疫情下的方艙醫(yī)院設(shè)計

文／周小儒，馬 陽，李 瑩，周凹凸（.北京化工大學(xué) 機電工程學(xué)院；.英國利茲大學(xué) 表演與文化產(chǎn)業(yè)學(xué)院）

新冠肺炎疫情爆發(fā)初期，武漢市新增確診病例持續(xù)上升，已有的醫(yī)療設(shè)施無法滿足日漸上升的患者數(shù)量，直接導(dǎo)致的結(jié)果就是疑似病例無法確診，已確診病例無處可醫(yī)，因此醫(yī)療資源的短缺讓武漢當(dāng)?shù)卦诳箵粢咔闀r遇到了重重阻礙。當(dāng)?shù)卣岢龇脚撫t(yī)院的修建，是一個具有前瞻性且大膽的提案，事實證明它在此次防控工作中扮演了無可取代的重要角色，是我國能夠打贏這場防疫戰(zhàn)的必不可少的后備力量。由于其操作性能強大、使用快捷方便、各項醫(yī)療功能齊全，能夠應(yīng)對緊急醫(yī)療救援任務(wù)，因此，建立方艙醫(yī)院是武漢市防疫工作整體進展的最重要轉(zhuǎn)折點。研究和設(shè)計這種依托于一整套醫(yī)療設(shè)備保障，完成病人治療等任務(wù)的特殊醫(yī)療系統(tǒng)，在隨時準(zhǔn)備和適應(yīng)各種突發(fā)緊急任務(wù)方面具有重要意義。

一、研究背景

隨著新冠疫情蔓延至全球，各國為建設(shè)方艙醫(yī)院“因地制宜、因國施策”：意大利由渡輪改裝而成的輪船方艙醫(yī)院擁有400張床位，主要收治確診患者和已治愈但還需隔離的患者，覆蓋面廣[1]；新西蘭將擁有獲批隔離設(shè)施的露營房車用于新入境旅客的篩查和必要的隔離，隔離程度強、流動性快[2]；巴西為應(yīng)對日益嚴(yán)重的新冠肺炎疫情，將圣保羅和里約的大型體育場改建成方艙醫(yī)院，容納量大[2]；伊朗根據(jù)不同地理形勢及人口分布啟用了由公交車改造的方艙醫(yī)院，因地制宜、靈活性強[2]；俄羅斯效仿中國“雷神山” “火神山”的經(jīng)驗，在莫斯科新城區(qū)科穆納爾卡建造了專門用于收治新冠肺炎患者的醫(yī)院以彌補醫(yī)院傳染病床位不足的短板[3]。我國政府將空置空間廣、場地容量大的已有建筑改造設(shè)計為收治大量患者的另一種意義上的方艙醫(yī)院，極大地減輕了疫情期間的醫(yī)療壓力，遏制了病毒的進一步擴散，為全國防疫工作做出了榜樣。

二、方艙醫(yī)院的設(shè)計特點

方艙醫(yī)院在改造時面臨的主要問題：建筑選取問題，需要有足夠的閑置空間；施工時間短，需要盡快完成以安置不斷增加的患者；材料選擇問題，如何減少資源浪費，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，巧妙運用新型材料；醫(yī)院環(huán)境問題，在滿足身體醫(yī)療需求上，保障患者心理健康。基于以上問題，此次疫情期間方艙醫(yī)院的設(shè)計有如下特點。

2.1 空間容量大

武漢市針對疫情推出的“方艙醫(yī)院”與傳統(tǒng)戰(zhàn)地機動醫(yī)院不同，它是在現(xiàn)有建筑的基礎(chǔ)上進行的改造設(shè)計。新冠疫情期間，武漢16所方艙醫(yī)院由3家廠房、7家體育館、1所學(xué)校、4座文化會展中心、1處交通站改造而成。這些建筑的共同特點是內(nèi)部空間容量大，例如被稱為規(guī)模最大的方艙醫(yī)院由一處超大型城市文化綜合體改建而成的武漢客廳方艙醫(yī)院，可容納2 000張床位；洪山體育館僅館內(nèi)大空間底層的“內(nèi)場”，拆除前期比賽器材后便有32 m×46 m的無遮擋空間，擴大了收容量；由總建筑面積2.8萬m2的漢口北交通總站改造而成的漢口北方艙醫(yī)院可容納1 956張床位；因地制宜利用“長征”工業(yè)園廠房改造成的“長征方艙醫(yī)院”，7間廠房可放置1 200張床位用于收治患者；石牌嶺職業(yè)高中，室內(nèi)體育館與清空桌椅板凳后的50間教室可容納800張床位。正是由于方艙醫(yī)院改造時，多選取擁有大容量內(nèi)部空間的建筑或設(shè)施，利用其原有空間大、容量大的特點，建成了可容納多床位的方艙醫(yī)院，從根本上解決了醫(yī)院無法容納大量輕癥患者的困擾。

