基于太陽光紫外線和風(fēng)環(huán)境模擬的武漢雷神山醫(yī)院防疫工作規(guī)劃分析響應(yīng)

孫強(qiáng)，邊昕

(1.成都理工大學(xué) 旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，四川 成都 610059；2.漢嘉設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，山東 濟(jì)南 250014；3.山東女子學(xué)院 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250300)

2019年12月，武漢市出現(xiàn)多例不明原因肺炎病例，甚至有的患者發(fā)展為重癥或死亡[1]。2020年1月31日，世界衛(wèi)生組織宣布將新型冠狀病毒肺炎疫情列為國際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件[2]。為有效應(yīng)對(duì)新型冠狀病毒肺炎疫情，集中收治確診患者，武漢市防疫指揮部決定參照2003年“非典”期間北京小湯山醫(yī)院模式，繼武漢火神山醫(yī)院后再建設(shè)一座雷神山醫(yī)院。已有的文獻(xiàn)表明[3],紫外線照射可有效殺滅導(dǎo)致“非典”的冠狀病毒，紫外線強(qiáng)度為4 μW/cm2～5 μW/cm2，3 h可殺滅室外冠狀病毒。鄭路照[4]提出紫外線可破壞微生物DNA結(jié)構(gòu)，使之失去繁殖和自我復(fù)制功能,從而達(dá)到殺菌消毒目的。 2019新型冠狀病毒是“非典”冠狀病毒的近親[5-7]。2020年2月8日國家衛(wèi)生健康委辦公廳和國家中醫(yī)藥管理局辦公室聯(lián)合印發(fā)《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第五版 修正版)》，文中明確病毒對(duì)紫外線敏感，即紫外線可殺滅病毒[8]。與此同時(shí)，何劍鋒等[9]提出增加室內(nèi)有效空氣流通對(duì)預(yù)防新型冠狀病毒肺炎等呼吸道傳染病具有重要作用。鐘南山曾在“2018聚焦健康人居室內(nèi)環(huán)境與健康高峰論壇”指出，室內(nèi)空氣污染52%是通風(fēng)不足造成的[10]。既有研究也表明[11-13],武漢市年平均風(fēng)速較小，靜風(fēng)頻率高，易導(dǎo)致室外空氣污染物濃度升高。

良好的室外太陽光紫外線日照和風(fēng)速大小以及室內(nèi)有效自然通風(fēng)，對(duì)殺滅或消散新型冠狀病毒、預(yù)防呼吸道傳染病具有重要作用，本文以太陽光紫外線和風(fēng)環(huán)境模擬作為切入點(diǎn)，同時(shí)參考病毒傳播途徑研究[14-15]進(jìn)行了疊加分析。本研究對(duì)于指導(dǎo)開展該醫(yī)院室外病毒檢測(cè)和監(jiān)控，隔絕和阻斷病毒傳播途徑，建立防控預(yù)警機(jī)制具有重要意義。本文研究目的：(1)通過太陽光紫外線模擬，明確雷神山醫(yī)院室外地面日照小時(shí)數(shù)分布情況，為開展日常消毒防疫工作和其他同類醫(yī)院設(shè)計(jì)建設(shè)提供技術(shù)性參考；(2)通過風(fēng)環(huán)境模擬，明確該醫(yī)院室外人行高度處風(fēng)環(huán)境和建筑室內(nèi)自然通風(fēng)情況，為日?；蚴鹿实忍厥鉅顩r下明確污染物自然消散能力，識(shí)別重點(diǎn)防疫區(qū)域提供新的視角和素材；(3)通過對(duì)上述模擬結(jié)果疊加分析，考慮室外人員流動(dòng)聚集程度，對(duì)分等級(jí)設(shè)置室外病毒檢驗(yàn)采樣點(diǎn)提供選點(diǎn)布局建議，為有效建立防控預(yù)警機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域

本研究區(qū)域位于武漢市江夏區(qū)黃家湖東南岸，軍運(yùn)村住區(qū)北側(cè)，黃家湖大道西側(cè)，規(guī)劃建設(shè)用地面積約22 hm2，總建筑面積約8×104m2。

