質子重離子治療中心核心區(qū)布置模式對比研究

朱乃偉，陳素茵，鐘澤彩

引言

隨著社會和環(huán)境的發(fā)展變化，近年來我國癌癥發(fā)病率和死亡率呈逐年上升的趨勢，據世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構發(fā)布的2020年全球最新癌癥負擔數據，該年度我國新發(fā)癌癥病例約457萬例，高居世界第一，癌癥越來越成為嚴重威脅人民健康的一大重癥。放射治療是癌癥治療的三大手段之一，其中質子重離子治療作為放療的熱門學科，由于其優(yōu)越的物理劑量分布，在治療腫瘤的同時能更好地保護周邊正常組織，提高患者的生存質量，因而受到了廣大醫(yī)患的認可。

國際上，質子重離子治療始于20世紀90年代，目前發(fā)展較為成熟，相關治療中心的建設也在逐年增加。我國的質子重離子治療事業(yè)起步較晚，但隨著經濟社會發(fā)展和國家大健康戰(zhàn)略的實施，已進入了快速發(fā)展的時期。

由于質子重離子治療中心運行時，質子、離子等粒子與其他物質相互作用后會導致“瞬態(tài)和殘留”兩種輻射，為保證環(huán)境、人員和設備的安全，所有的質子重離子治療中心均須進行輻射屏蔽設計，即用一定厚度的屏蔽墻將放射源包圍起來，使其產生的輻射劑量在通過屏蔽墻后衰減到有關標準的允許值內[1]?；诘叵峦寥烙欣诹Ｗ又委熝b置輻射防護設計的原因，目前國內外多數質子重離子治療中心將含裝置區(qū)、治療室等核心區(qū)布置在地下室區(qū)域，當然在滿足工藝設計和醫(yī)療流程等各項要求的前提下，也有少數的治療中心開始嘗試將核心區(qū)布置在地上或半地下室。從人性化和經濟性等角度看，質子重離子核心區(qū)以上三種布置位置各有優(yōu)劣勢，根據實際條件和需求選擇合適的布置方式對項目的順利建設有很大意義。

1 國內外質子重離子治療中心建設現狀簡述

根據國際粒子治療合作組織的數據，自1990年美國加利福尼亞州羅瑪琳達大學醫(yī)學院建成國際上首個質子治療中心開始，到2022年9月全球共有20多個國家和地區(qū)建設了120臺質子重離子治療裝置用于臨床實驗或治療，約有36個治療中心處于建設或設備安裝狀態(tài)，另約有32個相關項目進入了規(guī)劃議程[2]（表1）。在廠商方面已經形成19家質子或重離子設備供應商，主要包括美國瓦里安、德國西門子、日本住友和比利時IBA等。

表1 全球質子重離子治療裝置統(tǒng)計表

我國質子治療中心的建設最早可追溯到2004年12月建成的山東萬杰腫瘤醫(yī)院質子治療中心，該項目建成后因各種問題停業(yè)，其后各個民用資本主導的質子重離子治療中心的建設也因不同困境而停滯。2008年第一個由政府主導的上海質子重離子醫(yī)院開工建設是我國質子重離子建設事業(yè)的一大里程碑，項目于2015年正式開業(yè)，目前累計出院病患已超過5000例。近年來，隨著各級政府部門、醫(yī)療機構、科研機構和社會民眾的重視，我國質子重離子治療中心的建設進入了迅猛發(fā)展的時期。

目前，我國已經運營的質子重離子治療中心已達7家（不含臺灣地區(qū)），包括山東萬杰腫瘤醫(yī)院、上海質子重離子醫(yī)院、甘肅武威重離子醫(yī)院、廣州泰和腫瘤醫(yī)院和上海瑞金醫(yī)院質子中心等。在建和規(guī)劃項目超過20家（表2），大部分集中在我國東部、南部沿海和華北、華中等地區(qū)，其中多數為質子項目，大多在新院區(qū)作為獨立單體建設或與其他放療區(qū)聯合建設但自成一區(qū)，并通過連廊等方式與醫(yī)院其他功能產生聯系。重離子項目數量總體不及質子項目，但近年來有快速增加的趨勢。在設備供應方面，我國已經實現了包括質子、重離子在內的主要大型粒子治療裝置自主知識產權的研發(fā)和生產，國內質子重離子設備供應商主要包括中科院近物所、上海艾普強、中核集團等。

