香港全MiC負壓隔離病房的裝配式解決策略——以北大嶼山醫(yī)院香港感染控制中心為例

北大嶼山醫(yī)院香港感染控制中心項目于2020年9 18日正式簽約，9月23日開工，合約完工期為2021年1月22日，總計工期122日歷天，是香港首家采用 MiC技術(shù)建造的永久醫(yī)院、香港最大規(guī)模的負壓隔離病房醫(yī)院、全球首家全MiC負壓隔離病房傳染病醫(yī)院（見圖 1）。

項目位于香港亞洲國際博覽館西南面原停車場位置，占地面積為29543平方米，總建筑面積為43913平方米，包含6個病房區(qū)、1個醫(yī)療區(qū)、1個能源中心、1個液氧站及配套設(shè)施等，共包括136間病房和816張負壓隔離病床。

（圖 1 項目建成后實景圖）

2.1 總平面與建筑布局方法

項目西北方臨近機場鐵路及機場北航線，而東南方為巴士總站，享有各公共交通連接。由 6 座病房大樓、1 座醫(yī)療大樓、1 座能源中心、1 座醫(yī)療氣體總站及液態(tài)氧缸及 1 座醫(yī)療與普通廢物暫存間組成（見圖 2），各大樓以車道相隔，并作為緊急車輛及服務車輛通道。

（圖 2 總平面圖）

6 座雙層病房大樓采用集中分布，共設(shè) 136 間負壓 6人病房，提供總共 816 個隔離床位，其中 A、B、C、E、F為標準大樓，病房數(shù) 24間，D為非標準大樓，病房數(shù) 16間。

建筑內(nèi)設(shè)置環(huán)形車道，確保所有病房大樓的交通暢順無阻，大樓外側(cè)（遠離中軸線一側(cè)）入口設(shè)有緊急救護車有蓋上落區(qū)及病人擔架用電梯，配合救護人員運送患者到一樓及二樓病房層。每座病房大樓內(nèi)側(cè)另設(shè)有獨立升降臺，主要用于物資運送。雙電梯入口設(shè)計確保病患流線及醫(yī)護人員流線分離。

每兩幢病房大樓于二樓中間設(shè)有連接天橋，以備于緊急情況時方便消防救援及供病患前往其他座大樓作暫時避險用途。

2.2 病房大樓設(shè)計

病房大樓室內(nèi)明確分開各個重要區(qū)域：負壓病房前室、負壓 6 人病房、負壓病人洗手間、其他污染器具房、廢物暫存間為污區(qū)；由患者入口到病房走廊以及各支持房間為半污區(qū)；穿保護衣房（AHU 房）及醫(yī)護人員入口為潔區(qū)。

病房大樓內(nèi)空間規(guī)劃為：負壓 6 人病房平行地分布于病房大樓的靠外墻左右兩側(cè)，外墻上設(shè)計兩層中空玻璃大窗，提高進入病房內(nèi)天然陽光量。病房中間區(qū)域設(shè)計提供醫(yī)護人員工作區(qū)、支持服務區(qū)及機電配套等。護士可于護士站監(jiān)控所有病房。病人膳食和各種潔凈物資供應均從“醫(yī)護人員入口”中的物資入口運入病房內(nèi)。病房內(nèi)使用過的物資、醫(yī)療及一般廢物暫存于“污區(qū)”暫存間，并從污染物資出口處收集。

香港感染控制中心通風系統(tǒng)主要包含負壓及氣流組織設(shè)計，并分別考慮了病床區(qū)、公共區(qū)域、病理實驗室等。病房大樓氣流組織設(shè)計如圖3所示，負壓病房氣流組織設(shè)計如圖4所示。

（圖 3 病房大樓氣流組織設(shè)計）

（圖 4 負壓病房氣流組織設(shè)計）

負壓設(shè)計方面，走廊區(qū)氣壓為正常大氣壓（0Pa），帶互鎖氣密門的前室（Ante-room）為負氣壓 -5Pa，病床區(qū)為 -10Pa，盥洗室（Ensuit patient toilet）為低于 -15Pa。從緩沖前室至衛(wèi)生間氣壓依次按 -5Pa 梯度降低，使得空氣形成從清潔區(qū)到污染區(qū)的定向流動，即室外走廊→緩沖前室→病床區(qū)→衛(wèi)生間，進而避免受污染空氣流出至清潔區(qū)。