雷神山醫(yī)院設(shè)計(jì)方是中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，整體按照傳染病醫(yī)院標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括用地東部隔離醫(yī)療區(qū)(含接診、醫(yī)技、ICU、病區(qū)、調(diào)度中心等)、偏中部醫(yī)護(hù)生活區(qū)、西部綜合后勤區(qū)，呈東西向展開布局。隔離病區(qū)及相關(guān)配套建筑面積為5.25×104m2，臨時(shí)一層建筑，呈“魚骨狀”形式，隔離普通病房總床位數(shù)建設(shè)目標(biāo)為1500張，ICU為60張；醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)位于隔離醫(yī)療區(qū)西側(cè)，建筑面積2.75×104m2，可容納醫(yī)護(hù)人員約2300人(含醫(yī)護(hù)、武警、后勤)[16]。

同時(shí)，考慮該醫(yī)院東北角消防站和其南側(cè)相鄰軍運(yùn)村高層住區(qū)對(duì)太陽光紫外線和風(fēng)環(huán)境模擬的影響，故將其一并納入本研究區(qū)域，見圖1。

圖1 研究區(qū)域功能分布圖Fig. 1 Functional distribution map of the study area

2 雷神山醫(yī)院太陽光紫外線模擬

人類很早就有利用太陽光中的紫外光進(jìn)行殺菌消毒的傳統(tǒng)[4]，但目前，紫外線模擬技術(shù)主要應(yīng)用于建設(shè)工程領(lǐng)域中生活居住類建筑的方案設(shè)計(jì)，本文將其嘗試性應(yīng)用于計(jì)算該醫(yī)院室外地面所能獲得日照小時(shí)數(shù)情況，從而表征太陽光紫外線殺菌消毒能力強(qiáng)弱分布及對(duì)防疫工作的積極影響，具有一定的示范性。

2.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參考既有研究[3]，根據(jù)冬至日至夏至日，中國所處北半球白晝時(shí)間呈增長趨勢(shì)，即理論上日照時(shí)間增加，故選取2020年2月9日為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)日，按照此日連續(xù)日照時(shí)間大于等于3 h作為參考評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 模擬設(shè)置

2.2.1 模擬方法

通過獲取網(wǎng)絡(luò)開放數(shù)據(jù)，采用Auto CAD 2008建立研究區(qū)域內(nèi)建筑三維模型，保存為.dwg格式，再采用眾智日照分析7.5，仿真模擬分析該醫(yī)院室外地面高度處太陽光紫外線日照情況，參考評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)室外地面是否有利或不利于太陽光紫外線殺菌消毒進(jìn)行空間識(shí)別。

2.2.2 模型設(shè)置

本模型按照眾智日照分析7.5模擬軟件表述的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

(1)依據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》[17]確定武漢城市經(jīng)緯度為東經(jīng)114°08′、北緯30°37′。

