王 甫， 于 妍

(1.中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司，北京100026；2.首都博物館，北京100026)

0 引言

隨著生活水平的提高，人民群眾對(duì)于醫(yī)療服務(wù)的需求也大幅提高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)人口占世界人口的22%，但醫(yī)療資源僅占世界醫(yī)療資源的2%。為此，近年來(lái)各級(jí)政府逐年加大對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生方面的投入，各類綜合性、專業(yè)性的醫(yī)療建筑在全國(guó)各地茁壯發(fā)展起來(lái)。本文將通過(guò)筆者近期參與的若干綜合性醫(yī)療建筑的設(shè)計(jì)工作，總結(jié)電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中的重點(diǎn)內(nèi)容，予以分析并提出方案，以供同行參考。

1 醫(yī)療建筑的負(fù)荷等級(jí)

建標(biāo)110-2008《綜合醫(yī)院建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中，將醫(yī)院建設(shè)規(guī)模按照床位分為 200、300、400、500、600、700、800、900、1 000 床9 個(gè)等級(jí)。 衛(wèi)生部《綜合醫(yī)院分級(jí)管理標(biāo)準(zhǔn)(試行稿)》中，根據(jù)醫(yī)院功能和任務(wù)的不同，將醫(yī)院分為一、二、三級(jí)，各級(jí)又分為甲、乙、丙三等，三級(jí)醫(yī)院增設(shè)特等，共計(jì)10等。

對(duì)于供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)講，負(fù)荷的重要性與醫(yī)院的等級(jí)密切相關(guān)，一般來(lái)講二、三級(jí)醫(yī)院面向地區(qū)、全國(guó)提供醫(yī)療服務(wù)，負(fù)荷等級(jí)要比面向社區(qū)的一級(jí)醫(yī)院高出一個(gè)等級(jí)。

以綜合醫(yī)院舉例來(lái)說(shuō)，綜合醫(yī)院由急診部、門診部、住院部、醫(yī)技科室、保障系統(tǒng)、行政管理及院內(nèi)生活等7項(xiàng)設(shè)施組成，對(duì)應(yīng)的用電設(shè)施主要包括照明插座、空調(diào)通風(fēng)、給水排水、電梯及其他建筑設(shè)施、醫(yī)療設(shè)備等5類。對(duì)于前4類設(shè)備，負(fù)荷的分級(jí)與一般民用建筑基本相同，但對(duì)于醫(yī)療設(shè)備來(lái)說(shuō)，負(fù)荷等級(jí)與設(shè)備的配置場(chǎng)所、使用方式、功能用途等因素密切相關(guān)。

1.1 早期醫(yī)療設(shè)備的負(fù)荷等級(jí)

對(duì)于負(fù)荷分級(jí)，目前國(guó)內(nèi)多本規(guī)范均有詳細(xì)劃分，如JGJ 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》、《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施(電氣2009版)》、D800-1《民用建筑電氣設(shè)計(jì)與施工》中的劃分如表1所示。

表1 醫(yī)院建筑負(fù)荷分級(jí)

從表1可以看出，所有列出的用電設(shè)備名稱都與醫(yī)療服務(wù)有關(guān)，即便是提到的照明、空調(diào)以及客梯，也都明確是為醫(yī)療活動(dòng)進(jìn)行服務(wù)的設(shè)備。通過(guò)進(jìn)一步的分析，筆者發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)。

(1)部分醫(yī)療場(chǎng)所及設(shè)施的設(shè)備用電和照明用電均有負(fù)荷等級(jí)要求，如重要手術(shù)室、重癥監(jiān)護(hù)室、急診室、治療室、血液部、核醫(yī)學(xué)部等場(chǎng)所，這些場(chǎng)所的配電最好是按照科室獨(dú)立配置，這樣管理方便且避免干擾。

(2)部分醫(yī)療場(chǎng)所僅對(duì)醫(yī)療設(shè)備提出負(fù)荷等級(jí)要求，如病理、藥劑等場(chǎng)所的恒溫設(shè)備，放射科的診斷設(shè)備等，這些設(shè)備可以根據(jù)負(fù)荷容量以及工作特點(diǎn)直接引自變電所或是在中心區(qū)域集中配置后放射配出。

(3)部分醫(yī)療場(chǎng)所對(duì)醫(yī)療環(huán)境提出負(fù)荷等級(jí)要求，如重要手術(shù)部的空調(diào)、易感染區(qū)的通風(fēng)、特殊區(qū)域的照明。

