1、研究背景
我國(guó)現(xiàn)在正處于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)期,社會(huì)保障制度趨于完善,在城市快速發(fā)展、人民群眾的健康意識(shí)不斷增強(qiáng)、公共醫(yī)療資源亟須更新等因素的影響下,醫(yī)療建筑新建和改造的需求量巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù),我國(guó)醫(yī)院數(shù)量增長(zhǎng)迅速(見(jiàn)圖1)。2010年全國(guó)醫(yī)院數(shù)量為2.09萬(wàn)個(gè),2017年醫(yī)院數(shù)量突破3萬(wàn)個(gè),到2018年底全國(guó)醫(yī)院數(shù)量達(dá)3.4萬(wàn)個(gè),比2010年增加了近3萬(wàn)個(gè),國(guó)內(nèi)醫(yī)院建筑正處于快速發(fā)展期。
裝配式建筑是指把傳統(tǒng)建造方式中的大量現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作轉(zhuǎn)移到工廠進(jìn)行,在工廠加工制作好建筑用構(gòu)件和配件,運(yùn)輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場(chǎng),通過(guò)可靠的連接方式在現(xiàn)場(chǎng)裝配而成的建筑。2016年,國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》,其中指出按照適用、經(jīng)濟(jì)、安全、綠色、美觀的要求,推動(dòng)建造方式創(chuàng)新,大力發(fā)展裝配式混凝土建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑,在具備條件的地方倡導(dǎo)發(fā)展現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑,不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例等諸多實(shí)施辦法。
醫(yī)院建筑不同于其他建筑類型,醫(yī)院建筑對(duì)空間的功能和規(guī)模要求特殊性較高,現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)裝配式醫(yī)院建筑的設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)仍處于起步階段,急需總結(jié)出一套完整的裝配式醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)方法。
2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1 裝配式建筑研究現(xiàn)狀
自20世紀(jì)50年代以來(lái),裝配式建筑在歐洲國(guó)家開(kāi)始發(fā)展,并建立了相關(guān)的制度。最初裝配式建筑大部分應(yīng)用在住宅建筑中,經(jīng)過(guò)幾十年的工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,裝配式建筑在發(fā)達(dá)國(guó)家中已不僅僅是固定地在住宅建筑中使用,而是拓展到商業(yè)建筑、文化建筑、醫(yī)院建筑等多種類型的公共建筑中。伴隨大量的實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)踐,這些國(guó)家擁有先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)計(jì)理念。日本和美國(guó)在工業(yè)化、裝配式建筑方向的發(fā)展都一直領(lǐng)先于世界。
我國(guó)裝配式建筑起步較晚,國(guó)內(nèi)裝配式建筑的概念始于20世紀(jì)70年代。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始在全國(guó)推廣應(yīng)用預(yù)制混凝土施工,很多地方已經(jīng)開(kāi)始形成一種設(shè)計(jì)生產(chǎn)和安裝工業(yè)裝配式混凝土施工生產(chǎn)模式。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始,拼裝式混凝土的施工已經(jīng)逐漸取代了現(xiàn)澆混凝土?,F(xiàn)階段我國(guó)的裝配式建筑大部分還是應(yīng)用在住宅建筑上,少部分應(yīng)用在辦公、酒店等公共建筑上。由于我國(guó)裝配式建筑起步較晚、發(fā)展較慢,目前還存在著如缺乏統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、施工管理水平有限、投資高、成本大等基本的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
