張 健，杜 莉

（中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

隨著建設(shè)技術(shù)水平的提升，醫(yī)院潔凈空間的比例在不斷上升，對(duì)空氣潔凈度級(jí)別的要求也在不斷提高。影響凈化空間空氣潔凈度的專業(yè)系統(tǒng)很多，其中暖通系統(tǒng)的權(quán)重最大，暖通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果直接影響潔凈空間的使用性能。在設(shè)計(jì)過程中利用BIM 技術(shù)的三維可視化、建筑信息分析等功能，對(duì)改善暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一些應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

某醫(yī)院項(xiàng)目潔凈區(qū)域面積約25 000m2，包括DSA 手術(shù)室、PCR 實(shí)驗(yàn)室、EICU（急診重癥監(jiān)護(hù)室）、NICU（新生兒重癥監(jiān)護(hù)室）、綜合內(nèi)科ICU、綜合外科ICU、神經(jīng)外科ICU、透析中心、內(nèi)鏡中心、口腔種植室、眼科手術(shù)室、消毒供應(yīng)室、生殖中心、層流病房、干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室等多種潔凈級(jí)別的醫(yī)療科室。

本項(xiàng)目機(jī)電工程專業(yè)眾多，管線密集，包括凈化空調(diào)系統(tǒng)、非凈化暖通系統(tǒng)、暖通水系統(tǒng)、醫(yī)用氣體系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。

2 醫(yī)院潔凈空間特點(diǎn)

按照GB 50333-2013《潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》中的定義，潔凈區(qū)是指凡有Ⅳ級(jí)及以上潔凈度要求的區(qū)域均為潔凈區(qū)，即在空態(tài)或靜態(tài)下，潔凈用房等級(jí)為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)的空間為潔凈空間。

基于現(xiàn)行潔凈級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)院潔凈空間對(duì)空氣潔凈度和細(xì)菌濃度有嚴(yán)格的要求，和其他區(qū)域相比，潔凈空間有如下特點(diǎn)。

1）醫(yī)院潔凈空間按照不同的級(jí)別和功能，需要滿足特定的技術(shù)指標(biāo)，這些技術(shù)指標(biāo)主要為工作區(qū)平均風(fēng)速、最小換氣次數(shù)、溫度、最小新風(fēng)量等。

2）潔凈空間相互之間需要有適當(dāng)壓差。不同級(jí)別的相互連通的潔凈空間，潔凈度級(jí)別高的用房應(yīng)對(duì)低的用房保持正壓；相同級(jí)別的相互連通的潔凈空間，也應(yīng)有壓差以保證要求的氣流方向。

3）潔凈手術(shù)部為潔凈要求最高的醫(yī)療用房，潔凈手術(shù)部平面必須分為潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)，二者之間的聯(lián)絡(luò)必須設(shè)緩沖室或傳遞窗。

4）潔凈空間的溫度調(diào)節(jié)一般靠?jī)艋照{(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，Ⅲ級(jí)以上的潔凈手術(shù)室和Ⅱ級(jí)以上的潔凈輔助用房?jī)?nèi)不得設(shè)置采暖散熱器和地板采暖系統(tǒng)。

5）潔凈空間與污染空間應(yīng)分區(qū)域單獨(dú)設(shè)置，且污染空間需要保持一定負(fù)壓。

3 暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于潔凈空間的重要性

醫(yī)院潔凈空間的設(shè)計(jì)有兩個(gè)重點(diǎn)，即醫(yī)療工藝設(shè)計(jì)與潔凈暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)。醫(yī)療工藝設(shè)計(jì)是通過對(duì)醫(yī)院內(nèi)各個(gè)醫(yī)療功能單元之間與單元內(nèi)部流程的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療公共潔凈空間與醫(yī)療潔凈用房的功能。潔凈暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過對(duì)采暖、通風(fēng)、空調(diào)等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)潔凈空間的凈化要求。暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于潔凈空間的重要性主要體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面。

3.1 調(diào)節(jié)潔凈空間的溫度

目前，醫(yī)院建筑潔凈空間的溫度調(diào)節(jié)主要采用中央空調(diào)集中冷熱源的形式。首先，潔凈空間需要獨(dú)立于普通空間和污染空間的凈化空調(diào)系統(tǒng)，以確?？諝鉂崈舳龋黄浯?，一定等級(jí)的潔凈手術(shù)室和潔凈輔助用房不得設(shè)置普通空間的采暖設(shè)施，一方面為了防止墻面或地面附著的空氣微粒升騰影響空氣潔凈度，另一方面空調(diào)機(jī)組的單獨(dú)調(diào)節(jié)比空調(diào)與采暖的混合調(diào)節(jié)更精準(zhǔn)、穩(wěn)定，可以更好地滿足潔凈空間嚴(yán)格的溫度要求。

3.2 保持空氣潔凈

為了滿足大型或可能影響病患生命健康的手術(shù)、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、無(wú)菌品庫(kù)等環(huán)境控制要求，醫(yī)院會(huì)設(shè)置潔凈空間。對(duì)于潔凈空間，在空態(tài)或靜態(tài)下，產(chǎn)生微粒和細(xì)菌的頻率與濃度比正常使用狀態(tài)低，所以持續(xù)除塵和除菌是保證凈化空氣的關(guān)鍵。