(4)部分醫(yī)療設(shè)備由于配置的醫(yī)療場(chǎng)所不同，會(huì)造成用途及使用方式不同，進(jìn)而造成負(fù)荷等級(jí)也不盡相同，如診斷和治療用的放射設(shè)備，其負(fù)荷等級(jí)有區(qū)別。

基于以上的分析，筆者認(rèn)為，如果想了解一個(gè)用電負(fù)荷的重要性，一定要了解清楚綜合醫(yī)院的醫(yī)療場(chǎng)所、場(chǎng)所內(nèi)配置的用電設(shè)備以及用電設(shè)備的使用方式這三點(diǎn)關(guān)鍵因素，這樣才能給出一套安全、經(jīng)濟(jì)、適用的供配電設(shè)計(jì)方案。

1.2 現(xiàn)行醫(yī)療設(shè)備的負(fù)荷等級(jí)

由于表1僅列出與醫(yī)療服務(wù)相關(guān)的用電設(shè)備，且經(jīng)過(guò)近十年的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，我國(guó)醫(yī)療技術(shù)、水平以及全社會(huì)對(duì)醫(yī)療條件的期望值有了較大的變化，相應(yīng)的醫(yī)療建筑的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也隨即做出調(diào)整，2013年住建部發(fā)布JGJ 312-2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.1條中，對(duì)于醫(yī)療建筑用電負(fù)荷分級(jí)做出新的規(guī)定，如表2所示。通過(guò)表2可以看出，負(fù)荷分級(jí)更加細(xì)化，同時(shí)補(bǔ)充了一些建筑常用設(shè)備，但是不難發(fā)現(xiàn)，這與以往仍有較大的區(qū)別。

(1)負(fù)荷等級(jí)的劃分依據(jù)更加的明確，與“醫(yī)療場(chǎng)所類別”及“要求自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間t(s)”相互對(duì)應(yīng)(參見(jiàn)JGJ 312-2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.0.2)。其中，t≤0.5s，涉及生命安全的設(shè)備及照明，為一級(jí)負(fù)荷中特別的重要負(fù)荷；0.5s＜t≤15s，診療設(shè)備及照明，為一級(jí)負(fù)荷；t＞15s，診療設(shè)備及照明，為二級(jí)或三級(jí)負(fù)荷。

(2)取消了手術(shù)室不同潔凈度空調(diào)用電的負(fù)荷等級(jí)，按照3.0.2條文解釋“手術(shù)室按照凈化等級(jí)分為百、千、萬(wàn)級(jí)，對(duì)于醫(yī)療建筑的供電可靠性而言，停電危及生命的場(chǎng)所要考慮為2類場(chǎng)所，IEC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將手術(shù)室都化為停電危及生命的場(chǎng)所，也就是說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)提高了，與手術(shù)室進(jìn)行什么手術(shù)無(wú)關(guān)。”可以分析得出的是，手術(shù)室空調(diào)不屬于涉及生命安全的設(shè)備(t≤0.5s)，但屬于2類場(chǎng)所的其它設(shè)備(0.5s＜t≤15s)，因此可確定為一級(jí)負(fù)荷。

(3)一級(jí)負(fù)荷及一級(jí)負(fù)荷中特別的重要負(fù)荷比原標(biāo)準(zhǔn)增加很多場(chǎng)所或設(shè)備，也就是說(shuō)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌，把整體標(biāo)準(zhǔn)提高了，比如手術(shù)室不考慮進(jìn)行什么手術(shù)，都為一級(jí)負(fù)荷中特別的重要負(fù)荷。

對(duì)于這一點(diǎn)，筆者認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)過(guò)高，按照現(xiàn)行的醫(yī)療科室來(lái)進(jìn)行分類，醫(yī)療手術(shù)類別有上百種，對(duì)于普通外科的一般手術(shù)到類似于器官移植的復(fù)雜手術(shù)，手術(shù)環(huán)境、診療設(shè)施及醫(yī)護(hù)人員的配置均有較大的區(qū)別，如果都化為停電危及生命的場(chǎng)所，會(huì)極大增加醫(yī)療建筑的建設(shè)成本。因此，在筆者看來(lái)，三級(jí)綜合類醫(yī)院標(biāo)準(zhǔn)可以提高，但鑒于大多數(shù)二級(jí)綜合醫(yī)院或二級(jí)?？漆t(yī)院提供的醫(yī)療服務(wù)本就不存在特別復(fù)雜和危險(xiǎn)的手術(shù)，過(guò)高的提高標(biāo)準(zhǔn)會(huì)造成投入成本過(guò)大、實(shí)際利用效率不高的局面，因此規(guī)范還是應(yīng)該有所區(qū)分。