2.2 施工作業(yè)快

由于只收治輕癥患者，與正規(guī)醫(yī)院密閉的小病房空間相比，方艙醫(yī)院的病房是開放式空間。其改造過程只是對原有大容量建筑內(nèi)部空間進行重新設(shè)計、購置和安裝病床、隔斷、醫(yī)療器械等設(shè)備，施工作業(yè)快。沈陽建筑大學(xué)參考榫卯工藝，為此次方艙醫(yī)院設(shè)計的隔斷方案具有易于組裝、靈活組合、施工快的模塊化優(yōu)勢。在嵌套結(jié)構(gòu)方面，使用空心方鋼制作的豎向和水平構(gòu)件形成結(jié)構(gòu)輪廓，然后在豎向構(gòu)件的4面焊接4個套管，在水平構(gòu)件的末端形成一個L形插頭，二者相互固定，并在力的作用下形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，桿的中間設(shè)有卡件，可以使隔墻板在框架內(nèi)穩(wěn)定。在空間組合方面，該框架可以從4個方向依據(jù)實際需求進行可控性增長，使得空間高效分割，所需的空間形式可以隨時組合，充分滿足各種區(qū)域功能需求，具體裝配示意圖及組合方案見圖1。

圖1 快裝隔斷體系

整個系統(tǒng)易于組裝，并可快速搭建。使用該榫卯工藝設(shè)計的隔斷使方艙醫(yī)院具有獨立快速的構(gòu)建“三區(qū)兩通道” （污染區(qū)、半污染區(qū)、清潔區(qū)以及醫(yī)務(wù)人員通道、患者通道）分區(qū)[4]的功能，且要求簡單、造價低廉、材料常見、安裝簡單快捷，能滿足疫情期間對快速建成方艙醫(yī)院的需求。

2.3 運用新型材料

在墻體隔墻材料的應(yīng)用方面將從節(jié) 能 （Energy conservation）、 健 康（Exuberance）、舒適 （Easement）、環(huán)保 （Environmental protection）、生態(tài)(Ecology）、經(jīng)濟 （Economy）這6個“E”進行考慮，選擇那些具有多功能、低成本、低能耗、高品質(zhì)、環(huán)保、經(jīng)濟的新型隔斷材料作為此次墻體材料[5]。

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，英國材料設(shè)計研究所科技人員本杰明·休伯特發(fā)明了一種超柔軟、模塊化的吸聲隔墻材料，被稱為Woven Image[6]（見圖2）。該材質(zhì)不僅使用可持續(xù)的材料，而且還可以根據(jù)具體需求，進行組裝模式變化，比如空間布局的擴大和縮小或者公共空間和酒店各種需求的混合使用。產(chǎn)品固有的適應(yīng)性延長了產(chǎn)品使用壽命的同時減少了產(chǎn)品的碳足跡，并且可安裝在任何鋁基板注塑ABS框架上。與此配套開發(fā)的還有直觀的機械固定件，以便于組裝和拆卸。比例尺可用于商業(yè)空間、酒店、會議中心和其他需要高性能隔音以形成直墻和緩解彎曲的位置[6]。

圖2 Woven Image結(jié)構(gòu)

該材質(zhì)被應(yīng)用于方艙醫(yī)院改造中,有以下3個優(yōu)點:(1)使用可持續(xù)的材料，綠色環(huán)保； (2)可以滿足公共空間和酒店的混合使用需求；便于將酒店改造為方艙醫(yī)院； (3)可根據(jù)空間布局的大小變化而進行組裝模式變化，滿足方艙醫(yī)院對不同功能分區(qū)的需求。

2.4 人與系統(tǒng)的交互設(shè)計

交互是指相互適應(yīng)與作用的多個個體/系統(tǒng)，交互設(shè)計主要從 “可用性”和 “體驗感”兩方面來進行考慮。該方面的設(shè)計，主要針對的是患者及醫(yī)護人員與改造設(shè)計的方艙醫(yī)院這個醫(yī)療系統(tǒng)之間的配合，將以人為本作為設(shè)計導(dǎo)向，使方艙醫(yī)院在發(fā)揮其醫(yī)療作用之余，滿足處于其中個體的心理需求與人文關(guān)懷。