表2 國內主要質子重離子治療項目統(tǒng)計表

與國內質子重離子項目建設蓬勃發(fā)展相比，目前從建筑設計角度對該類建筑的探討尚少，多數為具體工程案例的介紹。在實際設計中，建筑師常常面臨設計經驗有限，缺少相關的規(guī)范和標準指導，也沒有足夠的建設案例參考的困境。

2 質子重離子治療中心核心區(qū)

通常情況下，質子重離子治療中心項目主要由裝置區(qū)、治療區(qū)、工藝設備區(qū)、影像檢查區(qū)、門診區(qū)、醫(yī)護辦公區(qū)、公共區(qū)和設備用房等組成（表3），結合醫(yī)院現有可利用的設施和醫(yī)療團隊實際使用要求，還可能同步建設其他放療區(qū)、核醫(yī)學科、科研成果轉化區(qū)、住院區(qū)、會議交流區(qū)和其他服務配套設施。

表3 質子重離子治療中心項目主要功能

其中治療中心的裝置區(qū)和治療區(qū)是質子重離子裝置運行和腫瘤治療活動發(fā)生的具體區(qū)域，因加速器束流的工藝要求和醫(yī)療流程要求，上述兩區(qū)緊密相連，為項目主要涉射線輻射的空間，也是本文所研究的對象即質子重離子治療中心核心區(qū)。

從建筑設計的角度，質子重離子治療中心核心區(qū)主要設計難點存在于以下幾個方面：

（1）輻射安全防護：作為高危險的I類射線裝置，質子重離子中心裝置區(qū)與治療室均為涉輻射空間，須嚴格按照輻射防護要求將空間按輻射區(qū)、控制區(qū)、安全區(qū)進行劃分，并結合實體屏蔽、安全連鎖和放射性檢測等措施[3]，保證治療活動期間即粒子加速器運行時醫(yī)患、公眾、操作人員及環(huán)境、設備的安全，同時處理好該區(qū)域與周邊各種功能、流線的聯系；

（2）工藝設計限制：裝置區(qū)與治療區(qū)建筑空間受到粒子裝置工藝設計的嚴格限制，上述空間尺寸巨大，組合關系相對固定，流線設置等亦須滿足裝置安裝和運行的要求，建筑設計時可調動空間不大，一定程度上限制了建筑師進行空間營造的創(chuàng)造性；

（3）醫(yī)療流程：與其他醫(yī)療建筑相同，質子重離子項目核心區(qū)的設計須滿足醫(yī)療流程要求，目前國內醫(yī)療領域尚未對該類治療活動有統(tǒng)一標準，各醫(yī)療團隊理解不一，要求不盡相同，也影響了建筑空間設計和流線設計；

（4）結構要求：質子重離子核心區(qū)尤其是裝置區(qū)結構荷載巨大、沉降控制極高，加上空間跨度等尺寸遠超一般醫(yī)療建筑，給有效利用裝置區(qū)以上和以下的空間帶來了挑戰(zhàn)；

（5）機電要求：質子重離子作為利用電磁場加速粒子的精密設備，其治療中心核心區(qū)對溫濕度等機電環(huán)境的要求極高，與溫濕度相關的建筑空間防水設計等直接影響了設備的運行安全，在消防設計等方面也與現行設計規(guī)范存在一定沖突；

（6）工程造價：由于從工程經濟的角度，質子重離子核心區(qū)由于空間復雜，技術要求高，其單方建造成本遠超普通醫(yī)療建筑。

綜上，按目前國內外質子重離子設備供應商的產品，質子重離子治療中心裝置區(qū)和治療區(qū)空間（圖1、2）體量一般十分巨大，要求較高。作為項目核心功能，該部分的設計需要統(tǒng)籌考慮工藝要求、醫(yī)療要求、輻射防護、機電環(huán)境、經濟安全等多方面因素，建筑師在建筑創(chuàng)作時對其布置位置的選擇直接影響到方案地上地下的整體布局，進而影響項目整體建設效果。