冷氣通風系統(tǒng)方面，香港感染控制中心采用定風系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計冷量共12000kW，由控制供風和排風量進而控制室內(nèi)壓力。各主要冷氣系統(tǒng)設(shè)有后備系統(tǒng)，避免在故障時產(chǎn)生正壓，把污染空氣從病房流向病房外。隔離病房采用全新風設(shè)計，每小時換氣量達12次，滿足世界衛(wèi)生組織的要求。系統(tǒng)主要采用變頻直膨式（DX Unit）冷氣系統(tǒng)，在不同季節(jié)可提供制冷或采暖。主要制冷機都配備有后備風扇和速度控制；每部風柜都配備二部制冷壓縮機，每部制冷壓縮機分擔不少于50%的設(shè)計量，即使其中一部壓縮機發(fā)生故障時，冷氣系統(tǒng)仍可保持不少于50%的運作。風柜也會配備紫外線燈和空氣離子殺菌器（Bio oxygen generator）提高供風的質(zhì)量。

3.1 病床區(qū)

在隔離病房，新風由室外的變頻直膨式空氣處理機組（DX PAU）提供，是全新風的設(shè)計，每小時換氣量達世界衛(wèi)生組織要求的12次。排氣會先由高效過濾器（HEPA）凈化處理，通過排風管（Exhaust air duct）向屋面3米以上排出。在隔離病房，新風量和排風量是由定風箱來控制，通過風量控制而把病房做成負壓，保持空氣由室外流入病房。

空調(diào)系統(tǒng)采用定風量系統(tǒng)設(shè)計（CAV），通過定風箱（CAV box）調(diào)節(jié)新風和排風量可實現(xiàn)不同區(qū)域的壓力梯度及溫度調(diào)節(jié)。新風由室外的變頻直膨式空氣處理機組提供，每小時換氣量達世界衛(wèi)生組織要求的12次。為了確保室內(nèi)壓力維持在所需水平，在室外走廊與緩沖前室、緩沖前室與病房區(qū)之間設(shè)置壓力感應器（DPM），讓醫(yī)護準確知道病房壓力的實際情況。室內(nèi)送風口主要設(shè)在病房中間走廊位置、排風口設(shè)在病床上方及衛(wèi)生間的天花板位置，這個布置可把房間的空氣由潔凈方流向污染區(qū)，減少醫(yī)護接觸到污染空氣的機會，排氣會先由高效過濾器凈化處理，通過排風管向設(shè)置在屋面 3 米以上排氣口排出。在冷風機和抽氣扇都設(shè)有風量傳感器和風量控制，從而把供風和排風量有效控制。

3.2 公共區(qū)域

每層的公共區(qū)域分為兩個區(qū)，每區(qū)的冷氣由獨立的冷氣系統(tǒng)供應，病房和公共區(qū)域的冷氣系統(tǒng)是分開的，公共區(qū)域的冷氣系統(tǒng)也是CAV系統(tǒng)，當冷量改變時，安裝在主要的排風管之傳感器便會交出訊號，供風的溫度便會作出調(diào)節(jié)，提供舒適的溫度，為保持空氣質(zhì)量，設(shè)計新風量不少于每人每秒13L。

總電制房、電制房、低壓電房、電訊房等是采用分體式冷氣機，為里面的電子儀器提供一個干燥、干凈和相對穩(wěn)定的環(huán)境。

在整體建筑規(guī)劃設(shè)計方面，將項目分為四大模塊：病房區(qū)、醫(yī)療區(qū)、能源區(qū)、輔助設(shè)施區(qū)。

在病房區(qū)模塊內(nèi)部，又劃分為“病房區(qū)”和“醫(yī)療及支援區(qū)”兩大子模塊。不同病房大樓里的“病房區(qū)”與“醫(yī)療及支持區(qū)”設(shè)計基本一致，可通過“復制”子模塊實現(xiàn)快速設(shè)計任意規(guī)模病房大樓的效果。