(4)補(bǔ)充了非醫(yī)療設(shè)備的負(fù)荷等級(jí)，但是不夠全面，對(duì)于表2中所提及的客梯、生活水泵、鍋爐及換熱等設(shè)備，統(tǒng)一為二級(jí)，但是沒(méi)有提出多層建筑和高層建筑的區(qū)別。筆者認(rèn)為，超過(guò)24 m的醫(yī)療建筑應(yīng)屬于一類高層，通用性系統(tǒng)(包括給水、排水、采暖、鍋爐、客梯、安防等)還是應(yīng)該按照一級(jí)負(fù)荷來(lái)考慮。

表2 醫(yī)療建筑用電負(fù)荷分級(jí)

1.3 其他建筑設(shè)施的負(fù)荷等級(jí)

對(duì)于醫(yī)療建筑的負(fù)荷等級(jí)，還要考慮其他非醫(yī)療功能的設(shè)備，如消防設(shè)備、配套設(shè)備及人防設(shè)備等。

很多年輕設(shè)計(jì)師認(rèn)為，建筑物消防設(shè)備的負(fù)荷等級(jí)應(yīng)該與該建筑中最高等級(jí)的用電設(shè)備相同，這一觀點(diǎn)顯然是錯(cuò)誤的。醫(yī)院消防用電設(shè)施負(fù)荷等級(jí)主要取決于建筑分類，按照GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中5.1.1及10.1.1＆2條的規(guī)定:1)建筑高度＞24米的醫(yī)療建筑定性為一類高層建筑，對(duì)應(yīng)消防設(shè)備負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)。2)建筑高度≤24米的醫(yī)療建筑定性為單、多層建筑，對(duì)應(yīng)的消防設(shè)備負(fù)荷等級(jí)還需要對(duì)室外消防用水量來(lái)進(jìn)行分析:a室外消防用水量＞25L/S的醫(yī)療建筑，消防設(shè)備負(fù)荷即為二級(jí)。b室外消防用水量≤25L/S的醫(yī)療建筑，消防設(shè)備負(fù)荷即為三級(jí)。

按照GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中3.3.2條的規(guī)定:25L/S，30L/S，40L/S的區(qū)分就在于建筑體積是否＞20 000m3?？梢杂媒ㄖ队懊娣e乘以建筑高度來(lái)進(jìn)行估算。

為合理利用土地資源，綜合性醫(yī)療建筑一般會(huì)配備大型的地下空間，主要功能一般包括設(shè)備用房、后勤用房、醫(yī)療用房、地下車庫(kù)以及人防工程等。在劃分負(fù)荷等級(jí)時(shí)，還需要考慮使用功能。

其中，對(duì)于地下車庫(kù)，平時(shí)及消防負(fù)荷需要參考:1)JGJ 100-2015《車庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》中7.4.1條:平時(shí)負(fù)荷“特大型和大型車庫(kù)應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷供電，中型車庫(kù)應(yīng)按不低于二級(jí)負(fù)荷供電，小型車庫(kù)可按三級(jí)負(fù)荷供電。機(jī)械式停車設(shè)備應(yīng)按不低于二級(jí)負(fù)荷供電”。2)GB 50067-2014《汽車庫(kù)、修車庫(kù)、停車場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中9.1.1條:消防負(fù)荷“I類汽車庫(kù)、采用汽車專用升降機(jī)作車輛疏散出口的升降機(jī)用電應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷供電；II、III類汽車庫(kù)和I類修車庫(kù)應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷供電；IV類汽車庫(kù)和II、III、IV類修車庫(kù)可采用三級(jí)負(fù)荷供電”。

對(duì)于人防工程，戰(zhàn)時(shí)及消防負(fù)荷需要參考以下:1)GB 50038-2005《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》中7.2.4條:戰(zhàn)時(shí)負(fù)荷(內(nèi)容較多，不再一一敘述)。2)GB 50098-2009《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中8.1.1條:消防負(fù)荷“建筑面積大于5 000m2的人防工程，其消防用電應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷要求供電；建筑面積小于或等于5 000m2的人防工程可按二級(jí)負(fù)荷要求供電”。