圖1 質子治療中心核心區(qū)軸測圖

典型的質子和重離子治療中心核心區(qū)軸測圖如圖1、圖2所示。

圖2 重離子治療中心核心區(qū)軸測圖

3 質子重離子治療中心核心區(qū)布置模式

目前，質子重離子治療中心的總體布局主要體現了發(fā)揮一體化系統(tǒng)優(yōu)勢和打造多學科腫瘤治療中心的趨勢，即腫瘤治療需求的增長使得質子重離子放療中心的建設更多地采用一體化系統(tǒng)（一個加速器帶多個治療室），同時腫瘤多學科綜合治療的理念也使得相應醫(yī)療機構開始整合質子重離子治療裝備與傳統(tǒng)放療設備、放射檢查設備，使項目成為具有診斷和治療、康復等多種功能的腫瘤中心。國內外質子重離子治療中心在醫(yī)院總體布局中多采用單棟建設或自成一區(qū)的方式，即質子重離子區(qū)域與門診、醫(yī)技、住院以及其他放射治療區(qū)等功能適當分隔，這樣做有利于減小輻射防護難度，控制周邊振動干擾治療裝備，也方便各類裝備轉運和調試[4]。目前質子重離子治療中心核心區(qū)的布置模式主要有以下三種：

模式一：將裝置區(qū)加速器大廳及治療區(qū)布置于地下室，利用地下空間土壤環(huán)境結合地下室側壁、底板等作為輻射屏蔽設計的一部分，治療層通常位于地下負一層（如約-6～-7m深度）或負二層（約-10m深度），裝置區(qū)其他部分如高能爬升空間、設備吊裝轉運大廳或加速器大廳上空等，則根據工藝要求凸出在地面。質子重離子治療中心其他部分如醫(yī)護區(qū)、影像檢查區(qū)、公共區(qū)等可依據用地情況、醫(yī)療流程和醫(yī)療團隊的要求布置。由于土壤環(huán)境一定程度上有利于輻射屏蔽設計從而降低工程造價，將輻射區(qū)設置在地下的端部也有利于使輻射危險源盡量遠離人流集中的區(qū)域，減少對醫(yī)院院內環(huán)境和周邊城市環(huán)境安全的影響[5]，目前國內多數質子重離子治療中心采用了該模式，如上海質子重離子醫(yī)院、蘭州重離子醫(yī)院、媽祖質子重離子醫(yī)院、浙江省腫瘤醫(yī)院重離子醫(yī)學中心等，青島西海岸腫瘤醫(yī)院質子中心和上海瑞金醫(yī)院腫瘤（質子）中心亦是該種布局（表4）。

表4 采用模式一的部分質子重離子治療中心對比表

以浙江省腫瘤醫(yī)院重離子醫(yī)學中心為例，該項目總建筑面積為14000m2，其中地上7600m2，地下6400m2，主要建設一臺中科院近物所生產的重離子治療系統(tǒng)及其他配套[6]。該項目建設地點位于醫(yī)院建成區(qū)，用地面積較小，周邊環(huán)境復雜，為滿足輻射防護需要，減少對醫(yī)院建成環(huán)境和醫(yī)患的心理影響，項目核心區(qū)和對應治療大廳、醫(yī)護區(qū)均位于地下二層-10.5m的深度上，整個項目涉輻射空間僅剩兩個14m高的設備轉運大廳（兼高能爬升區(qū)）凸出地面（圖3、4）。

圖3 浙江省腫瘤醫(yī)院重離子醫(yī)學中心裝置區(qū)和剖面示意圖

模式二：將裝置區(qū)加速器大廳及治療區(qū)布置在建筑首層，與治療相關的建筑入口大廳、患者等候區(qū)、診療區(qū)等圍繞上述空間水平展開布置，建筑設計上強調療愈空間與自然通風采光、室外綠化景觀的相互結合，從而打造與自然共生的體驗式醫(yī)療空間。由于無法再利用土壤輔助防護，且公眾可接觸的環(huán)境輻射劑量標準相較于地下土壤環(huán)境更加嚴格，該模式的輻射防護主要通過加強防輻射墻等方式（加厚墻體，中置鋼板、鉛塊或采用重混凝土等）達到對應安全標準?？紤]到將核心區(qū)設置在地下室可能面臨諸如自然通風采光受限、空間體驗和方向感差等問題，國外不少質子重離子中心采用了地上布置模式，比如法國安東尼拉卡薩尼中心、意大利特倫托質子治療中心、日本北海道大野紀念病院和大阪重離子線中心等，我國近年來新建的部分質子重離子治療中心也開始嘗試該類模式，并陸續(xù)有建成項目投入使用，如武威重離子醫(yī)院重離子治療中心、合肥離子醫(yī)學中心、一洲國際質子醫(yī)學中心等（表5）。

