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雷神山醫院的電氣設計

中南建筑設計院股份有限公司機電一院副總工程師王云鵬??

2019年12月底,新冠肺炎疫情爆發,武漢市成為疫情的重災區,短時間內,大量的感染病人紛紛涌入醫院尋診就醫,給全市醫療造成了巨大的壓力。為有效應對和緩解各大醫院病床不足的問題,1月24日下午,武漢市疫情防控指揮部決定,繼武漢火神山醫院后再建一所臨時呼吸類傳染病醫院——武漢雷神山醫院。除夕夜,中南建筑設計院股份有限公司臨危受命,承接武漢雷神山設計任務,并連夜組建設計團隊,投入到設計工作中。

雷神山醫院選址于武漢市南部城郊區,遠離人口密集的主城區,由原武漢軍運會食堂及停車場新建、改建而成,用地東側緊臨城市主干道武昌大道,交通方便,有利于人員物資快速到達轉運,周邊市政設施也很完備,最重要的是場地周邊無人生活居住,且與周邊道路及建筑的間距滿足傳染病醫院的要求。隨著疫情的日趨嚴重,武漢雷神山醫院的建筑規模從最初的3萬m2擴大到近8萬m2,整體按照傳染病醫院標準設計,包括醫護生活區、隔離病房區及相關運維用房,可以滿足近1 500張病床的床位需求,同時可容納醫護人員約2 000人。

安全性和可靠性

雷神山醫院屬于臨時呼吸類傳染病醫院,與普通醫院的區別主要有兩點:一點是生命安全,一點是環境安全。生命安全方面,醫用氣體是對于肺炎病人而言性命攸關的設備,呼吸類傳染病醫院傳染性極強,所以也需要殺菌設備。為保證潔凈區域的安全,電氣管線、穿墻空洞要密封處理。針對環境安全方面,為達到病房的負壓狀態,需設置送風機和排風機;另外,在地面要敷設防滲膜,以便對污水進行處理。

本項目的特點是應急性和建設周期短,需要供電設備安全、可靠,供電系統靈活,且施工簡便。雷神山醫院的負荷等級為一級,采用4路10 kV市政電源供電,共分為兩組,每組的兩路電源滿足兩路獨立電源要求,互為100%備供。當一路電源故障時,另一路電源不應同時受到損壞。病房區、醫技區和醫療工藝區均采用兩臺630 kV·A或800 kV·A室外箱式變電站加一臺與變壓器相同容量的室外箱式柴油發電機組構成一組主、備供電設施。

雷神山醫院整個場地總共約13組供電設施,供電設施組中兩臺箱變單母線運行,不設母聯,柴油發電機組與其中一臺變壓器在母線側自動切換,主電源故障失電后,自動起動柴油發電機組,15 s內為低壓II母線段提供應急備用電源,對于恢復供電時間不大于0.5 s的重要醫療設備和場所配置在線式UPS電源保證不間斷供電。提高了用電的可靠性和安全性。

負荷分級的確定

針對本項目的負荷分級情況如表1所示,主要參考《醫療建筑電氣設計規范》和《傳染病醫院建筑設計規范》。

表1 本項目的負荷分級情況

本項目共有32個病區,以其中一個單元病房區為例,用電負荷為醫護區的照明、空調、熱水、應急照明和感染區風機、送風機配套的電輔熱設備,除空調、熱水和電輔熱設備為三級負荷,其他均屬于一級負荷中的特別重要負荷,由柴油發電機組保障。單元病區的用電負荷如表2所示。

表2 單元病房區的用電負荷

電氣與智能化方案

1. 低壓配電系統

1)箱式變電站和柴油發電機組設置。根據項目建筑特點,每4個病區設置兩臺630 kV·A箱式變電站,同時設置一臺相同容量的箱式柴油發電機,負擔其中一臺箱式變電站的全部負荷,作為第三路電源。院區共設置28座室外箱式變電站及11臺室外柴油發電機,變壓器總安裝容量為17 720 kV·A,柴油發電機總裝機容量為6 870 kV·A。箱式柴油發電機自帶油箱,且滿足8 h運行。

