病房改造工程物理環(huán)境優(yōu)化設計探析
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摘要：2020年北京市衛(wèi)生健康委員會批準了示范性研究型病房項目，北京大學第一醫(yī)院對位于第三住院部的7層和1層進行改造，建成研究型病房（Ⅰ期）和臨床試驗機構(gòu)辦公室。為了給予研究和試藥更好的體驗，在改造過程中采用Ecotect軟件對第三住院部氣候條件進行分析，得到了每年極端氣象的最值；通過焓濕圖確定了每個季節(jié)不同的節(jié)能方案；根據(jù)建筑朝向確定了建筑的布局；根據(jù)自然采光分析，優(yōu)化照明方案，并確定優(yōu)化后的采光系數(shù)。經(jīng)過Ecotect軟件的分析為病房的改造設計提供了重要的決策支持。
關(guān)鍵詞：研究型病房；物理環(huán)境模擬；Ecotect軟件；優(yōu)化設計
0引言
北京大學第一醫(yī)院是北京市衛(wèi)生健康委員會批準的示范性研究型病房之一。為建設研究型病房（Ⅰ期）和臨床試驗機構(gòu)辦公室，擬在第三住院部1層及7層進行改建，1層主要由藥物臨床試驗機構(gòu)辦公室和受試者篩選區(qū)組成。篩選區(qū)分為2個房間并配備護士站，男女受試者分開進行心電圖、體格檢查等涉及到隱私的操作，受試者生命體征、血樣采集等操作可以同時在該區(qū)域內(nèi)完成。篩選區(qū)同時滿足受試者門診隨訪的需要。7層為醫(yī)療區(qū)，主要進行藥理基地的信息化及團隊的建設，開展Ⅰ期臨床試驗技術(shù)研究。隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，在設計階段引入新興的軟件，在建筑方案設計階段對光、熱等物理環(huán)境進行分析，可以輔助功能區(qū)布置和節(jié)能方案選擇。研究型病房是為人體進行藥物的系統(tǒng)性研究而建，北京大學第一醫(yī)院研究型病房改造項目，地點位于北京大學第一醫(yī)院第三住院部，地址為北京市東城區(qū)安內(nèi)大街車輦店胡同15號。東經(jīng)116．4°，北緯39．9°，建筑坐北朝南。
1建設基本情況
研究型病房改造項目位于第三住院部的1層和7層，涉及總改造面積為1700m2。根據(jù)使用需求和改造范圍，確定了初步基本使用需求，見表1。研究型病房設計工作主要需要滿足以下5個方面的需求：1）實現(xiàn)臨床研究與病房相結(jié)合的平面布局；2）提供舒適的試藥環(huán)境；3）滿足臨床研究的試驗使用需求；4）建設智能信息化的研究平臺；5）對受試者進行獨立管理。為了滿足研究型病房的設計工作，需要對研究型病房的物理環(huán)境進行分析。
2北京地區(qū)氣候分析
建筑空間的改造過程中需對場地的地域熱分析、風分析和日照分析?；谘芯啃筒》康脑O計理念和使用需求，整合所處西區(qū)的氣候資源，進而設計出更加合適的室內(nèi)布局，滿足使用需求。根據(jù)北京的氣象數(shù)據(jù)基本資料，通過Ecotect軟件進行分析［1－3］，得到北京大學第一醫(yī)院第三住院部建筑所在地的氣象分析，根據(jù)所在地每小時的氣溫、相對濕度、絕對濕度、露點溫度、濕球溫度、風速、風向、水平輻射量、擴散輻射量、直接輻射量、云量和雨量，經(jīng)過軟件分析得到追月、追日氣象數(shù)據(jù)。得到全年的氣象數(shù)據(jù)見表2。風向分析如下。1）25～30km／h風速在全年內(nèi)出現(xiàn)的時間均小于32h。2）風速大于40km／h的時間小于32h。3）主要的風向為東南風。
3利用焓濕圖進行節(jié)能分析