表5 采用模式二的部分質子重離子治療中心對比表

以一洲國際質子醫(yī)學中心為例，該項目位于河北涿州一洲腫瘤醫(yī)院內部，設備為IBA Proteus-Plus質子治療系統(tǒng)[7]。項目建設用地比較寬裕，從為患者創(chuàng)造更加舒適的醫(yī)療體驗的角度，建筑師將質子治療中心核心區(qū)和等待區(qū)等輔助空間均設置于地面首層，質子裝置等中心點位于高于地面1.25m的標高，即患者從治療中心外進入治療室無需再使用垂直電梯等設備，可從主入口、一次候診、二次候診無障礙平直進入（圖5）。

圖4 浙江省腫瘤醫(yī)院重離子醫(yī)學中心效果圖

圖5 一洲國際質子醫(yī)學中心剖面示意圖

模式三：在建設場地存在地形高差且其他條件允許的情況下，將裝置區(qū)加速器大廳及治療區(qū)等布置于半地下室，其中將帶輻射環(huán)境的裝置區(qū)和治療室設置于地下部分，以充分利用土壤環(huán)境輔助輻射屏蔽，有效降低工程造價；同時將需要通風采光的治療區(qū)等待大廳、休息室等空間與醫(yī)護空間、診斷空間一起，設置于半地下室面向室外環(huán)境一側，營造有利于病患療愈和醫(yī)護工作的舒適環(huán)境。該模式在一定程度上可以視為質子重離子治療中心核心區(qū)布置的理想模式，能因地制宜地利用建設場地的不同有利條件滿足治療中心各部分不同的環(huán)境需求。不過該模式對建設用地的條件也有很高要求，并不能對當下類似項目有普遍的適用性。

廣州泰和腫瘤醫(yī)院（一期）質子核心區(qū)的布置基本符合模式三的設計思路。該項目結合西南側原地形較高的特點，將質子核心區(qū)設置在地下一層，相應區(qū)域頂板上方預留治療艙和回旋加速器吊裝口，在頂部設置一定厚度的覆土層，既實現了有利于輻射防護的初衷，又滿足了綠化率要求，恢復了一定的原始地貌，為整個醫(yī)院提供了一處良好的療愈環(huán)境[8]。而將治療區(qū)、公共等候區(qū)、醫(yī)技、病房等功能設置于面向室外的南側和北側，則有利于為以上空間引入自然通風采光和良好的室外景觀（圖6）。

圖6 廣州泰和腫瘤醫(yī)院鳥瞰圖

需要注意的是，質子重離子治療中心核心區(qū)三種布置模式中（圖7），裝置區(qū)和治療區(qū)的位置與布置模式有關，而其他部分（如圖7中帶＊的功能）則可根據工藝要求及用地情況等靈活地進行布置。

圖7 三種布置模式示意圖

4 影響質子重離子治療中心核心區(qū)布置模式的因素

質子重離子治療中心核心區(qū)布置模式選擇需要綜合考慮各類因素，其決策過程慎重而復雜，需要建筑設計團隊與工藝團隊、醫(yī)療團隊共同探討決定。一般來說，影響質子重離子治療中心核心區(qū)布置模式的因素有以下兩類。

4.1 外部因素

外部因素主要指項目建設用地條件、規(guī)劃要求、周邊環(huán)境、與醫(yī)院其他功能銜接要求、工程造價限額、工程技術條件等。

（1）建設用地條件：指地質情況、面積大小、形狀輪廓和容積率、密度、退縮要求等，該因素直接影響到治療中心核心區(qū)能否與其他必須設置在地上的功能（如各出入口及其門廳、設備吊裝轉運空間、部分機電用房等）一同設置于地面首層。由于治療中心核心區(qū)通常占地面積較大，形狀固定且難以更改，常常出現因為建設用地的控制性指標如建筑密度、建筑高度等必須得到落實的問題，導致建筑師需要放棄采用模式二，轉向考慮利用地下空間解決滿足功能和控制性指標的方案。

（2）規(guī)劃要求：諸如浙江省腫瘤醫(yī)院重離子醫(yī)學中心等項目，存在建設用地毗鄰城市公園等城市重要節(jié)點的情況，為保證城市建設風貌，建筑師須盡量通過消隱治療中心建筑體量以達到城市設計要求。

