時空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究進展

陳星任，馬航，黎欣怡，王墨晗

0 引言

醫(yī)療建筑是最復(fù)雜的民用建筑之一。隨著醫(yī)學(xué)模式和技術(shù)的快速發(fā)展，以及社會、城市和自然環(huán)境的不斷變化，學(xué)科融合、智慧醫(yī)療、包容性環(huán)境、院城融合、雙碳綠色等關(guān)鍵詞涌入醫(yī)療建筑設(shè)計之中，一時間加劇了相關(guān)研究的復(fù)雜性。此外，醫(yī)療建筑與人民健康和社會發(fā)展息息相關(guān)，對其進行可持續(xù)的、精細化的設(shè)計勢在必行。相比于其他類型的建筑，醫(yī)療建筑設(shè)計是更加理性的[1]6，其過程強烈依賴相關(guān)研究得到的證據(jù)。既往的醫(yī)療建筑設(shè)計研究多在環(huán)境行為學(xué)的基本理論和方法框架下實施，但傳統(tǒng)的環(huán)境行為數(shù)據(jù)受到渠道、容量、獲取成本和客觀性的制約，難以應(yīng)對當下高度復(fù)雜和精細化的設(shè)計需求。

智慧醫(yī)療的介入為打破這一僵局帶來了新的工具——時空行為數(shù)據(jù)。時空行為數(shù)據(jù)（spatio-temporal behavior data）是由攜帶時間和空間標簽的個體活動數(shù)據(jù)形成的集合。它可以用來研究醫(yī)護人員、患者及其陪同者如何隨時間推移使用診療空間，以及他們在其中的移動和分布情況。相比于傳統(tǒng)的環(huán)境行為數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)的獲取和分析效率更高、動態(tài)性更強、時效性更好，可以覆蓋更大的空間、更長的時間、更廣的人群[2]。由于優(yōu)勢突出，面向醫(yī)療建筑設(shè)計的時空行為數(shù)據(jù)應(yīng)用研究不斷涌現(xiàn)，其中大量研究成果具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價值?？紤]到當下缺乏對這部分研究的系統(tǒng)性梳理，本文基于Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫和中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的國內(nèi)外文獻，歸納了在醫(yī)療建筑設(shè)計研究中應(yīng)用時空行為數(shù)據(jù)的方法和主題，并建立了相應(yīng)的研究框架，以期為今后的相關(guān)研究與實踐提供科學(xué)依據(jù)和方法啟示。

1 應(yīng)用時空行為數(shù)據(jù)能夠解決的醫(yī)療建筑設(shè)計關(guān)鍵問題

醫(yī)療建筑設(shè)計的基本任務(wù)是實現(xiàn)安全、高效的醫(yī)療流程，在此基礎(chǔ)上還可通過設(shè)計手段優(yōu)化醫(yī)患體驗、增強建筑應(yīng)變能力、包容更多弱勢群體、提升建筑性能并節(jié)約能源。著名醫(yī)療建筑師谷建將醫(yī)療建筑視為復(fù)雜的“交通建筑”，并指出其設(shè)計中的根本問題是處理好多種流線的關(guān)系[1]34。時空行為數(shù)據(jù)及其分析方法支持在短時間內(nèi)對大量的患者、醫(yī)護、陪護、物品等主體的復(fù)雜流線進行深度剖析，進而幫助設(shè)計師定量地明確診療空間的位置關(guān)系和規(guī)模，從而為醫(yī)療建筑的策劃、設(shè)計、評估和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，以達成安全、高效、應(yīng)變、包容、綠色的設(shè)計目標。其中大量的研究是從效率角度出發(fā)的，主要針對患者和醫(yī)護人員兩種人群。例如，有研究基于急診患者的電子病例數(shù)據(jù)挖掘其活動規(guī)律，進而將患者通行效率與搬遷成本、設(shè)計偏好進行統(tǒng)籌考慮，優(yōu)化建筑布局[3]，還有研究以減少患者的等待和擁擠為目標，對急診診室數(shù)量[4]、等候座椅數(shù)量[5]或影像科等候區(qū)的規(guī)模進行預(yù)測[6]。而針對醫(yī)護人員的研究多聚焦手術(shù)室、護理單元等，例如有研究基于手術(shù)室內(nèi)的視頻影像數(shù)據(jù)提出減少工作流線干擾的手術(shù)室布局優(yōu)化方案[7]，還有研究通過對護士的時空行為進行分析提出護理單元的布局優(yōu)化策略[8]。在效率角度之外，還有研究從安全角度出發(fā)，例如在急診通過控制患者的密集度、鄰近度和接觸時長提出感染防控策略[9]。此外，還有一部分實證研究為新醫(yī)療模式與技術(shù)，以及突發(fā)公共衛(wèi)生事件影響下的醫(yī)療建筑應(yīng)變設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。例如，有研究揭示了智慧醫(yī)療下的患者醫(yī)療流程和行為規(guī)律[10]，還有研究揭示了新冠疫情期間急診患者醫(yī)療流程的變化[11]。在包容性設(shè)計方面，傳感器自動獲取的時空行為數(shù)據(jù)有助于追蹤不便溝通或觀察的人群，例如嬰兒[12]、老年人或急診患者[13]。此外，時空行為數(shù)據(jù)還可以支持考慮人群行為的綠色醫(yī)療建筑設(shè)計[14]。

