[分享]什么是韧性医院?医院建设研究前沿课题初探

发表于2020-03-23    78人浏览    1人跟帖    总热度:245  

来源:E SPACES,作者:袁文章

何为韧性?
韧性(resilience),源于拉丁词resilio,意思是跳回(jump back)。《辞海》中对韧性的两种解释分别来自于物质和人文:一是指材料本身藉塑性变形所能吸收能量大小的性质,如延性、脆性、弹性等;二是指人坚韧不挠的个性。
我们所在的地球,其实是具有足够“韧性”的星球。在大自然中,随处可见“韧性”现象。比如“大雪压青松,青松挺且直;要知松高洁,待到雪化时。”大雪压着青松,虽然青松挺且直,有很强抵抗能力,但其变形还是存在的;当雪融化后,青松即回到了挺拔的状态。又如“野火烧不尽,春风吹又生。”描写的就是自然界对于突发的破坏作用的自我修复能力。
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图1  大雪压青松(图片来自网络)
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图2 野火烧不尽,春风吹又生 (图片来自网络)

 在这里,我们所说的韧性,主要指在突然遭受的外部作用时,事物抵御外部作用的能力以及受到损害后恢复原有功能的能力,如图3所示。抵御外部作用的能力越强,受到的损害越小、恢复原有功能的时间越短,则该事物的韧性越强。上面提到的“大雪压青松”中的青松在遭受大雪时,能够抵御大雪的压力,几乎没有损害,而其恢复功能的时间则是“待到雪化时”,其韧性极强。小草遭受野火时,抵御能力较弱,受到的损害则是较大的,所幸把根留住了,其恢复功能的时间则是“春风吹又生”,得等到来年的春天了。
 
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 图3 韧性曲线
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图4  韧性恢复



什么是韧性医院?
那么医院的韧性又是指什么呢?当然我们不是指患者恢复健康的能力,这里医院的韧性是指医院在遭受突然的外部作用时,医院应对外部作用的能力,医院遭受损害后恢复医疗功能的能力。这里的“突然的外部作用”包括地震、突发公共卫生事件等。医院作为城市功能系统中最为关键的部门之一,除了日常的医疗保健功能外,是震后救灾、应对突发公共卫生事件的主要承担者。
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美国建筑大师赖特设计的日本东京帝国饭店在1922年建成,1923年东京发生了大地震,周围的大批房屋震倒了,帝国饭店经住了考验并在火海中成为一个安全岛。大批民众涌向这个在地震中岿然屹立的建筑需求庇护,庭院中心的景观水池也起到了消防水池的作用。帝国饭店虽不是医院,但在发生灾难后却对城市的韧性起到了关键性的作用。(图片来自网络)

 所以医院的韧性直接关系到城市抗震救灾的能力以及城市功能恢复的能力,关系到城市应对突发公共卫生事件的能力。那么韧性医院就是指在遭受突然的外部作用(如地震、突发公共卫生事件)时,能否应对这一变故,遭受的损害小,而恢复功能需要的时间短的医院。下面重点讲述地震作用或公共卫生事件突发的情况下,如何建设韧性医院。
 

如何建设韧性医院
如何建设韧性医院呢?其实这个话题包含两个方面因素:一是硬件方面加强建筑的抗震能力和应变能力,二是要努力完善软件优化,即在医院功能和医院组织管理等方面的日常准备。
建筑体系的韧性,医院建筑是由不同的建筑体系组成的,根据设计和施工的类别可以分为主体结构体系、建筑维护体系、通风空调体系、给水排水体系、电气与智能化体系、医疗气体及动力体系,如图5所示。这些体系作为医院建筑的有机组成部分,相互依存、相互作用,缺一不可。当遭受罕遇地震时,应根据一定的设防目标,各系统均尽可能减少损害;而震后,应在最短的时间内予以修复,恢复医院的功能,满足抗震救灾的需要;当遭受突发公共卫生事件时,能够快速应对,维持和加强医院医疗功能。
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图5 医院建筑体系

