口腔專科醫(yī)院電氣設(shè)計與應(yīng)用

杜 萬 里

[同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟水平的快速發(fā)展,口腔疾病越來越受到重視[1],口腔醫(yī)院與口腔門診的建設(shè)也得到了國家強有力的政策文件支持。本文結(jié)合工程實例,對口腔類醫(yī)院電氣設(shè)計的自身特點和特殊內(nèi)容進行介紹。

1 供配電系統(tǒng)設(shè)計

1.1 項目概況

本工程為三級甲等口腔?？漆t(yī)院,為一類高層建筑,總建筑面積達4.5萬m2,其中地上建筑總面積3.3萬m2,地下建筑總面積1.2萬m2。地下室為放射科、廚房餐廳、設(shè)備機房、車庫等。地上建筑包括門診綜合樓、科教中心,其中門診綜合樓主要功能為門急診、中心供應(yīng)、手術(shù)中心、住院、科研、辦公等?？平讨行陌ń虒W(xué)、行政、報告廳等。

1.2 負(fù)荷分級

醫(yī)療建筑供配電系統(tǒng)的負(fù)荷等級應(yīng)根據(jù)醫(yī)院的標(biāo)準(zhǔn)等級、負(fù)荷性質(zhì)、用電容量以及當(dāng)?shù)氐墓╇姉l件,并適當(dāng)考慮項目的中遠期發(fā)展需要,合理確定工程的負(fù)荷分級與供配電系統(tǒng)設(shè)計方案[2]。本項目為一類高層公共建筑,樓內(nèi)負(fù)荷等級分為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷、一級負(fù)荷、二級負(fù)荷及三級負(fù)荷,具體用電負(fù)荷分級參考并滿足醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范(JGJ 312—2013)等規(guī)范規(guī)定。

1.3 供電電源

為滿足項目中一級負(fù)荷的供電要求,本工程從市政電網(wǎng)引來兩路10 kV獨立電源,兩路電源同時使用,互為備用,高壓不設(shè)聯(lián)絡(luò)。變壓器低壓側(cè)采用單母線分段方式運行,電氣加機械聯(lián)鎖,平時分列運行,當(dāng)一路電源故障時,另一路電源不應(yīng)同時受到損壞,并能承擔(dān)所有一二級負(fù)荷的用電需求。

根據(jù)建筑功能和負(fù)荷分布,在本項目地下室設(shè)置兩座10 kV變電所,變壓器的總裝機容量為5 700 kVA。10 kV變電所變壓器負(fù)荷計算表如表1所示,其中1#變電所有兩臺1 600 kVA變壓器,2#變電所有兩臺1 250 kVA變壓器,單位建筑面積負(fù)荷指標(biāo)為125 kVA·m-2,并考慮了未來室外待建小型單體建筑的容量預(yù)留。

經(jīng)與院方多次溝通,醫(yī)院未來會進行頜面外科手術(shù)且手術(shù)時間持續(xù)較長,規(guī)范中也規(guī)定三級醫(yī)院應(yīng)設(shè)置應(yīng)急柴油發(fā)電機組且其供油時間應(yīng)大于24 h,因此為保證樓內(nèi)消防負(fù)荷及一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電可靠性,本工程在地下1層(非最底層,下有地下2層)設(shè)置了1臺400 kW(常用功率)應(yīng)急柴油發(fā)電機組,10/0.4 kV供電網(wǎng)絡(luò)示意如圖1所示。由于布置在民用建筑內(nèi)的柴油發(fā)電機房不應(yīng)布置在人員密集場所的上一層、下一層或貼鄰[3],醫(yī)療建筑大多數(shù)區(qū)域均屬于人員密集場所,因此本項目中柴油發(fā)電機房設(shè)置于地下一層的純地下室區(qū)域,即地上建筑投影線之外。