2 時空行為數(shù)據(jù)的獲取方法

在醫(yī)療建筑智慧化的支持下，時空行為數(shù)據(jù)除了傳統(tǒng)的人工途徑，當下更多地從傳感器自動途徑獲取。由于人工途徑的應(yīng)用時間長且技術(shù)成熟，本文僅對其進行概述。同時，本文將詳細闡述來源更廣、獲取效率更高、動態(tài)性能更好的傳感器自動獲取方法。

2.1 人工獲取——觀察與調(diào)查

人工獲取時空行為數(shù)據(jù)的方法主要有觀察法和調(diào)查法。觀察法是指研究者在特定時間段或區(qū)域內(nèi)，使用符號和文字注記對觀察對象的位置、軌跡、行為等內(nèi)容進行現(xiàn)場觀察并記錄的方法。例如，用曲線描繪護士在各房間之間的移動軌跡，用點標記護士間的交流互動[15]。最近，研究者也開始使用智能設(shè)備收集和存儲觀察數(shù)據(jù)。例如，使用平板電腦中的程序記錄醫(yī)患數(shù)量、活動內(nèi)容、位置和持續(xù)時間[16]，或使用基于ArcGIS 平臺的行為觀察工具，實現(xiàn)對醫(yī)患行為時空信息的實時記錄與數(shù)據(jù)同步[17-18]。觀察法可獲得相對精確的行為信息，但是人力、時間成本較高，很難實現(xiàn)大規(guī)模、長時間的數(shù)據(jù)采集。

調(diào)查法一般通過活動日志、時間利用日志獲取目標人群的基本信息以及某段時間內(nèi)的出行和活動信息，包括活動內(nèi)容、起止時間、位置、交通方式等[19]。如今，調(diào)查法的技術(shù)已經(jīng)相對成熟，因此容易實施。但是，其缺陷是數(shù)據(jù)來源于被調(diào)查者的主觀記憶，有可能會因其遺忘或失誤產(chǎn)生偏差[20]。而且調(diào)查的規(guī)模也受人力和時間成本的限制，使研究的數(shù)據(jù)容量、客觀程度和復(fù)雜程度都受到一定制約。

2.2 自動獲取——傳感器采集

通過傳感器自動獲取數(shù)據(jù)的方式一定程度上能夠突破人工采集在數(shù)據(jù)規(guī)模、客觀性、獲取成本與效率等方面的局限性，因此該方式越來越受到研究者的青睞。常用的數(shù)據(jù)來源主要包括視頻影像、無線定位和醫(yī)療信息系統(tǒng)。

2.2.1 視頻影像

視頻影像可以從現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)中提取或通過布置攝像機進行采集，其中蘊含著豐富的人群行為和環(huán)境信息，可以通過計算機算法將其編碼為時空行為數(shù)據(jù)。這類數(shù)據(jù)的定位精度高，可以支持多角度的研究[21-22]。然而，視頻影像數(shù)據(jù)的缺點在于存儲占用量大、分析計算量大，對軟件和編碼算法要求較高。該方法已經(jīng)在國內(nèi)外文獻中使用并獲得認可。例如周穎等對急診連續(xù)24h 監(jiān)控視頻中663 名患者的時空行為數(shù)據(jù)進行采集與分析，從中獲得了患者和陪同人數(shù)、到達與停留時間等信息[13]。Bayramzadeh 等對手術(shù)室中的25 例手術(shù)視頻進行編碼，提取了包括外科手術(shù)團隊成員的位置、活動內(nèi)容和流線干擾等信息[23]。

