基于服務需求的邯鄲市醫(yī)療設施空間布局優(yōu)化研究

任洪國，倪 帥，吳 巍

(河北工程大學 建筑與藝術學院，河北 邯鄲 056038)

隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)有公共服務設施的供給難以滿足居民日益增長的需求.由于公共服務設施的使用效率受到布局的影響，所以公共服務設施布局的優(yōu)化尤其重要[1].自1970 年以來，GIS技術和位置分配模型便被用來處理設施選址及其優(yōu)化問題，尤其被廣泛運用在公共設施的選址和空間位置的布局選擇上.如2007 年，Jeong 等[2]利用網絡分析評估了城市公園的空間可達性；2010年，武文杰等[3]利用泰森多邊形，優(yōu)化了北京市應急避難場所的空間和配置；2016 年，閆鳳英等[4]運用GIS 的網絡分析法對長興縣的醫(yī)療設施可達性及影響因素進行了分析；2019 年，張珊等[5]采用改進的潛能模型和兩步移動搜索法，對?？谑嗅t(yī)療設施空間的可及性進行了分析研究.目前，國內外研究主要是在收集網絡開源數據、時空大數據的基礎上，利用GIS 對公共服務設施的使用效率和可達性進行評價.現(xiàn)有研究著重于分析公共服務設施的供需特點，缺乏對有關公共服務設施政策和對居民未來服務需求增長量的考慮.

本文結合國家衛(wèi)生健康委員會和國家統(tǒng)計局的相關數據，以體現(xiàn)醫(yī)療設施空間布局特征及服務水平為目標，構建評價指標體系；利用GIS 的位置分配模型和網絡分析，將邯鄲市主城區(qū)的醫(yī)療布局特征可視化；綜合評價、優(yōu)化了醫(yī)療設施的水平和布局，提高了居民15 分鐘醫(yī)療服務圈的可及性，以期為邯鄲主城區(qū)及同類城區(qū)醫(yī)療服務設施的完善和部門決策提供參考依據.

1 位置分配模型理論和評價體系

1.1 位置分配模型理論

1963 年，Cooper[6]提出了位置分配模型理論.該理論為設施空間布局提供了一種優(yōu)化方法，其基本原理是：在研究范圍內，使服務設施的區(qū)位和數量為最優(yōu)解.

結合現(xiàn)有設施的空間分布和優(yōu)化需求，依據特定優(yōu)化模型的原則，讓系統(tǒng)從研究者限定的候選設施選址中篩選能優(yōu)化設施布局的選址[7].

優(yōu)化模型的選取需要結合不同設施的特點而定，醫(yī)院主要是以效率性和公平性為服務準則[8].從政府角度出發(fā)，需要以最小化的設施數量來滿足最大化的公共需求；從公眾角度出發(fā)，整體原則是需求點到供應點的總的時間成本和移動費用成本最小化.本文利用Python、ArcGIS 10.7 等工具，以“步行15 分鐘醫(yī)療服務圈覆蓋80%居民”[9]為研究目標，選取表1 中優(yōu)化模型模擬優(yōu)化邯鄲市的醫(yī)療設施布局.

表1 優(yōu)化模型類型

1.2 評價指標體系構建

國內外關于醫(yī)療設施多以千人指標、服務半徑等作為研究指標，組成醫(yī)療設施規(guī)模及布局、服務質量和可達性等方面的研究指標體系[10-11].醫(yī)療設施配置以保障服務范圍內居民可以便捷地、相對公平地享受到優(yōu)質的醫(yī)療服務為根本目標.為了滿足此目標，醫(yī)療設施配置應該從設施質量、服務水平和空間可達性3 方面入手[1].其中，設施質量指醫(yī)療資源配置；服務水平是指從使用者角度出發(fā)考慮其具體需求和選擇方式以及醫(yī)療覆蓋率的問題；空間可達性決定居民接近醫(yī)療設施的水平，三者共同影響就醫(yī)體驗.現(xiàn)有的設施質量、服務水平和空間可達性方面的研究指標體系如表2 所示.