潔凈空間的暖通系統(tǒng)采用阻隔式空氣凈化裝置，在保證凈化空氣的前提下，不會(huì)產(chǎn)生且不會(huì)被傳播有害物質(zhì)，防止細(xì)菌產(chǎn)生的代謝物或病毒、細(xì)菌的尸體造成過敏或二次感染。不僅如此，為了防止沉降的微粒與微生物再次揚(yáng)起污染空氣，潔凈空間的氣流方向與微生物、微粒的沉降方向一致。

3.3 提供正壓環(huán)境

潔凈空間需要對(duì)相鄰無(wú)潔凈要求的普通空間或低級(jí)別的潔凈空間保持一定程度的正壓，持續(xù)提供凈化后的新風(fēng)是保持正壓的常用手段。當(dāng)人或物穿越不同潔凈要求的空間時(shí)，必然產(chǎn)生空氣流動(dòng)，如果潔凈要求高的空間與外界是無(wú)壓或負(fù)壓狀態(tài)，外界的空氣會(huì)進(jìn)入潔凈空間內(nèi)造成污染，所以潔凈空間必須維持正壓環(huán)境且正壓壓強(qiáng)需要滿足規(guī)范要求。

4 潔凈空間暖通設(shè)計(jì)存在的問題

4.1 空間氣流設(shè)計(jì)不合理

4.1.1 氣流組織形式不合理

潔凈空間氣流組織形式主要有3 種：?jiǎn)蜗蛄?、非單向流和混合流?？諝鉂崈舳燃?jí)別要求高的潔凈空間主要采取單向流，常規(guī)單向流形式為水平單向流和垂直單向流。潔凈手術(shù)室常用上送下回的垂直單向流，避免采用上送上回的氣流組織，防止空間內(nèi)的污染物不能及時(shí)排出造成二次污染。

4.1.2 回風(fēng)口設(shè)計(jì)不合理

1）回風(fēng)口位置設(shè)計(jì)不當(dāng) 在醫(yī)院的凈化暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，引起潔凈空間內(nèi)氣流異常的常見原因是回風(fēng)口位置安排不合理?；仫L(fēng)口位置設(shè)計(jì)不當(dāng)一方面可能會(huì)導(dǎo)致潔凈室內(nèi)氣流方向不符合要求，進(jìn)而影響空氣潔凈度；另一方面可能會(huì)降低回風(fēng)效率，增加設(shè)備能耗。

2）回風(fēng)口數(shù)量或規(guī)格設(shè)計(jì)不當(dāng) 如果回風(fēng)口的數(shù)量過少或者尺寸過小，會(huì)引起室內(nèi)正壓壓強(qiáng)過大，新風(fēng)會(huì)從有縫隙的部位溢出，增加空間噪音與整體暖通系統(tǒng)能耗。

4.2 負(fù)荷設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確

在目前節(jié)能減排的綠色設(shè)計(jì)理念下，暖通設(shè)計(jì)需要充分考慮系統(tǒng)能耗。基于潔凈室相關(guān)的國(guó)家強(qiáng)制性規(guī)范要求，設(shè)計(jì)時(shí)為了避免技術(shù)參數(shù)不足，一般采用較高的設(shè)計(jì)系數(shù)，潔凈空間的空調(diào)設(shè)計(jì)往往存在設(shè)計(jì)負(fù)荷偏大的情況，增加了不必要的建設(shè)成本和運(yùn)維成本。

4.3 設(shè)計(jì)難以落地施工

由于潔凈空間對(duì)凈化空氣要求高，所以風(fēng)管尺寸往往比較大；而且醫(yī)院尤其是手術(shù)用房區(qū)域，機(jī)電工程專業(yè)多，專業(yè)內(nèi)部管線種類和數(shù)量多。以本項(xiàng)目為例，暖通風(fēng)系統(tǒng)包括新風(fēng)、送風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)等，暖通水系統(tǒng)包括空調(diào)熱供水、空調(diào)熱回水、空調(diào)冷供水、空調(diào)冷回水、加濕器蒸汽、空調(diào)冷媒等，此外還有電氣、給排水、醫(yī)用氣體、消防、防排煙系統(tǒng)等。在這種嚴(yán)苛的施工空間下，如果設(shè)計(jì)師未充分與掌握其他專業(yè)情況，可能造成單專業(yè)設(shè)計(jì)未統(tǒng)籌全局空間，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙難以施工的情況。

5 BIM技術(shù)的應(yīng)用

5.1 各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

目前BIM工作模式協(xié)同設(shè)計(jì)主要有兩種模式。

1）在潔凈空間機(jī)電工程設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)專業(yè)至少配備一名BIM 工程師，基于軟件的協(xié)同工作模式，所有BIM 工程師在同一模型中工作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)反饋至專業(yè)設(shè)計(jì)師，專業(yè)設(shè)計(jì)師修改后再反饋至BIM 工程師進(jìn)行修改，最后由各專業(yè)設(shè)計(jì)師分別出圖。