(2)陽歷日期：2020年2月9日星期日。

(4)日照時(shí)間圖面表示：連續(xù)；最小連續(xù)時(shí)間1 min。

(5)日照分析時(shí)間間隔：1 min。

(6)采樣點(diǎn)間隔：2 m。

(7)受影面高度：室外地面高度處。

(8)分析方法：多點(diǎn)區(qū)域分析。

2.3 太陽光紫外線模擬結(jié)果分析

圖2為太陽光紫外線日照模擬結(jié)果，分析可知：(1)該醫(yī)院整體室外地面高度處太陽光紫外線日照環(huán)境較好，大部分區(qū)域滿足標(biāo)準(zhǔn)日連續(xù)日照3 h及以上，對(duì)紫外線利用盡可能充分，實(shí)現(xiàn)較好的自然做功，為日常消毒防疫工作奠定了基礎(chǔ)。(2)用地南側(cè)區(qū)域受相鄰軍運(yùn)村高層住宅遮擋較大，形成其住宅北側(cè)、隔離醫(yī)療區(qū)(B6、B8、B10、B12、B14、B16)西南側(cè)圍合區(qū)域大面積出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)日連續(xù)日照小于3 h情況，且此區(qū)域是醫(yī)護(hù)等人員往來隔離醫(yī)療區(qū)和醫(yī)護(hù)生活區(qū)主要道路(強(qiáng)軍路)，與此同時(shí)，隔離醫(yī)療區(qū)的B6、B8、B10、B12、B14、B16病房東側(cè)、西側(cè)、南側(cè)日照時(shí)間為0～3 h，局部區(qū)域全天無連續(xù)日照或僅為幾十分鐘，未有效利用太陽光紫外線殺菌消毒作用，不利于為醫(yī)護(hù)人員或患者等營造充滿陽光的物理和心理工作治療環(huán)境。為此建議：一是此區(qū)域日常需做好重點(diǎn)消毒防疫工作；二是B6、B8、B10、B12、B14、B16病房凹槽處少植喬木或分支點(diǎn)高的灌木，以免進(jìn)一步對(duì)病房產(chǎn)生日照遮擋；三是優(yōu)先安排患者在日照條件相對(duì)較好病房治療；四是關(guān)注B6、B8、B10、B12、B14、B16病房患者的心理健康水平。(3)兩棟隔離醫(yī)療區(qū)建筑北側(cè)和其凹槽處6 m范圍內(nèi)、調(diào)度中心北建筑北側(cè)8 m范圍內(nèi)、醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)建筑北側(cè)6 m范圍內(nèi)受建筑自身遮擋連續(xù)日照<3 h，部分為全天無連續(xù)日照，日常需做好重點(diǎn)消毒防疫工作。(4)消防站建筑北側(cè)20 m范圍內(nèi)受建筑自身遮擋連續(xù)日照<3 h，且其為消防救援人員和車輛進(jìn)出主要通道，日常需做好重點(diǎn)消毒防疫工作。

圖2 太陽光紫外線日照模擬圖Fig. 2 Simulation diagram of ultraviolet sunshine

3 雷神山醫(yī)院風(fēng)環(huán)境模擬

風(fēng)環(huán)境是指所處地理位置的風(fēng)氣候，諸如風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)壓等，其與規(guī)劃布局，即建筑物空間組合密切相關(guān)。為此，參考GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[18]，本著快速及時(shí)為該醫(yī)院掌握自身風(fēng)環(huán)境情況的原則，故僅選取冬季、春季工況下進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬分析。

3.1 氣象條件

武漢市地處中國華中地區(qū)，江漢平原東部、長江及其最大支流漢江在城中交匯，市區(qū)江河縱橫，水域面積占全市總用地面積約四分之一，屬于北亞熱帶季風(fēng)性(濕潤)氣候。主要?dú)夂蛱卣魇牵撼Ｄ暧炅控S沛、熱量充足、雨熱同季、冬冷夏熱、四季分明，年平均溫度15.8～17.5 ℃[19]。

為使計(jì)算結(jié)果具有一定的代表性，選擇武漢市的典型風(fēng)向和典型風(fēng)平均風(fēng)速作為室外風(fēng)環(huán)境模擬輸入?yún)?shù)。依據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》[17]和當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，確定武漢市冬季室外風(fēng)環(huán)境參數(shù)為：典型風(fēng)向西北風(fēng)、典型風(fēng)平均風(fēng)速3.0 m/s、靜風(fēng)頻率28%；春季室外風(fēng)環(huán)境參數(shù)為：典型風(fēng)向西南風(fēng)、典型風(fēng)平均風(fēng)速2.45 m/s。

3.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合研究目的并參考GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[18]第8.2.8條的要求，具體為冬季工況下：(1)典型風(fēng)速和風(fēng)向條件下，建筑物周圍人行高度1.5 m處風(fēng)速小于5 m/s且室外風(fēng)速放大系數(shù)小于2，同時(shí)風(fēng)速大于等于1.6 m/s，是不影響人們正常室外行走的基本要求且不至于塵土揚(yáng)起產(chǎn)生空氣污染，又有利于污染物自然消散；(2)除迎風(fēng)面第一排建筑外，建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差小于等于5 Pa，可減少冷風(fēng)向室內(nèi)滲透，減少患呼吸道疾病風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)表面風(fēng)壓差大于等于0.5 Pa，有利于建筑的自然通風(fēng)。春季工況下：(1)場(chǎng)地內(nèi)人行高度1.5 m處不出現(xiàn)渦旋或無風(fēng)區(qū)且風(fēng)速大于等于1.6 m/s；(2)建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差大于等于0.5 Pa。