表2 現(xiàn)有指標體系

醫(yī)療規(guī)模影響醫(yī)療機構規(guī)模，醫(yī)療布局影響醫(yī)療空間分布，二者實質上是城市規(guī)劃中醫(yī)療資源的配置.

醫(yī)療設施規(guī)模在具體空間上體現(xiàn)為建設用地和面積，而床位數和醫(yī)護人員的數量與建設用地和面積指標相關.薛迪[21]認為一定數量的病床數和衛(wèi)生技術人員是構成醫(yī)院的2 個基本條件.

對于醫(yī)療布局的研究，在城市規(guī)劃領域人們習慣于用一定區(qū)域內衛(wèi)生資源的人口比例，如每千人的床位數、醫(yī)護人員的數量等衛(wèi)生服務可獲得性指標來反映醫(yī)院服務的可及性.醫(yī)院服務的可及性包含2 個維度，分別是可獲得性和可接近性，具有豐富的內涵[22].其中，可獲得性影響醫(yī)療服務與資源的規(guī)模、類別和供需關系；可接近性關聯(lián)供需雙方的空間區(qū)位、交通資源和出行總成本.兩者結合的空間概念問題即空間可達性[23].

空間可達性的研究最早起源于古典區(qū)位論，即關注兩者的空間分布及兩者分布的匹配程度.空間可達性也稱物理可達性、地理可達性、模型可達性，是一個界定非常靈活的概念.有人認為空間可達性是空間中點之間的相互作用和影響.在服務利用率評價中，需要歸納思量供求關系變化和距離衰減規(guī)律.其研究方法有比率法和ArcGIS 技術的研究方法[24].

作為對患者進行診斷和治療的重要場所，醫(yī)療設施的作用在緊急治療層面上很重要[25].醫(yī)療設施布局的評價和優(yōu)化有3 個方面：1)從醫(yī)療設施的質量出發(fā)，分析醫(yī)療資源的配置和可用性指標的利用率，并對醫(yī)療設施的千人指數、利用率等健康指標進行定量評價；2)根據醫(yī)療設施的服務水平，測算其需求特征和醫(yī)療服務圈；3)根據醫(yī)療設施空間可達性的研究，采用最小阻抗模型、最小設施點、等時圈模型等，從居民服務需求角度進行布局優(yōu)化，構建醫(yī)療設施評價體系，進而從規(guī)劃角度提出布局優(yōu)化建議[26-29].

本文以邯鄲市總醫(yī)院、?？漆t(yī)院和社區(qū)衛(wèi)生服務中心為研究對象，建立了“城市-社區(qū)”2 級醫(yī)療衛(wèi)生體系：綜合醫(yī)院；?？漆t(yī)院-社區(qū)衛(wèi)生服務中心.為了符合公平和效率的原則，從醫(yī)療設施質量、服務水平和可及性角度對醫(yī)療設施進行綜合評價，并運用區(qū)位配置模型優(yōu)化醫(yī)療設施布局.其評價指標體系見圖1.

圖1 醫(yī)療設施布局評價指標體系

2 基于GIS 的邯鄲市主城區(qū)醫(yī)療設施布局評價分析

2.1 研究區(qū)域概況與數據來源及處理

邯鄲市位于晉冀魯豫接壤地區(qū)，下轄1 個縣級市、6 個區(qū)和11 個縣.本文將研究范圍限定在路網發(fā)達和人口密集的城市二環(huán)內的主城區(qū).

評價所用數據來源與處理如下：

1)利用Python 對邯鄲市主城區(qū)的行政區(qū)劃數據、醫(yī)療設施POI 點、社區(qū)POI 點、交通網絡數據進行采集，并結合研究現(xiàn)狀進行數據清洗，采用ArcGIS 的拓撲關系對交通網絡數據檢查和修改，確保道路網絡的連接性.

2)通過河北省醫(yī)療衛(wèi)生數據和邯鄲市衛(wèi)生健康委員會發(fā)布的文件并結合實際調研篩選，建立了48 家綜合醫(yī)院、26 家?？漆t(yī)院和70 家社區(qū)衛(wèi)生服務中心的數據庫.