2.4.1 隔斷面藝術(shù)化拼貼，承載真情祝愿由于方艙容納病人較多，較專業(yè)醫(yī)療建筑相對簡陋，而輕癥患者大部分有行動自理能力，然而在確診后轉(zhuǎn)院，長期處于封閉環(huán)境，都容易產(chǎn)生焦慮心態(tài)，存在群體性事件發(fā)生的風(fēng)險[7]。作為方艙醫(yī)院的分區(qū)工具，隔斷面的設(shè)計對處在該空間的人群心理方面有一定影響。沈陽建筑大學(xué)設(shè)計的隔斷墻面，在顏色設(shè)計方面，選取使人心神放松的顏色，利用色彩調(diào)和，可以緩解患者與醫(yī)護人員的心理壓力；隔墻表面拼貼繪畫的嵌入、祝福話語的粘貼等藝術(shù)化處理，削弱了醫(yī)院的呆板氣氛，調(diào)動了空間氛圍，體現(xiàn)了對醫(yī)護人員和患者的人文關(guān)懷（見圖3,4）。

圖3 畫廊式交通空間

2.4.2 配置智能系統(tǒng)，科技助力抗疫新冠肺炎疫情爆發(fā)時期，不斷增加的確診病例人數(shù)與不分晝夜辛勤工作給醫(yī)護人員帶來了巨大的生理與心理壓力。頻繁地判診基礎(chǔ)輕微病癥消耗了醫(yī)護人員大量精力，使其后續(xù)工作效率下降。若有了醫(yī)療用機器人則可以極大地減輕醫(yī)護人員的工作量，將醫(yī)護資源分配給更需要的患者[8]。

圖4 祝福話語拼貼的病床隔斷

醫(yī)療巡檢機器人具有登記患者信息、自動測量患者體溫、巡視監(jiān)測區(qū)域內(nèi)患者身體情況的功能。機器人的巡檢動作，主要依靠區(qū)域劃分系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)格化的1m×1m網(wǎng)格模數(shù)構(gòu)成的坐標(biāo)系中進行，為方艙醫(yī)院的信息化巡檢提供了可行性（見圖5）。在此網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系中，機器人可按照一定的軌跡進行巡檢，發(fā)現(xiàn)異常情況，可將患者情況和所處位置及時上報給醫(yī)護人員。

圖5 隔斷系統(tǒng)1 m×1 m網(wǎng)格模數(shù)形成機器人坐標(biāo)系

三、方艙醫(yī)院的顯著成效

截至2020年2月2日，武漢市累計確診病例5 142例，死亡265例[9]。為應(yīng)對這一緊急情況，中央部署啟用方艙醫(yī)院，快速補充醫(yī)療人員及增添醫(yī)療床位，全面落實“應(yīng)收盡收”的政策。武漢市針對此次疫情推出的“方艙醫(yī)院”與傳統(tǒng)戰(zhàn)地機動醫(yī)院不同，它是在現(xiàn)有建筑的基礎(chǔ)上進行的改造設(shè)計，其顯著成效體現(xiàn)在以下兩個方面。

3.1 武漢市新增確診病例數(shù)明顯下降

圖6為武漢市投入方艙醫(yī)院前后確診患者人數(shù)的變化。分段來看，從2020年2月5日啟用方艙醫(yī)院后新增確診病例數(shù)有所下降，2月9日武漢市要求輕癥病人進入方艙醫(yī)院后新增確診病例數(shù)實現(xiàn)連降，即使是2月12日將臨床診斷病例數(shù)納入確診病例數(shù)后，在方艙醫(yī)院建成投入使用加大后，每日新增確診病例數(shù)仍能實現(xiàn)大幅度連降?？傮w來看，自2020年2月5號以來，14家方艙醫(yī)院陸續(xù)建成并投入使用，可用床位數(shù)量達到12 365張，累計收治患者11 310人。

圖6 投入方艙醫(yī)院后武漢市新增確診病例數(shù)

方艙醫(yī)院的投入使用，及時收治輕癥患者，防止其傳染家人及周圍人群，有效地控制住了疫情進一步擴散。

3.2 武漢新增出院人數(shù)累計增加

自2020年2月5日啟用首批3家方艙醫(yī)院再到2月15日開啟9家方艙醫(yī)院，每日新增出院人數(shù)逐漸接近并超過每日新增確診病例。由圖7可以看出，自2月15號開啟9家方艙醫(yī)院后，新增出院人數(shù)呈明顯增長趨勢；2月17號至2月19號武漢市新增確診病例數(shù)與新增出院人數(shù)逐漸接近；2月19號以后，出院人數(shù)首次大于確診病例數(shù)并穩(wěn)步上升。截止到3月10日，14家方艙醫(yī)院全部休艙，累積出院人數(shù)7 797人，出院率達到81.6%。

