陳星任，馬航，黎欣怡，王墨晗

0 引言

醫(yī)療建筑是最復(fù)雜的民用建筑之一。隨著醫(yī)學(xué)模式和技術(shù)的快速發(fā)展，以及社會(huì)、城市和自然環(huán)境的不斷變化，學(xué)科融合、智慧醫(yī)療、包容性環(huán)境、院城融合、雙碳綠色等關(guān)鍵詞涌入醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)之中，一時(shí)間加劇了相關(guān)研究的復(fù)雜性。此外，醫(yī)療建筑與人民健康和社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)，對(duì)其進(jìn)行可持續(xù)的、精細(xì)化的設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。相比于其他類型的建筑，醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)是更加理性的[1]6，其過(guò)程強(qiáng)烈依賴相關(guān)研究得到的證據(jù)。既往的醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)研究多在環(huán)境行為學(xué)的基本理論和方法框架下實(shí)施，但傳統(tǒng)的環(huán)境行為數(shù)據(jù)受到渠道、容量、獲取成本和客觀性的制約，難以應(yīng)對(duì)當(dāng)下高度復(fù)雜和精細(xì)化的設(shè)計(jì)需求。

智慧醫(yī)療的介入為打破這一僵局帶來(lái)了新的工具——時(shí)空行為數(shù)據(jù)。時(shí)空行為數(shù)據(jù)（spatio-temporal behavior data）是由攜帶時(shí)間和空間標(biāo)簽的個(gè)體活動(dòng)數(shù)據(jù)形成的集合。它可以用來(lái)研究醫(yī)護(hù)人員、患者及其陪同者如何隨時(shí)間推移使用診療空間，以及他們?cè)谄渲械囊苿?dòng)和分布情況。相比于傳統(tǒng)的環(huán)境行為數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)的獲取和分析效率更高、動(dòng)態(tài)性更強(qiáng)、時(shí)效性更好，可以覆蓋更大的空間、更長(zhǎng)的時(shí)間、更廣的人群[2]。由于優(yōu)勢(shì)突出，面向醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)的時(shí)空行為數(shù)據(jù)應(yīng)用研究不斷涌現(xiàn)，其中大量研究成果具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值?？紤]到當(dāng)下缺乏對(duì)這部分研究的系統(tǒng)性梳理，本文基于Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫(kù)和中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，歸納了在醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)研究中應(yīng)用時(shí)空行為數(shù)據(jù)的方法和主題，并建立了相應(yīng)的研究框架，以期為今后的相關(guān)研究與實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)和方法啟示。

1 應(yīng)用時(shí)空行為數(shù)據(jù)能夠解決的醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題

醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)安全、高效的醫(yī)療流程，在此基礎(chǔ)上還可通過(guò)設(shè)計(jì)手段優(yōu)化醫(yī)患體驗(yàn)、增強(qiáng)建筑應(yīng)變能力、包容更多弱勢(shì)群體、提升建筑性能并節(jié)約能源。著名醫(yī)療建筑師谷建將醫(yī)療建筑視為復(fù)雜的“交通建筑”，并指出其設(shè)計(jì)中的根本問(wèn)題是處理好多種流線的關(guān)系[1]34。時(shí)空行為數(shù)據(jù)及其分析方法支持在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的患者、醫(yī)護(hù)、陪護(hù)、物品等主體的復(fù)雜流線進(jìn)行深度剖析，進(jìn)而幫助設(shè)計(jì)師定量地明確診療空間的位置關(guān)系和規(guī)模，從而為醫(yī)療建筑的策劃、設(shè)計(jì)、評(píng)估和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，以達(dá)成安全、高效、應(yīng)變、包容、綠色的設(shè)計(jì)目標(biāo)。其中大量的研究是從效率角度出發(fā)的，主要針對(duì)患者和醫(yī)護(hù)人員兩種人群。例如，有研究基于急診患者的電子病例數(shù)據(jù)挖掘其活動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而將患者通行效率與搬遷成本、設(shè)計(jì)偏好進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，優(yōu)化建筑布局[3]，還有研究以減少患者的等待和擁擠為目標(biāo)，對(duì)急診診室數(shù)量[4]、等候座椅數(shù)量[5]或影像科等候區(qū)的規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)[6]。而針對(duì)醫(yī)護(hù)人員的研究多聚焦手術(shù)室、護(hù)理單元等，例如有研究基于手術(shù)室內(nèi)的視頻影像數(shù)據(jù)提出減少工作流線干擾的手術(shù)室布局優(yōu)化方案[7]，還有研究通過(guò)對(duì)護(hù)士的時(shí)空行為進(jìn)行分析提出護(hù)理單元的布局優(yōu)化策略[8]。在效率角度之外，還有研究從安全角度出發(fā)，例如在急診通過(guò)控制患者的密集度、鄰近度和接觸時(shí)長(zhǎng)提出感染防控策略[9]。此外，還有一部分實(shí)證研究為新醫(yī)療模式與技術(shù)，以及突發(fā)公共衛(wèi)生事件影響下的醫(yī)療建筑應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。例如，有研究揭示了智慧醫(yī)療下的患者醫(yī)療流程和行為規(guī)律[10]，還有研究揭示了新冠疫情期間急診患者醫(yī)療流程的變化[11]。在包容性設(shè)計(jì)方面，傳感器自動(dòng)獲取的時(shí)空行為數(shù)據(jù)有助于追蹤不便溝通或觀察的人群，例如嬰兒[12]、老年人或急診患者[13]。此外，時(shí)空行為數(shù)據(jù)還可以支持考慮人群行為的綠色醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)[14]。

