浅谈医院手术室改造的电气设计

张友联 / 孙海龙

(中国建筑设计院有限公司， 北京 100044)

0 前言

目前,随着国家综合国力的增强,卫生事业的发展越来越受到国家的重视,新的大型医院不断兴起,而原来位于市中心的老旧医院,也逐步开始了改造。

1 医院改造项目的特点

对于医院而言,往往在改造过程中还要运营,通常情况下,会在一栋建筑中只改造某些楼层。因此，在进行改造设计时，就要兼顾运营与施工，做到既符合现行的规范要求，又尽可能减少施工对周围区域的影响，做到改造合理、可靠。另一方面,改造不是简单的装修,大多数情况下,房间的功能会改变,建筑布局也随之调整，此时需设计人员根据原有竣工图纸和改造初期想法进行现场实地考察,做出判断,制定合理的改造设计方案。

2 工程概况

本工程为北京某三甲医院手术部改造工程，原建筑为一类高层，现维持原建筑高度及地上、地下建筑层数不变，改造部分为八层，原功能为住院部(层高4.2m)，现改为手术部。改造后手术部共设6间手术室，其中I级(原百级)手术室四间，III级(原万级)手术室两间。设计内容包括：配电系统、照明系统、接地系统、电话网络系统、有线电视系统、电视监控系统、公共广播与背景音乐系统、护士呼叫系统、门禁系统、空调控制系统等。本文仅对前三个系统做一简要介绍。

3 配电系统的改造

本工程改造后手术室电源为一级负荷中特别重要负荷，电源引自两路10kV分别供电的变压器，同时柴油发电机作为第三路应急电源，手术室内负荷为允许中断供电时间为毫秒级的用电负荷，需经UPS电源供电，保证手术时供电的连续性；百级手术室的净化空调为一级负荷，电源引自两路10kV分别供电的变压器，万级手术室的净化空调为二级负荷，电源引自两台不同的变压器。消防设备电源均为一级负荷中特别重要负荷，调整布局后在手术层增设消防风机，电源引自本楼变配电室，应急电源引自变配电室应急母线段。本楼层一二级负荷均采用双电源末端切换。本层配电间所引电源已不能满足本手术室的用电需求，手术室电源由服务于本楼变配电室低压柜的备用回路直接出线，原有楼层内配电电源与其他楼层采用树干式供电的电源，在本楼层竖井内均拆除，以保证其他楼层的正常运营。此外，由于《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116-2013)的实施，本工程中新增消防电源监控、防火门监控及智能应急照明系统。

4 照明系统的改造

由于建筑功能的改变，本工程照明系统要进行重新设计,照度标准以《建筑照明设计标准》(GB 50034-2013)为依据,本标准中，相同的功能房间在原有照度不变的前提下,照明功率密度的目标值相应降低了,也就是说按照国家节能减排的要求, 现阶段的照明设计需采用高效节能灯具,严禁采用淘汰的电器产品。现对本工程医院手术室照明的改造做一简要介绍。

手术室通常为无窗房间，工作时间长，照明质量及照度要求高，正常手术室内照度为750lx,普通手术部位照度为2×104～1×106lx,胸外科手术部位照度为6×104～1×106lx，采用专用手术无影灯，口腔科无影灯照度为6×104～1×106x，有影像要求的手术室应采用内置摄像机的无影灯，无影灯的设计通常由专业厂家进行深化。手术室内一般照明光源选用色温4 500K左右，显色指数Ra不应小于90，手术室的照度均匀度不应小于0.7。手术室一般照明的灯具在手术台四周布置，在手术室吊顶内嵌入式安装，与通风口组合在一起设置，灯具的设置不应对净化空气的层流产生影响。另外，手术室外门上方应设置手术工作指示灯，防辐射手术室的外门上方还应设置红色安全警示标志灯，与医用放射射线设备连锁控制。手术室照明布置示意图如图1所示。为了使手术室照明达到良好的效果，电气专业可以建议室内专业采用浅色的布置，但也不宜采用高反射比的涂料。总之，一个好的设计，是各专业有机结合的产物。手术室改造后效果图如图2所示。

(a)手术室灯具布置平面图 (b)手术室灯具布置剖面图1-无影灯 2-嵌入式封闭荧光灯 3-门口信号灯 4-手术台 5-摄像头图1 手术室照明布置示意图

图2 手术室改造后效果图

对于插座的设置，按照《医疗建筑电气设计规范》(JGJ 312-2013)中规定,手术室内诊疗设备用插座，至少设置3台插座箱，插座箱宜分墙面安装，插座箱上应设接地端子。洁净手术室内用以维持生命安全的和“患者区域”内的医疗电气设备的配电应采用局部IT系统。IT系统的插座应有固定的明显标志，每回路应设置独立的短路保护。洁净手术室内部非生命支持系统可采用TN-S系统，采用剩余电流不超过30mA的剩余动作电流保护器。手术室配电箱系统图详见图3。