主体结构体系的韧性,根据应对外部作用的不同,我们将其分为抗震韧性、功能适应韧性。
主体结构体系的抗震韧性,是韧性医院建筑的重中之重。主体结构的损害关系到医院建筑的安全,关系到生命的安全。目前,我国的结构抗震技术基本上满足了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防要求,但是对于结构构件的修复、修复时间以及对其它体系的损害的关注度尚有待提高。所幸的是,国内国外对结构体系的抗震韧性研究早在21世纪初就已经开始。同济大学吕西林院士提出了“可恢复功能结构”:他总结了几种可恢复功能的结构形式,如摇摆框架、摇摆墙,自复位结构、可更换结构构件,以及可更换墙脚剪力墙。这些结构可以使医院在大震后不需要修复或者稍加修复(比如更换某些耗能构件)即可恢复主体结构使用功能。减隔震措施能够很好的避免和减少主体结构在罕遇地震下遭受的损害,增加结构振动控制系统(如主动控制、半主动控制、被动控制)可以及时的根据地震波产生的作用,激发控制器的控制力,减少主体结构的地震响应,从而减少了主体结构的损害。
需要进一步补充的是:加强结构的抗震韧性,不仅仅是避免和减少了主体结构的损害,同时,由于结构的破坏和变形的减小,大大提高了震后机电系统的完整性。震后机电系统的完整性直接关系到震后医院能够正常运转或者快速修复恢复功能。
主体结构的适应性韧性,主要体现在对建筑功能调整的适应性。在公共卫生事件突发时,为满足短时间内快速增加的某一病种的治疗能力,建筑功能需要应急快速调整,结构构件应能满足这一调整的需要,而不需要进行主体结构大范围的拆改和加固。这就要求在建设医院时,充分考虑医院的应变能力,结构专业充分考虑构件布置为建筑功能调整提供灵活性,充分考虑功能调整的荷载变化。如剪力墙的布置、梁板的承载能力。
建筑维护体系的韧性,在于大震后不发生大面积的损害,损害不至于影响到医院功能短期恢复。比如,不发生整片幕墙掉落、整片墙体倒坍、吊顶整体塌落等。目前我国的抗震规范对后砌隔墙进行了构造性的规定,尚需进一步研究其大震的损害情况和恢复时长。
建筑维护体系的韧性,在遭遇突发公共卫生事件时,维护体系要易于拆改,易于安装,为医疗功能应急调整提供条件。在建设时期,应充分考虑突发公共卫生事件时,医疗功能调整的可行性和快速性。尽量减少应急改造时对维护体系的拆改。
此外,无论建筑主体结构体系,还是外维护体系,都涉及到建筑抗震材料的广泛使用问题。在这一点上,我们的近邻日本有着广泛的经验。例如他们把抗震结构分成耐震结构、制震结构、免震结构,并通过抗震水泥,钢纤维混凝土,橡胶,自修复混凝土或者钢木复合梁等形式,形成良好的韧性抗震结构。
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图6 日本抗震混凝土试验(图片来自网络)

机电体系的韧性,在于大震后不发生难以修复的损害,短期内能更换和修复。比如,配电室设备能否正常运转,供电管线不发生截断,即使存在截断,能在最短时间内接通。《建筑工程机电抗震设计规范》对设备机房、管线布置做出了规定,如采用抗震支架等。除此之外,震后损坏的设备的更换亦应得到重视,如更换时间、设备最近更换路径等;需要注意的是,机电系统之间存在相互依存的关系,考虑机电体系的韧性时,需要考虑其间的偶联关系,从而确定韧性的层次关系。
机电体系的韧性,在遭遇突发公共卫生事件时,应能快速满足医疗功能的调整。比如,用电量的增加、氧气用量的增加、送排风系统的调整、网络流量增加等等。这一切,都需要在医院建设之初,充分考虑,设置必要的条件。
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图7 抗震支架 (图片来自网络)