2 時(shí)空行為數(shù)據(jù)的獲取方法

在醫(yī)療建筑智慧化的支持下，時(shí)空行為數(shù)據(jù)除了傳統(tǒng)的人工途徑，當(dāng)下更多地從傳感器自動(dòng)途徑獲取。由于人工途徑的應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)且技術(shù)成熟，本文僅對(duì)其進(jìn)行概述。同時(shí)，本文將詳細(xì)闡述來(lái)源更廣、獲取效率更高、動(dòng)態(tài)性能更好的傳感器自動(dòng)獲取方法。

2.1 人工獲取——觀察與調(diào)查

人工獲取時(shí)空行為數(shù)據(jù)的方法主要有觀察法和調(diào)查法。觀察法是指研究者在特定時(shí)間段或區(qū)域內(nèi)，使用符號(hào)和文字注記對(duì)觀察對(duì)象的位置、軌跡、行為等內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察并記錄的方法。例如，用曲線描繪護(hù)士在各房間之間的移動(dòng)軌跡，用點(diǎn)標(biāo)記護(hù)士間的交流互動(dòng)[15]。最近，研究者也開(kāi)始使用智能設(shè)備收集和存儲(chǔ)觀察數(shù)據(jù)。例如，使用平板電腦中的程序記錄醫(yī)患數(shù)量、活動(dòng)內(nèi)容、位置和持續(xù)時(shí)間[16]，或使用基于ArcGIS 平臺(tái)的行為觀察工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)患行為時(shí)空信息的實(shí)時(shí)記錄與數(shù)據(jù)同步[17-18]。觀察法可獲得相對(duì)精確的行為信息，但是人力、時(shí)間成本較高，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集。

調(diào)查法一般通過(guò)活動(dòng)日志、時(shí)間利用日志獲取目標(biāo)人群的基本信息以及某段時(shí)間內(nèi)的出行和活動(dòng)信息，包括活動(dòng)內(nèi)容、起止時(shí)間、位置、交通方式等[19]。如今，調(diào)查法的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，因此容易實(shí)施。但是，其缺陷是數(shù)據(jù)來(lái)源于被調(diào)查者的主觀記憶，有可能會(huì)因其遺忘或失誤產(chǎn)生偏差[20]。而且調(diào)查的規(guī)模也受人力和時(shí)間成本的限制，使研究的數(shù)據(jù)容量、客觀程度和復(fù)雜程度都受到一定制約。

2.2 自動(dòng)獲取——傳感器采集

通過(guò)傳感器自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)的方式一定程度上能夠突破人工采集在數(shù)據(jù)規(guī)模、客觀性、獲取成本與效率等方面的局限性，因此該方式越來(lái)越受到研究者的青睞。常用的數(shù)據(jù)來(lái)源主要包括視頻影像、無(wú)線定位和醫(yī)療信息系統(tǒng)。

2.2.1 視頻影像

視頻影像可以從現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)中提取或通過(guò)布置攝像機(jī)進(jìn)行采集，其中蘊(yùn)含著豐富的人群行為和環(huán)境信息，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)算法將其編碼為時(shí)空行為數(shù)據(jù)。這類數(shù)據(jù)的定位精度高，可以支持多角度的研究[21-22]。然而，視頻影像數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)在于存儲(chǔ)占用量大、分析計(jì)算量大，對(duì)軟件和編碼算法要求較高。該方法已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中使用并獲得認(rèn)可。例如周穎等對(duì)急診連續(xù)24h 監(jiān)控視頻中663 名患者的時(shí)空行為數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，從中獲得了患者和陪同人數(shù)、到達(dá)與停留時(shí)間等信息[13]。Bayramzadeh 等對(duì)手術(shù)室中的25 例手術(shù)視頻進(jìn)行編碼，提取了包括外科手術(shù)團(tuán)隊(duì)成員的位置、活動(dòng)內(nèi)容和流線干擾等信息[23]。

