì)于聲、光、塵的隔離。

最后，在信息化技術(shù)層面采用改擴(kuò)建全過(guò)程智慧管理技術(shù)，通過(guò)BIM軟件結(jié)合智慧工地大腦系統(tǒng)平臺(tái)，將人員管理、安全管理、現(xiàn)場(chǎng)管理等3個(gè)方面綜合統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理，從而真正實(shí)現(xiàn)低擾動(dòng)拓展理念。

3 城市醫(yī)院擴(kuò)容實(shí)例

上海市同濟(jì)醫(yī)院內(nèi)科醫(yī)技綜合樓項(xiàng)目位于上海市普陀區(qū)新村路389號(hào)同濟(jì)醫(yī)院中心區(qū)域。新建項(xiàng)目緊貼原有外科醫(yī)療教學(xué)大樓東側(cè)建造，建成后與原有大樓連為一體，內(nèi)部相通（圖1）。

圖1 場(chǎng)地平面

該工程包括2層地下空間和16層地上醫(yī)療建筑。基坑面積2 631 m2，基坑挖深11.85 m。基坑周圍緊鄰多棟醫(yī)療既有建筑，西側(cè)緊貼外科醫(yī)療教學(xué)大樓，西南側(cè)鄰近原有甘泉樓門(mén)廳，北側(cè)靠近5層科研樓，內(nèi)有大型醫(yī)療設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室，周邊既有醫(yī)療建筑與在建基坑的距離在0.5～15.0 m之間，在擁有密集醫(yī)療建筑的場(chǎng)地內(nèi)施工，為工程帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1）場(chǎng)地內(nèi)可用面積極小，內(nèi)科醫(yī)技綜合樓與周邊既有建筑距離十分有限，在布置臨時(shí)道路后已無(wú)法滿足材料堆場(chǎng)的需求。

2）“零距離”施工難度大，在建深基坑緊貼外科醫(yī)療教學(xué)大樓，基坑圍護(hù)施工過(guò)程中危險(xiǎn)性高、難度大。

3）環(huán)保要求極高，同濟(jì)醫(yī)院為三甲醫(yī)院，承擔(dān)著周邊居民的大量門(mén)診和住院任務(wù)，人車流極大。原有外科綜合樓下部為醫(yī)技空間，上部為擁有數(shù)百?gòu)埓参坏淖≡翰》浚卺t(yī)院擴(kuò)容期間無(wú)法停診，因此擴(kuò)容工程不僅必須保證深大基坑的施工安全，還需要嚴(yán)格控制施工時(shí)的振動(dòng)、噪聲和揚(yáng)塵，嚴(yán)防擴(kuò)容施工干擾醫(yī)院正常運(yùn)營(yíng)。

結(jié)合工程特點(diǎn)，同時(shí)為了保證擴(kuò)容工程能夠安全、低擾動(dòng)、精細(xì)化開(kāi)展，該工程地下空間開(kāi)發(fā)主要采用“緊鄰既有建筑保護(hù)建筑深基坑施工技術(shù)”作為主要開(kāi)發(fā)思路，同時(shí)采用低擾動(dòng)改擴(kuò)建技術(shù)，保證了擴(kuò)容過(guò)程中醫(yī)院的正常運(yùn)營(yíng)。以下對(duì)該工程醫(yī)療建筑擴(kuò)容改建過(guò)程中運(yùn)用的主要技術(shù)手段進(jìn)行介紹。

3.1“零距離”低擾動(dòng)圍護(hù)施工技術(shù)

1）“零距離”圍護(hù)優(yōu)化技術(shù)。該工程基坑西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)中心距離原有外科醫(yī)療教學(xué)大樓外墻邊僅為850 mm，原方案地下連續(xù)墻外擴(kuò)后距離外科醫(yī)療教學(xué)大樓外立面僅300 mm左右，施工工作面受限，如采用原有地下連續(xù)墻圍護(hù)形式施工，無(wú)論是鎖口管吊裝，還是液壓千斤頂放置等都會(huì)遇到極大困難。同時(shí)在吊裝鋼筋籠時(shí)，由于地下連續(xù)墻鋼筋籠質(zhì)量過(guò)大，會(huì)造成極大的安全隱患。為此，經(jīng)過(guò)技術(shù)討論優(yōu)化，該位置的基坑圍護(hù)調(diào)整為MJS工法樁套打鉆孔灌注樁的形式，簡(jiǎn)化施工工序，降低單次起吊鋼筋籠質(zhì)量，從而降低整體施工風(fēng)險(xiǎn)。

