董偉杰（上海建科建筑設(shè)計院有限公司，上海 200030）

隨著生活水平的提高，人們對醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施的需求明顯增加。經(jīng)過新冠肺炎疫情影響，對醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施的需求更凸出。建筑電氣作為建筑工程中不可缺少的組成部分，在醫(yī)療建筑中意義重要。本文針對醫(yī)療建筑電氣的特點(diǎn)，結(jié)合具體工程實(shí)例，對醫(yī)療建筑電氣的設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行分析，并對后疫情時代的建筑電氣設(shè)計進(jìn)行展望。

醫(yī)療建筑電氣設(shè)計與一般民用建筑電氣設(shè)計相比，其基本理論和設(shè)計方式方法基本相同；但由于醫(yī)療建筑本身的特性（如具有涉及人身生命安全的手術(shù)室等區(qū)域，具有大型醫(yī)技診療設(shè)備等），故對供電的可靠性、用電的安全性、電能質(zhì)量等方面提出了更高的要求。

1 工程概況

銀川某醫(yī)院位于銀川市興慶區(qū)，地下 2 F，地上 17 F，總建筑面積 95 755.63 m2，建筑總高 73.5 m。病房床位 500 個，定位為三級甲等醫(yī)院。

地下層為設(shè)備用房及地下車庫。地上 1～5 F 為醫(yī)院核心功能區(qū)域，分布著急診區(qū)、重癥區(qū)、手術(shù)區(qū)、產(chǎn)科、醫(yī)技區(qū)等。地上 6～17 F 為病房區(qū)，并附屬配套辦公區(qū)。 本工程設(shè)計時間為 2016 年，已于 2019 年施工完成并正式投入使用。

2 電氣配電系統(tǒng)設(shè)計概述及分析

2.1 負(fù)荷等級

本工程為一類高層三級甲等醫(yī)療建筑，根據(jù)國家相關(guān)電氣規(guī)范對醫(yī)療建筑進(jìn)行負(fù)荷分級并結(jié)合工程實(shí)際情況，本工程用電負(fù)荷分級如表 1 所示。

表1 銀川某醫(yī)院工程用電負(fù)荷分級表

2.2 供電電源

根據(jù)建筑物性質(zhì)及用電負(fù)荷等級要求，本工程設(shè)置 3 種供電電源，分別為市政 10 kV 供電電源、柴油發(fā)電機(jī)自備應(yīng)急電源、不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）。

2.2.1 市政 10 kV 電源

市政 10 kV 電源具有供電可靠性高、電能穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。建筑電氣設(shè)計中常作為主用電源。

本工程采用市政 10 kV 電源作為主用電源，引入 2 路相互獨(dú)立的市政 10 kV 雙重電源。2 路 10 kV 電源同時工作，互為備用。要求當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不能同時受到損壞，并且每路電源均能承擔(dān)本工程全部一、二級負(fù)荷。

本工程 2 路 10 kV 電源進(jìn)線從項目地塊的南側(cè)穿管埋地至設(shè)在地下一層變電所高壓進(jìn)線柜。

2.2.2 柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源

柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源作為應(yīng)急備用電源，在市政主電源斷電狀態(tài)下可以提供應(yīng)急供電電源，具有供電持續(xù)時間長、電能相對穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，適宜作為醫(yī)療建筑的主要應(yīng)急電源。

本工程在地下一層設(shè)置一臺 700 kW 柴油發(fā)電機(jī)組，作為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷的應(yīng)急電源。要求其他負(fù)荷及備用電源的負(fù)荷嚴(yán)禁接入應(yīng)急供電系統(tǒng)；柴油發(fā)電機(jī)組配有電壓自動調(diào)整裝置、快速自啟動裝置及電源自動切換裝置，能自動啟動，并在 15 s 內(nèi)向規(guī)定的用電負(fù)載供電；應(yīng)急電源與正常電源之間設(shè)置機(jī)械及電氣連鎖，采取防止并列運(yùn)行的措施。

本項目定位為三級甲等醫(yī)院，柴油發(fā)電機(jī)的供油時間要求大于 24 h。為解決供油時間，設(shè)計在柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)置儲油量為 1 m3的儲油間；經(jīng)確認(rèn)，項目附近有加油站可以為本工程提供 24 h 用油來源。從經(jīng)濟(jì)合理性考慮，本工程采用加油站供油，不再另設(shè)室外埋地儲油罐。