2.2.2 無(wú)線定位

隨著室內(nèi)無(wú)線定位技術(shù)的發(fā)展，在醫(yī)療建筑內(nèi)可借助Wi-Fi、RFID 射頻識(shí)別、藍(lán)牙、ZigBee、UWB超寬帶等無(wú)線定位技術(shù)獲取醫(yī)護(hù)人員和患者的實(shí)時(shí)位置信息，同時(shí)完成數(shù)據(jù)記錄任務(wù)[24-25]。其中，Wi-Fi 定位技術(shù)依靠布設(shè)于建筑中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，借助智能手機(jī)或集成定位標(biāo)簽的手環(huán)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的軌跡追蹤。該技術(shù)適用范圍廣且成本低廉，已用于追蹤嬰兒[12]和醫(yī)護(hù)人員的軌跡[26]。RFID（Radio-Frequency Identification）無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)能夠基于非接觸雙向通信實(shí)現(xiàn)快速定位或跟蹤攜帶電子標(biāo)簽的物品、人員[27-28]。該技術(shù)具有識(shí)別距離遠(yuǎn)、標(biāo)簽成本低且方便攜帶等優(yōu)點(diǎn)。藍(lán)牙定位技術(shù)通過(guò)預(yù)先布置藍(lán)牙信號(hào)節(jié)點(diǎn)并讓人員佩戴信號(hào)發(fā)射器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。由于藍(lán)牙信號(hào)在小尺度的環(huán)境中更穩(wěn)定，因此更適用于追蹤大廳、走廊和病房等室內(nèi)場(chǎng)所中的軌跡[29-30]。ZigBee 定位技術(shù)是一種短距離、低功率的雙向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可用于醫(yī)患行為數(shù)據(jù)采集[31]。該技術(shù)成本低、延時(shí)短，可以讓醫(yī)患攜帶便攜式終端來(lái)實(shí)時(shí)采集定位數(shù)據(jù)[32]。UWB（Ultra-Wideband）超寬帶定位技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、信號(hào)穿透力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，適用于在人員密集的場(chǎng)所中進(jìn)行高精度定位數(shù)據(jù)采集。但是該技術(shù)的基站布設(shè)和硬件成本較高，目前只能在小區(qū)域內(nèi)使用，常用于患者、嬰兒、醫(yī)療器材、醫(yī)療廢物的時(shí)空定位數(shù)據(jù)采集[33]。

2.2.3 醫(yī)療信息系統(tǒng)

醫(yī)療信息系統(tǒng)（Hospital Information System，簡(jiǎn)稱HIS）是利用計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)對(duì)醫(yī)院各階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合采集、加工與管理的自動(dòng)化系統(tǒng)。從中提取的電子病例數(shù)據(jù)（Electronic Medical Record，簡(jiǎn)稱EMR）來(lái)源于實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄，能夠完整呈現(xiàn)患者的個(gè)人信息和就診過(guò)程，包括各診療環(huán)節(jié)的時(shí)間、位置和內(nèi)容等[34]。在取得相關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)的情況下，研究者可以從系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)。從電子病歷數(shù)據(jù)中提取的患者時(shí)空行為數(shù)據(jù)覆蓋面廣、規(guī)模龐大、內(nèi)容豐富，可用于識(shí)別患者醫(yī)療流程[35-36]、分析各科室間的關(guān)聯(lián)程度[10]、研究空間擁擠程度和患者流量等[37]。

綜上，各類時(shí)空行為數(shù)據(jù)的獲取方法都有其優(yōu)勢(shì)和局限性（表1），需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇或組合。

表1 時(shí)空行為數(shù)據(jù)獲取方法對(duì)比，陳星任 繪制

3 時(shí)空行為數(shù)據(jù)分析的維度

時(shí)空行為數(shù)據(jù)的分析可以從時(shí)間和空間兩個(gè)維度入手，其中時(shí)間維度的分析主要用于預(yù)測(cè)診療空間的規(guī)模，空間維度的分析主要用于分析或優(yōu)化診療空間的布局。由于大部分文獻(xiàn)聚焦于布局問(wèn)題，因此從空間維度進(jìn)行分析的研究多于從時(shí)間角度入手的研究。

3.1 時(shí)間維度

采用統(tǒng)計(jì)分析的方法可以研究患者隨時(shí)間在不同空間中流動(dòng)或停留的規(guī)律，通常以年、月、日、時(shí)為單位在不同精度上進(jìn)行分析。大量研究表明，醫(yī)療建筑中總體的患者流量隨時(shí)間的變化往往存在周期性，例如每周工作日患者流量較大、周末較小[38]（圖1）；每日工作時(shí)間內(nèi)上、下午均會(huì)出現(xiàn)患者流量高峰，午休和下班流量回落[6]（圖2）。這樣周而復(fù)始，形成潮汐規(guī)律。這種患者流量隨時(shí)間變化的周期分析可以揭示某些診療或等候空間內(nèi)患者人數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律，為預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間患者流的變化[39-41]、測(cè)算診療空間的規(guī)模提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。例如，Williams 等基于“患者流量—時(shí)間”關(guān)系測(cè)算了急診檢查室的數(shù)量和門(mén)診等候空間的大小[4-5]。Ai 等在分析了一天中影像科患者流量隨時(shí)間變化的周期性規(guī)律后，預(yù)測(cè)了等候區(qū)的規(guī)模[6]。