2）“零距離”快速成樁技術(shù)。由于與外科樓距離僅為300 mm左右，普通灌注樁設(shè)備無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工需要，為此，該工程西側(cè)圍護(hù)灌注樁成孔采用先進(jìn)的“零距離”切削式快速成孔系統(tǒng)進(jìn)行施工，該設(shè)備不僅可實(shí)現(xiàn)“零距離”施工成孔，而且可以在降低施工風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)很好地控制鉆孔灌注樁樁位和垂直度。

3.2“微創(chuàng)”逆作法成套施工技術(shù)

工程采用“微創(chuàng)”逆作法成套施工技術(shù)，在緊鄰?fù)饪漆t(yī)療教學(xué)樓的情況下開(kāi)挖深11.85 m的基坑，利用地下室梁、板作為水平支撐體系，有效提高基坑支撐剛度，減小基坑變形和對(duì)周圍既有建筑的影響，在有效解決場(chǎng)地狹小問(wèn)題的同時(shí)降低了深基坑施工對(duì)病患心理的影響。

1）“微創(chuàng)”逆作法高效施工流程：場(chǎng)地清障平整→圍護(hù)（西側(cè)“零距離”）施工→降水施工→B0板挖土和結(jié)構(gòu)施工→B1層挖土和結(jié)構(gòu)施工→底板挖土和結(jié)構(gòu)施工→落低深坑區(qū)域底板施工→豎向結(jié)構(gòu)補(bǔ)缺。

2）“微創(chuàng)”逆作法數(shù)字調(diào)垂關(guān)鍵技術(shù)。為滿足逆作法一柱一樁鋼立柱1/500的垂直度要求，工程采用目前行業(yè)內(nèi)最為先進(jìn)的一柱一樁雙聯(lián)式激光測(cè)垂技術(shù)，結(jié)合“調(diào)垂盤(pán)法”進(jìn)行調(diào)垂。通過(guò)后期測(cè)量，鋼管柱垂直度均能滿足設(shè)計(jì)要求，保證了高效、高精度的地下空間拓建。目前，第四代高精度一柱一樁雙聯(lián)式全過(guò)程垂直度監(jiān)測(cè)設(shè)備已開(kāi)始在逆作法工程中全面運(yùn)用，該設(shè)備通過(guò)鋼管柱內(nèi)外各設(shè)1臺(tái)主、副測(cè)斜儀，可實(shí)現(xiàn)一柱一樁鋼立柱施工全過(guò)程垂直度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，理論測(cè)斜精度達(dá)到1/1 000。該設(shè)備在工程上的運(yùn)用取得了良好的效果，所有鋼立柱均滿足設(shè)計(jì)要求。

3）“微創(chuàng)”逆作節(jié)點(diǎn)高效連接技術(shù)。為了進(jìn)一步提高醫(yī)療建筑逆作法地下擴(kuò)容的施工效率，工程采用了逆作法節(jié)點(diǎn)的高效連接技術(shù)。逆作法梁柱節(jié)點(diǎn)連接位置，格構(gòu)柱與梁連接時(shí)，梁主筋可以從格構(gòu)柱中間和兩邊穿過(guò)，確保鋼筋的連續(xù)，同時(shí)為了增加抗剪力，也可在連接部位焊接牛腿鋼板，或是用加腋法繞過(guò)格構(gòu)柱連接。

B0層梁板結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)采取倒置埋件的形式。當(dāng)首層土方挖除后，將格構(gòu)柱割除至梁底標(biāo)高，然后將埋件與格構(gòu)柱焊接連接，此節(jié)點(diǎn)既確保B0板主筋節(jié)點(diǎn)處連續(xù)，又施工便利，同時(shí)也滿足節(jié)點(diǎn)受力要求。

在運(yùn)用了上述逆作法成套施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，整個(gè)施工過(guò)程中的基坑、管線變形均保持在可控范圍內(nèi)。同時(shí)，將施工產(chǎn)生的污染封閉在逆作法頂板以下，創(chuàng)造了良好的就醫(yī)環(huán)境和感官效果，施工期間大大降低了醫(yī)院病患的心理壓力，取得了良好的效果。

