文/王磊 清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司
從人類誕生之初經(jīng)歷冰河時代，到人類發(fā)展過程中無數(shù)次的地震、海嘯、洪水，自然災(zāi)害就一直書寫在人類史的字里行間。所謂自然災(zāi)害，是站在人的角度認(rèn)定的，對我們產(chǎn)生有害影響的自然現(xiàn)象，包括洪澇、干旱、臺風(fēng)、冰雹、暴雪、海嘯、雷電等氣象災(zāi)害，也包括火山、地震，泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。雖然科技的發(fā)展可以降低災(zāi)害的損失，卻無法完全避免，如何應(yīng)對自然災(zāi)害，并將其造成的損失減少到最小，是我們所必然面對的問題。
自然災(zāi)害與“韌性”醫(yī)院
自然災(zāi)害可能導(dǎo)致市政設(shè)施受損和失效，而城市的重要功能卻不能癱瘓，基礎(chǔ)設(shè)施要維持基本正常，其中，醫(yī)院就是必須要保證正常運轉(zhuǎn)的部門之一。醫(yī)院的重要性體現(xiàn)在兩個方面：首先，醫(yī)院內(nèi)的很多患者需要醫(yī)療設(shè)施正常工作才能維持生命；另一方面，當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時，醫(yī)院作為救助傷患的重要機構(gòu)，也必須正常工作。因此，防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域在“韌性城市”基礎(chǔ)上引申出了“韌性醫(yī)院”的概念。
所謂“韌性醫(yī)院”，是指醫(yī)院在戰(zhàn)爭、自然災(zāi)害等非正常狀態(tài)下，仍具備正常功能的能力。想實現(xiàn)醫(yī)院的“韌性”，我們可以通過災(zāi)害預(yù)警提前做好準(zhǔn)備，提升重點部門的抗擊打能力，綜合考慮規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運維、管理等多個階段。而這其中，應(yīng)急電源是最基礎(chǔ)和重要的一環(huán)。
電源對于現(xiàn)代醫(yī)院的重要性不言而喻，從照明、通風(fēng)空調(diào)、豎向交通，到凈化、大型影像設(shè)備、消毒、中心供應(yīng)以及信息系統(tǒng)，都離不開電力的供應(yīng)，停電將導(dǎo)致醫(yī)院大部分功能的喪失。一般情況下，大型綜合性醫(yī)院多由多路市政電源供電，在常規(guī)情況下，可以滿足大型醫(yī)院供電的可靠性和連續(xù)性。但如果發(fā)生自然災(zāi)害等極端情況，僅靠市政電源可能會無法保證醫(yī)院的供電。
以美國德州2020年2月份的寒流為例，由于氣溫驟降，導(dǎo)致燃?xì)獍l(fā)電的輸氣管道內(nèi)結(jié)冰，全州68%的燃?xì)獍l(fā)電機無法正常運行，20%的風(fēng)力發(fā)電機組由于葉片凍結(jié)等原因失效，部分煤電和核電也因水管損壞而退出電網(wǎng)。以上原因?qū)е氯莅l(fā)電量下降至正常值的52%，多地停電超過40小時。
時間退回2008年1月，我國南方大范圍的凍雨一方面導(dǎo)致高壓線覆冰厚度超過設(shè)計值，致使斷線和電桿傾覆，輸電系統(tǒng)受損嚴(yán)重。另一方面，凍雨導(dǎo)致鐵路、公路系統(tǒng)癱瘓影響了煤炭運輸，發(fā)電系統(tǒng)供給不足，又影響了高鐵供電，進一步加劇了電力系統(tǒng)失效的范圍，從而造成南方多省自2008年1月至2月期間大規(guī)模停電，損失超過1500億元人民幣。
2021年7月，因為臺風(fēng)“煙花”和大氣環(huán)流的影響，降雨云團在河南長時間滯留，造成河南省鄭州、洛陽等地發(fā)生高強度、長時間、大范圍降雨，城市積水，多處電網(wǎng)損壞，且醫(yī)院的地下變電室和機房被淹，造成長時間停電，嚴(yán)重影響了醫(yī)院運行。