1 一周內(nèi)門(mén)診患者流量的變化規(guī)律示例

2 一天內(nèi)門(mén)診患者流量的變化規(guī)律示例

3.2 空間維度

在空間維度下，用軌跡分析來(lái)描繪醫(yī)護(hù)人員或患者在不同診療空間之間的流動(dòng)、通行情況，揭示他們進(jìn)行診療活動(dòng)的時(shí)序和位置變化；用時(shí)空分布分析來(lái)描繪他們?cè)诓煌瑫r(shí)間段內(nèi)于不同空間中的聚集、停留情況，體現(xiàn)隨時(shí)間變化的空間熱點(diǎn)。

3.2.1 醫(yī)患軌跡分析

（1）粗略描述

OD（Origin-Destination）流分析從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度反映移動(dòng)對(duì)象的軌跡動(dòng)態(tài)特征，是一種粗略地描述軌跡的起、終點(diǎn)和中途節(jié)點(diǎn)，但忽略其真實(shí)軌跡形態(tài)的方法[42]。該方法用于發(fā)現(xiàn)移動(dòng)對(duì)象的活動(dòng)錨點(diǎn)和范圍，也用于識(shí)別群體移動(dòng)規(guī)律，還可基于以上規(guī)律揭示物理空間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征[43]。在醫(yī)療建筑研究中，OD 流分析常用的技術(shù)有流程挖掘（process mining）、患者流分析（patient flow analysis）和工作流分析（workflow analysis）。流程挖掘通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘或機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行模式識(shí)別，建立集成診療活動(dòng)時(shí)間、位置和內(nèi)容信息的流程模型，進(jìn)而解析醫(yī)療流程中各項(xiàng)活動(dòng)之間的關(guān)系，常用流程圖或流圖（flow chart）進(jìn)行可視化表達(dá)[44]（圖3、4）。荷蘭埃因霍芬大學(xué)Mans 團(tuán)隊(duì)的系列研究首次證明了該技術(shù)在醫(yī)療建筑中研究患者醫(yī)療流程的適用性[10,45]。韓國(guó)延世大學(xué)的Rismanchian 和Lee 的系列研究使用該技術(shù)發(fā)現(xiàn)了急診患者的臨床路徑和活動(dòng)模式，并為后續(xù)的布局優(yōu)化提供依據(jù)[46,3]?；颊吡鞣治鍪茄芯炕颊呷绾卧卺t(yī)療建筑中移動(dòng)的系統(tǒng)過(guò)程，其目的是明確醫(yī)療活動(dòng)中的瓶頸并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以提升患者滿意度和體驗(yàn)，常用從至圖（From-to Chart）進(jìn)行可視化表達(dá)（圖5）。芬蘭SKA 研究中心Karvonen 團(tuán)隊(duì)的系列研究使用該技術(shù)對(duì)患者的轉(zhuǎn)移次數(shù)和通行距離進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并為后續(xù)的布局優(yōu)化奠定基礎(chǔ)[47-48]。與患者流類似，可以使用統(tǒng)計(jì)分析與數(shù)據(jù)可視化技術(shù)對(duì)醫(yī)護(hù)人員的工作流進(jìn)行系統(tǒng)的分析。Bayramzadeh 等使用該技術(shù)研究了手術(shù)室中護(hù)士的工作流模式和干擾，進(jìn)而明確了手術(shù)室分區(qū)的鄰近性關(guān)系[23]。

3 流程圖示例

4 流圖示例

5 從至圖示例

（2）精確描述

精確地描述醫(yī)護(hù)人員或患者的軌跡通常需要混合多種時(shí)空行為數(shù)據(jù)，例如將電子病例數(shù)據(jù)與Wi-Fi定位數(shù)據(jù)或視頻數(shù)據(jù)相結(jié)合，再將軌跡曲線疊置于2 維的建筑平面或3 維的建筑空間模型中。與OD 流分析相比，軌跡分析的精確程度和可視化程度更高，結(jié)果更加直觀、可讀性強(qiáng)。但在數(shù)據(jù)量較大的情況下，需要耗費(fèi)較高的時(shí)間和人力成本，也更容易造成信息重疊、結(jié)果難以識(shí)別等問(wèn)題。目前，在醫(yī)療建筑中使用軌跡分析的研究多集中在手術(shù)室內(nèi)，通過(guò)對(duì)醫(yī)護(hù)人員的軌跡進(jìn)行分析，總結(jié)其活動(dòng)模式，評(píng)估手術(shù)室布局的合理性[7,23]。

3.2.2 醫(yī)患時(shí)空分布分析

時(shí)空分布分析將一定時(shí)間范圍內(nèi)的個(gè)體時(shí)空行為數(shù)據(jù)在空間維度上進(jìn)行聚類，其目的是揭示人群隨時(shí)間變化在空間中聚集或停留的熱點(diǎn)位置和程度。因此，時(shí)空分布分析常采用將熱力圖（heatmap）與建筑平面圖相疊合的方式表達(dá)，以此來(lái)揭示不同時(shí)間段的空間利用情況，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)人群高度聚集或擁堵的區(qū)域[49]。例如，Grzywinski 等基于觀察數(shù)據(jù)生成了護(hù)士的時(shí)空分布熱力圖，直觀地在建筑平面中呈現(xiàn)出護(hù)士相對(duì)集中的區(qū)域[17]。