綜合以上的分析，針對(duì)綜合性醫(yī)療建筑的負(fù)荷的各類情況，可以基本對(duì)各種類型的負(fù)荷進(jìn)行負(fù)荷等級(jí)劃分，并考慮通過(guò)以下負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表(參見(jiàn)表3)來(lái)一一列出。

表3 醫(yī)療建筑負(fù)荷等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

2 醫(yī)療建筑應(yīng)急供電方案

醫(yī)療建筑面對(duì)的人群主要是病患，建筑內(nèi)設(shè)置了大量涉及生命安全的用電設(shè)施及設(shè)備，此類建筑物對(duì)于供電質(zhì)量以及供電連續(xù)性要比一般建筑物高，因而應(yīng)急電源的設(shè)置將起到舉足輕重的作用。

對(duì)于建筑物應(yīng)急電源的配置，在GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中3.0.2條規(guī)定:一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電，除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源。這一供電要求在多本規(guī)范中均已明確。

而對(duì)于應(yīng)急電源的設(shè)置，GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中3.0.4條給出了四類選擇:獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組；供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用的饋電線路；蓄電池；干電池。這四類應(yīng)急電源在實(shí)際的工程中需要具體分析，例如“干電池”容量比較低，一般用于低電壓、低容量的小、微型手持設(shè)備；而“獨(dú)立于正常電源的專用的饋電線路”這一要求對(duì)于項(xiàng)目所在地的供電水平要求極高，在大多數(shù)地區(qū)都很難實(shí)現(xiàn)。

此外，對(duì)于應(yīng)急電源的選擇還應(yīng)根據(jù)允許中斷供電的時(shí)間來(lái)選擇，并應(yīng)符合下列規(guī)定:(1)允許中斷供電時(shí)間為15s以上的供電，可選擇用快速自啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組。(2)自投裝置的動(dòng)作時(shí)間能滿足允許中斷供電時(shí)間的，可選用帶有自動(dòng)投入裝置的獨(dú)立于正常電源之外的專用饋電線路。(3)允許中斷供電時(shí)間為毫秒級(jí)的供電，可選用蓄電池靜止型不間斷供電裝置或柴油機(jī)不間斷供電裝置。

在前文，筆者已經(jīng)對(duì)醫(yī)療場(chǎng)所及設(shè)施的類別與要求自動(dòng)恢復(fù)供電的時(shí)間進(jìn)行了劃分:t≤0.5s，一般在0類醫(yī)療場(chǎng)所；0.5s＜t≤15s，一般在1類醫(yī)療場(chǎng)所；t＞15s，一般在2類醫(yī)療場(chǎng)所。因此，目前快速自啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組可在15s內(nèi)投入使用；EPS及UPS等蓄電池電源切換時(shí)間為毫秒級(jí)；雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置ATS分為PC級(jí)和BC級(jí)兩種，其中PC級(jí)切換時(shí)間較短，一般為毫秒級(jí)，BC級(jí)的切換時(shí)間較長(zhǎng)，一般在1～2s左右。

按照J(rèn)GJ 312-2013《醫(yī)療建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中4.4.1規(guī)定:“三級(jí)醫(yī)院應(yīng)設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，二級(jí)醫(yī)院宜設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組”，筆者認(rèn)為，設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組與EPS及UPS等蓄電池相結(jié)合是比較合理的方案，同時(shí)合理的利用ATS裝置，在應(yīng)急供電情況下可以有多種組合方案:(1)由EPS提供應(yīng)急照明電源，電源切換時(shí)間可以滿足安全照明、疏散照明和備用照明的要求。(2)由UPS(宜在線式)提供醫(yī)療設(shè)備電源，電源切換時(shí)間可以滿足t≤0.5s的特別重要負(fù)荷。(3)在雙重市政電源的基礎(chǔ)上，由末端配電箱設(shè)置的ATS提供醫(yī)療設(shè)備電源，電源切換時(shí)間可以滿足0.5s＜t≤15s的負(fù)荷。(4)以上三種方式基本可以滿足各類負(fù)荷的電源切換時(shí)間的要求，再設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組即可滿足醫(yī)療建筑內(nèi)整體應(yīng)急負(fù)荷容量及持續(xù)供電的要求。在此基礎(chǔ)上，EPS及UPS等蓄電池的供電時(shí)間不低于15min即可，業(yè)主也可以通過(guò)應(yīng)急母線段的配置來(lái)調(diào)整各類負(fù)荷為必保負(fù)荷。

3 供配電方案

綜合前述，對(duì)一座較大規(guī)模的綜合性醫(yī)療建筑，可以提供以下供配電的參考方案。

(1)10kV高壓系統(tǒng)