從上述幾個案例可以看出，基于市政基礎(chǔ)設(shè)施的供電環(huán)節(jié)多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在極端自然災(zāi)害情況下，并非完全可靠，因此，對供電連續(xù)性和可靠性要求較高的醫(yī)院，在接入市政電源的同時，還需要設(shè)置相應(yīng)的應(yīng)急和備用電源系統(tǒng)。
應(yīng)急和備用電源
醫(yī)院通常使用的應(yīng)急電源主要有UPS和柴油發(fā)電機兩大類，其中柴油發(fā)電機又可分為固定式發(fā)電機和移動式發(fā)電機，另外，還有一些大型醫(yī)院設(shè)置熱電聯(lián)供的動力中心，或者大型的光伏發(fā)電和風(fēng)電，前者的應(yīng)用受多種條件限制，占比較小，后者由于供電的可靠性較低，無法作為持續(xù)性的應(yīng)急電源。故下文僅討論UPS及固定與移動發(fā)電機的應(yīng)用。
UPS即不間斷電源系統(tǒng)，用電池存儲化學(xué)能，通過整流、充電、存儲、逆變等環(huán)節(jié)保證供電的連續(xù)性和提供高質(zhì)量電能。
柴油發(fā)電機由柴油機和發(fā)電機構(gòu)成，通過發(fā)電機將柴油機的機械能轉(zhuǎn)換為電能。固定式發(fā)電機在醫(yī)院內(nèi)永久設(shè)置，外電源失效時接入配電網(wǎng)絡(luò)。
臨時或移動式發(fā)電機采用車載式、集裝箱型、或小型移動機組，既可以平時備用，也可臨時租用，在需要時接入重要配電系統(tǒng)，提供應(yīng)急和備用電源。
為充分了解不同應(yīng)急電源的特點，下表就從供電容量、供電質(zhì)量、切換時間、供電持續(xù)時間、占地、投資、環(huán)境影響、安全性、維護、供電負(fù)荷類型等方面進行比較。
從上表可以看出，UPS主要用于對供電連續(xù)性要求高的特別重要負(fù)荷，主要應(yīng)對電壓波動、電源短時中斷，相對投資較高，容量選擇比較靈活，一般為特定的重要負(fù)荷末端供電。由于UPS供電時間短，當(dāng)發(fā)生較大自然災(zāi)害，市政電源受損時，UPS無法滿足較長時間的供電要求。
固定發(fā)電機是最常見的應(yīng)急和備用電源，在現(xiàn)有國家規(guī)范中，三級醫(yī)院要求必須設(shè)置發(fā)電機。發(fā)電機可靠性高、聯(lián)網(wǎng)方便、性價比高，是現(xiàn)階段不可替代的應(yīng)急和備用電源類型。柴油機的劣勢在于有一定火災(zāi)危險性，噪音、煙氣影響醫(yī)院環(huán)境，需要有相應(yīng)的處理措施。固定發(fā)電機鎖安裝時占的空間較大，一般在醫(yī)院都放在獨立的動力中心，或者在地下層專用設(shè)備機房內(nèi)安裝。這就帶來了一個問題，當(dāng)發(fā)生地震、水災(zāi)等極端自然災(zāi)害，位于地下層甚至首層的發(fā)電機房有受損的可能，無法保證供電的連續(xù)性。另外，固定柴油發(fā)電機通常在變配電室低壓柜進行電源切換，如中心變配電室受損也會影響應(yīng)急供電。
針對上述問題，移動式發(fā)電機提供了極端情況下的補充方案，去應(yīng)對固定發(fā)電機受損時重要負(fù)荷的供電問題。平時可不安裝，需要時接入，發(fā)電機容量根據(jù)負(fù)載選擇，比較靈活，可接入負(fù)荷末端。主要劣勢在于電源的轉(zhuǎn)換時間較長，通常是應(yīng)對有計劃的停電。醫(yī)院在應(yīng)急預(yù)案時應(yīng)采購必要的設(shè)備或考慮好租用發(fā)電機的渠道，要在前期做好規(guī)劃，后期制訂完善的應(yīng)急預(yù)案，包括發(fā)電機的放置位置，接入電源的轉(zhuǎn)換方式，供油方式，排煙降噪措施等，做到充分準(zhǔn)備，未雨綢繆。
總之，在發(fā)生極端自然災(zāi)害時，維持醫(yī)院供電的連續(xù)性是建設(shè)“韌性”醫(yī)院必須考量的重要指標(biāo)。由于市政電源存在損壞的可能，“韌性”醫(yī)院必須設(shè)置自備的應(yīng)急和備用電源，并應(yīng)根據(jù)應(yīng)急電源的特點、發(fā)生自然災(zāi)害的風(fēng)險類型、持續(xù)時間、影響程度選擇相應(yīng)的電源方式，保證醫(yī)院核心功能的正常運行。
當(dāng)前位置：