表1 10 kV變電所變壓器負(fù)荷計算表

圖1 10/0.4 kV供電網(wǎng)絡(luò)示意圖

根據(jù)醫(yī)療建筑電氣設(shè)計規(guī)范規(guī)定,要求中斷供電時間不大于0.5 s的一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷應(yīng)設(shè)置不間斷電源裝置(UPS),宜為在線式,以滿足樓內(nèi)急診搶救室內(nèi)重要設(shè)備、信息中心重要設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)機房設(shè)備、安保監(jiān)控系統(tǒng)、弱電機柜、手術(shù)部設(shè)備與照明等區(qū)域內(nèi)設(shè)備供電切換時間要求。本項目在相應(yīng)區(qū)域分別設(shè)置了集中UPS系統(tǒng)。在有柴油發(fā)電機組作為后備電源的情況下,UPS保供時間30 min,具體系統(tǒng)設(shè)置如下。

第一套UPS系統(tǒng)為手術(shù)部的設(shè)備、照明等提供不間斷電源,UPS1系統(tǒng)容量為120 kVA,手術(shù)部、中心供應(yīng)等區(qū)域通常后續(xù)會由凈化專業(yè)進行深化設(shè)計,因此本次設(shè)計配合預(yù)留電源以及UPS房間荷載與容量等。

第二套UPS系統(tǒng)為急診搶救室區(qū)域設(shè)備提供不間斷電源,UPS2系統(tǒng)容量為30 kVA,配電箱設(shè)于1層急診區(qū)域房間內(nèi),急診區(qū)配電箱系統(tǒng)圖如圖2所示。

第三套UPS系統(tǒng)為信息機房的重要設(shè)備提供不間斷電源,UPS3系統(tǒng)容量為200 kVA。

圖2 急診區(qū)域配電箱系統(tǒng)圖

第四套UPS系統(tǒng)為科研機房提供不間斷電源,UPS4系統(tǒng)容量為40 kVA。

第五套UPS系統(tǒng)為消防安保控制室安防設(shè)備提供不間斷電源。UPS5-1系統(tǒng)容量為40 kVA,為弱電間機柜供電電源采用集中UPS,UPS5-2(設(shè)于消防安保控制室)系統(tǒng)容量為85 kVA,弱電總配電箱系統(tǒng)圖如圖3所示。

2 特殊配電要求

2.1 牙椅配電

牙椅的整體布局共分為4種:典型門診區(qū)(開放式牙椅)、典型門診治療室(數(shù)個牙椅一組)、特需門診(專家診室)、手術(shù)室(潔凈手術(shù)室)。

兩種品牌牙椅預(yù)留管線在牙椅地箱內(nèi)的布置如圖4所示,通常包含如下內(nèi)容:① 電源管,電源線2.5 mm2至配電箱,接地電阻不大于0.1 Ω,牙椅滿載功率為1.5 kW;② 壓縮空氣管;③ 進水管;④ 下水管;⑤ 負(fù)壓管;⑥ 負(fù)壓通信線管,負(fù)壓通信線2芯1 mm2至負(fù)壓泵。本項目有上百臺牙椅,負(fù)壓泵組在正常營業(yè)時間內(nèi)基本都處于常開狀態(tài),負(fù)壓通信線數(shù)量、敷設(shè)距離以及敷設(shè)路由所需空間較大等內(nèi)容可不再予以考慮;⑦視頻信號線管,接至牙椅診室電腦。

圖3 弱電總配電箱系統(tǒng)圖

圖4 兩種品牌牙椅地箱預(yù)留管線布置示意圖

目前牙椅生產(chǎn)廠家較多,不同廠家對預(yù)留管路規(guī)格的要求會有不同,三種品牌的預(yù)留管路管材、管徑規(guī)格對比如表1所示。

牙椅診室處有大量管線,對于電氣專業(yè)而言,在每個牙椅處均應(yīng)考慮牙椅電源、臺盆熱水插座、診室電腦插座、診室電腦信息語音插座等設(shè)計內(nèi)容及配電管線。鑒于近年大型口腔醫(yī)院的大空間診療區(qū)域多以降板為主,本工程強電管線、弱電管線、給排水管線、口外負(fù)壓等區(qū)域管線均在降板空間內(nèi)進行敷設(shè),因此需要合理分配降板空間內(nèi)各專業(yè)管線的路由走向,盡量避免管線重疊交叉。經(jīng)過管線綜合,本工程最終確定電氣管線、給排水管線等敷設(shè)于醫(yī)護通道,口外負(fù)壓管線等敷設(shè)在病患通道,以實現(xiàn)門診區(qū)域降板空間內(nèi)的各種管線的分配與布置。