2.2.2 無線定位

隨著室內(nèi)無線定位技術(shù)的發(fā)展，在醫(yī)療建筑內(nèi)可借助Wi-Fi、RFID 射頻識別、藍牙、ZigBee、UWB超寬帶等無線定位技術(shù)獲取醫(yī)護人員和患者的實時位置信息，同時完成數(shù)據(jù)記錄任務(wù)[24-25]。其中，Wi-Fi 定位技術(shù)依靠布設(shè)于建筑中的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，借助智能手機或集成定位標簽的手環(huán)，實現(xiàn)動態(tài)的軌跡追蹤。該技術(shù)適用范圍廣且成本低廉，已用于追蹤嬰兒[12]和醫(yī)護人員的軌跡[26]。RFID（Radio-Frequency Identification）無線射頻識別技術(shù)能夠基于非接觸雙向通信實現(xiàn)快速定位或跟蹤攜帶電子標簽的物品、人員[27-28]。該技術(shù)具有識別距離遠、標簽成本低且方便攜帶等優(yōu)點。藍牙定位技術(shù)通過預(yù)先布置藍牙信號節(jié)點并讓人員佩戴信號發(fā)射器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。由于藍牙信號在小尺度的環(huán)境中更穩(wěn)定，因此更適用于追蹤大廳、走廊和病房等室內(nèi)場所中的軌跡[29-30]。ZigBee 定位技術(shù)是一種短距離、低功率的雙向無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可用于醫(yī)患行為數(shù)據(jù)采集[31]。該技術(shù)成本低、延時短，可以讓醫(yī)患攜帶便攜式終端來實時采集定位數(shù)據(jù)[32]。UWB（Ultra-Wideband）超寬帶定位技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、信號穿透力強、抗干擾能力強的優(yōu)點，適用于在人員密集的場所中進行高精度定位數(shù)據(jù)采集。但是該技術(shù)的基站布設(shè)和硬件成本較高，目前只能在小區(qū)域內(nèi)使用，常用于患者、嬰兒、醫(yī)療器材、醫(yī)療廢物的時空定位數(shù)據(jù)采集[33]。

2.2.3 醫(yī)療信息系統(tǒng)

醫(yī)療信息系統(tǒng)（Hospital Information System，簡稱HIS）是利用計算機軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)對醫(yī)院各階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行綜合采集、加工與管理的自動化系統(tǒng)。從中提取的電子病例數(shù)據(jù)（Electronic Medical Record，簡稱EMR）來源于實時自動記錄，能夠完整呈現(xiàn)患者的個人信息和就診過程，包括各診療環(huán)節(jié)的時間、位置和內(nèi)容等[34]。在取得相關(guān)部門批準的情況下，研究者可以從系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)。從電子病歷數(shù)據(jù)中提取的患者時空行為數(shù)據(jù)覆蓋面廣、規(guī)模龐大、內(nèi)容豐富，可用于識別患者醫(yī)療流程[35-36]、分析各科室間的關(guān)聯(lián)程度[10]、研究空間擁擠程度和患者流量等[37]。

綜上，各類時空行為數(shù)據(jù)的獲取方法都有其優(yōu)勢和局限性（表1），需要根據(jù)實際情況進行選擇或組合。

表1 時空行為數(shù)據(jù)獲取方法對比，陳星任 繪制

3 時空行為數(shù)據(jù)分析的維度

時空行為數(shù)據(jù)的分析可以從時間和空間兩個維度入手，其中時間維度的分析主要用于預(yù)測診療空間的規(guī)模，空間維度的分析主要用于分析或優(yōu)化診療空間的布局。由于大部分文獻聚焦于布局問題，因此從空間維度進行分析的研究多于從時間角度入手的研究。

3.1 時間維度

采用統(tǒng)計分析的方法可以研究患者隨時間在不同空間中流動或停留的規(guī)律，通常以年、月、日、時為單位在不同精度上進行分析。大量研究表明，醫(yī)療建筑中總體的患者流量隨時間的變化往往存在周期性，例如每周工作日患者流量較大、周末較小[38]（圖1）；每日工作時間內(nèi)上、下午均會出現(xiàn)患者流量高峰，午休和下班流量回落[6]（圖2）。這樣周而復(fù)始，形成潮汐規(guī)律。這種患者流量隨時間變化的周期分析可以揭示某些診療或等候空間內(nèi)患者人數(shù)隨時間變化的規(guī)律，為預(yù)測未來一段時間患者流的變化[39-41]、測算診療空間的規(guī)模提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。例如，Williams 等基于“患者流量—時間”關(guān)系測算了急診檢查室的數(shù)量和門診等候空間的大小[4-5]。Ai 等在分析了一天中影像科患者流量隨時間變化的周期性規(guī)律后，預(yù)測了等候區(qū)的規(guī)模[6]。