（3）周邊環(huán)境：指用地周邊的交通環(huán)境、居住區(qū)等，對用地周邊環(huán)境，建筑師對其考量應該是雙向的，即一方面需要減少周邊環(huán)境中如地面脈動和人類活動的近距離干擾振動對質子重離子裝置運行精確度的影響[9]，另一方面也需要考慮因質子重離子項目的建設而對周邊環(huán)境產生的諸如景觀視野、大型帶輻射裝置對周邊居民產生的心理壓力等問題。

（4）與醫(yī)院其他功能的銜接：質子重離子治療中心無論采取自成一個建筑單體還是附設于建筑主體內部進行建設，均需考慮與醫(yī)院其他功能以地下通道、庭院、門廳、連廊等方式相連，因此該類型項目核心區(qū)的位置選擇需要考慮其與醫(yī)院其他功能的銜接要求。

其他如工程造價限額、工程技術條件等因素也會影響質子重離子項目核心區(qū)布置模式的選擇。

4.2 內部因素

內部因素主要是指質子重離子治療中心的核心功能需求、工藝設計要求、醫(yī)療流程要求以及與相鄰其他放療設備的相互關系等。

（1）核心功能需求：指質子重離子核心區(qū)詳細的功能配置。質子重離子核心區(qū)的詳細功能通常需要與使用方和供應商共同探討，比如裝置對于單室系統(tǒng)和一體化系統(tǒng)的選擇，治療室的治療頭角度和數量要求，治療功能外的科研實驗終端的要求等，以上直接決定了裝置核心區(qū)占地面積和建筑高度的大小，進而影響了對其布置模式的選擇。

（2）工藝設計要求：與普通民用建筑或其他醫(yī)療建筑不同，質子重離子治療中心的設計有一定工藝限制性，即建筑師須結合粒子裝置設備供應商的場地文件和工藝設計需求開展建筑創(chuàng)作。不同的裝置設備廠家提供的產品對設備各部分布置位置有自身要求，建筑師對其任何修改均需與設備團隊協(xié)商探討，且一般情況下修改的空間不大。

（3）醫(yī)療流程要求：作為粒子裝置使用方和治療活動的組織者，醫(yī)療團隊也會根據醫(yī)療流程要求、后續(xù)使用管理要求并結合醫(yī)院現有設施和人員團隊，對項目各功能的布置和流線有對應規(guī)定。

（4）與相鄰其他放療設備的關系：將質子重離子裝置與常規(guī)放療、影像檢查、核醫(yī)學科甚至BNCT裝置等聯合設置，形成統(tǒng)一管理的腫瘤放療中心已經成為新近規(guī)劃腫瘤醫(yī)院的一大特點，由于主要的治療裝置之間暫時很難垂直疊加布置，而將大部分裝置設置于地面又將過多占用基底面積等指標，因此在該情況下選擇采用模式一是比較多見的做法，即利用地下空間布置含多個裝置和配套的腫瘤放療中心，并通過地下通道聯系醫(yī)院的其他功能。當然，在僅有一種治療裝置但配套了影像檢查、核醫(yī)學科等功能情況下，也可以采用模式二并通過地上連廊與醫(yī)院其他功能聯系。

5 人性化和經濟性視角下的質子重離子治療中心核心區(qū)布置模式對比

5.1 人性化視角下的質子重離子治療中心核心區(qū)布置模式對比

醫(yī)療建筑應該為患者提供人性化的治療空間、舒適的療愈環(huán)境和良好的治療體驗，同步為醫(yī)護和其他工作人員提供輕松的工作氛圍。從人性化的角度看，質子重離子治療中心核心區(qū)的布置模式一相對于布置模式二、模式三有一定的局限性，主要體現在以下幾個方面。

5.1.1 對無障礙設計的影響

將裝置核心區(qū)布置在地面首層或半地下室在無障礙設計方面具有天然的優(yōu)勢，由于質子重離子治療中心絕大多數治療活動均在粒子治療區(qū)完成，患者可從治療中心入口經入口大廳、各類等候區(qū)最后無高差地進入質子重離子治療室，完成治療活動，從而避免將核心區(qū)布置在地下產生的需要依賴無障礙樓電梯等垂直交通而產生的諸如使用不方便、效率不高等弊端。例如合肥離子醫(yī)學中心，將治療區(qū)和裝置區(qū)結合入口大廳、接待服務用房等布置在首層，功能集中高效，使患者能夠無障礙地迅速找到目的空間（圖8）?？紤]到腫瘤患者的癥狀特點，該布置模式尤其有利于使用病床、輪椅及其他行動不方便的患者，體現項目注重人文關懷、用戶體驗,設計趨向精細化和個性化的特點[10]。