圖7 武漢市新增確診病例數(shù)與新增出院數(shù)比較

四、方艙醫(yī)院設(shè)計的不足與對策

武漢方艙醫(yī)院作為疫情期間的現(xiàn)實之策、可行之策，發(fā)揮了巨大作用[10]。但因施工時間緊迫，對于“方艙”的設(shè)計難免會有部分方面沒有考慮周全，以下羅列出方艙醫(yī)院在設(shè)計上存在的不足并提出針對性意見。

4.1 未經(jīng)隔離的病床間可能會造成感染

由大型建筑或設(shè)施改造的方艙醫(yī)院空間大，病床間隔距離大，交叉感染率低于定點醫(yī)院。但理論上不隔離是無法控制傳染病的擴散，如武漢確診病例中有80%以上來自家庭傳染。因此如何最大化利用空間，達到最大程度隔離收治患者需要深入思考。

如可在方艙醫(yī)院設(shè)置快速檢測實驗室，入院前對確診患者進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果將同類型感染患者與其他類型患者進行分割獨立區(qū)域隔離，可有效避免交叉感染。

4.2 方艙醫(yī)院后續(xù)處理問題

方艙醫(yī)院休艙后，經(jīng)專家調(diào)研，部分方艙醫(yī)院可拆除以恢復(fù)原有使用功能，助力國家復(fù)工復(fù)產(chǎn)。但方艙醫(yī)院的拆除，并不代表疫情已經(jīng)結(jié)束，因全球感染人數(shù)仍在增加，疫苗尚未達到全覆蓋，很難確保疫情不會再次襲來。因此，對方艙醫(yī)院應(yīng)采取“有序拆除、適度保留”的策略，即在一個時間段里對方艙醫(yī)院進行有順序，不同程度拆除，除此之外應(yīng)對一些有特殊意義的方艙醫(yī)院適度保留。

4.3 缺少相對獨立的空氣凈化處理系統(tǒng)

氣溶膠傳播是空氣傳播的一種方式[11]。人、動物、禽類呼出的氣體都是構(gòu)成氣溶膠的方式，人們面對面交談，唱歌，或者互相擁擠封閉的空間都會使我們處在一個氣溶膠的空間。雖然病人不咳嗽，但他可能在呼吸過程中呼出病毒，特別是當(dāng)他是哮喘患者。病毒與空氣混合后，會形成帶病毒的氣溶膠，隨空氣飄浮，在人群中擴散[12]。即使在室內(nèi)或走廊等沒有氣流的封閉空間，氣溶膠仍會借助于粒子的布朗運動特性在空氣中長期漂浮。它的流行病學(xué)意義在于，易感人群可通過吸入空氣中含有病毒的氣溶膠顆粒物而不與病人接觸。因此有一套可保證空氣流通的凈化系統(tǒng)避免交叉感染的風(fēng)險是非常重要的。

4.4 醫(yī)療廢物處理方式不合理

首先，醫(yī)療廢物要及時收集和處理。疫情爆發(fā)前醫(yī)療廢物總處理量為4 902.8 t/天，經(jīng)過管理后，處理量增加到6 022 t/天，增長了23%，減輕了醫(yī)療廢物處置壓力。截至2020年3月9日，全國共收集醫(yī)療廢物3 006 t，其中固體醫(yī)療廢物468.9 t，當(dāng)日全國集中處置醫(yī)療廢物3 001.9 t，次日納入4.1 t，平均負(fù)荷49.8%。所有與流行病有關(guān)的醫(yī)療廢物均在同一天收集并轉(zhuǎn)移處置，截至目前，有14.2萬t的醫(yī)療垃圾被銷毀。醫(yī)療污水處理方面總體運行平穩(wěn)，截至目前，全國共有2 108個城市污水處理廠接受醫(yī)療污水處理，無污水處理設(shè)施、處理設(shè)施運行不正常、末端消毒不充分的問題均已在被發(fā)現(xiàn)時責(zé)令整改，定點醫(yī)院和集中隔離點的污水會在消毒后由污水處理廠進一步處理。