1 一周內(nèi)門診患者流量的變化規(guī)律示例

2 一天內(nèi)門診患者流量的變化規(guī)律示例

3.2 空間維度

在空間維度下，用軌跡分析來描繪醫(yī)護人員或患者在不同診療空間之間的流動、通行情況，揭示他們進行診療活動的時序和位置變化；用時空分布分析來描繪他們在不同時間段內(nèi)于不同空間中的聚集、停留情況，體現(xiàn)隨時間變化的空間熱點。

3.2.1 醫(yī)患軌跡分析

（1）粗略描述

OD（Origin-Destination）流分析從統(tǒng)計學(xué)角度反映移動對象的軌跡動態(tài)特征，是一種粗略地描述軌跡的起、終點和中途節(jié)點，但忽略其真實軌跡形態(tài)的方法[42]。該方法用于發(fā)現(xiàn)移動對象的活動錨點和范圍，也用于識別群體移動規(guī)律，還可基于以上規(guī)律揭示物理空間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征[43]。在醫(yī)療建筑研究中，OD 流分析常用的技術(shù)有流程挖掘（process mining）、患者流分析（patient flow analysis）和工作流分析（workflow analysis）。流程挖掘通過數(shù)據(jù)挖掘或機器學(xué)習(xí)進行模式識別，建立集成診療活動時間、位置和內(nèi)容信息的流程模型，進而解析醫(yī)療流程中各項活動之間的關(guān)系，常用流程圖或流圖（flow chart）進行可視化表達[44]（圖3、4）。荷蘭埃因霍芬大學(xué)Mans 團隊的系列研究首次證明了該技術(shù)在醫(yī)療建筑中研究患者醫(yī)療流程的適用性[10,45]。韓國延世大學(xué)的Rismanchian 和Lee 的系列研究使用該技術(shù)發(fā)現(xiàn)了急診患者的臨床路徑和活動模式，并為后續(xù)的布局優(yōu)化提供依據(jù)[46,3]?；颊吡鞣治鍪茄芯炕颊呷绾卧卺t(yī)療建筑中移動的系統(tǒng)過程，其目的是明確醫(yī)療活動中的瓶頸并對其進行改進，以提升患者滿意度和體驗，常用從至圖（From-to Chart）進行可視化表達（圖5）。芬蘭SKA 研究中心Karvonen 團隊的系列研究使用該技術(shù)對患者的轉(zhuǎn)移次數(shù)和通行距離進行了統(tǒng)計分析，并為后續(xù)的布局優(yōu)化奠定基礎(chǔ)[47-48]。與患者流類似，可以使用統(tǒng)計分析與數(shù)據(jù)可視化技術(shù)對醫(yī)護人員的工作流進行系統(tǒng)的分析。Bayramzadeh 等使用該技術(shù)研究了手術(shù)室中護士的工作流模式和干擾，進而明確了手術(shù)室分區(qū)的鄰近性關(guān)系[23]。

3 流程圖示例

4 流圖示例

5 從至圖示例

（2）精確描述

精確地描述醫(yī)護人員或患者的軌跡通常需要混合多種時空行為數(shù)據(jù)，例如將電子病例數(shù)據(jù)與Wi-Fi定位數(shù)據(jù)或視頻數(shù)據(jù)相結(jié)合，再將軌跡曲線疊置于2 維的建筑平面或3 維的建筑空間模型中。與OD 流分析相比，軌跡分析的精確程度和可視化程度更高，結(jié)果更加直觀、可讀性強。但在數(shù)據(jù)量較大的情況下，需要耗費較高的時間和人力成本，也更容易造成信息重疊、結(jié)果難以識別等問題。目前，在醫(yī)療建筑中使用軌跡分析的研究多集中在手術(shù)室內(nèi)，通過對醫(yī)護人員的軌跡進行分析，總結(jié)其活動模式，評估手術(shù)室布局的合理性[7,23]。

3.2.2 醫(yī)患時空分布分析

時空分布分析將一定時間范圍內(nèi)的個體時空行為數(shù)據(jù)在空間維度上進行聚類，其目的是揭示人群隨時間變化在空間中聚集或停留的熱點位置和程度。因此，時空分布分析常采用將熱力圖（heatmap）與建筑平面圖相疊合的方式表達，以此來揭示不同時間段的空間利用情況，進而發(fā)現(xiàn)人群高度聚集或擁堵的區(qū)域[49]。例如，Grzywinski 等基于觀察數(shù)據(jù)生成了護士的時空分布熱力圖，直觀地在建筑平面中呈現(xiàn)出護士相對集中的區(qū)域[17]。

