適應智能物流機器人傳輸系統應用的醫院建筑空間形態探討

佘妤琳，張春陽 （華南理工大學 建筑學院，廣東 廣州 510641）

1 智慧物流傳輸是醫院發展的需求

隨著我國經濟的發展，人民群眾對醫療服務的需求和品質要求不斷提高，醫院建筑的建設水平也不斷提升。為了滿足當下醫院日益增長的成本控制需求和效率提高需求，使用人工智能、大數據等技術的智能物流傳輸系統進行物資傳輸的精細管理逐漸成為現階段醫院物流解決方案的大勢所趨，目前國內已經有相當規模的醫院應用了不同類型的醫院智能物流系統。

醫院智能物流系統目前可大致分為氣動式物流傳輸系統、軌道小車物流傳輸系統、箱式物流傳輸系統和智能物流機器人傳輸系統四種[1]。相對于其他智能物流子系統，智能物流機器人傳輸系統的優點主要在于載重大和適用建筑階段廣兩個方面：一方面，智能物流機器人原則上可以運送所有物品，多用于運送重量相對較重、體積相對較大的物品，如批量的檢驗標本、藥品、供應室物品以及醫療器械、被服等；另一方面，其施工難度小且布置靈活，可以應用于已建成樓、改造樓及新建樓，適用范圍廣。

2 醫院智能物流機器人傳輸系統概述

2.1 系統簡介

醫院智能物流機器人傳輸系統是以醫院智能物流機器人為主要載體的智能物流系統；智能物流機器人能夠自主規劃路徑，能獨立編制操作計劃，依據實際情況確定動作程序，執行醫院內物資的配送、搬運等工作。目前，市面上所應用的醫院智能機器人傳輸系統，是根據機器人的運動導引方式和智能程度分類的，主要分為AMR ( Automated Mobile Robot)智能移動機器人系統和AGV (Automated Guided Vehicle)自動導引運輸車系統兩種[2]。其系統主要由三部分組成：機器人配送機體、硬件配套設施和軟件系統。

2.2 應用現狀

隨著我國醫療建設的高速發展，醫院智能物流傳輸系統也得到迅猛發展。自2015年始，國內部分醫院開始采用智能物流機器人傳輸系統，前期受到技術成熟度和價格的影響，沒有得到大規模應用。但是隨著技術的快速發展和產品的優化迭代，到2020年智能物流機器人系統的技術已經趨于成熟，成本得到了控制，并且積累了足夠的實際應用經驗，相比于其他智能物流傳輸系統具有更好的靈活性和智能性，醫院智能物流機器人傳輸系統正在穩步發展、搶占醫院物流市場。

隨著近幾年相關技術的快速發展，醫院智能物流機器人傳輸系統的應用出現了應用場景擴大化和復雜化、管理過程精細化、院感防控嚴格化等趨勢。這種應用趨勢的變化不僅說明了智能物流機器人技術的進步，還說明了機器人物流有市場和使用的需求。而更多的需求被釋放，智能物流機器人傳輸系統的潛力將得以發揮，設備研發廠商的技術要求也會相應提高，智能物流機器人傳輸系統的發展前景寬廣。

2.3 研究現狀

在關于各類醫院智能物流系統的應用和研究中，對氣動式、軌道式、箱式等系統的研究較早且成果較多，而智能物流機器人傳輸系統的技術開發則時間較短，實踐案例較少，相關研究還不夠充足。醫院建筑樓宇作為工作場景和環境依托，直接決定了能否應用智能物流機器人系統及其運行效率。為了更好地指導智能物流機器人的應用，提高運行效率，降低建設成本和運維成本，研究使用智能物流機器人傳輸系統的醫院建筑設計形式是必要的。

3 適宜智能物流機器人傳輸系統應用的醫院建筑總體布局

當智能物流機器人在院內不同部門間運輸物資時，與其工作效率關系最密切的建筑因素就是醫院的總體布局。

對于已建成的醫院建筑來說，改變原有的建筑總體布局的性價比和可行性較低，在實際中通常只能調整物流系統設計、適度改造或增設優化原有建筑總體布局。在原有條件適宜的情況下，建筑改造需求較低。而對于新建的醫院建筑來說，則可在建筑設計階段就預先選用適宜智能物流機器人傳輸系統采用的建筑總體布局，建設符合需求的建筑空間，從而提升其運行效果。

下面闡述幾種較適宜智能物流機器人傳輸系統應用的醫院建筑總體布局方式。

3.1 線性快速通行軸線布局

第一種是醫院整體被快速通行軸線串聯的布局，以廣州中山大學附屬第一（南沙）醫院為典型代表（以下簡稱南沙醫院）。南沙醫院地處廣州市南沙區橫瀝島西側，醫院規模及占地面積較大，其院區被城市道路——東合路劃分為南北兩區。主體形成錯落分布的格局，院區中軸處設有交通廊橋將醫院南北兩區的各棟建筑聯系起來。