医疗功能的韧性
古人仁,“迨天之未阴雨,彻彼桑土,绸缪牖户”,既然韧性医院是韧性城市的重要组成部分,那么医院的韧性就直接关系到城市的韧性。建设韧性医院,更好的为韧性城市做出贡献,尚需要从医院的功能出发,分析实现韧性医院的最短路径。
罕遇地震的发生有其不确定性,韧性医院并不追求医院所有部位抵御一切外来作用。我们需要根据震后救灾工作的需要,确定医院功能在震后恢复的紧迫性,亦即确定医院各功能分区的韧性。
 以综合医院为例,如图8,医院功能单元可以分为门诊急诊、临床科室、医技科室、医疗管理、预防保健、科研教学等。急诊急救——手术——重症监护是医院作为震后救援的最核心最紧迫的功能,该功能在医院建设之初就应当充分考虑,设置最为快速便捷的生命通道,同时,中心供应、病理检查、血库等相关科室均应紧邻手术室(或有便捷通道),以便术中病理检查、术中输血等紧急需求。该医疗动线能否在震后即可恢复、顺利运转是实现韧性医院首当其冲的任务。故这些功能部位的建筑体系必须保证在大震中尽可能减少损害,且能即刻恢复功能。紧随其后的,应属医技科室。医技是医院的核心,理当是韧性医院中韧性最好的区域。而教学科研,则可以适当延长恢复时间。
突发公共卫生事件亦有其不确定性,韧性医院亦不追求在平时正常运转的情况,能够承载所有可能发生的公共卫生事件特定病种的救护。但在建设韧性医院时,充分考虑功能布局的灵活性、兼容性。在突发公共卫生事件时,能够快速调整功能布局,为特定病种提供救护。
本次新冠肺炎疫情,传染性极强,来势汹汹。很多医院由于原来功能不适应该病种的治疗,不得不紧急改造成传染病医院。比如,武昌医院用三天三夜时间改造成传染病医院,工程极其艰难和紧张。医疗功能的韧性,就体现在建设之初,充分考虑功能调整的可行性,使得功能转化迅速、从容应对。
快速反应的医疗管理也是医院韧性的重要组成部分。韧性医院应做好医疗管理应急预案,并经常进行演练;应做到震后、突然公共卫生事件时行政命令准确快速下达、各级医务人员快速进入新的角色、医院功能分区局部快速调整。院感管理是韧性医院不可忽视的管理内容,直接关系抗震救灾成功与否、关系医院整体功能恢复的时间等。
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图8  医院功能单元

医疗设备的韧性
医疗设备主要分为检查设备和治疗设备。检查设备包括X光、B超、CT、核磁共振等,在震后救灾中作用更为重要。这些设备需要震后即刻投入使用,所以在医院设计时,应当充分考虑安装这些设备构件的抗震性能:如减少结构层间位移、采用具有抗震性能的机械锚栓固定支架、设备底部采取必要的隔震措施。医疗设备本身也应加强自身防震的能力。而医院在快速替换损害的医疗设备也应有预案。
在应对公共卫生突发事件时,医疗设备的作用非常重要,如本次抗击新冠疫情的战斗中,CT机起到了非常重要的作用。故医院应当适当增加一些医疗设备的储备数量、且将其放置在可以应急使用的位置,增加可移动医疗设备。
君子以思患而豫防之”。韧性医院作为韧性城市的重要组成部分,将成为目前医院建设研究的前沿课题。韧性医院的研究涉及土木工程、设备工程学、地震工程学、社会学、管理学、医学、人工智能等多学科的互相交叉和综合运用。建设韧性医院,将大大提高人类社会应对突发外部作用的能力,大大增强人民生活的稳定感和安全感。
 
[参考文献]
1.  尚庆学,李吉超,王涛医疗系统抗震韧性评估指标体系工程力学2019 年 6 月
2.  吕西林, 陈云, 毛苑君 结构抗震设计的新概念——可恢复功能结构同济大学学报( 自然科学版)2011 年7 月
3.  翟长海,刘文,谢礼立 城市抗震韧性评估研究进展建筑结构学报2018 年 9 月
作者介绍:

袁文章 国家一级注册结构工程师、博远医疗副总经理、高级工程师
博远医疗:博远医疗是华诚博远旗下一家专注医疗建筑规划、设计、咨询的专业机构,团队骨干成员多具有从事大型医院设计20~30年的经历,团队成员承担大量综合医院、专科医院的设计工作。

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 发表于2020-03-23   |  只看该作者      

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