可以看出，醫(yī)院在處理醫(yī)療廢物上并沒有懈怠，雖然工程量巨大，但還是將這些醫(yī)療廢物及時輸送到處理廠進行處理。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院在處理這些醫(yī)療廢物時通常采用的是集中式處理，即堆攢式處理，雖然這樣似乎比單獨分裝、一輛車輸送更加高效，但這樣做卻存在一定的安全隱患。醫(yī)療廢物經(jīng)過長時間積攢，細(xì)菌會在其中大量繁殖，容易形成交叉感染。建議加強管理，制定一個閾值，待處理量一旦達到閾值就送去處理，避免堆積。

4.5 加強癥狀加重患者的轉(zhuǎn)院安全性

方艙醫(yī)院主要用于收治輕癥患者，一旦患者情況惡化，便需要從方艙醫(yī)院轉(zhuǎn)移到定點醫(yī)院。在輸送患者時，應(yīng)避免與正?；颊哂薪佑|，在醫(yī)院建設(shè)前期應(yīng)規(guī)劃一條專門的緊急通道來運輸這些癥狀加重的患者，保證轉(zhuǎn)移過程中的安全性。轉(zhuǎn)移患者的移動工具應(yīng)具有通風(fēng)過濾一體化的設(shè)計，減少感染因子在密閉空間的傳播和向外界擴散，造成對環(huán)境危害。

五、方艙醫(yī)院未來設(shè)計展望

毋庸置疑，方艙醫(yī)院憑借其自身優(yōu)勢成功地達到了“應(yīng)收盡收、應(yīng)治盡治”的總體目標(biāo)，同時也為防止疫情進一步擴散、加緊救治感染人員做出了突出貢獻。此次設(shè)計過程中調(diào)研這種以民用建筑改造而成的醫(yī)院有3個優(yōu)點：首先是閑置空間大，滿足收治患者的前提；其次是施工作業(yè)快，可快速改造完成；最后是經(jīng)濟成本低，在已有建筑基礎(chǔ)上只需投放一些必要設(shè)備即可使用，且開放病區(qū)醫(yī)護人員可以照看大批患者，滿足醫(yī)治與隔離同步進行。為面對當(dāng)下以及后續(xù)的疫情情況，提出以下幾點展望：

為滿足患者心理需求和人文關(guān)懷，方艙醫(yī)院隔斷墻面可以張貼抗疫宣傳海報、優(yōu)美風(fēng)景畫、具有吉祥與祝福意義的文字及藝術(shù)作品等，還可以設(shè)置空白可供涂鴉的墻面以緩解患者心理壓力。

在方艙醫(yī)院后續(xù)處理階段，可保留部分方艙醫(yī)院用作紀(jì)念館、中小型展覽廳等。如保留具有特殊或重大意義的方艙醫(yī)院用作紀(jì)念館，銘記歷史；利用方艙醫(yī)院內(nèi)的隔斷墻面，舉辦兒童創(chuàng)意繪畫展。將方艙醫(yī)院以某種特殊的形式留在現(xiàn)實和人們的記憶里。

將“平時為民、疫時為醫(yī)”的設(shè)計方法進行深入研究。在設(shè)計或建設(shè)大型公共場館時如體育館、廠房、會展中心等都要可后續(xù)將其改造成方艙醫(yī)院的可行性和易操作性納入設(shè)計思考范圍，如有足夠大的出入口可以滿足病床等醫(yī)療器械的通過，內(nèi)部安裝時考慮可快速拆卸的設(shè)備，完善可降低交叉感染風(fēng)險的通風(fēng)換氣系統(tǒng)。

擴大體育館靈活性，增強其適應(yīng)性。體育館因具有能夠滿足多種功能需求，內(nèi)部不存在交叉布置，按照醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)改造難度小的優(yōu)勢，成為本次方艙醫(yī)院的主要改造對象。在今后的建設(shè)或改建中應(yīng)擴大體育場內(nèi)場場地面積、增強多功能與靈活性。

利用科技助力抗疫。利用大數(shù)據(jù)監(jiān)控和預(yù)測疾病的爆發(fā)，防止因預(yù)防不及時造成大規(guī)模感染。研制醫(yī)療機器人，承擔(dān)醫(yī)護人員需進行的具有重復(fù)性、枯燥性、基礎(chǔ)性的診斷與治療，緩解醫(yī)療壓力。采用虛擬影像技術(shù)，滿足患者與家人遠(yuǎn)程溝通的心理需求。使用“5G+”技術(shù)，構(gòu)建信息化醫(yī)療場所。