3.3 模擬設(shè)置

3.3.1 模擬方法

通過獲取網(wǎng)絡(luò)開放數(shù)據(jù)，采用Auto CAD 2008建立研究區(qū)域內(nèi)適當(dāng)合理簡(jiǎn)化后的建筑三維模型，成組設(shè)置后導(dǎo)出.stl格式文件并導(dǎo)入計(jì)算流體力學(xué)PHOENICS 2011，仿真模擬分析建筑室外風(fēng)速場(chǎng)、建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓。

3.3.2 模型設(shè)置

建立研究區(qū)域建筑群幾何模型如圖3所示，風(fēng)環(huán)境參數(shù)按照下述進(jìn)行設(shè)置。具體的邊界條件和基本設(shè)置符合以下條件：

(1)計(jì)算區(qū)域：建筑迎風(fēng)截面堵塞比(模型面積/迎風(fēng)面計(jì)算區(qū)域截面積)小于4%；以目標(biāo)建筑(高度H)為中心，半徑5H范圍內(nèi)為水平計(jì)算域。在來流方向，建筑前方距離計(jì)算區(qū)域邊界要2H，建筑后方距離計(jì)算區(qū)域邊界6H。

圖3 研究區(qū)域建筑群幾何模型圖Fig. 3 Geometric model diagram of buildings in the study area

(2)模型再現(xiàn)區(qū)域：目標(biāo)建筑邊界H范圍內(nèi)以最大建筑細(xì)節(jié)予以再現(xiàn)。

(3)網(wǎng)格劃分：建筑的每一邊人行高度處1.5 m劃分10個(gè)網(wǎng)格；重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域要在地面以上第3個(gè)網(wǎng)格內(nèi)。

(4)入口邊界條件：入口風(fēng)速的分布符合梯度風(fēng)規(guī)律。

(5)地面邊界條件：對(duì)于未考慮粗糙度的情況，采用指數(shù)關(guān)系式修正粗糙度帶來的影響。

(6)湍流模型：選擇標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型。

(7)差分格式：迎風(fēng)格式。

3.4 風(fēng)環(huán)境中風(fēng)速場(chǎng)模擬結(jié)果分析

3.4.1 隔離醫(yī)療區(qū)冬季和春季風(fēng)速場(chǎng)

圖4和圖5冬季工況下，隔離醫(yī)療區(qū)室外人行高度1.5 m處整體風(fēng)速小于1.5 m/s，屬浦式風(fēng)級(jí)1級(jí)軟風(fēng)，不利于污染物自然消散。具體為：(1)除隔離醫(yī)療區(qū)最北側(cè)病房凹槽處風(fēng)速為2～2.5 m/s，利于污染物自然消散外，其余病房凹槽處風(fēng)速均小于1.5 m/s。(2)B1和B15東西間距雖較大(達(dá)到30 m，其他病房凹槽處東西間距為12 m)，但風(fēng)速也僅為1.6～1.8 m/s，屬浦式風(fēng)級(jí)2級(jí)輕風(fēng)；B2和B12東西間距同上，但出現(xiàn)了無風(fēng)區(qū)，污染物易聚集。(3)B14和B16病房凹槽處出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，污染物易聚集。(4)兩棟隔離醫(yī)療區(qū)建筑之間和其最南側(cè)的兩條東西道路是往來醫(yī)護(hù)生活區(qū)的主要道路，風(fēng)速平均為1.5 m/s，可有利于污染物自然消散但消散能力有限。(5)調(diào)度中心建筑出入口所在長邊的東西兩側(cè)風(fēng)速為1.8～2.5 m/s，利于污染物自然消散。(6)消防站西南側(cè)和醫(yī)技、ICU北側(cè)圍合區(qū)域，風(fēng)速小于1.5 m/s，污染物易聚集。(7)接診區(qū)域風(fēng)速為1.8～2.5 m/s，有利于污染物消散，但該區(qū)域是醫(yī)護(hù)人員和患者主要進(jìn)出區(qū)域，需提高防護(hù)等級(jí)。綜上所述，隔離醫(yī)護(hù)區(qū)室外風(fēng)速較小區(qū)域和接診區(qū)域，需做好日常重點(diǎn)清潔消毒工作，事故等特殊狀況下作為重點(diǎn)防疫區(qū)域，見表1。

