某综合医院电气系统改造实践

本项目为成都市级某三级甲等综合医院原一期医疗综合楼改扩建项目。本工程原设计时间为2004年，2007年建成使用。本项目涉及改扩建建筑面积51 730.73 m ² ，其中地上改造面积44 317.85 m ² ，地下改造部分6 615.88 m ² ，新建部分797.00 m ² 。项目地下1层，地上10层，建筑高度45.2 m，为一类高层公共建筑。地下室为机动车库、各类机电设备用房及消毒供应、太平间等医疗用房。地上1 ~ 3层为门诊、医技功能，4 ~ 10层为住院功能。本项目初始设计的时间为2004年，设计参考的主要的医疗建筑和电气专业设计规范为《综合医院建筑设计规范》（JGJ 49 - 88，已作废）及《民用建筑电气设计规范》（JGJ / T 16 - 92，已废止）。

本次改造范围为1 ~ 10层各医疗功能科室的布局调整和优化，并同步对机电系统进行升级改造。各楼层改造前后的功能对照见表1。对于保留功能部分，需确保大楼改造实施期间正常使用。

本工程改造形式主要为拆除和功能重建。从表1中可以看到，本项目的改造内容主要是各医疗功能科室的调整和优化，以及由此涉及的改造范围内墙体和机电系统的改造升级和管线的拆除。

本工程另外一种形式为保留医疗功能区域，部分科室由于医疗功能需要，在改造期间仍然需要保证正常的医疗活动。主要包括一层的放射科、心功能科、二层检验科、手术室等科室（如图1所示）。因此，本项目非整体改造拆除重建项目，既有拆除重建，也有“保供”区域，这就对新旧规范适用、前后系统对接、扩展功能预留、施工顺序安排提出了更高的要求。

通过现场查勘，电气系统主要存在以下问题：

a. 供电系统可靠性差。项目中大量一级负荷和特级负荷采用单回路供电的情况较多，不满足GB 55024 - 2022《建筑电气与智能化通用规范》、GB 51348 - 2019《民用建筑电气设计标准》的相关规定。同时由于当时没有对医疗场所中断供电后要求自动恢复供电的时间作出要求，大量要求自动恢复时间为 t ≤ 0.5 s和0.5 s < t ≤ 15 s的医疗场所电源转换时间得不到保障，不满足JGJ 312 - 2013《医疗建筑电气设计规范》的相关要求。

b. 线缆敷设不规范，电气火灾隐患大。本项目消防电缆和非消防电缆共用槽盒和托盘，医疗设备设施用电和普通用电回路共用电缆槽盒，电缆和电线也存在共用槽盒的情况。项目运行过程中，电气井道以及水平线缆槽盒内新增用电设备的供电电缆敷设不规范，私拉乱接情况严重，电缆槽盒填充率高，电气火灾隐患大，同时也给运维管理带来极大的不便。

c. 线缆烟气毒性高，电气火灾防护性差。本项目电缆、电线的选型以及火灾自动报警与联动控制系统的线缆未采用低烟无卤型，线缆燃烧性能低，一旦发生火灾，大量含卤素的线缆燃烧产生的有毒浓烟将对人员救援和疏散造成极大的危害。同时，本项目未设置电气火灾监控系统，缺乏对早期电气火灾的发现能力。

d. 光环境与电气设备节能效果差。本项目照明光环境中普遍存在照度及照度均匀度低，眩光限制差等问题。同时主要电气设备如变压器、照明灯具等节能效果差、机电设备缺少能耗计量管理系统及自动控制等节能技术措施。

  > > > >    设计标准明确

既有建筑的改造，最重要和棘手的是消防问题。鉴于本项目地上部分除局部保留外，其余区域均进行改造提升，根据国家和地方有关行政文件规定和标准要求，本次改造各技术措施均执行现行的国家和地方标准。