4 醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用時(shí)空行為數(shù)據(jù)的研究主題

目前在醫(yī)療建筑中，時(shí)空行為數(shù)據(jù)的采集對(duì)象主要是醫(yī)護(hù)人員和患者，其應(yīng)用場(chǎng)景主要包括門(mén)診、急診、住院等規(guī)模較大且功能復(fù)合的區(qū)域，以及等候區(qū)、手術(shù)室等規(guī)模較小且功能相對(duì)單一的空間。此類研究所涉及的主題主要包括診療空間的布局和規(guī)模，其中布局問(wèn)題又分為診療空間的鄰近性關(guān)系、診療空間布局對(duì)醫(yī)患行為的影響和診療空間布局優(yōu)化3 個(gè)部分。相關(guān)文獻(xiàn)更多地關(guān)注布局問(wèn)題，對(duì)規(guī)模問(wèn)題的研究雖有少量文獻(xiàn)涉及但并非重點(diǎn)。對(duì)以上兩個(gè)主題的研究通?；诿枋鼋忉?、模擬預(yù)測(cè)或設(shè)計(jì)優(yōu)化3 種范式展開(kāi)：（1）呈現(xiàn)真實(shí)的醫(yī)療流程，揭示醫(yī)護(hù)人員或患者在時(shí)間和空間維度的流動(dòng)及分布規(guī)律，從而反映診療功能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，或探究醫(yī)患行為與診療空間布局的關(guān)系；（2）基于對(duì)患者流時(shí)空特征的分析，采用模擬的方法預(yù)測(cè)診療或等候空間的規(guī)模；（3）基于醫(yī)療流程、患者流、工作流，對(duì)現(xiàn)有的診療空間布局進(jìn)行優(yōu)化或生成理想的布局方案（圖6）。

6 醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用時(shí)空行為數(shù)據(jù)的研究主題

4.1 診療空間的布局研究

4.1.1 明確診療空間的鄰近性關(guān)系

診療空間的鄰近性關(guān)系是任何醫(yī)療建筑布局的基礎(chǔ)問(wèn)題，也是核心問(wèn)題[50]，是設(shè)計(jì)醫(yī)療建筑平面的重要前提[51]，也是優(yōu)化醫(yī)療建筑布局的科學(xué)依據(jù)?；跁r(shí)空行為數(shù)據(jù)的鄰近性關(guān)系研究通常通過(guò)流程挖掘、患者流分析、工作流分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。在流程挖掘方面，周穎等利用視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)研究了急診患者的軌跡，并挖掘了科室的關(guān)聯(lián)規(guī)則[13]。Rismanchian 和Lee 基于醫(yī)療信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)急診患者的醫(yī)療流程進(jìn)行了挖掘，發(fā)現(xiàn)了不同診療活動(dòng)之間的時(shí)序和位置關(guān)系[46,3]。在患者流分析方面，Karvonen 等通過(guò)患者流分析得到了心臟醫(yī)院主要功能之間的鄰近性關(guān)系[52]。在工作流分析方面，宣曉東等通過(guò)分析護(hù)理單元中的護(hù)士流明確了護(hù)理工作空間的鄰近性關(guān)系[53]。

4.1.2 評(píng)估診療空間布局對(duì)醫(yī)患行為的影響

診療空間的布局通常對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)效率、醫(yī)護(hù)人員的合作方式以及患者的等候、通行和隱私產(chǎn)生不同程度的影響[16,54]?；跁r(shí)空行為數(shù)據(jù)，既可以對(duì)比不同布局模式對(duì)醫(yī)患行為的影響，也可以識(shí)別由布局帶來(lái)的醫(yī)療流程瓶頸。在這里，一部分研究是針對(duì)醫(yī)護(hù)人員的。例如，基于觀察記錄數(shù)據(jù)或傳感器采集數(shù)據(jù)，探究護(hù)理單元布局對(duì)護(hù)士工作的影響[15,55-57]；又如，基于手術(shù)視頻數(shù)據(jù)，評(píng)估手術(shù)室空間設(shè)計(jì)和設(shè)備布局對(duì)流線干擾的影響[23,58-59]。還有一部分研究也涉及到患者。例如，基于跟蹤觀察數(shù)據(jù)，對(duì)比線性和單元式的門(mén)診布局對(duì)醫(yī)護(hù)人員工作以及患者流動(dòng)的影響[16]。

4.1.3 優(yōu)化診療空間的布局

在時(shí)空行為數(shù)據(jù)的支持下，研究診療空間的鄰近性關(guān)系或評(píng)估現(xiàn)有布局對(duì)醫(yī)患行為的影響是進(jìn)行布局優(yōu)化的基礎(chǔ)工作，后續(xù)的優(yōu)化途徑可分為兩類：一類是通過(guò)識(shí)別現(xiàn)有布局的問(wèn)題提出改進(jìn)策略或方案，另一類是結(jié)合計(jì)算機(jī)算法來(lái)優(yōu)化現(xiàn)有的布局或生成理想的布局方案。