5 接地系统的改造

需要改造的医院通常是历经20～30年风雨的建筑物,在改造中，通常不改变结构形式，很难再利用结构基础钢筋做接地,同时已经无法实现贯通的电气通路。在此情况下,该设计采用的方法是在需要设置接地端子的房间设置LEB端子箱,将LEB端子箱统一用一根40×4(mm)的扁钢引至电气竖井，与电气竖井的接地干线相连。医院手术室内手术操作电源采用IT 系统配电，在IT 系统的配电线路中，当发生第一次接地故障时，应发出报警信号，且故障电流应符合RAId≤50V(式中:Id为相导体和外露可导电部分间第一次接地故障的故障电流(A)，此值应计及泄漏电流和电气装置全部接地阻抗值的影响)。

图3 手术室配电箱系统图

IT 系统应设置绝缘监测器。当发生第一次接地故障或绝缘电阻低于规定的整定值时，应由绝缘监测器发出音响和灯光信号，且灯光信号应持续到故障消除。

IT 系统的外露可导电部分可采用共同的接地极接地，亦可个别或成组地采用单独的接地极接地，并应符合下列规定:

(1)当外露可导电部分为共同接地，发生第二次接地故障时，故障回路的切断应符合《低压配电设计规范》(GB 50054-2011)中规定的TN 系统自动切断电源的要求;

(2)当外露可导电部分单独或成组地接地，发生第二次接地故障时，故障回路的切断应符《低压配电设计规范》(GB 50054-2011)规定的TT 系统自动切断电源的要求。IT 系统不宜配出中性导体。

在IT 系统的配电线路中，当发生第二次接地故障时，故障回路的最长切断时间不应大于表1的规定。

IT 系统的配电线路应符合本章前文所述故障电流的规定，应由过电流保护电器或剩余电流保护器切断故障回路，并应符合下列规定:

(1)当IT 系统不配出中性导体时，保护电器动作特性应符合式(1)的要求:

(1)

(2)当IT 系统配出中性导体时，保护电器动作特性应符合式(2)的要求:

ZdIe≤Uo/2

(2)

表1 IT 系统第二次故障时最长切断时间

式中，Z0为包括相导体和保护导体的故障回路的阻抗(Ω);Zd为包括相导体、中性导体和保护导体的故障回路的阻抗(Ω)；Ie为保证保护电器在表1规定的时间或其他回路允许的5s内切断故障回路的电流(A)。

综上所述，手术室内操作部分“患者环境”电源采用IT系统，配以绝缘监测，提高了供电可靠性，保证了供电的连续性，是患者生命安全的可靠保障。

图4 手术室内接地原理图注：1.在2类医疗场所内，电源插座的保护导体端子、固定设备的保护导体端子或任何外界可导电部分和等电位联接母线之间的导体的电阻(包括接头的电阻在内)不应超过0.2Ω。

手术室内接地的具体做法：手术室专用配电箱中IT系统部分的接地应接至室内LEB端子，TN-S系统配电箱的接地应接至本配电箱的PE母排，TN-S系统的PE母排应接至LEB端子。手术室内外露可导电部分的接地均应接至LEB端子。笔者认为，此系统中IT部分单独设箱更为合理，避免在同一个配电箱中IT系统的接地直接接至TN-S系统的PE母排。也就是说图3中TN-S部分和TT部分单独设置配电箱从接地的角度考虑，施工更方便，绝缘监测报警准确率更高。手术室内接地原理图详见图4。

6 结束语

综上所述，对于改造项目应兼顾设计与施工，与各专业协调配合，尽量把施工中可能带来的难点在设计中加以解决，本文仅从以上几个方面简要介绍医院手术室改造部分的设计思路，不当之处，希望业内同仁予以批评指正。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部等 编.低压配电设计规范(GB 50054-2011)[S].北京：中国计划出版社，2011.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.医疗建筑电气设计规范(JGJ 312-2013)[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3] 中国建筑科学研究院等编.医院洁净手术部建筑设计规范(GB 50333-2013)[S].北京：中国计划出版社，2013.

[4] 北京照明学会照明设计专业委员会编.照明设计手册(第二版)[M].北京：中国计划出版社，2006.

[5] 中国建筑东北设计研究院主编.民用建筑电气设计规范(JG J16-2008)[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[6] 中华人民共和国公安部.火灾自动报警系统设计规范(GB 50116-2013)[S].北京：中国计划出版社，2014.

[7] 中国建筑标准设计研究院编.医疗场所电气设计与设备安装(08SD706-2)[M]:中国计划出版社，2009.