表1 三種品牌的預(yù)留管路管材、管徑規(guī)格對比表

2.2 醫(yī)療系統(tǒng)配電

醫(yī)療設(shè)備對安全可靠性要求很高,部分用以維持生命的重要醫(yī)用設(shè)備一旦失電將造成嚴(yán)重后果,因此手術(shù)室、急診搶救室、重癥監(jiān)護室、心血管造影檢查室等2類醫(yī)療場所,用于維持生命、外科手術(shù)、重癥患者的實時監(jiān)控和其他位于患者區(qū)域的醫(yī)療電氣設(shè)備及系統(tǒng)的回路,醫(yī)用電氣系統(tǒng)和設(shè)備均采用局部IT系統(tǒng)供電。醫(yī)療IT系統(tǒng)由單相隔離變壓器、直流穩(wěn)壓電源模塊、絕緣監(jiān)視儀、外接報警顯示儀、絕緣故障定位系統(tǒng)等構(gòu)成[4]。根據(jù)實踐經(jīng)驗及IEC推薦參考數(shù)值,隔離變壓器額定容量為0.5～10 kVA,可根據(jù)實際醫(yī)療用電設(shè)備的實際情況進行調(diào)整[5]。

2.3 診療設(shè)備配電

常見大型醫(yī)療設(shè)備的用電負(fù)荷共分為斷續(xù)工作制與連續(xù)工作制兩類,其中X射線診斷機、CT、DR、DSA、DR、數(shù)字胃腸機、鉬靶等屬于斷續(xù)工作制;X射線深部治療機、X射線淺部治療機、X射線介入治療機、MRI、后裝機、直線加速器等屬于連續(xù)工作制[6]。對于斷續(xù)工作制醫(yī)療用電設(shè)備,不應(yīng)將設(shè)備最大功率作為額定功率進行負(fù)荷計算,且應(yīng)保證不同廠家醫(yī)療設(shè)備對交流變壓器、交流電流、移動鐵磁性物體距離要求,并要滿足診療設(shè)備對電源內(nèi)阻或線路允許壓降要求,檢查室內(nèi)設(shè)備布置及管線由屏蔽單位統(tǒng)一考慮。

為避免大型醫(yī)療設(shè)備運行時產(chǎn)生大量諧波,進而對院內(nèi)重要檢測、監(jiān)測儀器產(chǎn)生干擾,造成電能損耗、引起變壓器噪聲較大等問題,建議設(shè)置有源濾波器或者電氣綜合治理裝置對諧波等進行治理,并宜將治理裝置設(shè)于諧波較大的設(shè)備末端配電回路處,用以改善電能質(zhì)量,降低對其他設(shè)備的影響。

本項目在CT控制室處設(shè)置2個配電柜,一臺配電柜用于CT主機供電,另一臺配電柜用于其他輔助設(shè)施用電。在現(xiàn)場設(shè)置電能末端治理裝置,以實現(xiàn)調(diào)整無功、消除電壓閃變與波動、抑制諧波污染等功能,其中CT主機配電箱系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5 CT主機配電箱系統(tǒng)圖

2.4 5G配電

運營商無線覆蓋系統(tǒng)考慮接入5G信號,因5G系統(tǒng)損耗較大,末端設(shè)備用電量較大,需充分考慮弱電間及運營商無線覆蓋機房的電量預(yù)留和弱電間內(nèi)的各種設(shè)備的空間規(guī)劃。弱電間內(nèi)安裝主要考慮運營商信號源、配電箱、光纜ODB箱等設(shè)備,各樓層的弱電水平橋架及垂直橋架路由應(yīng)計入各家運營商無線覆蓋系統(tǒng)布線所需空間,建議安裝時不同運營商的設(shè)備盡量錯層安裝,以使每層供電需求較為均衡。因各地運營商配合與實施方式不同,具體配置和要求以當(dāng)?shù)貙嶋H情況為準(zhǔn)。