（1）非計(jì)算性設(shè)計(jì)優(yōu)化

在單一科室的研究中，楊樂(lè)等基于視頻監(jiān)控獲取的患者行為數(shù)據(jù)結(jié)合模擬的方法，提出在急診最大限度降低傳染病感染風(fēng)險(xiǎn)的空間和管理優(yōu)化策略[9]。在跨科室的研究中，Karvonen 等基于電子病歷數(shù)據(jù)，對(duì)心臟醫(yī)院的主要功能進(jìn)行了鄰近性關(guān)系分析，并在此基礎(chǔ)上提出了該醫(yī)院新建項(xiàng)目的方案且驗(yàn)證了其優(yōu)越性[52]。Peng 從患者旅程的視角，基于門(mén)診、住院和急診患者的電子病例數(shù)據(jù)對(duì)真實(shí)的醫(yī)院案例提出了優(yōu)化建議[60]。在手術(shù)室內(nèi)部的研究中，Shultz 等基于視頻影像數(shù)據(jù)，探究了布局對(duì)醫(yī)護(hù)工作流和手術(shù)室空間利用率的影響，提出了減少手術(shù)室人員碰撞和擁擠，并提高醫(yī)療設(shè)備可達(dá)性的布局方案[7]。在護(hù)理單元的研究中，宣曉東等基于行為觀察和訪談數(shù)據(jù)，分析了空間與護(hù)士活動(dòng)的關(guān)系，并提出了空間優(yōu)化的策略[8]。

（2）計(jì)算性設(shè)計(jì)優(yōu)化

將時(shí)空行為數(shù)據(jù)分析與計(jì)算性設(shè)計(jì)相結(jié)合是當(dāng)下研究中呈現(xiàn)出的一個(gè)重要熱點(diǎn)。此類研究通常將時(shí)空行為數(shù)據(jù)作為輸入，通過(guò)算法求解單一或多目標(biāo)的布局優(yōu)化方案。其中，單一目標(biāo)優(yōu)化常以縮短患者的移動(dòng)距離為目標(biāo)[46]。然而，以單一目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化往往與醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)的實(shí)際需求相去甚遠(yuǎn)，因此越來(lái)越多的學(xué)者引入了多目標(biāo)優(yōu)化的方法。例如，Zuo 等在滿足急診各功能之間緊密性要求的前提下，以急診患者流動(dòng)成本最小為目標(biāo)，采用多目標(biāo)禁忌搜索生成了多種布局優(yōu)化方案[61]。Rismanchian 和Lee 以最小化非危重患者總移動(dòng)距離、最小化危重患者總移動(dòng)距離、最小化現(xiàn)有科室的搬遷成本和最大化設(shè)計(jì)偏好為目標(biāo)，生成了急診最佳布局方案[3]。

4.2 診療空間的規(guī)模研究

基于時(shí)空行為數(shù)據(jù)，可以預(yù)測(cè)患者流動(dòng)與分布的趨勢(shì)，還可以基于此對(duì)醫(yī)療空間資源的配置進(jìn)行科學(xué)的決策。例如，Duma 等以急診電子病歷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提出了預(yù)測(cè)患者路徑隨時(shí)間變化的模型[36]，這可以作為預(yù)測(cè)診療空間規(guī)模的基礎(chǔ)性研究。Williams 等利用急診患者流量數(shù)據(jù)建立了仿真模型，確定了急診所需要檢查室的數(shù)量[4]。該團(tuán)隊(duì)還從醫(yī)療信息系統(tǒng)中提取了電子病例數(shù)據(jù)，建立了流程模型并統(tǒng)計(jì)了患者就診流程的時(shí)長(zhǎng)，測(cè)算了門(mén)診候診空間的大小以及座位數(shù)量[5]。Ai 等基于患者的電子病例數(shù)據(jù)，建立了關(guān)于患者停留人數(shù)的“概率—停留時(shí)長(zhǎng)”曲線，精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)了影像科等候區(qū)的規(guī)模[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