表1 冬季風(fēng)速場(chǎng)模擬日?；蚴鹿实忍厥鉅顩r下各區(qū)域處置情況Table 1 Disposal of each area under special conditions such asdaily or accident simulation of winter wind speed field

圖4 研究區(qū)域冬季工況風(fēng)速云圖Fig. 4 Wind speed cloud picture of the study area during winters

圖5 隔離醫(yī)療區(qū)冬季風(fēng)速三維分析圖Fig. 5 3D analysis chart of winter wind speed in the isolated medical area

隔離醫(yī)療區(qū)冬季風(fēng)速放大系數(shù)均小于2，見圖6所示。雖更有利于冬季大風(fēng)天氣室外步行活動(dòng)，但對(duì)于醫(yī)院疫地充分利用自然風(fēng)環(huán)境消散污染物不利，佐證了冬季隔離醫(yī)療區(qū)人行高度處整體風(fēng)環(huán)境欠佳。

圖6 研究區(qū)域冬季工況風(fēng)速放大系數(shù)圖Fig. 6 Amplification coefficient diagram of wind speedduring winters in the study area

圖7和圖8春季工況下，隔離醫(yī)療區(qū)室外人行高度1.5 m處整體風(fēng)速小于1.5 m/s，屬浦式風(fēng)級(jí)1級(jí)軟風(fēng)，不利于污染物自然消散。具體為：(1)隔離醫(yī)療區(qū)所有建筑凹槽處風(fēng)速小于1.5 m/s，B6和B8、B8和B10、B10和B12、B12和B14病房凹槽處出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，污染物易聚集。(2)往來隔離醫(yī)療區(qū)和醫(yī)護(hù)生活區(qū)的兩條主要道路，其中兩棟隔離醫(yī)療區(qū)建筑之間的東西道路，其風(fēng)速平均為1.5 m/s，可有利于污染物自然消散但消散能力有限；而用地最南側(cè)的東西道路，其平均風(fēng)速為1.8～2.5 m/s，有利于污染物自然消散。(3)調(diào)度中心建筑出入口所在東西長邊兩側(cè)風(fēng)速為1.5 m/s, 可有利于污染物自然消散但消散能力有限，東側(cè)離開建筑10 m處風(fēng)速增大至1.8～2.0 m/s。(4)消防站西側(cè)區(qū)域風(fēng)速小于1.5 m/s，鄰近建筑出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，其余方向風(fēng)速為1.6～2.5 m/s，西側(cè)區(qū)域作為消防人員訓(xùn)練活動(dòng)場(chǎng)地，同時(shí)考慮其職業(yè)特殊性，需提高防護(hù)等級(jí)。(5)醫(yī)技、ICU區(qū)域，風(fēng)速為1.6～2.0 m/s，有利于污染物自然消散。(6)接診區(qū)域風(fēng)速為1.6～2.0 m/s，有利于污染物自然消散，但仍需提高防護(hù)等級(jí)。綜上所述，隔離醫(yī)護(hù)區(qū)室外人行高度處風(fēng)速較小區(qū)域、消防站區(qū)域和接診區(qū)域，需做好日常重點(diǎn)清潔消毒工作，事故等特殊狀況下作為重點(diǎn)防疫區(qū)域，見表2。

表2 春季風(fēng)速場(chǎng)模擬日常或事故等特殊狀況下各區(qū)域處置情況Table 2 Disposal situation of each area under special conditions such as daily or accident simulation of spring wind speed field

圖7 研究區(qū)域春季工況風(fēng)速云圖Fig. 7 Wind speed cloud picture of the study area during springs

圖8 隔離醫(yī)療區(qū)春季風(fēng)速三維分析圖Fig. 8 3D analysis chart of spring wind speed in the isolated medical area

3.4.2 醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)冬季和春季風(fēng)速場(chǎng)

圖9冬季工況下，醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)室外人行高度1.5 m處整體風(fēng)速為1.8～2.8 m/s,屬浦式風(fēng)級(jí)2級(jí)輕風(fēng)，有利于污染物自然消散。但醫(yī)護(hù)生活區(qū)東部的南北兩棟建筑之間平均風(fēng)速為1.5 m/s，如作為醫(yī)護(hù)人員通行主要道路或建筑主要出入口，需做好日常重點(diǎn)清潔消毒工作，確保醫(yī)護(hù)人員生活環(huán)境安全。

醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)冬季風(fēng)速放大系數(shù)均小于2，見圖6所示。偏東側(cè)醫(yī)護(hù)生活區(qū)風(fēng)速放大系數(shù)平均為1.0，偏西側(cè)綜合后勤區(qū)風(fēng)速放大系數(shù)平均為1.3，不僅適合在冬季室外步行活動(dòng)，更有利于醫(yī)院疫地污染物自然消散，佐證了冬季醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)人行高度處整體風(fēng)環(huán)境較好。

圖10所示，春季工況下，醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)室外人行高度1.5 m處整體風(fēng)速為1.5 m/s, 屬浦式風(fēng)級(jí)1級(jí)軟風(fēng)，可有利于污染物自然消散但消散能力有限，特別是在醫(yī)護(hù)生活區(qū)東南側(cè)局部風(fēng)速減小至0.6 m/s，污染物易聚集，需做好日常重點(diǎn)清潔消毒工作。

圖9 醫(yī)療生活區(qū)和綜合后勤區(qū)冬季風(fēng)速三維分析圖Fig.9 3D analysis chart of winter wind speed in medical living area and comprehensive logistics area

圖10 醫(yī)療生活區(qū)和綜合后勤區(qū)春季風(fēng)速三維分析圖Fig. 10 3D analysis chart of spring wind speed in medical living area and comprehensive logistics area

3.5 風(fēng)環(huán)境中壓力場(chǎng)模擬結(jié)果分析

3.5.1 隔離醫(yī)療區(qū)冬季和春季壓力場(chǎng)模擬結(jié)果分析

因隔離醫(yī)療區(qū)均為負(fù)壓病房，平時(shí)不進(jìn)行開窗通風(fēng)，故對(duì)此區(qū)域冬季壓力場(chǎng)簡(jiǎn)述為：(1)因隔離醫(yī)療區(qū)病房呈東西向“魚骨狀”布局，近似于平行盛行風(fēng)方向，故北側(cè)隔離醫(yī)療區(qū)病房?jī)蓚?cè)風(fēng)壓基本一致；南側(cè)病房風(fēng)壓受軍運(yùn)村高層住宅影響較大，病房?jī)蓚?cè)風(fēng)壓差大于等于0.5 Pa，同時(shí)建筑部分屋面風(fēng)壓大于5 Pa，雖會(huì)造成能耗增加，但也更加保證了病房?jī)?nèi)污染空氣與室外空氣接觸難度。(2)調(diào)度中心建筑出入口所在長邊兩側(cè)表面風(fēng)壓差趨于0，室內(nèi)基本無法自然通風(fēng)，可利用空調(diào)、空氣凈化器等設(shè)施輔助進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，保證空氣流通。(3)消防站主要朝向迎風(fēng)面和背風(fēng)面建筑表面風(fēng)壓差小于5 Pa且大于等于0.5 Pa,有利于室內(nèi)自然通風(fēng)，見圖11～12。

圖11 冬季工況隔離醫(yī)療區(qū)建筑背風(fēng)面三維分析圖Fig.11 3D analysis chart of building leeward surface inisolated medical area during winters

圖12 冬季工況隔離醫(yī)療區(qū)建筑迎風(fēng)面三維分析圖Fig. 12 3D analysis chart of windward surface of buildings in isolated medical area during winters

春季壓力場(chǎng)簡(jiǎn)述為：(1)兩棟隔離醫(yī)療區(qū)東西病房?jī)蓚?cè)壓力差整體趨于0。(2)調(diào)度中心建筑出入口所在長邊兩側(cè)壓力差，偏中南部壓力差大于等于0.5 Pa,偏北部趨于0，故偏北部房間需采取機(jī)械通風(fēng)措施，保證室內(nèi)空氣流通。(3)消防站迎風(fēng)面和背風(fēng)面建筑表面壓力差趨于0，需采取機(jī)械通風(fēng)措施，保證室內(nèi)空氣流通，見圖13～14。

圖13 春季工況隔離醫(yī)療區(qū)建筑背風(fēng)面三維分析圖Fig.13 3D analysis chart of building leeward surface inisolated medical area during springs