2.2.3 不間斷電源

不間斷電源作為應(yīng)急備用電源的一種，具有供電不間斷的優(yōu)點(diǎn)，在市政主電源斷電狀態(tài)且柴油發(fā)電機(jī)未起動的時間內(nèi)，可以為要求自動恢復(fù)供電時間在 0.5 s 內(nèi)的醫(yī)療場所（本項目中為產(chǎn)房、手術(shù)室、急診、重癥等）提供有保障的不間斷供電，保證手術(shù)等涉及人身生命安全的設(shè)施或場所能夠正常運(yùn)行。

不間斷電源也存在供電持續(xù)性短，內(nèi)部蓄電池容量衰減等不利因素。故本工程設(shè)計要求不間斷電源裝置(UPS)應(yīng)急供電時間 ≥3 h。后續(xù)可由柴油發(fā)電機(jī)取代。

本次設(shè)計 UPS 采用集中設(shè)置，機(jī)房分別設(shè)置在地下 1 層及南區(qū) 6 F 設(shè)備層。

2.3 10/0.4 kV 變配電系統(tǒng)

2.3.1 變壓器選擇

本工程總安裝容量：9355 kW。擬設(shè)置 5 臺 10/0.4 kV 干式變壓器，變壓器總安裝容量為 7 200 kVA，其中 1 臺 2 000 kVA 變壓器供電于制冷機(jī)房，2 臺 1 600 kVA 和 2 臺 1 000 kVA 變壓器兩兩成組互為備用用于主樓的供電。變壓器均為SCB 13 節(jié)能型干式變壓器，采用 Dyn 11 接線方式，變壓器柜體防護(hù)等級采用 IP 30。

2.3.2 高低壓供電系統(tǒng)結(jié)線形式及運(yùn)行方式

醫(yī)院項目由于斷電會涉及人身生命安全的特殊性，設(shè)計在當(dāng)?shù)毓╇姽驹试S的情況下盡量采用保證本工程供電可靠性高的供電形式。

高壓部分 10 kV 配電系統(tǒng)采用單母線分段運(yùn)行方式，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，兩路電源同時工作，互為備用。當(dāng)一路電源故障時，通過手動及自動操作聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由另一路電源負(fù)擔(dān)全部一、二級負(fù)荷。當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不能同時受到損壞。 高壓主進(jìn)開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間設(shè)電氣聯(lián)鎖，任何情況下只能合其中的兩個開關(guān)。

低壓部分盡量減少不必要的級數(shù)設(shè)置，以“最簡單即為最可靠”為原則，減少多余級數(shù)的設(shè)置。本工程變壓器接線采用分列運(yùn)行方式，中間設(shè)母聯(lián)開關(guān)。當(dāng)一路電源故障或一臺變壓器故障時手動投入母聯(lián)開關(guān)，母聯(lián)開關(guān)投入時自動斷開非保證負(fù)荷，以保證變壓器正常工作。低壓主進(jìn)線開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間設(shè)電氣聯(lián)鎖，任何情況下只能閉合其中的兩個開關(guān)。

2.3.3 改善電能質(zhì)量

醫(yī)療建筑中除存在節(jié)能熒光燈、變頻設(shè)備等常見諧波源外，還存在其他一般民用建筑不具有的特殊諧波源，如為滿足涉及人身生命安全的設(shè)備和場所不間斷供電要求，設(shè)置的 UPS；醫(yī)技區(qū)設(shè)置的“電子計算機(jī)斷層掃描（Computed Tomography， CT）、數(shù)字X線攝影術(shù)（Digital Radiography ，DR）、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI ）”等醫(yī)院所需要的醫(yī)療診療設(shè)備等。

由于診療設(shè)備大多數(shù)為精密電子設(shè)備，具有價格昂貴，后期維護(hù)成本高等特點(diǎn)；故醫(yī)療建筑需重視電能質(zhì)量，以減小電壓、諧波等對診療設(shè)備造成的損耗。