5.1 時(shí)空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究框架

智慧醫(yī)療設(shè)備與系統(tǒng)，以及大數(shù)據(jù)分析方法的快速發(fā)展為時(shí)空行為數(shù)據(jù)的獲取與分析帶來(lái)了更加豐富的渠道和可靠的技術(shù)。這在一定程度上緩解了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)及其分析技術(shù)對(duì)解決醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)復(fù)雜性和精細(xì)化問(wèn)題的制約。由此可見(jiàn)，時(shí)空行為數(shù)據(jù)對(duì)于醫(yī)療建筑的設(shè)計(jì)研究具有重要意義，也為醫(yī)療建筑中的環(huán)境行為研究帶來(lái)了思路、范式、方法和成果上的創(chuàng)新動(dòng)力。在這一契機(jī)下，本文在文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上提出了時(shí)空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究框架（圖7）。這種數(shù)據(jù)可以通過(guò)人工和自動(dòng)兩種渠道獲取，其中涉及觀察與調(diào)查這類傳統(tǒng)的獲取方法，也包括視頻影像、無(wú)線定位和醫(yī)療信息系統(tǒng)這類自動(dòng)采集大數(shù)據(jù)的方法。由于這種數(shù)據(jù)攜帶時(shí)間和位置標(biāo)簽，因此通?？梢詮臅r(shí)間和空間兩個(gè)維度展開(kāi)分析，其中既包括使用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)的“流量—時(shí)間”關(guān)系分析，也包括使用流程挖掘、患者流分析、工作流分析技術(shù)的軌跡和時(shí)空分布分析。這些分析技術(shù)通常從描述解釋、模擬預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)3 個(gè)層面對(duì)兩類主題——診療空間的布局和規(guī)模展開(kāi)研究。其中，大部分文獻(xiàn)著重探討的是布局問(wèn)題，包括診療空間鄰近性關(guān)系、診療空間布局對(duì)醫(yī)患行為的影響，以及診療空間布局的優(yōu)化等內(nèi)容；少量文獻(xiàn)關(guān)注規(guī)模研究，即基于患者的流動(dòng)與分布情況預(yù)測(cè)診療或等候空間的規(guī)模。希望該框架能夠?yàn)榻窈蟮南嚓P(guān)研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐提供內(nèi)容上的啟發(fā)和技術(shù)方法上的指引。

7 時(shí)空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究框架

5.2 時(shí)空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究評(píng)述與展望

醫(yī)護(hù)人員和患者的行為數(shù)據(jù)一直是醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)研究的重要基礎(chǔ)，而帶有精確的活動(dòng)時(shí)間、位置和內(nèi)容標(biāo)簽的數(shù)據(jù)是醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)研究中更新、更強(qiáng)的工具。相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)，它具有獲取與分析效率高、數(shù)據(jù)量大、客觀性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、能夠與計(jì)算性設(shè)計(jì)無(wú)縫銜接等優(yōu)勢(shì)。時(shí)空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用價(jià)值正在逐漸被國(guó)內(nèi)外學(xué)者和建筑師所認(rèn)識(shí)和重視。在過(guò)去的發(fā)展中，相關(guān)研究取得了重要進(jìn)展，并呈現(xiàn)出以下研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)：

（1）該領(lǐng)域?qū)W者及機(jī)構(gòu)的學(xué)科交叉范圍廣且程度深，跨學(xué)科合作關(guān)系良好且穩(wěn)定。時(shí)空行為數(shù)據(jù)在獲取、分析和解讀的過(guò)程中涉及到諸多學(xué)科的配合，其中包括信息技術(shù)科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)療管理學(xué)、建筑學(xué)、環(huán)境行為學(xué)等。這體現(xiàn)在既往文獻(xiàn)作者及其機(jī)構(gòu)高度交叉的學(xué)科背景和與相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的深度合作上。例如，在該領(lǐng)域形成系列研究的團(tuán)隊(duì)包括芬蘭的SKA 研究中心，其研究方向由計(jì)算機(jī)支持的工業(yè)管理逐漸過(guò)渡到醫(yī)療管理和醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)，并且與多家臨床醫(yī)院具有學(xué)術(shù)合作關(guān)系；韓國(guó)延世大學(xué)的Rismanchian 和Lee 研究團(tuán)隊(duì)呈現(xiàn)了由信息和工業(yè)工程向醫(yī)療建筑的計(jì)算性設(shè)計(jì)跨越的態(tài)勢(shì)；代爾夫特理工大學(xué)的Sariyildiz 團(tuán)隊(duì)屬于建筑學(xué)領(lǐng)域但其研究融合了大量的數(shù)學(xué)理論和計(jì)算機(jī)算法，形成了跨學(xué)科的研究集群[62]。可見(jiàn)，該領(lǐng)域的部分學(xué)者已經(jīng)在學(xué)科交叉方面做出了深度的探索，并取得了豐富的成果。在未來(lái)的相關(guān)研究中，學(xué)科交叉的范圍和程度必定會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大和加深，信息與數(shù)據(jù)類、醫(yī)學(xué)類、建成環(huán)境類學(xué)科將會(huì)在這一領(lǐng)域形成相對(duì)穩(wěn)定的合作關(guān)系。