（圖 5 整體建筑模塊圖）

結(jié)構(gòu)可分為 4 大模塊：MiC 單元模塊、PC 構(gòu)件模塊、預制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件模塊以及現(xiàn)澆混凝土模塊。不同模塊中又可細分為不同構(gòu)件，譬如 MiC單元模塊包含了病房子模塊、服務區(qū)子模塊及樓梯間子模塊；PC 構(gòu)件中包含了地下綜合管廊、無障礙通道、沙井等子模塊；預制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中包括了病房大樓支持及支持區(qū)、病房大樓屋面、陽臺、醫(yī)療中心、行人天橋、有蓋行人通道、電梯井、垃圾站等子模塊。

（圖 6 MiC 單元模塊）

（圖 7 地下綜合管廊）

（圖 8 鋼結(jié)構(gòu)與 MiC 結(jié)合圖）

病房大樓結(jié)構(gòu)形式為：中間鋼框架 + 混凝土樓板，兩邊為 MiC 單元模塊，MiC 樓梯單元模塊在建筑兩側(cè)。MiC 單元模塊與基礎(chǔ)、上下箱體間通過螺桿連接。

（圖 9 整體建筑模塊圖）

MiC 單元模塊屋面為鋼龍骨一體化屋面，結(jié)構(gòu)找坡，與模塊螺栓連接。墻體構(gòu)造采用壓型鋼板 + 輕鋼龍骨 +耐火石膏板 + 集成墻板。吊頂采用壓型鋼板 + 耐火石膏板 + 巖棉 + 集成天花，均滿足防火要求。

樓梯采用鋼管斜梯梁，斜梯梁支撐于模塊梁或柱上，剛接（坡口焊熔透焊）。

MiC 單元模塊內(nèi)結(jié)構(gòu)、機電、裝修均在工廠制作完成，模塊與模塊拼接處由現(xiàn)場施工完成。

病房耐火極限為 1 小時，功能箱耐火極限為 2 小時；衛(wèi)生間墻體采用抗菌面板，避免病毒、細菌滯留。

5.1 智慧設(shè)計

項目基于模塊化設(shè)計和DfMA理念，在保證MiC負壓病房功能、安全、安裝等技術(shù)指標的前提下，引入可拆除、可替換的設(shè)計及建造模式，實現(xiàn)項目全生命期綠色建造的創(chuàng)新設(shè)計。借助于BIM技術(shù)，使產(chǎn)生的設(shè)計模型可以被共享，使各參與方在設(shè)計階段對設(shè)計方案進行充分探討、結(jié)構(gòu)分析、性能化分析等，綜合結(jié)構(gòu)、機電、裝修和幕墻等專業(yè)信息，并避免了信息重復錄入，實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化和高效，使得設(shè)計人員在有限的時間內(nèi)設(shè)計出多種方案，并使方案擇優(yōu)成為可能。同時，將VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)和MiC方法結(jié)合，極大地促進了整個MiC病房的設(shè)計協(xié)調(diào)，并幫助設(shè)計人員確認MiC病房內(nèi)部的每個細節(jié)，以便在短時間內(nèi)批量生產(chǎn)。

5.2 智慧制造

基于工廠自動化和機器人技術(shù)應用，項目實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng) + 的MiC生產(chǎn)優(yōu)化管理，通過產(chǎn)品編碼能快速了解產(chǎn)品的基礎(chǔ)信息、產(chǎn)品生產(chǎn)、驗收檢查、出庫入庫、運輸出貨、安裝位置等關(guān)鍵信息，實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程管控、質(zhì)量溯源，高頻問題統(tǒng)計及銷項效率大幅提升，提高企業(yè)制造執(zhí)行能力，展現(xiàn)MiC異地自動化制造、現(xiàn)場便捷安裝的高效生產(chǎn)優(yōu)勢。