2.5 優(yōu)化與建議

由于醫(yī)院存在著大量一二級負(fù)荷,變電所的低壓柜出線回路較多,設(shè)備增加(比如中心供應(yīng)室后續(xù)增加很多脈動真空滅菌器、醫(yī)用超聲波清洗機、全自動清洗消毒器等)及配置形式(比如牙椅區(qū)域處熱水供應(yīng)曾有過集中供水、電熱水器一拖五、臺盆熱水插座變化等),都會造成變電所出線回路與末端配電箱體增多,因此變電所、低壓柜以及強電間等均應(yīng)考慮一定的調(diào)整與發(fā)展預(yù)留空間。

此外,由于建筑專業(yè)從自身專業(yè)角度考慮,通常將變電所、消防水泵房、排煙機房等設(shè)備機房劃至同一防火分區(qū),并且做了機械停車,加之門診敷設(shè)管線區(qū)域多選擇進行降板,這樣供給機電專業(yè)的管線敷設(shè)空間便極為有限,因此應(yīng)盡早進行機電管線綜合,合理規(guī)劃與布局各專業(yè)的管線,以免后續(xù)引起大的調(diào)整。

3 智能化系統(tǒng)

智能化系統(tǒng)是實現(xiàn)智慧醫(yī)院的核心基礎(chǔ),充分發(fā)揮出智能化系統(tǒng)優(yōu)勢,對提高醫(yī)療技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)代化水平以及增強醫(yī)院服務(wù)水平和管理效率具有重要意義[7]。智能化系統(tǒng)的架構(gòu)應(yīng)能滿足建筑物信息化需求,支持各智能化系統(tǒng)的信息關(guān)聯(lián)和功能匯聚,滿足醫(yī)院整體業(yè)務(wù)運營及管理模式的信息化應(yīng)用需求[8]。作為現(xiàn)代化、智能化醫(yī)院,本工程弱電總體系統(tǒng)設(shè)計主要包括信息設(shè)施系統(tǒng)、信息應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、機房工程等內(nèi)容,各部分又包含相應(yīng)子系統(tǒng),口腔醫(yī)院智能化系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖6所示。

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及用戶需求調(diào)研等內(nèi)容,本工程從適用性出發(fā),以穩(wěn)定性為前提、兼顧效率,考慮適當(dāng)超前、保證系統(tǒng)的先進性,對智能化各子系統(tǒng)進行了合理規(guī)劃,以實現(xiàn)智慧醫(yī)院目標(biāo)要求。鑒于目前智能化系統(tǒng)說明已相對成熟,本文不再對各系統(tǒng)內(nèi)容逐一展開,重點對布線系統(tǒng)及安防系統(tǒng)的特殊需求及配置原則進行介紹。

圖6 口腔醫(yī)院智能化系統(tǒng)構(gòu)架圖

3.1 綜合布線系統(tǒng)

根據(jù)建筑功能和布局特點,本工程在綜合樓7層設(shè)置一處信息中心、在地下1層設(shè)置一處科研機房,依據(jù)體量大小每層設(shè)置1～2處上下貫通的弱電間,以滿足所有弱電系統(tǒng)的使用需求。綜合布線系統(tǒng)水平布線采用超六類(醫(yī)療網(wǎng))、六類(非醫(yī)療)布線系統(tǒng),會議室、培訓(xùn)室、實訓(xùn)室、手術(shù)室等設(shè)置光纖點位到桌面,綜合布線系統(tǒng)業(yè)務(wù)網(wǎng)點位布置如表2所示。

在進行綜合布線系統(tǒng)設(shè)計的過程中,也曾有過和全光網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)計比對,考慮到末端點位分散、全光設(shè)備安裝位置及空間要求、整體投入成本等因素,最終仍舊采用了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。不過鑒于無源光網(wǎng)系統(tǒng)由集中接入設(shè)備(OLT)、分光設(shè)備(ODN)以及用戶設(shè)備(ONU)組成,對比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有架構(gòu)先進、安全可靠、融合承載、節(jié)省空間[9]等優(yōu)勢,能夠適應(yīng)醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)等對網(wǎng)絡(luò)要求的不斷提高和發(fā)展需求的不斷提升。全光網(wǎng)絡(luò)適用于布線點位密集、對帶寬要求高、傳輸距離遠等場合,越來越受到現(xiàn)代智慧醫(yī)院的青睞,為現(xiàn)代智慧醫(yī)療奠定可靠先進的信息基礎(chǔ)是未來智能化系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展方向。