4 醫(yī)療建筑設(shè)計中應(yīng)用時空行為數(shù)據(jù)的研究主題

目前在醫(yī)療建筑中，時空行為數(shù)據(jù)的采集對象主要是醫(yī)護人員和患者，其應(yīng)用場景主要包括門診、急診、住院等規(guī)模較大且功能復(fù)合的區(qū)域，以及等候區(qū)、手術(shù)室等規(guī)模較小且功能相對單一的空間。此類研究所涉及的主題主要包括診療空間的布局和規(guī)模，其中布局問題又分為診療空間的鄰近性關(guān)系、診療空間布局對醫(yī)患行為的影響和診療空間布局優(yōu)化3 個部分。相關(guān)文獻更多地關(guān)注布局問題，對規(guī)模問題的研究雖有少量文獻涉及但并非重點。對以上兩個主題的研究通?；诿枋鼋忉尅⒛M預(yù)測或設(shè)計優(yōu)化3 種范式展開：（1）呈現(xiàn)真實的醫(yī)療流程，揭示醫(yī)護人員或患者在時間和空間維度的流動及分布規(guī)律，從而反映診療功能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，或探究醫(yī)患行為與診療空間布局的關(guān)系；（2）基于對患者流時空特征的分析，采用模擬的方法預(yù)測診療或等候空間的規(guī)模；（3）基于醫(yī)療流程、患者流、工作流，對現(xiàn)有的診療空間布局進行優(yōu)化或生成理想的布局方案（圖6）。

6 醫(yī)療建筑設(shè)計中應(yīng)用時空行為數(shù)據(jù)的研究主題

4.1 診療空間的布局研究

4.1.1 明確診療空間的鄰近性關(guān)系

診療空間的鄰近性關(guān)系是任何醫(yī)療建筑布局的基礎(chǔ)問題，也是核心問題[50]，是設(shè)計醫(yī)療建筑平面的重要前提[51]，也是優(yōu)化醫(yī)療建筑布局的科學(xué)依據(jù)?；跁r空行為數(shù)據(jù)的鄰近性關(guān)系研究通常通過流程挖掘、患者流分析、工作流分析來實現(xiàn)。在流程挖掘方面，周穎等利用視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)研究了急診患者的軌跡，并挖掘了科室的關(guān)聯(lián)規(guī)則[13]。Rismanchian 和Lee 基于醫(yī)療信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)對急診患者的醫(yī)療流程進行了挖掘，發(fā)現(xiàn)了不同診療活動之間的時序和位置關(guān)系[46,3]。在患者流分析方面，Karvonen 等通過患者流分析得到了心臟醫(yī)院主要功能之間的鄰近性關(guān)系[52]。在工作流分析方面，宣曉東等通過分析護理單元中的護士流明確了護理工作空間的鄰近性關(guān)系[53]。

4.1.2 評估診療空間布局對醫(yī)患行為的影響

診療空間的布局通常對醫(yī)療機構(gòu)的運營效率、醫(yī)護人員的合作方式以及患者的等候、通行和隱私產(chǎn)生不同程度的影響[16,54]?；跁r空行為數(shù)據(jù)，既可以對比不同布局模式對醫(yī)患行為的影響，也可以識別由布局帶來的醫(yī)療流程瓶頸。在這里，一部分研究是針對醫(yī)護人員的。例如，基于觀察記錄數(shù)據(jù)或傳感器采集數(shù)據(jù)，探究護理單元布局對護士工作的影響[15,55-57]；又如，基于手術(shù)視頻數(shù)據(jù)，評估手術(shù)室空間設(shè)計和設(shè)備布局對流線干擾的影響[23,58-59]。還有一部分研究也涉及到患者。例如，基于跟蹤觀察數(shù)據(jù)，對比線性和單元式的門診布局對醫(yī)護人員工作以及患者流動的影響[16]。

4.1.3 優(yōu)化診療空間的布局

在時空行為數(shù)據(jù)的支持下，研究診療空間的鄰近性關(guān)系或評估現(xiàn)有布局對醫(yī)患行為的影響是進行布局優(yōu)化的基礎(chǔ)工作，后續(xù)的優(yōu)化途徑可分為兩類：一類是通過識別現(xiàn)有布局的問題提出改進策略或方案，另一類是結(jié)合計算機算法來優(yōu)化現(xiàn)有的布局或生成理想的布局方案。