盡量爭(zhēng)取采用10kV雙重市政電源供電，當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。

(2)變壓器配置

按照《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施規(guī)定(電氣2009版)》，醫(yī)療建筑單位面積負(fù)荷密度為40～70W/m2，變壓器裝置指標(biāo)為 60 ～ 100VA/m2。考慮到醫(yī)療建筑的設(shè)施配置水平越來(lái)越高，在方案設(shè)計(jì)階段可以按照較高面積指標(biāo)進(jìn)行總負(fù)荷估算，建議取值為80 VA/m2。

醫(yī)療建筑的負(fù)荷主要為照明插座、通風(fēng)空調(diào)、動(dòng)力設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備，綜合性醫(yī)院大型醫(yī)療設(shè)備較多，宜單獨(dú)采用專用變壓器，因此在建筑規(guī)模較大的項(xiàng)目上，建議變壓器按照照明、醫(yī)療、動(dòng)力、空調(diào)分成四組，便于管理。

(3)0.4 kV低壓系統(tǒng)

按照變壓器的分組配置標(biāo)準(zhǔn)，低壓系統(tǒng)可以考慮照明與醫(yī)療變壓器在低壓側(cè)進(jìn)行單母線分段，設(shè)置應(yīng)急母線段I，主要承擔(dān)火災(zāi)事故照明、弱電設(shè)施以及重要醫(yī)療設(shè)施電源；動(dòng)力與空調(diào)變壓器在低壓側(cè)進(jìn)行單母線分段，設(shè)置應(yīng)急母線段II，主要承擔(dān)消防動(dòng)力設(shè)施電源。

(4)應(yīng)急電源配置

設(shè)置可快速自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，應(yīng)在15 s內(nèi)向規(guī)定的用電負(fù)荷供電，機(jī)組容量除了需要考慮規(guī)范中列出的消防負(fù)荷、一級(jí)負(fù)荷、一級(jí)負(fù)荷中的重要負(fù)荷，還要結(jié)合醫(yī)院管理方的使用要求留出必保負(fù)荷，例如某高端民營(yíng)醫(yī)療機(jī)構(gòu)明確要求在市電失電的情況下，必須保證VIP病房區(qū)(層)的空調(diào)負(fù)荷。因此按照變壓器裝機(jī)容量的20%～30%來(lái)配置是合理的。

應(yīng)急照明負(fù)荷可設(shè)置EPS，供電時(shí)間20 min即可，對(duì)應(yīng)箱體一般設(shè)置在公共區(qū)域的配電井內(nèi)；弱電系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備可設(shè)置UPS，供電時(shí)間20 min即可，對(duì)應(yīng)箱體可設(shè)置在機(jī)房及相應(yīng)科室配電間內(nèi)。

(5)低壓配電

在建立基本的低壓配電模型時(shí)，針對(duì)醫(yī)療建筑的特殊性，應(yīng)充分滿足計(jì)量、維護(hù)管理、供電安全及可靠性的要求，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要考慮以下原則:1)照明、空調(diào)、動(dòng)力與醫(yī)療負(fù)荷分成不同的配電系統(tǒng)；2)消防設(shè)施配電宜自成系統(tǒng)；3)大容量的集中負(fù)荷以及重要負(fù)荷采用放射式供電；4)容量不大且無(wú)特殊要求時(shí)采用分區(qū)樹(shù)干式供電；5)一級(jí)負(fù)荷及重要負(fù)荷應(yīng)在最末一級(jí)配電箱處自動(dòng)切換；6)盡量按負(fù)荷等級(jí)、用途、科室來(lái)布置配電柜盤面；7)放射線設(shè)備采用專用回路供電，避免電源干擾；8)利用大電纜以及二級(jí)配電的方式可以降低變電所出線橋架填充率的壓力，同時(shí)利于線路的電壓降及線損控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)多個(gè)醫(yī)療建筑的設(shè)計(jì)案列，總結(jié)相應(yīng)的供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)醫(yī)療建筑負(fù)荷多樣性的分析，確定各類負(fù)荷的重要性并給出相應(yīng)的解決思路，希望通過(guò)本文讓年輕的電氣設(shè)計(jì)師在進(jìn)行本專業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)能夠?qū)ζ渌嚓P(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)有一定的了解，從而得出較為準(zhǔn)確的預(yù)判，最終設(shè)計(jì)出全面、安全、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)成果。