圖14 春季工況隔離醫(yī)療區(qū)建筑迎風(fēng)面三維分析圖Fig.14 3D analysis of the windward side of the building in the isolated medical area during springs

3.5.2 醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)冬季和春季壓力場(chǎng)模擬

冬季工況下，醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)迎風(fēng)面和背風(fēng)面建筑表面南北兩側(cè)和東西兩側(cè)風(fēng)壓差均小于5 Pa且大于等于0.5 Pa，有利于室內(nèi)自然通風(fēng)，營造醫(yī)護(hù)人員安全的生活環(huán)境，見圖15～16。

圖15 冬季工況醫(yī)療生活區(qū)和綜合后勤區(qū)建筑背風(fēng)面三維分析圖Fig. 15 3D analysis of the leeward side of buildings in the medical living area and integrated logistics area during winters

圖16 冬季工況醫(yī)療生活區(qū)和綜合后勤區(qū)建筑迎風(fēng)面三維分析圖Fig.16 3D analysis of the windward side of buildingsin the medical living area and integratedlogistics area during winters

春季工況下，醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)迎風(fēng)面和背風(fēng)面建筑表面南北兩側(cè)和東西兩側(cè)風(fēng)壓差均小于5 Pa且大于等于0.5 Pa，有利于室內(nèi)自然通風(fēng),減少室內(nèi)空氣污染，見圖17～18。

圖17 春季工況醫(yī)療生活區(qū)和綜合后勤區(qū)建筑背風(fēng)面三維分析圖Fig. 17 3D analysis of the leeward side of buildings in the medical living area and integrated logistics areaduring springs

圖18 春季工況醫(yī)療生活區(qū)和綜合后勤區(qū)建筑迎風(fēng)面三維分析圖Fig.18 3D analysis of the windward side of buildings in the medical living area and integrated logistics area during springs

4 雷神山醫(yī)院太陽光紫外線和風(fēng)環(huán)境模擬疊加分析

綜合上述模擬結(jié)果進(jìn)行疊加分析，嘗試性提出該醫(yī)院檢測(cè)采樣點(diǎn)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)先等級(jí)。具體為：(1)太陽光紫外線連續(xù)照射時(shí)間小于3 h、室外無風(fēng)區(qū)或風(fēng)速小于等于1.5 m/s、隔離醫(yī)療區(qū)內(nèi)醫(yī)護(hù)人員或其他工作人員主要途徑道路或建筑主要出入口處，對(duì)其疊加分析，重合區(qū)域內(nèi)選點(diǎn)布局作為1級(jí)重要采樣點(diǎn)；(2)太陽光紫外線照射時(shí)間大于3 h、當(dāng)季盛行風(fēng)的下風(fēng)向或院區(qū)四至邊界區(qū)域、隔離醫(yī)療區(qū)內(nèi)醫(yī)護(hù)人員或其他工作人員主要途徑道路或建筑主要出入口處，作為2級(jí)次要采樣點(diǎn)；(3)太陽光紫外線照射時(shí)間大于3 h、風(fēng)速小于等于1.5 m/s或大于1.5 m/s、隔離醫(yī)療區(qū)內(nèi)建筑主要出入口處或病房排氣口下風(fēng)向5 m處隨機(jī)采樣[14]，作為3級(jí)普通采樣點(diǎn)。需要指出的是，上述檢測(cè)采樣點(diǎn)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)先等級(jí)是基于對(duì)該醫(yī)院太陽光紫外線和風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果上，并涵蓋人員相對(duì)集中區(qū)域，可供其他同類醫(yī)院設(shè)置檢測(cè)采樣點(diǎn)時(shí)參考，但更多的是對(duì)不同醫(yī)院的不同模擬結(jié)果精準(zhǔn)施策，因地制宜制定標(biāo)準(zhǔn)。