醫院智能物流機器人傳輸系統在院內承擔的運輸任務主要是全院級物流層面，負責運輸清潔被服、大宗物資、餐食等，總計約占全院需要運輸物資的12%。院內各智能物流傳輸子系統的動線設計總覽如圖1所示。

圖1 南沙醫院智能物流系統動線設計總覽

由于醫院院區占地面積大且南北跨越距離遠，院區被市政道路分為南北兩部分。為了使AGV機器人小車可以快速地在南北兩區通行，南沙醫院在中軸線廊道的地下二層設置專用夾層通道作為地下AGV快速通道，機器人機體在快速通道中可以加速至1.6~2m/s行進，快速通行較長水平距離。

院內物資運輸流程為：外部藥品或大型物資集中運輸至南區科研樓的地下一級藥品庫存儲，分裝后由機器人機體裝載經AGV快速通道和物流專梯運輸至需求科室。布局上主要醫療區域都圍繞中軸線展開，同時專有物流梯和庫房緊靠快速通行軸線設置，使得機器人機體的工作路徑精簡、流暢，整個物流系統的工作效率因此提升。

3.2 閉環通行布局

第二種是醫院整體或大部分內部流線可以形成閉環布局，以佛山婦幼保健院新城院區為典型代表（以下簡稱佛山婦幼保健院）。

佛山婦幼保健院的建筑整體采用合圍布局。院內采用了氣動式、箱式、物流機器人三種智能物流傳輸子系統，可通過環繞式建筑布局使各類物資快捷、便利地在全院傳輸。在目前實際使用中，醫院采用智能物流機器人在院內不同科室間傳輸標本，服務的樓層有門診樓2、3、4、5層和醫技樓2、3層。大致的物資運輸流程為：系統接收到任務后，安排機器人機體前往出發科室，到達出發科室接到需要運送的標本后再前往目標科室，完成運送任務后可以就近執行新任務或返回充電基站。其建筑的環繞布局便利了智能物流機器人在院內各科室部門間的周轉，減少了工作路徑距離，提高了物流系統的工作效率，降低了機器人的機體數量成本。如圖2所示。

圖2 佛山婦幼保健院平面圖及內部智能機器人運行環線示意

由上可以總結出，適宜智能物流機器人傳輸系統應用的建筑布局主要有以下特點：一是內部具有快速通行路徑，可以是線性的或者是閉環式的，也可以是垂直方向的；二是流線組織較為簡明，沒有太多復雜的支路流線；三是建筑內部空間連貫，不被外部空間打斷。

4 適宜引入智能物流機器人傳輸系統的科室

醫院不同科室的醫療流程、功能房間、空間組織等都各有不同，部分科室對智能機器人的需求更強，且其原有的空間條件和醫療流程都更加適宜機器人加入；引入智能物流機器人輔助時，在原有的建筑空間基礎上，通常只需要進行較小限度的改造甚至不需要改造。這類科室主要有手術室、消毒供應室、檢驗科等。下面以一些科室為例討論智能物流機器人在這些科室應用時采用的工作模式及對應的建筑改造措施。

4.1 消毒供應室

作為醫院內部的重要物資保障科室——消毒供應中心與醫院其他科室間的物資配送量大、配送頻繁、配送科室多，同時科室內部的物資周轉量較大。智能物流機器人傳輸系統在消毒供應中心的應用主要分為兩方面：一是在消毒供應中心與其他物資需求科室之間負責物資傳輸，可以滿足配送效率、配送能力和配送安全性的要求；二是在消毒供應中心內部參與物資消毒流程，可以減少庫存占用，提高物品的使用效率。

智能機器人在消毒供應中心內部參與物資消毒流程時，機體的工作路徑基本與人工運輸一致，因此不需要對建筑環境做過多改造。但是需要注意的是，消毒供應中心內部的潔凈分區不能直接跨越，因此需要設置對應的機器人消毒關卡，可設置專門的緩沖間配備消毒門或在隔離墻內嵌消毒艙。智能機器人在消毒供應中心與其他物資需求科室之間負責物資傳輸時，除了需要考慮院內的通行情況對系統的工作效率的影響外，由于消毒供應中心所運輸物資的感控要求特殊，也要考慮機器人機體及傳送物資如何跨越不同的潔凈要求區域，現階段通常利用緩沖區結合照射消毒方法。

4.2 手術室

手術室內，執行手術時需要高頻次配送物品。應用智能物流機器人進行物資庫存管理和配送，能快速地響應并高效地配送手術室所需物資，減輕醫護工作負擔，并且減少手術過程中醫護不在場的風險，保證物資庫存與配送過程的安全性和精確性。智能物流機器人傳輸系統在手術室內的主要工作為管理耗材器械和藥品、運送手術耗材器械和藥品、運送污物和回收器械、運送標本等。機體執行運輸工作時的路徑基本與人工運輸一致，不改變原有的工作流程，智能系統管理物資需要專用的庫房和機房。因此只需要在物流機器人工作的區域改造建筑環境，使其適合物流機器人工作即可。建筑環境改造主要分為兩部分：設置智能系統機房和庫房、改造機器人機體工作路徑。