3)河北省第七次人口普查數據、統(tǒng)計年鑒、邯鄲市國土空間整體規(guī)劃等其他數據.

將研究范圍內的行政界限、道路交通網絡、各類醫(yī)療設施點、小區(qū)位置和人口及各類數據分布情況通過ArcGIS10.7 進行統(tǒng)一坐標系和圖層疊加，結果如圖2 所示.

圖2 研究區(qū)域內醫(yī)療設施及小區(qū)分布情況

以醫(yī)療設施布局評價指標體系為基礎，結合整理的數據庫對研究范圍內的醫(yī)療設施的利用率和布局采取綜合性評價.

2.2 醫(yī)療資源現(xiàn)狀分析

醫(yī)療資源現(xiàn)狀評價的2 個重要方面分別為醫(yī)療資源的配置和利用.

醫(yī)護數量和病床數決定一個地區(qū)的醫(yī)療設施規(guī)模，體現(xiàn)醫(yī)療設施的基本水平，一般以千人醫(yī)師數、護士數、床位數作為評價醫(yī)療配置的指標[30].由河北省統(tǒng)計局的醫(yī)療衛(wèi)生數據得知，邯鄲市千人職業(yè)醫(yī)師2.46 人、注冊護士1.95 人、床位數5.28 張.對比表3 可知，邯鄲市人均醫(yī)療資源水平低于河北省，且河北省整體水平低于全國平均水平，尤其是在千人床位數上.綜上，邯鄲市的醫(yī)療資源配置有待提升.

表3 邯鄲市人均醫(yī)療資源

醫(yī)療資源利用率的評價指標采用年住院率、住院平均時長和病床利用率這3 項.綜合醫(yī)院、?？漆t(yī)院和社區(qū)衛(wèi)生服務中心的實際床位需求，可反映居民就醫(yī)的實際需求.

1)醫(yī)療資源利用指標計算.因為邯鄲市統(tǒng)計數據的缺乏，所以入院人數、平均住院時長、病床利用率采用河北省的平均水平(見表4)，其中住院率為入院人數和總人口(7 591.97 萬人)之比，因此，綜合醫(yī)院、專科醫(yī)院、社區(qū)衛(wèi)生服務中心患者每年住院率依次為10.21%、0.86%和0.12%.

表4 醫(yī)療資源指標表

2)實際床位需求量計算.醫(yī)療機構的工作量和病床的利用情況體現(xiàn)在實際床位需求量上，其計算公式[18]如下：

實際床位需求量=(人口數×居民年住院率×

結合表4 可求得綜合醫(yī)院的最低病床需求為1 469 張，千人床位6 張；?？漆t(yī)院的最低病床需求為46 張，千人床位0.2 張；社區(qū)衛(wèi)生服務中心因為量太小，忽略不計.綜上所述，邯鄲市需求的床位最低總量為1 515 張，千人床位數需求總量為6.2 張.對比表2 的人均醫(yī)療資源數據可知，邯鄲市千人床位數的實際需求得不到滿足.

2.3 醫(yī)療設施服務水平的網絡分析

居民就醫(yī)需求和醫(yī)療服務供給相互影響.通過對就醫(yī)需求量和15 分鐘醫(yī)療服務圈的服務供給兩者的研究，可以得知現(xiàn)有醫(yī)療資源能否滿足居民的就醫(yī)需求.

1)就醫(yī)需求量分析.患病需求總量與患病需求密度是反映醫(yī)療需求的2 個重要指標，其計算公式[18]分別如下：

其中，Q為2 周內各社區(qū)的患病總需求；C為各社區(qū)總人口；α為2 周患病率，取22.9%[31]；D為各社區(qū)醫(yī)療需求密度；k為社區(qū)占地面積.利用ArcGIS 生成、計算得到的患病需求量和需求密度在研究小區(qū)范圍內的分布見圖3 和圖4.由圖3 和圖4 可知，患病需求量與需求密度的存在差異性，以區(qū)域范圍內東北、西北方向尤為顯著，并且這2 個區(qū)域的醫(yī)療設施相對較少，特別是專科醫(yī)院.