焓濕圖可以確定空氣的狀態(tài)，可根據(jù)4個基本參數(shù)：溫度、含濕量、大氣壓力和水蒸氣分壓力與熱環(huán)境的關(guān)系分析空氣的狀況，進而更加直觀地確定室內(nèi)外的環(huán)境和舒適區(qū)的偏離程度［4－9］。以干球溫度作為自變量，絕熱溫度作為因變量。選取3種方案，利用焓濕圖中舒適區(qū)域的百分數(shù)對比節(jié)能情況。3種方案見表3。根據(jù)圖1可知，在自然條件下，在12月到次年2月和7—8月期間，舒適百分比較小。因此需要采用主動式的供暖和制冷方式調(diào)節(jié)舒適性。在過根據(jù)北京的氣象數(shù)據(jù)基本資料，通過Ecotect軟件進行分析［1－3］，得到北京大學第一醫(yī)院第三住院部建筑所在地的氣象分析，根據(jù)所在地每小時的氣溫、相對濕度、絕對濕度、露點溫度、濕球溫度、風速、風向、水平輻射量、擴散輻射量、直接輻射量、云量和雨量，經(jīng)過軟件分析得到追月、追日氣象數(shù)據(jù)。得到全年的氣象數(shù)據(jù)見表2。渡季節(jié)，采取自然通風對于增加焓濕圖中的舒適區(qū)域效果非常明顯。因此在后期使用過程中在12—2月和7—8月期間給予充分的能源供應，在過渡季節(jié)增加自然通風。在外墻中設置保溫材料，對舒適區(qū)域百分比的變化不大。
4朝向分析
建筑的朝向分析主要是通過熱輻射信息進行綜合分析。Ecotect朝向分析的理論基礎是根據(jù)熱輻射［10－13］，其認為在過冷的時間內(nèi)得到的輻射量較多，在過熱的時間內(nèi)得到的輻射量較小就是最佳朝向，反之是最差朝向。首先對建筑所在的朝向進行分析，結(jié)果如圖2所示。經(jīng)過最佳朝向分析可知，最佳朝向為南偏東17．5°，最差朝向是東偏北17．5°。右下方的顏色越深代表朝向越佳，左上方顏色越深代表朝向越差。第二步是結(jié)合最佳朝向分析圖，進行平面布置。根據(jù)病房管理需求，將受試者病房放置在最佳朝向的區(qū)域，能夠提升受試者的舒適程度，進而對整個研究起到積極的作用，將其他類用房按照核心程度進行劃分，除病房外核心區(qū)域是采血區(qū)，采血區(qū)是受試者在進入7層后需要停留的第一站，可以給予受試者最好的第一印象。從使用角度來看，使用頻次較低的用房———試驗藥房、樣品處理間和會議室等對朝向要求不高，因此可圍繞在最差朝向放置。按照同樣的思路對1層的建筑進行布置，由于在1層的改造過程，最佳朝向的部分沒有進行改造，考慮圍繞最不利朝向進行布置，將會議室和督查辦公室放置在最不利區(qū)域。
5采光模擬
根據(jù)醫(yī)院建筑以往數(shù)據(jù)分析得到，醫(yī)院建筑中照明用電占據(jù)某單一樓體的18％左右。為了更加節(jié)約照明成本，對1層和7層分別進行了采光模擬。根據(jù)1層的自然采光分析，結(jié)合改造中窗戶的布置，可很好地滿足藥房中藥片避光儲存的需求，因此將藥房放置在此區(qū)域。根據(jù)采光分析后，布置燈具的位置，采用最佳的布置方案后，1層的采光得到很大的改善。采光系數(shù)的范圍在54％～74％左右，大多數(shù)區(qū)域的采光系數(shù)在62％以上?？梢詽M足使用需求。7層自然采光系數(shù)在0～20％之間，由于7層是在原有的樓層進行加蓋，因受建筑布局的局限，改造時采光條件較差，在窗邊的采光約為6％～12％。相比較1層而言，7層需要更多的照明裝置。采取照明方案后，7層采光系數(shù)增加到了54％～74％之間，是原來的3倍左右，滿足了規(guī)范要求中各個功能用房的采光需求。通過模擬建筑單層立面的日照分析時長，對后期房間的窗簾材質(zhì)選擇提供了基礎數(shù)據(jù)。
6結(jié)語
采用Ecotect軟件對現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)進行剖析，對焓濕圖和建筑的朝向、采光進行模擬，在不改變原有建筑外立面和空間結(jié)構(gòu)的情況下，基于研究型病房建設的設計實際需求，更加合理地進行了房屋的布置，為研究型病房的研究者和受試者提供了一個更加舒適的環(huán)境。
作者:李思童 陳鵬 鹿澎 劉驍 張雨霏 單位:北京大學第一醫(yī)院 首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院