圖8 合肥離子醫(yī)學中心首層平面及建筑外觀

5.1.2 對自然通風采光的影響

自然采光與通風是地下醫(yī)療空間環(huán)境設計必不可少的一環(huán)[11]。良好的自然通風采光有利于形成開敞明亮的醫(yī)療環(huán)境，有利于腫瘤患者的療愈。受制于地下空間的封閉性，將質子重離子治療中心核心區(qū)尤其是治療區(qū)布置于地下將使其無法像地面建筑一樣從側面開窗來解決自然通風采光問題，而單純依靠人工照明和機械通風的地下空間容易形成壓抑的氣氛，無益于緩解患者緊張、悲觀等情緒，也不符合低碳環(huán)保的理念。從目前國內已建或在建的質子重離子治療中心看，越來越多的建筑師意識到該問題，并在其設計中通過于地下治療空間植入景觀庭院、采光天窗等方式，力求改善地下室醫(yī)患使用空間的通風采光效果。

以媽祖質子重離子醫(yī)院為例，設計方案在質子重離子治療裝置核心區(qū)所在的負一層布置了5個地下庭院和若干采光中庭，使得除涉輻射空間外的所有患者可接觸的治療空間均有自然通風采光和庭院景觀[12]，同時，適當加高負一層的層高至7.5m,減少空間壓抑感的同時有利于通風采光進入室內，在一定程度上可以被視作為改善自然通風采光而采取的措施（圖9）。

圖9 媽祖質子重離子醫(yī)院地下景觀庭院及采光天窗示意圖

5.1.3 對空間體驗和方向感的影響

相對于地下建筑，地面建筑或者半地下建筑在優(yōu)化患者空間體驗、強化患者空間方向方面具有優(yōu)勢，可以通過設計通高中庭、放大廳廊、各類形態(tài)的醫(yī)療街、與景觀相互融合的公共空間等方式，豐富患者的感官體驗，同時不同形態(tài)的空間也給患者提供了參照，有利于提升空間認知感和方向感，給患者以安全感和溫馨感，對患者的心理和生理也能產生一定的積極影響。而地下建筑由于封閉性、建筑層高、結構柱網和消防規(guī)范等原因，在創(chuàng)造良好空間體驗和方向感方面受到了極大的限制，這也是建筑師將質子重離子治療中心治療區(qū)設置于地下必然面臨的問題。

5.1.4 對景觀視野的影響

將綠化景觀引入治療空間的意義不僅僅是調節(jié)空間形態(tài)和拓寬景觀視野，更在于打破室內空間的邊界，通過室內空間和室外景觀的融合滲透，吸引患者走出庭院，與環(huán)境產生互動，起到景觀服務于患者康復的目的。

采用模式一將治療中心核心區(qū)布置于地下顯然增大了引入景觀綠化的難度，目前通常的做法是打造下沉庭院，但是該舉動提高了對建筑用地的要求，尤其在城區(qū)現有醫(yī)院內新建的質子重離子治療中心項目來說，由于用地緊張，周邊現有建筑、功能和各向流線復雜，往往沒有條件實現上述構想。以浙江省腫瘤醫(yī)院重離子醫(yī)學中心為例，項目位于該醫(yī)院半山院區(qū)，院內建筑密布，建設用地僅有5800m2且形狀不規(guī)則，在滿足工藝要求和醫(yī)療流程的前提下，尚需考慮與周邊建筑的安全距離，不干擾醫(yī)院現有各類流線和使用功能。盡管費勁心思，設計方案在二層的地下室治療區(qū)僅設置了3m寬的線性景觀庭院（圖10）。

圖10 浙江省腫瘤醫(yī)院重離子醫(yī)學中心治療區(qū)線性庭院

因此，盡管采用模式一將質子重離子核心區(qū)設置于地下在自然通風采光、營造空間體驗和方向感以及引入景觀視野等方面有一定的困難，但這些困難并非不可克服。在用地條件允許的情況下，建筑師通過設置下沉景觀庭院、采光天窗，輔以室內照明和機電系統(tǒng)，亦能創(chuàng)造出與地上建筑空間相同的高品質治療空間。