2)低壓配電采用市電與發電機組切換的方式。一、二級負荷及特別重要負荷采用雙電源供電,其中一路電源引自柴油發電機保障應急母線段。重要負荷及集中式大容量負荷,其低壓配電系統干線采用放射式供電,對于小容量或同一路徑的分散式負荷可采用樹干式供電。

在進行低壓配電系統設計時,需注意以下幾點:

1)電氣系統必須簡潔、可靠,兩臺變壓器和一臺柴油發電機構成一個供電模組,保證高可靠性的同時,也滿足箱式變電站模塊生產、施工方便的要求。

2)病房區采用模塊化成組設計,各病房區箱式變電站及配電箱基本相同,便于快速生產及安裝。

3)電氣設備選用簡單可靠、施工快速、調試方便和貨源充足的產品,避免選用技術復雜、調試周期長和貨源稀少的電氣產品。

2. 照明系統

本項目典型場所照明設計要點主要包括如下幾點:

1)本醫院為呼吸類傳染病專科醫院,所有病人可能出入的場所,燈具均采用潔凈型燈具,不應采用格柵燈等不便于清潔消毒的燈具。

2)病房普通照明燈具的布置應避免眩光。

3)本項目選取病房、緩沖間和走道等場所中1/3燈具自帶蓄電池作為備用照明。

4)護士站用電設備較多,建議單獨為護士站設置插座配電箱。

5)所有配線的保護管、橋架在穿越隔墻處以及設備接口處均應做密閉處理。照明配電箱應設置在污染區外。

針對照明系統,需要注意以下幾點:

1)病房內與病房走道設置夜間照明,宜在護士站統一控制。

2)病房內的燈開關需兼顧老年人的使用,采用寬板按鍵式,離地高度宜為1.2 m。

3)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。

4)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1.8 m。

5)病毒傳染性強,幾乎所有的場所都可能會用到滅菌設備,未設置紫外燈的區域,預留空氣滅菌器插座。

3. 應急照明系統

應急照明采用集中控制型應急照明和疏散指示系統。燈具均選用A型燈具,電壓等級為直流24 V。手術室、搶救室、監護室和病人行動不便的病房等需要人員協助疏散的區域及疏散走道不應低于5lx,醫生宿舍的疏散走道不應低于3lx。

4. 防雷接地系統

1)防雷系統設計:本項目按2類防雷建筑物進線設計。利用金屬屋面作接閃器,利用外墻鋼柱作引下線。引下線間距沿周長計算不大于18 m,沿建筑物四周均勻對稱布置。上與接閃器、下與接地裝置連接。

2)接地系統設計:本工程沿外四周敷設人工接地帶(-40×4熱鍍鋅扁鋼),做法詳見國標D501- 1,在與引下線相對應的室外埋深1 m處,由被利用作為引下線的鋼筋上焊出一根-40×4鍍鋅扁鋼,并伸出室外墻面不小于1 m。作為進出建筑物的金屬管道接地及需要時外接接地極用。引下線通過條形基礎內鋼筋(無鋼筋條基在基礎內暗敷一根40×4 mm的熱鍍鋅扁鋼)與人工接地體可靠聯結,形成電氣通路。強弱電設備的工作接地、防雷接地和電氣設備的保護接地共用接地裝置,并實施等電位聯結措施。設計接地電阻小于等于1 Ω。接地裝置不能破壞防滲膜,若有局部破損應采取可靠的密封防水措施。

5. 建筑智能化系統

雷神山醫院參考規范《智能建筑設計標準》和《醫療建筑電氣設計規范》,智能化系統分為以下幾類。

信息設施系統:為滿足建筑物的應用與管理對信息通信的需求,將各類具有接收、交換、傳輸、處理、存儲和顯示等功能的信息系統整合,形成建筑物通信服務綜合基礎條件的系統。包括信息接入系統、計算機網絡系統、綜合布線系統和有線電視系統。