新建的消防系统，除了满足改建区域的使用要求外，还需要考虑与医院现有消防系统的对接，组成医院完整的消防系统。同时改建时还要适当考虑各消防系统的余量，便于医院在使用过程中的再次升级改造。同时在消防设备品牌的选择上面，尽量选择医院现有消防系统同品牌的产品，便于接入医院现有的消防系统，也为后期维保提供方便。

  > > > >    “保供”方案确定

电气保供方案的制定原则为既保障一层的放射科、心功能科，二层检验科、手术室等保供科室在项目改造期间的正常工作，不影响大楼改造的进度，同时又为上述科室在后期改造时提供相应便捷的改造条件。因此，在设计之初制定了保障日常运行，经济适用，兼顾安全以及便于后期改造的原则。电气保供方案主要包含末端线路利旧，即保供区域配电房放射式供电的电源回路应保留，尽量利旧。竖向通道重建，即由于改造时将对原电气井道内的电缆线路进行更换调整，为了保证“保供”区域在改造时的正常运行，重新为相关区域构建了竖向的电气井道，解决“保供”区域电缆以及弱电线路的竖向通道问题。区域集中管理，即“保供”区域本次改造时预留了强、弱电电气间，方便后期改造时电源配电箱柜的集中安装。预留改造条件，即主要针对“保供”区域的应急照明和火灾自动报警系统进行预留。改造时在“保供”区域的电气间内设置区域应急照明集中电源。同时，火灾自动报警系统也考虑在电气间设置区域报警控制器，确保“保供”区域的火灾自动报警系统能够正常运行。

  > > > >    电源方案选择

根据GB 55024 - 2022的要求，医院用电设备中的特级负荷应采用三个电源供电，包括满足一级负荷供电要求的两个电源和一个应急电源。医院原10 kV系统采用两路10 kV电源供电，应急电源为现有两台600 kW的柴油发电机组并机运行，满足特级负荷的供电要求。

综合医院电源系统除了满足用电设备的负荷分级外，还应根据医疗场所的分类，以及不同的医疗场所中断供电后要求自动恢复供电时间的要求，拟定可靠的电源供电方案。

本项目中原10 kV高压系统采用两路10 kV电源单母线分段供电，两路电源同时工作，互为备用，10 kV高压系统母联采用手动操作的方式。原设计10 kV高压系统接线方式满足现行规范和标准下特级负荷和一级负荷的供电要求，但由于本项目设计时间为2004年，设计中除了对消防负荷低压配电采用双回路末端转换外，对于非消防的一级负荷以及一级负荷中特别重要的负荷均采用单回路供电，不能满足医疗建筑中特级负荷和一级负荷的供电要求。因此，在本次改造中，将10 kV高压系统的两路进线和母线分段母联设置电源自动转换装置，提高一路电源中断供电后，自动恢复供电的时间，从而保证“保供”区域重要负荷的供电可靠性。对于本次改造范围内的特级负荷、一级负荷等，按照双回路末端转换的要求进行低压配电设计，确保重要负荷的供电可靠性。改造后的高低压系统接线图详见图2。

另外在改造过程中，低压配电系统的设计着力解决1.4节中的电源转换时间的问题。对于中断供电后要求自动恢复时间为t ≤ 0.5 s的医疗场所采用不间断电源装置（UPS）供电。对于中断供电后要求自动恢复时间为0.5 s < t ≤ 15 s的医疗场所采用两路10 kV电源自动转换供电，或采用15 s内快速启动的柴油发电机组供电。对于中断供电后要求自动恢复时间为t > 15 s的医疗场所采用柴油发电机组或10 kV市政电源供电。另外，超声检查设备、医学检验设备等敏感性负荷对电能质量的要求较高，供电电压的偏差、频率不稳、波动和闪变以及奇次谐波干扰等，都会对医疗设备造成损坏，对检查结果造成影响。设计在满足电源转换时间的情况下采用UPS电源装置对电能质量进行改善和治理。