3.3數(shù)字化精細(xì)施工技術(shù)

為應(yīng)對(duì)工程場(chǎng)地狹小、施工難度高、節(jié)點(diǎn)復(fù)雜的問(wèn)題，工程采用BIM信息化技術(shù)，針對(duì)場(chǎng)地部署策劃、復(fù)雜部位逆作節(jié)點(diǎn)模擬、管線綜合模擬與優(yōu)化等進(jìn)行了多維度、多部位、全過(guò)程的數(shù)字化模擬。

1）場(chǎng)地部署策劃。工程前期策劃階段利用BIM軟件建立三維場(chǎng)地布置模型，1∶1還原施工現(xiàn)場(chǎng)，合理規(guī)劃堆場(chǎng)、行車路線等，在各個(gè)工況下模擬場(chǎng)地情況，很好地解決了施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小、協(xié)調(diào)難度大等問(wèn)題，并有效避免重復(fù)調(diào)整場(chǎng)地布置的情況。

2）復(fù)雜部位逆作節(jié)點(diǎn)模擬。在工程逆作法地下結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，逆作法梁柱連接節(jié)點(diǎn)、后期豎向結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)、底板深坑交會(huì)節(jié)點(diǎn)等均是逆作法地下整體結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵點(diǎn)。為此，本項(xiàng)目運(yùn)用BIM軟件將整個(gè)逆作階段的梁柱節(jié)點(diǎn)、深坑交會(huì)節(jié)點(diǎn)、鋼筋互相穿越的形式等進(jìn)行精細(xì)的三維模擬建模，通過(guò)將模擬結(jié)果與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，及時(shí)調(diào)整原有設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，達(dá)到鋼筋穿越形式最優(yōu)化、各類節(jié)點(diǎn)形式合理化等目的。

3）管線綜合模擬與優(yōu)化。由于采用逆作法需要進(jìn)行B0板加固，加固位置可能會(huì)影響管線的排布。為此，在前期階段利用建筑BIM模型，確定樓層各區(qū)域?qū)痈吆凸芫€排布的空間關(guān)系。該工程采用BIM技術(shù)對(duì)整個(gè)關(guān)鍵醫(yī)療管線和其他設(shè)備管線進(jìn)行碰撞模擬，同時(shí)有針對(duì)性地優(yōu)化和調(diào)整管線位置，避免二次鑿除加固混凝土，達(dá)到一次性出圖的目的，可有效地節(jié)省材料，減少二次返工的情況出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

以上醫(yī)療建筑改建擴(kuò)容工程實(shí)例和技術(shù)介紹表明，在城市核心區(qū)內(nèi)的醫(yī)療建筑擴(kuò)容項(xiàng)目由于施工環(huán)境復(fù)雜、無(wú)外延場(chǎng)地、周邊保護(hù)要求極高等諸多問(wèn)題，改擴(kuò)建難度很大。針對(duì)上述問(wèn)題，目前包括既有建筑和周邊地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)、既有建筑結(jié)構(gòu)更新技術(shù)、低擾動(dòng)改擴(kuò)建技術(shù)等均已有一定的技術(shù)儲(chǔ)備，并在同濟(jì)醫(yī)院內(nèi)科醫(yī)技樓項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程中得到實(shí)施，達(dá)成了良好的效果。

下一階段隨著既有建筑地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，逆作法、平移、托換等技術(shù)的持續(xù)完善，地下空間拓展將向更深、環(huán)境更復(fù)雜區(qū)域持續(xù)拓展。

既有建筑結(jié)構(gòu)更新技術(shù)將會(huì)有更多類似UHPC等高效材料的進(jìn)一步涌現(xiàn)，結(jié)構(gòu)加固將向著更快、更輕便的方向發(fā)展。隨著主動(dòng)降噪設(shè)備、封閉式防塵裝備、機(jī)電不停業(yè)擴(kuò)容設(shè)施等的進(jìn)一步完善，完全意義上的不停業(yè)無(wú)縫建造將真正實(shí)現(xiàn)，通過(guò)不斷更新迭代的先進(jìn)科學(xué)施工技術(shù)手段的運(yùn)用，建筑的擴(kuò)容能力和技術(shù)必將全面滿足醫(yī)療體系發(fā)展的需要。