装配式建筑在医院建筑设计中的应用

1、研究背景

我国现在正处于社会和经济高速发展的时期，社会保障制度趋于完善，在城市快速发展、人民群众的健康意识不断增强、公共医疗资源亟须更新等因素的影响下，医疗建筑新建和改造的需求量巨大。据统计局数据，我国医院数量增长迅速（见图1）。2010年全国医院数量为2.09万个，2017年医院数量突破3万个，到2018年底全国医院数量达3.4万个，比2010年增加了近3万个，国内医院建筑正处于快速发展期。

装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑用构件和配件，运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配而成的建筑。2016年，国务院办公厅印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，其中指出按照适用、经济、安全、绿色、美观的要求，推动建造方式创新，大力发展装配式混凝土建筑和钢结构建筑，在具备条件的地方倡导发展现代木结构建筑，不断提高装配式建筑在新建建筑中的比例等诸多实施办法。

医院建筑不同于其他建筑类型，医院建筑对空间的功能和规模要求特殊性较高，现阶段国内装配式医院建筑的设计理论和实践经验仍处于起步阶段，急需总结出一套完整的装配式医院建筑设计方法。

2、国内外研究现状

2.1 装配式建筑研究现状

自20世纪50年代以来，装配式建筑在欧洲国家开始发展，并建立了相关的制度。最初装配式建筑大部分应用在住宅建筑中，经过几十年的工业和经济的发展，装配式建筑在发达国家中已不仅仅是固定地在住宅建筑中使用，而是拓展到商业建筑、文化建筑、医院建筑等多种类型的公共建筑中。伴随大量的实际项目的实践，这些国家拥有先进的生产技术和设计理念。日本和美国在工业化、装配式建筑方向的发展都一直领先于世界。

我国装配式建筑起步较晚，国内装配式建筑的概念始于20世纪70年代。从20世纪80年代开始在全国推广应用预制混凝土施工，很多地方已经开始形成一种设计生产和安装工业装配式混凝土施工生产模式。从20世纪90年代开始，拼装式混凝土的施工已经逐渐取代了现浇混凝土。现阶段我国的装配式建筑大部分还是应用在住宅建筑上，少部分应用在办公、酒店等公共建筑上。由于我国装配式建筑起步较晚、发展较慢，目前还存在着如缺乏统一的规范标准、施工管理水平有限、投资高、成本大等基本的现实问题。

2.2 国内装配式医院建筑研究现状

我国医院建筑模块化设计从20世纪50年代就开始发展，早期国内的医院建筑为条状模块单元，单走廊建筑，空间单一，层数为3~5层。改革开放后，医院建筑开始向水平和竖直方向发展，门诊部为版块式，住院部为高层的高低双向模式。

国内现阶段的装配式医院建筑普遍采用装配式钢结构体系，由于生产能力和设计需求的冲突，在综合考虑医院规模和空间需求的情况下，以通用空间来满足医院建筑的各种不同功能需求，降低由于空间细分带来的构件预制与装配建设难度。

中国建筑西南设计研究院有限公司原副总建筑师张远平表示，装配式建筑会逐步在医疗建筑中的区域使用，但大型综合医院的复杂性和不确定性并不适合全域采用装配式建造，模块化程度高的功能区如标准护理单元、标准诊疗单元等会有装配式应对优势，在短期内不会对医院设计产生根本性影响，局部的装配式建造需要设计单位具有装配式工业化设计能力和经验。目前许多设计机构都有专业化部门应对这种技术发展。

3、装配式医院建筑的主要特征

3.1 标准化、模块化

标准化、模块化是装配式建筑的主要特点与优势。由于装配式建筑构件的标准化生产和医院建筑病房、诊室等功能区对重复性的标准化、模块化空间的需求，使得装配式医院建筑在设计时需要重点考虑建筑的标准化、模块化设计。

3.2工业化、装配化

工业化的生产模式可以规模化地生产建筑构件，在保证构件生产效率的同时最大限度地控制构件的尺寸统一，保证构件的质量，控制总体的建筑构件的生产成本。建筑构件的工业化生产在某种层面上说是将传统的在工地的分散生产集中到工厂进行标准化的统一生产，可以在缩短工期的同时减少环境污染和生产力浪费。

在传统建筑的施工过程中，土建、电气、设备等施工过程往往需要分步进行，而这种施工方式大幅降低了建筑的整体施工效率。装配式医院建筑采取装配式的施工方式，将加工好的建筑构件在现场进行调配安装，且除了地坪、基础等为湿作业外，管线安装、门窗安装、设备安装等均为干法施工，各种施工队伍可以交叉作业，使整体施工效率成倍提高。