基于以上分析，設(shè)計采用設(shè)置低壓側(cè)集中無功補(bǔ)償裝置加有源濾波裝置的組合方式，用以減少諧波危害，提升電能質(zhì)量。由于有源濾波裝置造價較昂貴，設(shè)計建議建設(shè)方在實(shí)測之后選擇合適的有源濾波裝置。

3 對設(shè)計不合理的思考及后續(xù)醫(yī)療項目的改進(jìn) 措施

3.1 實(shí)際工程施工中遇到的問題及原因分析

本工程實(shí)際施工過程中遇到的最大的問題是電纜橋架偏小，電纜溢出問題。如圖 1 所示。

圖1 電纜溢出電纜橋架

針對此問題，分析設(shè)計原因如下所示。

(1) 電氣管線豎向路由的設(shè)置考慮不周。醫(yī)療建筑中存在較多的一級負(fù)荷用電設(shè)備（手術(shù)室、診療設(shè)備等），為保證此類用電設(shè)備的供電可靠性，它們大多數(shù)為雙電源放射式供電，存在數(shù)量較多的電力電纜。設(shè)計過程中忽略了電纜較多的情況，電纜路由的設(shè)置僅僅是按照每個防火分區(qū)設(shè)置一個電氣間（井）的一般常規(guī)方式，且電氣間（井）的使用面積較緊張，余量不足，導(dǎo)致電纜溢出橋架。

(2) UPS 采用集中設(shè)置于地下室 UPS 機(jī)房，造成 UPS 供電電纜過于集中，加劇了電氣間（井）的承載力。

(3) 區(qū)域二級配電柜（箱）設(shè)置過于集中，導(dǎo)致大量的三級配電柜（箱）進(jìn)線電源電纜集中在一個區(qū)域電纜橋架內(nèi)，加劇了電氣間（井）的承載力。

3.2 后續(xù)醫(yī)療項目的改進(jìn)措施

針對項目實(shí)際施工過程中遇到的問題，對后續(xù)醫(yī)療項目設(shè)計提出如下幾點(diǎn)改進(jìn)措施。

(1) 設(shè)計思路不能僅僅局限于一般民用建筑的電氣設(shè)計思維，須考慮到醫(yī)療建筑的特殊性。

(2) 針對醫(yī)療建筑一級負(fù)荷多、電纜使用量大的情況。設(shè)計須合理考慮設(shè)備配電路由；配電設(shè)備宜就近，分區(qū)域合理敷設(shè)電源電纜，避免電纜大規(guī)模集中敷設(shè)。

(3) UPS 不間斷電源采取分層分區(qū)域，就地設(shè)置機(jī)房，摒棄集中大容量 UPS 機(jī)房的設(shè)置方式。

(4) 電氣間（井）適當(dāng)增大使用面積，預(yù)留空位，方便后續(xù)施工操作。

4 結(jié) 語

2019 年末暴發(fā)新冠肺炎疫情，目前全球多地還處在對抗疫情的“戰(zhàn)役”中。疫情的出現(xiàn)使各地醫(yī)療資源凸顯緊缺。我國在抗擊疫情中取得了巨大勝利，以中國速度在武漢建設(shè)了“火神山”“雷神山”醫(yī)院。

后疫情時代，基礎(chǔ)醫(yī)療設(shè)施的建設(shè)需要結(jié)合疫情特點(diǎn)，充分發(fā)揮建筑機(jī)電在防治傳染病中的作用。設(shè)計過程中，須考慮傳染病發(fā)生時的機(jī)電設(shè)備轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)性，達(dá)到其在平時作為普通醫(yī)療設(shè)施使用，緊急情況可快速轉(zhuǎn)換成防治傳染病的醫(yī)療設(shè)施。

現(xiàn)代社會是科技信息時代，醫(yī)療設(shè)施的建設(shè)過程中需要充分利用信息技術(shù)，通過大數(shù)據(jù)、人工智能化等實(shí)現(xiàn)對適時疫情，人行軌跡的監(jiān)控。武漢的方艙醫(yī)院，已通過智能手環(huán)、智能佩戴裝置，適時跟蹤患者的行走軌跡，有效快速地判斷出患者接觸過哪些人，有助于方便快速治療。

后疫情時代，電氣設(shè)計須緊跟時代發(fā)展，不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)新方法，在新時代充分發(fā)揮自身作用。