2.2 國(guó)內(nèi)裝配式醫(yī)院建筑研究現(xiàn)狀我國(guó)醫(yī)院建筑模塊化設(shè)計(jì)從20世紀(jì)50年代就開(kāi)始發(fā)展,早期國(guó)內(nèi)的醫(yī)院建筑為條狀模塊單元,單走廊建筑,空間單一,層數(shù)為3~5層。改革開(kāi)放后,醫(yī)院建筑開(kāi)始向水平和豎直方向發(fā)展,門診部為版塊式,住院部為高層的高低雙向模式。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段的裝配式醫(yī)院建筑普遍采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系,由于生產(chǎn)能力和設(shè)計(jì)需求的沖突,在綜合考慮醫(yī)院規(guī)模和空間需求的情況下,以通用空間來(lái)滿足醫(yī)院建筑的各種不同功能需求,降低由于空間細(xì)分帶來(lái)的構(gòu)件預(yù)制與裝配建設(shè)難度。
中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司原副總建筑師張遠(yuǎn)平表示,裝配式建筑會(huì)逐步在醫(yī)療建筑中的區(qū)域使用,但大型綜合醫(yī)院的復(fù)雜性和不確定性并不適合全域采用裝配式建造,模塊化程度高的功能區(qū)如標(biāo)準(zhǔn)護(hù)理單元、標(biāo)準(zhǔn)診療單元等會(huì)有裝配式應(yīng)對(duì)優(yōu)勢(shì),在短期內(nèi)不會(huì)對(duì)醫(yī)院設(shè)計(jì)產(chǎn)生根本性影響,局部的裝配式建造需要設(shè)計(jì)單位具有裝配式工業(yè)化設(shè)計(jì)能力和經(jīng)驗(yàn)。目前許多設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)都有專業(yè)化部門應(yīng)對(duì)這種技術(shù)發(fā)展。
3、裝配式醫(yī)院建筑的主要特征
3.1 標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化
標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化是裝配式建筑的主要特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。由于裝配式建筑構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和醫(yī)院建筑病房、診室等功能區(qū)對(duì)重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化空間的需求,使得裝配式醫(yī)院建筑在設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮建筑的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)。
3.2工業(yè)化、裝配化
工業(yè)化的生產(chǎn)模式可以規(guī)?;厣a(chǎn)建筑構(gòu)件,在保證構(gòu)件生產(chǎn)效率的同時(shí)最大限度地控制構(gòu)件的尺寸統(tǒng)一,保證構(gòu)件的質(zhì)量,控制總體的建筑構(gòu)件的生產(chǎn)成本。建筑構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)在某種層面上說(shuō)是將傳統(tǒng)的在工地的分散生產(chǎn)集中到工廠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一生產(chǎn),可以在縮短工期的同時(shí)減少環(huán)境污染和生產(chǎn)力浪費(fèi)。
在傳統(tǒng)建筑的施工過(guò)程中,土建、電氣、設(shè)備等施工過(guò)程往往需要分步進(jìn)行,而這種施工方式大幅降低了建筑的整體施工效率。裝配式醫(yī)院建筑采取裝配式的施工方式,將加工好的建筑構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)配安裝,且除了地坪、基礎(chǔ)等為濕作業(yè)外,管線安裝、門窗安裝、設(shè)備安裝等均為干法施工,各種施工隊(duì)伍可以交叉作業(yè),使整體施工效率成倍提高。
3.3 主體結(jié)構(gòu)與設(shè)備管線相分離
醫(yī)院建筑中往往有許多設(shè)備和管線,且隨著相關(guān)科技的進(jìn)步,醫(yī)院會(huì)面臨大規(guī)模的更換設(shè)備的情況。通常醫(yī)療設(shè)備的更新年限/頻次如下:電子儀器及光學(xué)儀器類為8年,機(jī)械類醫(yī)用電器為10年,放射性設(shè)備及其他耐用設(shè)備為15年,纖維內(nèi)窺鏡為5000人次。不同的設(shè)備對(duì)空間的需求不同,對(duì)管線的布置需求也不同,因此醫(yī)院建筑對(duì)內(nèi)部設(shè)備與管線的布置靈活性有較高的需求。