3.3 主体结构与设备管线相分离

医院建筑中往往有许多设备和管线，且随着相关科技的进步，医院会面临大规模的更换设备的情况。通常医疗设备的更新年限/频次如下：电子仪器及光学仪器类为8年，机械类医用电器为10年，放射性设备及其他耐用设备为15年，纤维内窥镜为5000人次。不同的设备对空间的需求不同，对管线的布置需求也不同，因此医院建筑对内部设备与管线的布置灵活性有较高的需求。

传统建筑的土建设计和管线综合设计是统筹进行的，在建筑建成之后很难再作改变，特别是建筑的内埋管线，很难在施工完成后再重新布置。对于医院建筑，传统建筑很难满足医院对设备、管线二次布置的需求，因此医院建筑中往往存在现有空间与设备管线需求不匹配的情况。装配式建筑的主体结构与设备管线是分离开的，使用者能够轻易地对结构构件和管线进行更换，根据自己的需求对建筑内部空间进行调整。

3.4应急状态下的快速建造装配式建筑

具有施工速度快、现场作业量少、精确度高等主要优势，在应急状态下，能最快地满足医院建筑的主要需求。传统医院建筑大多数是钢筋混凝土结构，在建设过程中，仅仅是等待混凝土凝固和达到设计结构强度就需要28d，根本无法满足突发事件下的建设效率要求。在地震等自然灾害发生后或在行军过程中，为了快速抢救伤员，许多临时医院采用帐篷作为病房。但在具有传染性的突发卫生事件中，帐篷等简易设施无法满足医院对卫生条件和隔离效果的需求。装配式医院既能在短时间内完成建设，又能根据医院需求满足其对卫生、通风和隔离的要求。

考虑成本、现场施工量、建设速度、构件运输等因素，突发公共卫生事件下的装配式医院多采用装配式钢结构集成模块建筑。装配式钢结构集成模块建筑是指采用工厂的预制集成模块，在施工现场组合安装而成的装配式建筑，以每个“集装箱”为基本单元。每个“集装箱”都是在工厂预制完成，包括主体结构、墙板、楼板、内部管线等部分，能够很好地满足建筑性能和运输吊装的要求。基本模块的尺寸一般是3m×6m，根据建设需求，通过不同模块的拼接组合，形成不同的空间平面组合，满足使用需求。

4、装配式医院建筑的设计要点

4.1 合理的选址及总平面设计

装配式医院建筑在选址时，在考虑医院区位要求的同时应考虑建筑构件的生产与运输条件，使建筑构件能够顺利地被运送至工地且尽量降低构件的运输成本。

不同于传统建筑形式，装配式建筑在建设时，需要将大面积的构件堆放场地和预制组装场地。设计者在进行医院总平面设计时，应该综合考虑预制构件的安装与堆放场地，在保证场地基本功能的前提下，为建筑构件的堆放、组装、吊装预留合适的场地。在特殊情况下，当医院需要快速投入使用时，设计者还应考虑前期工程和后期工程互不干扰，保证已建成场地的正常医患流线。构件的堆放场地还要满足建成后进行二次改造的需求，其他场地也需要满足医院的改扩建需要。

4.2 标准化、模块化设计

医院建筑相对于其他建筑类型而言，功能分区更为明显，还需要大量重复的如病房、诊室等空间，因此需要空间的模块化组合和标准化设计。另外，标准化、模块化设计有助于医院功能的转变，同时满足工厂批量化生产的要求，降低装配式医院建筑的建设成本。在装配式医院的标准化设计过程中，需要考虑医院建筑的复杂性，完成整体布局模块化组合、门诊单元模块化组合、医技单元模块化组合、住院部模块化组合等基本设计要求。

以美国为例，美国已经形成了一套成熟的装配式医院建筑模块化设计方法。美国装配式医院设计是通过一种标准单元组合的设计方法进行，在设计前，建立一系列基本的功能模块（如住院模块、门诊模块等），以30ft为基准模数，建立医院建筑功能模块库（见图2）。模块库内一个功能模块的组成包括3个部分——固定端、活动端和接口。固定端是指构成该功能模块的基本空间，是模块的核心；活动端是指辅助使用功能的配套空间；接口是指连接其他功能模块的功能空间，如交通厅、楼梯、卫生间等。在建立标准化的模块库后，设计者根据使用者需求，对各功能模块及其内部进行组合和优化，得到基本的建筑空间组合方案，再完成方案的节点和细节设计。

                                                 

装配式建筑主要包括预制装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构建筑等。 装配式混凝土建筑的主要结构体系包括剪力墙结构、框架结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构等。 钢结构被广泛应用于工业建筑、公共建筑、商业建筑、住宅建筑等领域。 钢结构体系具有轻质、高强、抗震性好、布局灵活、构件截面尺寸小、易装配、施工期短、使用面积高等优点，且有利于工业化生产、标准化制作，是我国建筑工业化和产业化的重点发展对象。 其较适合医院建筑，且国际上装配式医院建筑采用较多的是钢结构体系。