5.2 經濟性視角下的質子重離子治療中心核心區(qū)布置模式對比

由于城市的發(fā)展，醫(yī)療用地資源越來越寶貴，合理且充分利用建設用地成為醫(yī)院建筑師面臨的重要課題之一。另外，作為工程造價動輒高達幾個億的建設項目，質子重離子治療中心的核心區(qū)布置模式對工程造價的影響也不容小覷。

5.2.1 建設用地利用的經濟性

采用模式一將質子重離子治療中心核心區(qū)設置于地下有利于建設用地的高效利用，而采用模式三將相應區(qū)域設于半地下室則在提高用地利用效率上有利有弊，具體體現在：

（1）模式一和模式三有利于高效利用地下空間，并將該區(qū)域與醫(yī)院其他地下功能實現銜接：由于工藝的特殊性，質子重離子裝置對結構荷載、結構沉降等要求極高，通常其核心區(qū)正下方的地下空間無法再設置設備機房、停車庫等功能加以使用，即使勉強加以使用，基于防輻射要求的巨大結構構件也將大大降低空間使用效率，即采用模式二將項目核心區(qū)設置于首層的方案將無法有效利用建設用地的地下空間。目前國內尚未出現質子重離子治療中心核心區(qū)下方布置功能空間的案例，該做法只出現在其他粒子治療中心如東莞市人民醫(yī)院硼中子俘獲治療中心項目，從最終效果看，由于輻射防護的要求，該項目在核心區(qū)下方存在厚達2m的樓板和尺寸巨大的柱子等構件，實際可利用的空間不大（圖11），且工程造價極高[13]。

圖11 東莞市人民醫(yī)院硼中子俘獲治療中心剖面圖及效果圖

（2）采用模式一有利于縮小項目占地面積：將質子重離子治療中心核心區(qū)設于地下室，有利于建筑師巧妙利用豎向上不同高度的空間布置入口大廳、影像檢查、醫(yī)護辦公等功能，使得項目地面占地面積縮小。模式三同樣具有上述優(yōu)勢，建筑師可以利用半地下室獨有的“雙首層”優(yōu)勢在不同樓層設置不同用途的出入口和功能，達到在垂直方向疊加設置功能并縮小占地的目的。如采用模式二，則需將項目核心區(qū)、入口大廳、設備吊裝及部分必須設在首層的設備用房等空間在首層水平展開布置，對項目占地面積要求高。從實際建設情況看，目前采用模式二的質子重離子項目普遍占地面積較大。

（3）采用模式一有利于降低地面建筑高度：在沒有其他功能要求的情況下，多數質子重離子治療中心可以將建筑單體控制在24m以下，為多層建筑。如將核心區(qū)布置于首層或者半地下室面向室外一側，則可能使該治療中心地上部分超過24m,按現行消防設計規(guī)范需在環(huán)形消防車道的基礎上布置消防車登高操作場地，進一步提高了對建設用地的要求。以重離子治療中心為例，媽祖質子重離子醫(yī)院核心區(qū)設置在地下-7.5m，地面屋頂高度為小于24m，但是采用相同重離子治療裝置的武威重離子醫(yī)院核心區(qū)設置于地面，10m左右層高的加速器大廳上方根據工藝設計通常還需設置高能爬升段，該空間甚至高達18m以上，即采用模式二的武威重離子醫(yī)院重離子治療中心單體建筑高度高達28.5m（圖12）。

圖12 武威重離子醫(yī)院重離子治療中心剖面示意圖

（4）采用模式一有可能使得位于地下的核心區(qū)不占用項目用地的容積率指標。核心區(qū)通常占地面積在3000m2～5000m2左右，如能向當地規(guī)劃管理部門爭取該部分不計算容積率，則將有利于進一步提高建設用地的利用效率。

5.2.2 項目工程造價的經濟性

質子重離子項目工程技術要求高，為了實現項目的特殊要求，如防輻射設計、大體積混凝土防開裂、超高要求的結構防沉降、嚴格的防水性能和高精度預留預埋等，工程設計上均有對應的復雜措施，工程造價十分巨大，這也是這類有利于人類福祉的裝備暫時未能大規(guī)模建設的一大原因。質子重離子治療中心核心區(qū)布置模式對工程造價經濟性的影響主要體現在：