傳統(tǒng)建筑的土建設(shè)計(jì)和管線綜合設(shè)計(jì)是統(tǒng)籌進(jìn)行的,在建筑建成之后很難再作改變,特別是建筑的內(nèi)埋管線,很難在施工完成后再重新布置。對(duì)于醫(yī)院建筑,傳統(tǒng)建筑很難滿足醫(yī)院對(duì)設(shè)備、管線二次布置的需求,因此醫(yī)院建筑中往往存在現(xiàn)有空間與設(shè)備管線需求不匹配的情況。裝配式建筑的主體結(jié)構(gòu)與設(shè)備管線是分離開(kāi)的,使用者能夠輕易地對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件和管線進(jìn)行更換,根據(jù)自己的需求對(duì)建筑內(nèi)部空間進(jìn)行調(diào)整。
3.4應(yīng)急狀態(tài)下的快速建造裝配式建筑具有施工速度快、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量少、精確度高等主要優(yōu)勢(shì),在應(yīng)急狀態(tài)下,能最快地滿足醫(yī)院建筑的主要需求。傳統(tǒng)醫(yī)院建筑大多數(shù)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在建設(shè)過(guò)程中,僅僅是等待混凝土凝固和達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就需要28d,根本無(wú)法滿足突發(fā)事件下的建設(shè)效率要求。在地震等自然災(zāi)害發(fā)生后或在行軍過(guò)程中,為了快速搶救傷員,許多臨時(shí)醫(yī)院采用帳篷作為病房。但在具有傳染性的突發(fā)衛(wèi)生事件中,帳篷等簡(jiǎn)易設(shè)施無(wú)法滿足醫(yī)院對(duì)衛(wèi)生條件和隔離效果的需求。裝配式醫(yī)院既能在短時(shí)間內(nèi)完成建設(shè),又能根據(jù)醫(yī)院需求滿足其對(duì)衛(wèi)生、通風(fēng)和隔離的要求。
考慮成本、現(xiàn)場(chǎng)施工量、建設(shè)速度、構(gòu)件運(yùn)輸?shù)纫蛩?,突發(fā)公共衛(wèi)生事件下的裝配式醫(yī)院多采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)集成模塊建筑。裝配式鋼結(jié)構(gòu)集成模塊建筑是指采用工廠的預(yù)制集成模塊,在施工現(xiàn)場(chǎng)組合安裝而成的裝配式建筑,以每個(gè)“集裝箱”為基本單元。每個(gè)“集裝箱”都是在工廠預(yù)制完成,包括主體結(jié)構(gòu)、墻板、樓板、內(nèi)部管線等部分,能夠很好地滿足建筑性能和運(yùn)輸?shù)跹b的要求?;灸K的尺寸一般是3m×6m,根據(jù)建設(shè)需求,通過(guò)不同模塊的拼接組合,形成不同的空間平面組合,滿足使用需求。
4、裝配式醫(yī)院建筑的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
4.1 合理的選址及總平面設(shè)計(jì)裝配式醫(yī)院建筑在選址時(shí),在考慮醫(yī)院區(qū)位要求的同時(shí)應(yīng)考慮建筑構(gòu)件的生產(chǎn)與運(yùn)輸條件,使建筑構(gòu)件能夠順利地被運(yùn)送至工地且盡量降低構(gòu)件的運(yùn)輸成本。
不同于傳統(tǒng)建筑形式,裝配式建筑在建設(shè)時(shí),需要將大面積的構(gòu)件堆放場(chǎng)地和預(yù)制組裝場(chǎng)地。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行醫(yī)院總平面設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該綜合考慮預(yù)制構(gòu)件的安裝與堆放場(chǎng)地,在保證場(chǎng)地基本功能的前提下,為建筑構(gòu)件的堆放、組裝、吊裝預(yù)留合適的場(chǎng)地。在特殊情況下,當(dāng)醫(yī)院需要快速投入使用時(shí),設(shè)計(jì)者還應(yīng)考慮前期工程和后期工程互不干擾,保證已建成場(chǎng)地的正常醫(yī)患流線。構(gòu)件的堆放場(chǎng)地還要滿足建成后進(jìn)行二次改造的需求,其他場(chǎng)地也需要滿足醫(yī)院的改擴(kuò)建需要。
4.2 標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)
醫(yī)院建筑相對(duì)于其他建筑類型而言,功能分區(qū)更為明顯,還需要大量重復(fù)的如病房、診室等空間,因此需要空間的模塊化組合和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。另外,標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)有助于醫(yī)院功能的轉(zhuǎn)變,同時(shí)滿足工廠批量化生產(chǎn)的要求,降低裝配式醫(yī)院建筑的建設(shè)成本。在裝配式醫(yī)院的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要考慮醫(yī)院建筑的復(fù)雜性,完成整體布局模塊化組合、門診單元模塊化組合、醫(yī)技單元模塊化組合、住院部模塊化組合等基本設(shè)計(jì)要求。