圖3 患病總需求量

圖4 醫(yī)療服務需求密度

2)15 分鐘醫(yī)療服務圈分析.患者就診的便利性與醫(yī)療設施的分布有關.文獻[9]提出，“2030年基本形成15 分鐘醫(yī)療衛(wèi)生服務圈”.結合研究區(qū)的醫(yī)療設施布局特點，讓居民步行15 分鐘就能到達方便的醫(yī)療點是本文的主要研究目的.

本文基于研究區(qū)路網、高德路徑導航及歷史路況等，計算得到步行15 分鐘等時圈，與研究區(qū)域內的小區(qū)圖層做疊加(見圖5～圖7)，并統(tǒng)計其服務人口數、服務面積、服務率(見表5)來分析3類醫(yī)療設施能否滿足80%居民的15 分鐘就醫(yī)需求.由圖5～圖7 可知，在15 分鐘步行圈中，綜合醫(yī)院覆蓋率為86.15%，專科醫(yī)院為49.93%，社區(qū)服務中心為99.51%(見表5).綜合醫(yī)院和社區(qū)衛(wèi)生服務中心覆蓋率達到了80%要求，而?？漆t(yī)院的覆蓋率較低，尚有50.07%的居民就醫(yī)需求得不到滿足.因此，本文重點對?？漆t(yī)院的布局進行優(yōu)化.

表5 醫(yī)療設施覆蓋率

圖5 綜合醫(yī)院服務圈

圖7 社區(qū)衛(wèi)生服務中心

圖6 ?？漆t(yī)院服務圈

3 “15 分鐘健康服務圈”導向下醫(yī)療設施空間布局優(yōu)化研究

3.1 位置分配模型

首先，根據邯鄲市國土空間整體規(guī)劃、醫(yī)療設施空間的覆蓋現(xiàn)狀和路網特征，確定新增?？漆t(yī)院設施點；其次，建立以15 分鐘出行時間作為阻抗中斷要素的道路網絡最小化阻抗模型，求得滿足出行成本最小的?？漆t(yī)院數量；再次，通過最小化設施點模型，求得最大覆蓋范圍內的專科醫(yī)院數量；最后，通過等時圈模型驗證分析，得出滿足?？漆t(yī)院優(yōu)化布局的最優(yōu)解.

1)最小化阻抗模型.以15 分鐘步行時間作為阻抗因素在ArcGIS 中建立?？漆t(yī)院的最小化阻抗模型(見圖8).在此基礎上擬依次增加1～11候選位置，分別得到最小化阻抗圖(見圖9)，統(tǒng)計其服務人口，匯總結果見圖10.由圖10 可知，最少需要增加9 家?？漆t(yī)院才能滿足“步行15 分鐘醫(yī)療服務圈覆蓋80%居民”的目標，服務人數占總人數的80.21%；增加10 家?？漆t(yī)院覆蓋率為81.95%；增加11 家覆蓋率為83.02%.

圖8 最小化阻抗模型

圖9 擬增11 個?？漆t(yī)院最小化阻抗模型

2)最小化設施點模型.在ArcGIS 中，建立專科醫(yī)院的最小化設施點模型(見圖11).由圖11 可知，邯鄲市主城區(qū)需11 家?？漆t(yī)院才能滿足“步行15 分鐘醫(yī)療服務圈覆蓋80%居民”的目標，比最小化阻抗模型分析的結果多2 家.

圖11 最小化設施點模型

由最小化阻抗和最小化設施點模型的分析結果得知，最少需要9 家專科醫(yī)院才能滿足15 分鐘醫(yī)療服務圈需求.

3.2 等時圈分析驗證

等時圈是指從某點出發(fā)，充分考慮路線的可行性，在特定時間內，以某種交通方式能到達的距離的覆蓋范圍.