（1）采用模式二將核心區(qū)布置在地上，直接的影響是該部分空間不再設置地下室，相對于模式一節(jié)約了用于基坑支護和土方開挖的費用，而模式三由于僅有部分功能設置于地下，基坑支護及土方開挖的費用介于模式一和模式二之間。以媽祖質子重離子醫(yī)院為例，該部分占地面積約5375m2，深度為-7.5m,采用模式二可節(jié)省土方超過45000mm2。

（2）鑒于土壤環(huán)境有助于輻射防護，且土壤環(huán)境的屏蔽標準和公眾可接觸的環(huán)境的屏蔽標準存在一定差異，將質子重離子治療中心裝置核心區(qū)布置于地上不可避免地加大裝置區(qū)輻射屏蔽墻的要求，需要加大屏蔽墻厚度、中置鋼板或者采用重混凝土等，進而增加該部分的工程造價，對中置鋼板精度、重混凝土配等技術要求也大大提高[14]。以媽祖質子重離子醫(yī)院為例，經輻射防護計算，采用模式二的輻射屏蔽外墻在采用普通混凝土的同等條件下與模式一、三相比厚度普遍需增加10%左右，并局部需加設鋼板等構件。

（3）將治療中心裝置區(qū)布置于地上，有利于降低裝置區(qū)的防水難度，保證防水安全性，在一定程度上降低用于防水的工程費用。由于質子重離子核心區(qū)為帶射線輻射的空間環(huán)境，水進入該空間易受活化污染，或對精密的加速器裝置的安全產生嚴重威脅，因此項目對防水要求極為嚴格，需按一級防水進行設計且不允許結構表面有濕漬[15]。將核心區(qū)布置于地上并在周邊布置入口大堂、醫(yī)護空間、設備機房等，給裝置核心區(qū)和外界水環(huán)境間增加了過渡緩沖空間，相當于對地下水和地上雨水等進行了一次物理隔離，有利于保證裝置防水安全（圖13）。

圖13 治療中心裝置區(qū)防水壓力對比

（4）考慮到加速器裝置部分構件重量達到了20～30t,且尺寸巨大，需要復雜的空間和設備解決設備吊裝轉運問題，同時設備運輸路線上涉及的結構荷載要求也大幅度提高。將治療中心核心區(qū)布置于地上，即采用模式二或模式三有利于降低治療設備重大部件的安裝難度，增加安裝靈活性，甚至可采用吊裝和平推安裝相結合的方式，大大減少對安裝空間和安裝設備的需求。

綜上，對三種布置模式進行對比總結（表6）：在人性化方面，質子重離子核心區(qū)布置模式二具有天然的優(yōu)勢，但采用模式一可以通過下沉庭院等設計手法加以彌補。在經濟性方面，采用模式一有利于建設用地的高效利用，而采用模式二則有利于控制項目工程造價。模式三能因地制宜地結合前兩種模式的優(yōu)勢，滿足核心區(qū)治療部分和裝置部分的核心訴求，然而該模式對建設場地本身的高差等條件要求較高。

表6 三種模式優(yōu)劣勢對比表

總結

作為“治癌利器”，質子重離子治療中心的建設事業(yè)正蓬勃發(fā)展，對人民生命健康具有重大意義。由于工藝的特殊性和復雜性，質子重離子治療中心通常在醫(yī)院中單獨成區(qū)，并契合目前腫瘤治療多部門聯合、診斷治療一體化的治療理念。質子重離子核心區(qū)未來可能存在多一體化系統(tǒng)而使核心區(qū)增大和設備小型化而使核心區(qū)減小兩種趨勢并存的情況。

核心區(qū)布置模式的選擇對質子重離子治療中心建設效果和建設成本影響甚大，最理想的模式是能充分利用地形特點因地制宜地將核心區(qū)布置于半地下室，一方面將裝置區(qū)和治療室等置于地下，以充分利用土壤對輻射屏蔽的輔助作用，另一方面將治療區(qū)的等候功能與醫(yī)護、診斷等置于面向室外一側的部分，以充分利用自然通風采光和景觀視野。然而當條件不具備時，需要建筑師在設計之初結合工藝要求、醫(yī)療流程及其他需求，從人性化和經濟性等角度，對項目的建設條件和建設目的進行全面的分析，對各個因素進行謹慎的平衡，為項目的順利建設鋪設好堅實的基礎。

圖、表來源

圖6、8：來自于網絡；

其余圖、表均由作者繪制。