通過模擬結(jié)果疊加分析，可以看出：

(1)冬季工況下，1級(jí)重要采樣點(diǎn)應(yīng)設(shè)置于隔離醫(yī)療區(qū)內(nèi)南側(cè)B6、B8、B10、B12、B14和軍運(yùn)村高層住區(qū)之間的院區(qū)附屬道路和強(qiáng)軍路區(qū)域、用地東北角消防站北側(cè)建筑出入口區(qū)域；2級(jí)次要采樣點(diǎn)應(yīng)設(shè)置于接診區(qū)域、隔離醫(yī)療區(qū)內(nèi)南側(cè)附屬道路和強(qiáng)軍路除1級(jí)重要采樣點(diǎn)以外區(qū)域、調(diào)度中心北側(cè)和西側(cè)附屬道路區(qū)域；3級(jí)普通采樣點(diǎn)應(yīng)設(shè)置于調(diào)度中線和接診區(qū)域之間東西向附屬道路區(qū)域(圖19)。

(2)春季工況下，1級(jí)重要采樣點(diǎn)應(yīng)設(shè)置于隔離醫(yī)療區(qū)B6和醫(yī)護(hù)生活區(qū)主要建筑之間所對(duì)應(yīng)的南北道路區(qū)域；2級(jí)次要采樣點(diǎn)應(yīng)設(shè)置于接診區(qū)域，調(diào)度中心西側(cè)和北側(cè)區(qū)域，隔離醫(yī)療區(qū)內(nèi)A1、A3、A5、A7、A9、A11、A13、醫(yī)技、ICU北側(cè)附屬道路區(qū)域，消防站北側(cè)主要出入口區(qū)域；3級(jí)普通采樣點(diǎn)設(shè)置于調(diào)度中線和接診區(qū)域之間東西向附屬道路區(qū)域(圖20)。

圖19 冬季工況病毒檢測(cè)采樣點(diǎn)分等級(jí)示意圖Fig. 19 Schematic diagram of sampling points forvirus detection during winters

圖20 春季工況病毒檢測(cè)采樣點(diǎn)分等級(jí)示意圖Fig.20 Schematic diagram of sampling points for virus detection during springs

5 結(jié)論

通過對(duì)雷神山醫(yī)院隔離醫(yī)療區(qū)、醫(yī)護(hù)生活區(qū)和綜合后勤區(qū)進(jìn)行太陽光紫外線模擬，認(rèn)為其整體較好，但也存在部分被相鄰高層建筑遮擋，日照小時(shí)數(shù)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)日連續(xù)3 h情況。風(fēng)環(huán)境模擬，從人行高度處室外風(fēng)環(huán)境和建筑室內(nèi)風(fēng)環(huán)境兩個(gè)維度，風(fēng)速、風(fēng)速放大系數(shù)、風(fēng)壓三個(gè)測(cè)度指標(biāo)對(duì)防疫工作進(jìn)行了詳細(xì)闡述，其整體存在局部通風(fēng)不暢、污染物易聚集區(qū)域。同時(shí)，將上述兩種模擬結(jié)果進(jìn)行疊加分析，并考慮人員流動(dòng)聚集程度，對(duì)分等級(jí)設(shè)置室外病毒檢驗(yàn)采樣點(diǎn)提供選點(diǎn)布局建議。

從理論上來說，將一般應(yīng)用于建設(shè)工程領(lǐng)域的日照和風(fēng)環(huán)境模擬技術(shù)有效結(jié)合于防疫工作之中，實(shí)現(xiàn)了基于環(huán)境模擬技術(shù)的城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)與防疫工作從屬的預(yù)防醫(yī)學(xué)兩學(xué)科融合式研究，為未來學(xué)科融合發(fā)展起到拋磚引玉的作用。從實(shí)踐層面來說，本文給出雷神山醫(yī)院應(yīng)用案例研究，展示了具體模擬標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)設(shè)置、結(jié)果分析以及對(duì)防疫工作提出合理化建議，為其他同類醫(yī)院建設(shè)提供了技術(shù)性參考。

本研究方法仍具有一定局限性，例如，使用網(wǎng)絡(luò)開放數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性需進(jìn)一步驗(yàn)證，風(fēng)環(huán)境模擬計(jì)算方法考慮問題的全面性需進(jìn)一步補(bǔ)充，故本文僅作參考性成果使用，后續(xù)可通過獲取更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和全面地設(shè)置風(fēng)環(huán)境模擬計(jì)算參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化完善。

致謝：向全國所有抗擊新型冠狀病毒肺炎的醫(yī)護(hù)工作者、各行業(yè)從業(yè)者致以崇高的敬意！