（1）非計算性設(shè)計優(yōu)化

在單一科室的研究中，楊樂等基于視頻監(jiān)控獲取的患者行為數(shù)據(jù)結(jié)合模擬的方法，提出在急診最大限度降低傳染病感染風(fēng)險的空間和管理優(yōu)化策略[9]。在跨科室的研究中，Karvonen 等基于電子病歷數(shù)據(jù)，對心臟醫(yī)院的主要功能進行了鄰近性關(guān)系分析，并在此基礎(chǔ)上提出了該醫(yī)院新建項目的方案且驗證了其優(yōu)越性[52]。Peng 從患者旅程的視角，基于門診、住院和急診患者的電子病例數(shù)據(jù)對真實的醫(yī)院案例提出了優(yōu)化建議[60]。在手術(shù)室內(nèi)部的研究中，Shultz 等基于視頻影像數(shù)據(jù)，探究了布局對醫(yī)護工作流和手術(shù)室空間利用率的影響，提出了減少手術(shù)室人員碰撞和擁擠，并提高醫(yī)療設(shè)備可達性的布局方案[7]。在護理單元的研究中，宣曉東等基于行為觀察和訪談數(shù)據(jù)，分析了空間與護士活動的關(guān)系，并提出了空間優(yōu)化的策略[8]。

（2）計算性設(shè)計優(yōu)化

將時空行為數(shù)據(jù)分析與計算性設(shè)計相結(jié)合是當下研究中呈現(xiàn)出的一個重要熱點。此類研究通常將時空行為數(shù)據(jù)作為輸入，通過算法求解單一或多目標的布局優(yōu)化方案。其中，單一目標優(yōu)化常以縮短患者的移動距離為目標[46]。然而，以單一目標進行優(yōu)化往往與醫(yī)療建筑設(shè)計的實際需求相去甚遠，因此越來越多的學(xué)者引入了多目標優(yōu)化的方法。例如，Zuo 等在滿足急診各功能之間緊密性要求的前提下，以急診患者流動成本最小為目標，采用多目標禁忌搜索生成了多種布局優(yōu)化方案[61]。Rismanchian 和Lee 以最小化非危重患者總移動距離、最小化危重患者總移動距離、最小化現(xiàn)有科室的搬遷成本和最大化設(shè)計偏好為目標，生成了急診最佳布局方案[3]。

4.2 診療空間的規(guī)模研究

基于時空行為數(shù)據(jù)，可以預(yù)測患者流動與分布的趨勢，還可以基于此對醫(yī)療空間資源的配置進行科學(xué)的決策。例如，Duma 等以急診電子病歷數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提出了預(yù)測患者路徑隨時間變化的模型[36]，這可以作為預(yù)測診療空間規(guī)模的基礎(chǔ)性研究。Williams 等利用急診患者流量數(shù)據(jù)建立了仿真模型，確定了急診所需要檢查室的數(shù)量[4]。該團隊還從醫(yī)療信息系統(tǒng)中提取了電子病例數(shù)據(jù)，建立了流程模型并統(tǒng)計了患者就診流程的時長，測算了門診候診空間的大小以及座位數(shù)量[5]。Ai 等基于患者的電子病例數(shù)據(jù)，建立了關(guān)于患者停留人數(shù)的“概率—停留時長”曲線，精準地預(yù)測了影像科等候區(qū)的規(guī)模[6]。

5 結(jié)語

5.1 時空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究框架

智慧醫(yī)療設(shè)備與系統(tǒng)，以及大數(shù)據(jù)分析方法的快速發(fā)展為時空行為數(shù)據(jù)的獲取與分析帶來了更加豐富的渠道和可靠的技術(shù)。這在一定程度上緩解了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)及其分析技術(shù)對解決醫(yī)療建筑設(shè)計復(fù)雜性和精細化問題的制約。由此可見，時空行為數(shù)據(jù)對于醫(yī)療建筑的設(shè)計研究具有重要意義，也為醫(yī)療建筑中的環(huán)境行為研究帶來了思路、范式、方法和成果上的創(chuàng)新動力。在這一契機下，本文在文獻綜述的基礎(chǔ)上提出了時空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究框架（圖7）。這種數(shù)據(jù)可以通過人工和自動兩種渠道獲取，其中涉及觀察與調(diào)查這類傳統(tǒng)的獲取方法，也包括視頻影像、無線定位和醫(yī)療信息系統(tǒng)這類自動采集大數(shù)據(jù)的方法。由于這種數(shù)據(jù)攜帶時間和位置標簽，因此通常可以從時間和空間兩個維度展開分析，其中既包括使用統(tǒng)計分析技術(shù)的“流量—時間”關(guān)系分析，也包括使用流程挖掘、患者流分析、工作流分析技術(shù)的軌跡和時空分布分析。這些分析技術(shù)通常從描述解釋、模擬預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計3 個層面對兩類主題——診療空間的布局和規(guī)模展開研究。其中，大部分文獻著重探討的是布局問題，包括診療空間鄰近性關(guān)系、診療空間布局對醫(yī)患行為的影響，以及診療空間布局的優(yōu)化等內(nèi)容；少量文獻關(guān)注規(guī)模研究，即基于患者的流動與分布情況預(yù)測診療或等候空間的規(guī)模。希望該框架能夠為今后的相關(guān)研究和設(shè)計實踐提供內(nèi)容上的啟發(fā)和技術(shù)方法上的指引。