科室內部還剩余空余房間時，可利用空余房間設置智能機器人機房，用于停泊充電機器人機體、監控和維護機器人系統的工作。需要注意的是，潔凈區域工作的機體的停泊點需要設置在潔凈區域，污染區域工作的機體的停泊點需要設置在污染區域，機體不可以跨越潔凈區域和污染區域混行。科室內部沒有空余房間時，可以在廊道空間內劃分邊角區域用于停泊機體，監控和維護機房可以靈活地和其他辦公房間合用。

機器人機體工作路徑上要進行走廊空間分流，加裝機器人門禁等。走廊寬度滿足時，可以在地面進行分區，劃分出一部分寬度專門供機器人機體通行使用，減少機器人避讓人員產生的停頓時間，在提高運輸速度的同時降低了人員與機體相撞的風險。此外，機器人工作需要穿行的門處要進行關門器改造和機器人門禁增設，以便機器人可以自主開啟和通行[3]。

4.3 其他科室

一些其他科室因特殊需求，也適合使用智能機器人代替人力進行一些物資運送。如檢驗科采用智能機器人配送標本，可滿足7×24小時、多科室、高頻率、遠路程的送檢要求；核醫學科使用智能機器人配送能減少核輻射對配送人員的傷害；等等。

5 應用智能物流機器人傳輸系統的醫院建筑空間需求

醫院智能物流機器人傳輸系統對建筑空間的需求主要分為三部分：滿足智能機器人機體工作的通行空間、智能系統管理物資與對接智能機器人機體的智能庫房空間，以及滿足智能機器人機體停泊與維護的后勤空間。既有醫院可以改造已有的建筑房間或擴建以滿足要求；新建醫院設計時，需提前預留一些建筑空間如機房、停泊站點、垂直交通電梯等以供后期硬件配套設施使用。

5.1 通行空間

專有通道可以大幅提升機體的運行速度，但是建設成本較高。為了集約使用建筑空間，智能機器人機體在執行運輸任務時，水平交通和垂直交通均可利用已有的廊道及電梯。

在和人員混雜水平通行時，配備有視覺系統和避讓設置的智能機器人的運行效率通常不會受到太大影響。機器人機體在醫療科室之間執行運輸任務時，盡量選擇和醫護人員共用醫用廊道，一是因為醫用廊道上人流密度較小；二是因為在只有醫護沒有病患的廊道上，機器人機體的安全性較大；三是若要系統的運行效率較高，機體最好使用醫護梯或物流梯進行跨樓層運行，此時選擇醫護廊道可以便利機器人機體乘梯。機器人機體在醫療科室內部執行運輸任務時，條件允許的情況下，可以在地面上進行分區，在廊道上劃分出一段窄道，專門給機器人機體通行使用，提高通行速度的同時可以減少人機碰撞的意外。

根據機器人的運行詳細數據統計，機器人完成配送任務總耗時中等待電梯的時間占比較大，因此需規劃好機器人電梯乘坐方案。在條件允許時最好讓機器人機體使用無人使用的空余電梯或物流梯以提高運行效率，在大多數條件有限的情況下可以和醫護人員共用醫護電梯；若不得不讓機器人機體使用病患電梯，其運行速度和周轉率都可能受到較大影響，此時需要根據具體情況考慮增加機體等。

5.2 庫房空間

對接智能機器人機體的智能庫房在建筑空間上與傳統庫房空間基本沒有區別，通常只需要在硬件設備和軟件系統上配套即可。

5.3 后勤空間

智能機器人機房的位置設置沒有較為特殊的要求，可以根據醫院情況進行靈活設置。如果院內智能機器人有統一的停泊站點，可以將機房與之結合設置，便于使用。此外，機房和統一停泊站點的結合設置可以在院內藥品和物資總庫房相鄰或相近的地點完成，便于機器人機體裝載運送物資。

機器人的停泊站點可靈活設置，院內投入使用的機器人機體較多時可以統一設置，機體較少、使用區域較分散且相對獨立時可以分散設置。機器人的停泊站點對空間的要求不高，通常不需要對建筑空間進行特殊改造，只需要選擇不影響其他人員通行的靠墻區域留出泊車位，布置刷卡機和充電樁即可。

機器人工作中穿越的門需要設置機器人可自動控制的門禁和改造機械閉門器，使機器人能夠全過程實現自主導航運行[4]。

6 結 語

綜上所述，適宜智能物流機器人傳輸系統應用的建筑空間布局通常具有內部空間連貫、流線簡明、可快速通行的特點；除了運送物資外，智能物流機器人在消毒供應室、手術室、檢驗科等特殊科室也有較多需求；同時醫院的建筑內部也要為智能物流機器人傳輸系統提供良好的通行空間、后勤空間與智能庫房空間；此外也要預留和配置好機房、停泊站點、垂直交通電梯及一些細節空間。