公共安全系統:為維護公共安全,具有以應對危害公共安全的各類突發事件而構建的綜合技術防范或安全保障體系綜合功能的系統。包括視頻監控系統、一鍵報警系統、門禁控制系統、火災自動報警及聯動控制系統。

信息化應用系統:滿足綜合醫院業務運行的信息化應用需求的系統,包括病房呼叫系統、ICU探視系統、ICU病床監視系統和排隊叫號系統等基礎弱電系統,其醫療業務信息化、公共服務和物業管理等軟件系統可設置在本地也可采用云端系統,由醫院根據后期實際運行需要進行配置。

機房工程:為提供機房內各智能化系統設備及裝置的安置和運行條件,以確保各智能化系統安全、可靠及高效地運行和便于維護的建筑功能環境的綜合工程。弱電中心機房、消防及安防監控中心均沿用位于改造辦公區(原軍運會食堂)內的原有機房,機房均位于清潔區,且有直接對外出口。減少不必要系統,加快設計進程,減少施工及調試時間。

(1)信息設施系統

1)綜合布線系統。設置內網、外網和設備專網3套網絡,3套網絡物理隔離,并采用冗余的網絡架構。弱電中心機房中內網、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,同時生成2個SSID提供內、外網服務(內外網采用邏輯隔離)。

2)有線電視系統。各病房、醫護休息區、宿舍內設置IPTV有線電視外網信息點。

(2)公共安全系統

1)安防視頻監控系統。系統采用數字視頻綜合管理平臺,安裝于生活區的消防監控中心內(原軍運會機房)。在各單體出入口、公共走道、護士站、醫護辦公室、ICU、檢驗中心、手術室和倉庫等處配置攝像機,在場地周界圍墻上安裝帶移動偵測功能的攝像機,實現監控全覆蓋,并防止無關人員闖入院區。交付后,應醫院要求在各病區更衣室增加監控攝像機。

2)出入口控制系統。在宿舍區各樓棟出入口、隔離醫療區出入口、各病區病人出入口及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,并配合工藝 設計,滿足A、B門聯鎖控制要求。

3)一鍵緊急報警系統。在護士站和醫護辦公室設置一鍵報警按鈕,信號接入消防監控中心內的安防報警主機,醫護人員可在緊急請下進行呼救。

4)火災自動報警及聯動控制系統。火災自動報警及消防緊急廣播系統按現行消防規范進行設計,采用集中報警控制系統。需要注意從消防控制中心到末端的線路較長,需廠家配合設計,避免應線路過長調試有問題。根據消防部門要求,強電配電間內設置超細干粉滅火裝置。

(3)信息化應用系統

1)病房呼叫系統。各病區均設置一套病房呼叫系統,各護士站設總控臺,病房床頭設備帶上設呼叫面板,病房設門燈,醫護走廊設雙面廊屏。護士可通過主機與病人對講,處理病人的呼叫請求。系統采用傳統模擬系統,總線式結構,施工布線、調試簡單。

2)ICU探視系統。項目隔離醫療區內共設兩個ICU病區,未設固定探視室,并考慮設備采購、安裝及調試因素,本次設計采用移動式ICU遠程探視系統,無固定式探視分機和院內家屬探視分機,僅保留移動式探視分機和家屬遠程探視客戶端。系統將探視信號通過系統上傳至外網網絡,病人家屬可通過手機APP或電腦客戶端進行預約訪問。

此外,中南院還牽頭主編了《呼吸類臨時傳染病醫院設計導則(試行)》《旅館業建筑改造為呼吸道傳播疫情病患集中收治臨時醫院的有關技術要求》和《方艙醫院設計和改建的有關技術要求》等一系列導則和規范。

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