（2）大數(shù)據(jù)及其分析方法應(yīng)用廣泛且成果豐富，但未來(lái)應(yīng)注意多源數(shù)據(jù)與多種方法的混合使用。由于數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)階段的研究中大數(shù)據(jù)分析逐步占據(jù)主流地位，因此定量的研究方法和分析技術(shù)應(yīng)用得十分廣泛。例如，在數(shù)據(jù)分析階段常用的流程挖掘、患者流分析、工作流分析；在模擬預(yù)測(cè)階段常用的離散事件模擬；在優(yōu)化設(shè)計(jì)階段常用的數(shù)學(xué)建模和算法技術(shù)等。在定量研究的框架下，在醫(yī)療建筑中使用時(shí)空行為數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)呈現(xiàn)出了相對(duì)成熟且趨同的研究模式。然而，這種研究模式具有一定的局限性——對(duì)于數(shù)據(jù)的分析在于呈現(xiàn)規(guī)律而非解釋規(guī)律，將分析結(jié)果作為模擬或優(yōu)化工作的基礎(chǔ)而不繼續(xù)挖掘其背后的環(huán)境行為學(xué)原理。這樣做的弊端是大量的數(shù)據(jù)分析工作僅呈現(xiàn)現(xiàn)象，而對(duì)現(xiàn)象背后的本質(zhì)問(wèn)題和理論思考不足，更嚴(yán)重的后果是盲目偏信數(shù)據(jù)，忽視數(shù)據(jù)分析在研究中的適用性問(wèn)題。當(dāng)下，學(xué)者們逐漸認(rèn)識(shí)到這些問(wèn)題的嚴(yán)重性，也開(kāi)始思考使用多源數(shù)據(jù)和混合方法的必要性。這使得進(jìn)一步解釋醫(yī)療建筑空間環(huán)境對(duì)醫(yī)患行為及其健康結(jié)果的影響機(jī)制成為可能，進(jìn)而也將更有利于從深層原理上支持醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)的實(shí)踐工作。

在未來(lái)，一方面醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)將因醫(yī)學(xué)模式，技術(shù)設(shè)備，社會(huì)、城市、自然環(huán)境發(fā)展的復(fù)雜性和不確定性而面臨更多的挑戰(zhàn)[63]；另一方面智慧醫(yī)療、信息技術(shù)和人工智能的快速發(fā)展將為時(shí)空行為數(shù)據(jù)帶來(lái)更多的獲取源頭和分析方法，成就新的機(jī)遇[64]。今后，在醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)研究中應(yīng)用時(shí)空行為數(shù)據(jù)及其分析方法應(yīng)該更多地關(guān)注以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)和多學(xué)科會(huì)診是當(dāng)下國(guó)內(nèi)外醫(yī)療機(jī)構(gòu)推崇的新模式[65]，這些模式必將帶來(lái)醫(yī)患行為模式的改變。如何將這部分新數(shù)據(jù)作為嫁接醫(yī)學(xué)模式和建筑空間的媒介，從而實(shí)現(xiàn)循證的研究型醫(yī)院、卓越中心和多學(xué)科會(huì)診中心設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。（2）智能穿戴設(shè)備、遠(yuǎn)程醫(yī)療、機(jī)器人輔助對(duì)診療空間模式產(chǎn)生重大影響[66]。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行精細(xì)化的定量研究需要時(shí)空行為數(shù)據(jù)的支持。然而，在這種語(yǔ)境下的時(shí)空行為數(shù)據(jù)將不再局限于對(duì)醫(yī)患人群的分析，也可能是對(duì)設(shè)備和信息的追蹤。這將把時(shí)空行為數(shù)據(jù)應(yīng)用研究的對(duì)象從實(shí)體轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M[67-68]。（3）面對(duì)未知的公共衛(wèi)生事件和災(zāi)難，醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)將更多地關(guān)注應(yīng)急變化和彈性發(fā)展[69]。要想知道這種變化具體是怎樣的、將會(huì)怎樣發(fā)展，以及建筑設(shè)計(jì)應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)是需要?jiǎng)討B(tài)數(shù)據(jù)支持的。時(shí)空行為數(shù)據(jù)因具有實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性，將會(huì)在未來(lái)越來(lái)越多的應(yīng)急場(chǎng)景中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。（4）將視野擴(kuò)大到城市范圍，醫(yī)療建筑在今后將不再是“疾病的孤島”[1]60。它將更多地融入社區(qū)和城市，將醫(yī)療服務(wù)延伸到城市之中[70]，也將城市功能混合到建筑之中[71]，形成“院城融合”的概念[72]。在這個(gè)過(guò)程中，時(shí)空行為數(shù)據(jù)可以為醫(yī)療設(shè)施在城市中的規(guī)劃[73]與選址[74]，以及醫(yī)療建筑周邊的城市交通問(wèn)題提供解決方案[75]。（5）當(dāng)下醫(yī)療建筑具有單元化、平臺(tái)化、綜合化、立體化的發(fā)展趨勢(shì)[1]16，在規(guī)模擴(kuò)大和24 小時(shí)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下[76]，其能耗是居高不下的。面對(duì)“雙碳”目標(biāo)，醫(yī)療建筑如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是全球共同關(guān)注的話題。在其中，考慮患者、醫(yī)護(hù)人員、陪護(hù)人員時(shí)空行為的綠色建筑研究是十分關(guān)鍵的[14]?；趯?duì)未來(lái)醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題的深入思考，結(jié)合時(shí)空行為數(shù)據(jù)在獲取途徑、分析精度、挖掘工具和應(yīng)用場(chǎng)景等方面的不斷創(chuàng)新，相信今后的醫(yī)療建筑一定能更好地回應(yīng)醫(yī)學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、城市和自然提出的多樣化需求?！酰ǜ兄x哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）建筑學(xué)院碩士研究生黃佩瑩同學(xué)提供圖4供本文示例。）