以美國(guó)為例,美國(guó)已經(jīng)形成了一套成熟的裝配式醫(yī)院建筑模塊化設(shè)計(jì)方法。美國(guó)裝配式醫(yī)院設(shè)計(jì)是通過(guò)一種標(biāo)準(zhǔn)單元組合的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行,在設(shè)計(jì)前,建立一系列基本的功能模塊(如住院模塊、門診模塊等),以30ft為基準(zhǔn)模數(shù),建立醫(yī)院建筑功能模塊庫(kù)(見(jiàn)圖2)。模塊庫(kù)內(nèi)一個(gè)功能模塊的組成包括3個(gè)部分——固定端、活動(dòng)端和接口。固定端是指構(gòu)成該功能模塊的基本空間,是模塊的核心;活動(dòng)端是指輔助使用功能的配套空間;接口是指連接其他功能模塊的功能空間,如交通廳、樓梯、衛(wèi)生間等。在建立標(biāo)準(zhǔn)化的模塊庫(kù)后,設(shè)計(jì)者根據(jù)使用者需求,對(duì)各功能模塊及其內(nèi)部進(jìn)行組合和優(yōu)化,得到基本的建筑空間組合方案,再完成方案的節(jié)點(diǎn)和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。
4.3 結(jié)構(gòu)體系
裝配式建筑主要包括預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑等。裝配式混凝土建筑的主要結(jié)構(gòu)體系包括剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)等。鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)建筑、公共建筑、商業(yè)建筑、住宅建筑等領(lǐng)域。鋼結(jié)構(gòu)體系具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、抗震性好、布局靈活、構(gòu)件截面尺寸小、易裝配、施工期短、使用面積高等優(yōu)點(diǎn),且有利于工業(yè)化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化制作,是我國(guó)建筑工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象。其較適合醫(yī)院建筑,且國(guó)際上裝配式醫(yī)院建筑采用較多的是鋼結(jié)構(gòu)體系。
鋼結(jié)構(gòu)體系又分為鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼框架-中心支撐結(jié)構(gòu)、鋼框架-偏心支撐結(jié)構(gòu)和偏心結(jié)構(gòu)等,不同的結(jié)構(gòu)體系對(duì)應(yīng)著不同的力學(xué)特征和造價(jià),適用于不同的建筑類型。設(shè)計(jì)者應(yīng)綜合考慮建筑的功能、高度及設(shè)防烈度,選取合適的結(jié)構(gòu)體系(見(jiàn)表1)。通常情況下多層醫(yī)院建筑采用鋼框架結(jié)構(gòu),高層醫(yī)院建筑采用鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系。
4.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)
裝配式醫(yī)院建筑外墻和門窗的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)應(yīng)符合建筑模數(shù)和模塊化設(shè)計(jì)原則,盡量減少尺寸上的變化,避免異形墻體和飄窗的出現(xiàn),以降低生產(chǎn)、安裝的成本和難度。外墻和門窗的熱工設(shè)計(jì)也應(yīng)該滿足現(xiàn)行的醫(yī)院建筑的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),增強(qiáng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱能力,降低建筑能耗。
醫(yī)院的內(nèi)墻會(huì)起到分隔空間、隔音、密閉、防輻射等多種作用,因此在選擇醫(yī)院隔墻和內(nèi)部門窗時(shí),應(yīng)綜合考慮空間的功能和空間之間的關(guān)系,選擇合適材料和做法的隔墻和門窗。在裝配式建筑中,應(yīng)該盡量選擇輕質(zhì)的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu),從而減少建筑荷載,降低運(yùn)輸、安裝的難度。
4.5 設(shè)備與管線