本文利用ArcGIS 計算從中點到周圍其他任意點的時間，對各點的時間做插值，對柵格提取等值線，同時強制行走路線為路網，疊加歷史路況和平均步行速度(5 km/h)，建立了15 分鐘服務圈.參考最小化阻抗模型新增9 家?？漆t(yī)院的結果，發(fā)現(xiàn)新增4 家可基本完成小區(qū)周邊覆蓋.本次選取了4 家和5 家新增點作為驗證，見圖12～圖13.考慮到服務交叉，重新進行位置分配，并優(yōu)化選址位置，即盡量將新增?？漆t(yī)院設置在路網交叉的交通便利處，同時結合居民出行的實際行為特征，將位于服務圈邊緣與路網交叉處附近的小區(qū)也計算在覆蓋范圍內(見圖14).

圖12 新增4 家專科醫(yī)院的服務圈

圖13 新增5 家?？漆t(yī)院的服務圈

圖14 服務圈邊緣處的小區(qū)

綜上所述，通過15 分鐘等時圈模型對最小阻抗模型和最小化設施點結果進行驗證優(yōu)化后，發(fā)現(xiàn)新建5 家?？漆t(yī)院為最優(yōu)服務圈狀態(tài).考慮空間配置最優(yōu)以及新區(qū)2023 年預計投入使用的邯鄲市第一醫(yī)院新院區(qū)，南部?？漆t(yī)院可采取擴建方式，不需要新增，重點針對東北和西北2 個住宅密集區(qū)，各新建2 家?？漆t(yī)院，共需要新增4家?？漆t(yī)院即可滿足居民的15 分鐘醫(yī)療圈需求，其服務人口及覆蓋率情況見表6.

表6 新增4～5 家?？漆t(yī)院覆蓋率

4 結語

面對井噴式公共衛(wèi)生事件的爆發(fā)，居民的服務需求和當地醫(yī)療資源的供給難以平衡.醫(yī)療資源的短缺造成居民不光就醫(yī)距離增大，而且增加了交叉感染的風險，違背了傳染病醫(yī)學就近治療的基本要求，所以醫(yī)療設施的空間布局優(yōu)化，是改善醫(yī)療體系、滿足居民服務需求的必要環(huán)節(jié).邯鄲市主城區(qū)醫(yī)療設施整體上能滿足居民服務半徑的需求，但其在資源配置、服務水平、布局的均衡性上還存在問題.利用最小化阻抗模型、最小化設施點模型和等時圈模型對醫(yī)療設施布局的優(yōu)化驗證建議如下：

1)盤活存量資源，優(yōu)化設施配置.通過對醫(yī)療資源的利用和現(xiàn)有綜合醫(yī)院的改擴建，調整資源結構和優(yōu)化設施布局.如增加醫(yī)院的床位數，擴大醫(yī)療隊伍.市中心醫(yī)院、市第一醫(yī)院可以根據就診量適當擴大規(guī)模，存在交叉覆蓋的綜合醫(yī)院，可考慮將部分醫(yī)院向復興區(qū)轉移，消除醫(yī)院冗余現(xiàn)象.

2)加強可持續(xù)建設，完善醫(yī)療服務體系.?？漆t(yī)院的建設成本、維護成本、醫(yī)廢處置成本較高，常態(tài)化病床空置率也高，所以專科醫(yī)院的可持續(xù)性發(fā)展有很大難度.因此，專科醫(yī)院可以依托三甲綜合醫(yī)院的托管、集團模式并以“大?？?、小綜合”為發(fā)展目標，建立可持續(xù)發(fā)展機制.如針對東北和西北2 個住宅密集區(qū)，通過新建2 家?？漆t(yī)院，完善以市為核心的醫(yī)療衛(wèi)生服務體系建設.

3)改善交通網絡體系，提高醫(yī)療設施可達性.醫(yī)療設施可達性對居民的就醫(yī)成本具有明顯的影響.高效率的綜合交通網絡能夠縮短就醫(yī)距離，影響居民患病后的就醫(yī)主動性.通過合理改善城市的交通網絡體系可提高醫(yī)療設施的可達性水平，實現(xiàn)“步行15 分鐘醫(yī)療服務圈覆蓋80%居民”的目標，提高城市適災能力.