3.2 安全防范系統(tǒng)

3.2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為公共安全系統(tǒng)中最主要的組成部分之一,在滿足國家和地方現(xiàn)行規(guī)范的前提下,應(yīng)充分考慮業(yè)主安保部門的管理及使用要求。對于有人臉抓拍與智能分析的攝像機而言,可采用在系統(tǒng)后端實現(xiàn)智能分析的產(chǎn)品,增強設(shè)計的靈活性,降低今后調(diào)整與改造的成本。

設(shè)置原則:整體設(shè)計應(yīng)滿足技防辦要求以及院方實際需求;主出入口、候診區(qū)、導(dǎo)醫(yī)臺、排隊等人員集中場所設(shè)置人臉抓拍攝像機,重要區(qū)域采用帶智能分析的攝像機;走廊、前室、候診區(qū)、護士站、收費處等設(shè)置1 080 P半球攝像機;地下停車場通道、主要設(shè)備房等設(shè)置1 080 P低照度槍式或者半球攝像機;車輛主要出入口設(shè)置車牌識別攝像機、車道設(shè)置1 080 P室外槍式攝像機;電梯內(nèi)設(shè)置具有電梯運行狀態(tài)及實時樓層顯示功能的高清半球攝像機等。

3.2.2 入侵報警系統(tǒng)

入侵報警系統(tǒng)考慮在重要的藥品庫、檔案室、重要實驗室、易燃易爆品存放場所、主要設(shè)備機房、重要出入口等位置安裝紅外探測器,在前臺、收費處、護士站、醫(yī)患糾紛接待室、殘疾人衛(wèi)生間等處設(shè)置手動報警按鈕。

3.2.3 出入口控制系統(tǒng)

出入口控制系統(tǒng)主要為重要的房間、區(qū)域進行門禁控制,比如機房、藥房、財務(wù)、掛號收費、住出院辦理、有毒藥品庫、麻醉藥品庫、辦公等重點區(qū)域;在藥庫等重要場所還設(shè)置了雙人雙鎖,實行組合認(rèn)證的方式進行進入人員控制;在病房樓層出入口位置設(shè)置可視對講集成,在病區(qū)護士站可開啟樓層病區(qū)的門禁控制。

3.2.4 防疫檢測系統(tǒng)

防疫檢測系統(tǒng)具有人員測溫、人臉抓拍、人臉對比以及智能分析與顯示等功能,對醫(yī)院出入口及重點區(qū)域內(nèi)的人員進行實時檢測、對比分析,與智能安防的數(shù)據(jù)集成服務(wù)設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)連通,以便發(fā)現(xiàn)確診人員、醫(yī)學(xué)觀察人員、發(fā)熱病人員并及時告知管理人員。

3.2.5 智能安防系統(tǒng)

智能安防系統(tǒng)是以各個安全防范子系統(tǒng)為基礎(chǔ),疊加物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)的技術(shù),與政府主管部門的管理平臺協(xié)同,實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的互聯(lián)互通及數(shù)據(jù)交互,提供全方面對人、車、物的安全防范感知、探測、分析及處理,以實現(xiàn)更為智能的智慧安防應(yīng)用。

4 結(jié) 語

醫(yī)院建筑電氣設(shè)計不同于常規(guī)的民用建筑,內(nèi)容繁多、功能豐富、問題復(fù)雜、患者要求也越來越高,因此安全、可靠、智能化、人性化的電氣設(shè)計對于醫(yī)院而言至關(guān)重要。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及醫(yī)療衛(wèi)生水平的提高,口腔類醫(yī)院建設(shè)規(guī)模也在不斷擴大,本文對口腔醫(yī)院的一些特殊之處進行了探討,為今后類似建筑的電氣設(shè)計提供參考。