  > > > >    电气消防提升

本项目在改造过程中着重对原电气消防进行完善和提升。消防系统增设电气火灾监控系统、消防电源监控系统以及防火门监控系统。消防应急照明和疏散指示系统采用集中电源集中控制系统，考虑到住院楼主要为妇产科及儿科功能，住院楼走道疏散照明的地面水平最低照度按照不低于10 lx进行设计。电气系统选择燃烧性能为B1级、产烟毒性为t1级、燃烧滴落物 / 微粒等级为d1级的各类线缆。

综合医院电气改造过程中，新材料、新技术、新方法的运用将为综合医院的“有机”更新带来便利，从而缓解和解决医院在日常工作和后勤运维中面临的突出问题，加快医院从智能建筑到智慧建筑的进步，促进医院由绿色建筑到健康建筑的转变。通过改造，医院将从以下4个方面得到提升。

  > > > >    改善医院环境

医院属人员密集场所，提升室内空气质量是本次改造的重点。在设计中，采用了室内空气质量监测与管理系统。通过不同的传感器设置，实时监测室内的CO、CO2、PM2.5、PM10、TVOC等有害气体，并且适时联动相关区域的送、排风机进行空气交换，保证室内空气质量。本次改造中考虑到医院人流量较大，卫生间使用频率较高，在实地的查勘中也发现卫生间的氨气味较重。因此，针对上述情况，将卫生间氨气监测也纳入了室内空气质量监测与管理系统。

良好的室内光环境也是本次改造提升的重要方面。照明设计中除了关注不同场所功能照明的要求，如照度、功率密度、显色指数、色温、眩光等因素外，对于医院照明，还注重人工光环境对人节律的影响。在本次改造设计中大厅充分利用自然光线，通过灯具的多样选择、色温和照度的调节、间接照明方式的选用，营造了良好的照明光环境。对于不能自然采光的部分房间和走道，例如产房等场所，采用色温和光谱可调节的天空灯方案，提高舒适度，减少压抑感。

  > > > >    提升运维效能

本文在1.4节中指出了医院的低压电缆和电线敷设存在消防用电缆和非消防用电缆共用电缆槽盒，医疗设备用电和普通用电设备用电回路共用电缆槽盒以及电缆和电线共用槽盒等诸多线缆敷设的问题。为了解决医院供电系统电缆数量众多，共用敷设槽盒，后期维护困难的问题，本次设计中借鉴了美国电气规范中负荷分类的方法，同一负荷等级的用电负荷进行负荷分类，并在低压配电系统设计时，按照同一负荷等级和同一负荷分类的原则将用电负荷接入相应的低压母线段。同时在低压出线回路电缆通道和路径设计方面，参考了美国医院不同分支回路独立设置桥架和管路的方法，并要求采用相关的颜色标识。低压配电回路的划分详见图3示意。

另外本次设计中在不提高负荷等级的情况下，通过多种配电方式的应用，用最小的经济成本换来三级负荷相对较高的供电可靠性和灵活性。例如，在本次改造中，10 kV高压系统采用自动转换的单母线分段方式，三级负荷在竖向采用来自两台不同变压器的双回路的密集母线树干式供电，同时照明电源和插座电源分别引自两台不同的变压器，同时在三级负荷用电区域，增加柴油发电机保障电源和就地设置UPS电源等。

  > > > >    兼顾发展需要

医院的电气系统改造要适当考虑未来发展的需要。为了满足随着医院不断增长的业务和管理需求，本次改造中在各类线缆的竖向通道方面做了充分的预留。每个门诊和独立科室区域设置单独的强弱电小间，并根据医院运营和运维管理需要，分别设置了医疗信息化与后勤运维的各自专用的电气井道，井道面积考虑未来发展的需要。同时电气井设置了排风措施，避免井道温度过高带来的火灾隐患。改造后标准层电井布置如图4所示。