項目使用的智能化焊接機器人采用行業(yè)主流自動焊機（見圖10），通過CCD視覺系統(tǒng)配合專家?guī)旌附庸に囁惴ǎ梢詫崿F(xiàn)復雜焊縫路徑的識別和跟蹤，焊接一次成功率可達97%以上，單焊縫焊接速度是人工焊接的1.5倍以上，并且自動焊接工藝穩(wěn)定，焊接質(zhì)量可靠，有效保障 MIC 箱體的標準化程度，提高生產(chǎn)效率和工程質(zhì)量。

（圖 10 全自動焊接流水線）

MiC實時數(shù)據(jù)面板是控制項目關(guān)鍵路線進度的關(guān)鍵面板，該面板反映了所有組成香港感染控制中心病房的 MiC箱體的生產(chǎn)、物流、質(zhì)檢、安裝等全過程的實時動態(tài)，所有數(shù)據(jù)均來自每一對應環(huán)節(jié)中，運用自主搭建的 MES（生產(chǎn)管理系統(tǒng)，見圖 11）系統(tǒng)對于箱體上二維碼的掃碼及確認，可以確保實時跟蹤和反饋。MES系統(tǒng)具備實現(xiàn)自動化排產(chǎn)、生產(chǎn)進度可視化、可追溯質(zhì)檢、入出庫數(shù)字化等功能，能為項目提供生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量、車間庫存管理、項目看板等管理，實現(xiàn)一物一碼，一碼貫穿生產(chǎn)、運輸、吊裝全生命周期。

（圖 11 MES 系統(tǒng)項目數(shù)據(jù)界面）

5.3 智慧施工組織

基于BIM的虛擬施工和室內(nèi)定位技術(shù)的質(zhì)量管理，實現(xiàn)先試后建，對施工組織方案進行優(yōu)化；結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)擬現(xiàn)實技術(shù)、三維激光掃描等Full-BIM多維度應用技術(shù)，對項目進行可視化的建造質(zhì)量、施工進度以及費用控制，避免了施工中的錯誤和返工浪費，保障項目的優(yōu)質(zhì)、安全、高效、綠色建造的有效實現(xiàn)。

5.4 智慧工地系統(tǒng)

項目極大地參考香港Construction 2.0的思路，建立了智慧工地可視化控制系統(tǒng)，利用多種傳感裝置，集成多個子系統(tǒng)，能夠自動采集多方數(shù)據(jù)并上傳到系統(tǒng)中進行自動處理，實現(xiàn)人、機、料、法、環(huán)等多種管理要素以及進度、成本、安全、質(zhì)量等多個方面智慧化管理。同時，面臨嚴峻的疫情防控形勢，項目管理團隊基于智慧工地系統(tǒng)進行安環(huán)管理，將疫情的影響降到最低，并確保所有工作都能及時完成。

（1）北大嶼山香港感染控制中心項目為新冠疫情背景下的防疫醫(yī)院設(shè)計與建造，具有嚴格的防感染控制要求。項目采用香港永久醫(yī)院建筑標準，內(nèi)地的“三區(qū)兩通道”防感染設(shè)計不適用，而全負壓隔離病房的傳染病醫(yī)院在香港沒有先例可參考。該項目需要基于國際標準開展醫(yī)院防感染設(shè)計創(chuàng)新，并充分結(jié)合使用單位的需求，考慮多種交叉感染風險，系統(tǒng)有各種極端情況下的安全使用設(shè)計，有效保障醫(yī)護人員的安全，最終實現(xiàn)了運營期的零院感事故發(fā)生。

（2）感染控制中心項目建設(shè)周期短，若采用傳統(tǒng)建造技術(shù)工期約為 3~4 年，難以滿足需求。該項目創(chuàng)新性地采用了基于 DfMA（面向制造和裝配的設(shè)計）方法的模塊化醫(yī)院設(shè)計新理念，應用 MiC（模塊化集成建筑）負壓隔離病房產(chǎn)品，壓縮了 80% 以上的整體建造工期，在 4個月內(nèi)建成交付使用，并且是全球首家全 MiC 負壓隔離病房傳染病醫(yī)院