7 時空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究框架

5.2 時空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究評述與展望

醫(yī)護人員和患者的行為數(shù)據(jù)一直是醫(yī)療建筑設(shè)計研究的重要基礎(chǔ)，而帶有精確的活動時間、位置和內(nèi)容標簽的數(shù)據(jù)是醫(yī)療建筑設(shè)計研究中更新、更強的工具。相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)，它具有獲取與分析效率高、數(shù)據(jù)量大、客觀性強、動態(tài)性強、能夠與計算性設(shè)計無縫銜接等優(yōu)勢。時空行為數(shù)據(jù)在醫(yī)療建筑設(shè)計研究中的應(yīng)用價值正在逐漸被國內(nèi)外學(xué)者和建筑師所認識和重視。在過去的發(fā)展中，相關(guān)研究取得了重要進展，并呈現(xiàn)出以下研究現(xiàn)狀和趨勢：

（1）該領(lǐng)域?qū)W者及機構(gòu)的學(xué)科交叉范圍廣且程度深，跨學(xué)科合作關(guān)系良好且穩(wěn)定。時空行為數(shù)據(jù)在獲取、分析和解讀的過程中涉及到諸多學(xué)科的配合，其中包括信息技術(shù)科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)療管理學(xué)、建筑學(xué)、環(huán)境行為學(xué)等。這體現(xiàn)在既往文獻作者及其機構(gòu)高度交叉的學(xué)科背景和與相關(guān)研究機構(gòu)的深度合作上。例如，在該領(lǐng)域形成系列研究的團隊包括芬蘭的SKA 研究中心，其研究方向由計算機支持的工業(yè)管理逐漸過渡到醫(yī)療管理和醫(yī)療建筑設(shè)計，并且與多家臨床醫(yī)院具有學(xué)術(shù)合作關(guān)系；韓國延世大學(xué)的Rismanchian 和Lee 研究團隊呈現(xiàn)了由信息和工業(yè)工程向醫(yī)療建筑的計算性設(shè)計跨越的態(tài)勢；代爾夫特理工大學(xué)的Sariyildiz 團隊屬于建筑學(xué)領(lǐng)域但其研究融合了大量的數(shù)學(xué)理論和計算機算法，形成了跨學(xué)科的研究集群[62]?？梢?，該領(lǐng)域的部分學(xué)者已經(jīng)在學(xué)科交叉方面做出了深度的探索，并取得了豐富的成果。在未來的相關(guān)研究中，學(xué)科交叉的范圍和程度必定會繼續(xù)擴大和加深，信息與數(shù)據(jù)類、醫(yī)學(xué)類、建成環(huán)境類學(xué)科將會在這一領(lǐng)域形成相對穩(wěn)定的合作關(guān)系。

（2）大數(shù)據(jù)及其分析方法應(yīng)用廣泛且成果豐富，但未來應(yīng)注意多源數(shù)據(jù)與多種方法的混合使用。由于數(shù)據(jù)自動獲取技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)階段的研究中大數(shù)據(jù)分析逐步占據(jù)主流地位，因此定量的研究方法和分析技術(shù)應(yīng)用得十分廣泛。例如，在數(shù)據(jù)分析階段常用的流程挖掘、患者流分析、工作流分析；在模擬預(yù)測階段常用的離散事件模擬；在優(yōu)化設(shè)計階段常用的數(shù)學(xué)建模和算法技術(shù)等。在定量研究的框架下，在醫(yī)療建筑中使用時空行為數(shù)據(jù)的文獻呈現(xiàn)出了相對成熟且趨同的研究模式。然而，這種研究模式具有一定的局限性——對于數(shù)據(jù)的分析在于呈現(xiàn)規(guī)律而非解釋規(guī)律，將分析結(jié)果作為模擬或優(yōu)化工作的基礎(chǔ)而不繼續(xù)挖掘其背后的環(huán)境行為學(xué)原理。這樣做的弊端是大量的數(shù)據(jù)分析工作僅呈現(xiàn)現(xiàn)象，而對現(xiàn)象背后的本質(zhì)問題和理論思考不足，更嚴重的后果是盲目偏信數(shù)據(jù)，忽視數(shù)據(jù)分析在研究中的適用性問題。當下，學(xué)者們逐漸認識到這些問題的嚴重性，也開始思考使用多源數(shù)據(jù)和混合方法的必要性。這使得進一步解釋醫(yī)療建筑空間環(huán)境對醫(yī)患行為及其健康結(jié)果的影響機制成為可能，進而也將更有利于從深層原理上支持醫(yī)療建筑設(shè)計的實踐工作。