醫(yī)院建筑功能分區(qū)復(fù)雜,動(dòng)靜分區(qū)明顯。為防止設(shè)備噪聲和輻射對(duì)醫(yī)療活動(dòng)和患者造成不良影響,應(yīng)將設(shè)備和管線系統(tǒng)集中布置,使設(shè)備空間相對(duì)獨(dú)立,減少對(duì)其他空間的干擾和降低維修難度。
在裝配式建筑中,采用集成技術(shù)的設(shè)備與管線系統(tǒng)得到了大量的應(yīng)用。大多數(shù)裝配式建筑采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的部品,通過(guò)綜合設(shè)計(jì)及管線集成,提高設(shè)備與管線的集成度,以實(shí)現(xiàn)建筑和機(jī)電設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)。上文提到設(shè)備和管線與建筑主體結(jié)構(gòu)相分離是裝配式建筑的一個(gè)重要特點(diǎn),它使得在更換設(shè)備和管線時(shí)能夠快速地完成且不影響主體結(jié)構(gòu)的完整。在對(duì)設(shè)備和管線進(jìn)行安裝和更換時(shí),也應(yīng)盡量選擇耐腐蝕、耐久度高、易維修和更換的構(gòu)件。
4.6 裝配式醫(yī)院建筑的細(xì)部設(shè)計(jì)
(1)由于醫(yī)院建筑中行動(dòng)不便的人員較多,因此在醫(yī)院建筑的設(shè)計(jì)中應(yīng)該特別注意建筑的無(wú)障礙設(shè)計(jì),必須設(shè)置無(wú)障礙坡道、無(wú)障礙電梯和無(wú)障礙衛(wèi)生間等無(wú)障礙設(shè)施,具體應(yīng)參考《無(wú)障礙設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50763—2012)的相關(guān)規(guī)定。
(2)病房是住院部用房的核心,《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB51039—2014)規(guī)定,病床的排列應(yīng)平行于采光窗墻面。單排不宜超過(guò)3床,雙排不宜超過(guò)6床;平行的兩床凈距不應(yīng)小于0.80m,靠墻病床床沿與墻面的凈距不應(yīng)小于0.60m;單排病床通道凈寬不應(yīng)小于1.10m,雙排病床(床端)通道凈寬不應(yīng)小于1.40m;病房門應(yīng)直接開(kāi)向走道;搶救室宜靠近護(hù)士站;病房門凈寬不應(yīng)小于1.10m,門扇宜設(shè)觀察窗;病房走道兩側(cè)墻面應(yīng)設(shè)置靠墻扶手及防撞設(shè)施。
(3)在醫(yī)院建筑中,可以使用平開(kāi)門、推拉門等類型的門。在公共空間和病房部分,應(yīng)避免使用力度過(guò)大的彈簧門,其會(huì)影響患者的出行,影響突發(fā)情況下醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者的救治。病房衛(wèi)生間的門應(yīng)盡量外開(kāi),以防止患者在使用衛(wèi)生間時(shí)發(fā)生意外而把門堵住,導(dǎo)致醫(yī)護(hù)人員不能順利進(jìn)入。病房的門宜設(shè)置觀察窗,方便醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者進(jìn)行觀察。
(4)醫(yī)院建筑的樓地面宜保持平整,避免出現(xiàn)高差。如遇到不可避免的高差,應(yīng)盡量使用緩坡進(jìn)行處理,并且使用明顯的標(biāo)志。在對(duì)地面材料進(jìn)行選擇時(shí),應(yīng)選擇摩擦力大、安全系數(shù)高的材料,避免使用地毯等不易清潔的地面材料。
(5)裝配式醫(yī)院建筑的樓梯應(yīng)采用具有休息平臺(tái)的樓梯,控制踏面與踢面的比例,踏面不宜太過(guò)光滑,避免出現(xiàn)有突出線條的踏步,讓使用者盡量舒適和安全。
(6)照明設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50034—2013)的有關(guān)規(guī)定,且應(yīng)滿足綠色照明要求。因?yàn)槟壳暗尼t(yī)療建筑照明光源主要是熒光燈,應(yīng)特別注意熒光燈帶來(lái)的諧波問(wèn)題對(duì)醫(yī)療環(huán)境的影響。
5、總結(jié)
裝配式建筑是未來(lái)建筑的發(fā)展方向,裝配式醫(yī)院建筑的發(fā)展,不僅是對(duì)裝配式建筑在醫(yī)院建筑領(lǐng)域的積極發(fā)展,還把醫(yī)院建筑向可持續(xù)發(fā)展的方向推動(dòng)。希望在未來(lái),國(guó)內(nèi)裝配式醫(yī)院建筑能夠繼續(xù)完善發(fā)展,形成一套完整適用于我國(guó)的裝配式醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)理論。
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