钢结构体系又分为钢框架结构、钢框架-中心支撑结构、钢框架-偏心支撑结构和偏心结构等，不同的结构体系对应着不同的力学特征和造价，适用于不同的建筑类型。设计者应综合考虑建筑的功能、高度及设防烈度，选取合适的结构体系（见表1）。通常情况下多层医院建筑采用钢框架结构，高层医院建筑采用钢框架-支撑结构体系。

4.4 围护结构

装配式医院建筑外墙和门窗的设计与生产应符合建筑模数和模块化设计原则，尽量减少尺寸上的变化，避免异形墙体和飘窗的出现，以降低生产、安装的成本和难度。外墙和门窗的热工设计也应该满足现行的医院建筑的相关标准，增强外围护结构的保温隔热能力，降低建筑能耗。

医院的内墙会起到分隔空间、隔音、密闭、防辐射等多种作用，因此在选择医院隔墙和内部门窗时，应综合考虑空间的功能和空间之间的关系，选择合适材料和做法的隔墙和门窗。在装配式建筑中，应该尽量选择轻质的建筑围护结构，从而减少建筑荷载，降低运输、安装的难度。

医院建筑功能分区复杂，动静分区明显。为防止设备噪声和辐射对医疗活动和患者造成不良影响，应将设备和管线系统集中布置，使设备空间相对独立，减少对其他空间的干扰和降低维修难度。

在装配式建筑中，采用集成技术的设备与管线系统得到了大量的应用。大多数装配式建筑采用标准化设计的部品，通过综合设计及管线集成，提高设备与管线的集成度，以实现建筑和机电设计之间的协调。上文提到设备和管线与建筑主体结构相分离是装配式建筑的一个重要特点，它使得在更换设备和管线时能够快速地完成且不影响主体结构的完整。在对设备和管线进行安装和更换时，也应尽量选择耐腐蚀、耐久度高、易维修和更换的构件。

4.6 装配式医院建筑的细部设计

（1）由于医院建筑中行动不便的人员较多，因此在医院建筑的设计中应该特别注意建筑的无障碍设计，必须设置无障碍坡道、无障碍电梯和无障碍卫生间等无障碍设施，具体应参考《无障碍设计规范》（GB50763—2012）的相关规定。

（2）病房是住院部用房的核心，《综合医院建筑设计规范》（GB51039—2014）规定，病床的排列应平行于采光窗墙面。单排不宜超过3床，双排不宜超过6床；平行的两床净距不应小于0.80m，靠墙病床床沿与墙面的净距不应小于0.60m；单排病床通道净宽不应小于1.10m，双排病床（床端）通道净宽不应小于1.40m；病房门应直接开向走道；抢救室宜靠近护士站；病房门净宽不应小于1.10m，门扇宜设观察窗；病房走道两侧墙面应设置靠墙扶手及防撞设施。

（3）在医院建筑中，可以使用平开门、推拉门等类型的门。在公共空间和病房部分，应避免使用力度过大的弹簧门，其会影响患者的出行，影响突发情况下医护人员对患者的救治。病房卫生间的门应尽量外开，以防止患者在使用卫生间时发生意外而把门堵住，导致医护人员不能顺利进入。病房的门宜设置观察窗，方便医护人员对患者进行观察。

（4）医院建筑的楼地面宜保持平整，避免出现高差。如遇到不可避免的高差，应尽量使用缓坡进行处理，并且使用明显的标志。在对地面材料进行选择时，应选择摩擦力大、安全系数高的材料，避免使用地毯等不易清洁的地面材料。

（5）装配式医院建筑的楼梯应采用具有休息平台的楼梯，控制踏面与踢面的比例，踏面不宜太过光滑，避免出现有突出线条的踏步，让使用者尽量舒适和安全。

（6）照明设计应符合现行国家标准《建筑照明设计标准》（GB50034—2013）的有关规定，且应满足绿色照明要求。因为目前的医疗建筑照明光源主要是荧光灯，应特别注意荧光灯带来的谐波问题对医疗环境的影响。

5、总结

装配式建筑是未来建筑的发展方向，装配式医院建筑的发展，不仅是对装配式建筑在医院建筑领域的积极发展，还把医院建筑向可持续发展的方向推动。希望在未来，国内装配式医院建筑能够继续完善发展，形成一套完整适用于我国的装配式医院建筑设计理论。                                       

   来源:武汉理工大学土木工程与建筑学院(王健尧)