2）機(jī)電專業(yè)設(shè)計(jì)師具備BIM 設(shè)計(jì)能力，所有設(shè)計(jì)師通過BIM 正向設(shè)計(jì)的形式，利用BIM軟件協(xié)同設(shè)計(jì)，即時(shí)溝通與修改，最后利用BIM模型分專業(yè)出圖。

這兩種工作模式各有利弊。第一種模式中，每次修改至少需要專業(yè)內(nèi)兩次溝通與反饋，相比第二種協(xié)同效率較低；第二種模式中，目前BIM軟件的出圖參數(shù)參差不齊，而且設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)出的圖紙與CAD 直接繪制的圖紙不同，還需要在CAD 中進(jìn)行二次修改才能達(dá)到藍(lán)圖的標(biāo)準(zhǔn)，相比第一種出圖效率與質(zhì)量較低。為了確保一次出圖，本項(xiàng)目采用第一種協(xié)同模式，避免了單專業(yè)相對(duì)孤立的設(shè)計(jì)，降低了圖紙?jiān)跈C(jī)電安裝中的落地實(shí)施難度，如圖1。

圖1 局部BIM協(xié)同模型

5.2 基于Revit計(jì)算負(fù)荷校核設(shè)計(jì)參數(shù)

在Revit 模型中，對(duì)潔凈房間放置“分析空間”，以便計(jì)算模型內(nèi)的體積，此分析空間包括房間、正壓送風(fēng)系統(tǒng)和墻槽。添加分析空間可以對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行空間標(biāo)記，為空間指定類型，如醫(yī)院手術(shù)室等，添加體積、房間面積、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等空間參數(shù)信息并對(duì)房間進(jìn)行命名和編碼。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況對(duì)潔凈空間設(shè)置參數(shù)，為暖通系統(tǒng)模型添加流量參數(shù)，設(shè)定空間的條件參數(shù)如照明負(fù)荷密度、每小時(shí)換氣次數(shù)等，Revit 按照ASHRAE 的標(biāo)準(zhǔn)與方法，計(jì)算新風(fēng)量，也可設(shè)定人員信息如人員數(shù)量，人均面積等參數(shù)計(jì)算每人的新風(fēng)量、單位面積的新風(fēng)量，如圖2。

圖2 空間參數(shù)設(shè)置

正常情況下，室內(nèi)正壓在5～10Pa 之間即可滿足規(guī)范要求，如果正壓壓強(qiáng)過大不僅增加新風(fēng)泄露的風(fēng)險(xiǎn)，而且會(huì)降低設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。潔凈空間新風(fēng)量的計(jì)算在醫(yī)院凈化工程中有很重要的意義。利用軟件計(jì)算的新風(fēng)量，設(shè)計(jì)人員可以作為校核計(jì)算風(fēng)量的依據(jù)，避免設(shè)計(jì)負(fù)荷過大造成浪費(fèi)。

5.3 三維可視化復(fù)核設(shè)計(jì)方案

5.3.1 BIM預(yù)施工

利用BIM 軟件三維可視化的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行“BIM 預(yù)施工”提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題。首先整合全專業(yè)BIM 設(shè)計(jì)模型，通過碰撞檢查導(dǎo)出碰撞報(bào)告，提前發(fā)現(xiàn)機(jī)電各專業(yè)之間、機(jī)電與建筑結(jié)構(gòu)之間的硬碰撞，設(shè)計(jì)師可以通過修改設(shè)計(jì)提前解決。

5.3.2 豎向凈空分析

根據(jù)GB 50333-2013《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》，潔凈手術(shù)部的凈高不宜低于2.7m。通過豎向凈空分析，確定管線密集關(guān)鍵區(qū)域的凈使用空間高度，潔凈空間的風(fēng)管一般尺寸較大、數(shù)量多，一旦凈空不滿足規(guī)范要求，可以采用降低風(fēng)管高度、改變其他專業(yè)管道走向等方法解決，如圖3。

圖3 豎向凈空調(diào)整效果

5.3.3 氣流組織形式方案對(duì)比

Autodesk CFD 與Revit 的交互建立分析模型，基于模型的風(fēng)口末端的位置與尺寸，利用某方向截面流體速度分布圖，可以直觀的看到空間內(nèi)的氣流方向。例如手術(shù)室區(qū)域，手術(shù)床一定范圍內(nèi)必須是層流才能保證手術(shù)所需的空氣潔凈度，氣流組織或者回風(fēng)口的位置不合理，可以直接反映在分布圖上，便于驗(yàn)證修改。

6 結(jié)語(yǔ)

醫(yī)院潔凈空間區(qū)別于其他空間，對(duì)暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)范化和準(zhǔn)確性要求很高，BIM 作為輔助設(shè)計(jì)的工具，為氣流組織不合理、設(shè)計(jì)負(fù)荷不準(zhǔn)確、圖紙難以落地實(shí)施等設(shè)計(jì)問題提供了新的解決思路，在提高設(shè)計(jì)整合效率，完善設(shè)計(jì)流程、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的道路上開拓了新的方向。