在未來，一方面醫(yī)療建筑設(shè)計將因醫(yī)學(xué)模式，技術(shù)設(shè)備，社會、城市、自然環(huán)境發(fā)展的復(fù)雜性和不確定性而面臨更多的挑戰(zhàn)[63]；另一方面智慧醫(yī)療、信息技術(shù)和人工智能的快速發(fā)展將為時空行為數(shù)據(jù)帶來更多的獲取源頭和分析方法，成就新的機遇[64]。今后，在醫(yī)療建筑設(shè)計研究中應(yīng)用時空行為數(shù)據(jù)及其分析方法應(yīng)該更多地關(guān)注以下幾個問題：（1）轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)和多學(xué)科會診是當下國內(nèi)外醫(yī)療機構(gòu)推崇的新模式[65]，這些模式必將帶來醫(yī)患行為模式的改變。如何將這部分新數(shù)據(jù)作為嫁接醫(yī)學(xué)模式和建筑空間的媒介，從而實現(xiàn)循證的研究型醫(yī)院、卓越中心和多學(xué)科會診中心設(shè)計是一個關(guān)鍵問題。（2）智能穿戴設(shè)備、遠程醫(yī)療、機器人輔助對診療空間模式產(chǎn)生重大影響[66]。針對這個問題進行精細化的定量研究需要時空行為數(shù)據(jù)的支持。然而，在這種語境下的時空行為數(shù)據(jù)將不再局限于對醫(yī)患人群的分析，也可能是對設(shè)備和信息的追蹤。這將把時空行為數(shù)據(jù)應(yīng)用研究的對象從實體轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M[67-68]。（3）面對未知的公共衛(wèi)生事件和災(zāi)難，醫(yī)療建筑設(shè)計將更多地關(guān)注應(yīng)急變化和彈性發(fā)展[69]。要想知道這種變化具體是怎樣的、將會怎樣發(fā)展，以及建筑設(shè)計應(yīng)該如何應(yīng)對是需要動態(tài)數(shù)據(jù)支持的。時空行為數(shù)據(jù)因具有實時性和動態(tài)性，將會在未來越來越多的應(yīng)急場景中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。（4）將視野擴大到城市范圍，醫(yī)療建筑在今后將不再是“疾病的孤島”[1]60。它將更多地融入社區(qū)和城市，將醫(yī)療服務(wù)延伸到城市之中[70]，也將城市功能混合到建筑之中[71]，形成“院城融合”的概念[72]。在這個過程中，時空行為數(shù)據(jù)可以為醫(yī)療設(shè)施在城市中的規(guī)劃[73]與選址[74]，以及醫(yī)療建筑周邊的城市交通問題提供解決方案[75]。（5）當下醫(yī)療建筑具有單元化、平臺化、綜合化、立體化的發(fā)展趨勢[1]16，在規(guī)模擴大和24 小時持續(xù)運轉(zhuǎn)的情況下[76]，其能耗是居高不下的。面對“雙碳”目標，醫(yī)療建筑如何實現(xiàn)節(jié)能減排是全球共同關(guān)注的話題。在其中，考慮患者、醫(yī)護人員、陪護人員時空行為的綠色建筑研究是十分關(guān)鍵的[14]。基于對未來醫(yī)療建筑設(shè)計問題的深入思考，結(jié)合時空行為數(shù)據(jù)在獲取途徑、分析精度、挖掘工具和應(yīng)用場景等方面的不斷創(chuàng)新，相信今后的醫(yī)療建筑一定能更好地回應(yīng)醫(yī)學(xué)、技術(shù)、社會、城市和自然提出的多樣化需求?！酰ǜ兄x哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）建筑學(xué)院碩士研究生黃佩瑩同學(xué)提供圖4供本文示例。）