武汉火神山医院项目前策划与后评估的探索实践

■中信建筑设计研究总院有限公司 肖伟 汤小亮

岁末年初，一场突如起来的新冠肺炎疫情在武汉突然暴发，并迅速扩散至全国。武汉市的确诊病例由2019年12月31日首次通报的27人在短短一个月内突破3000人、一个半月达到近40000人，截至2020年4月16日，累计确诊病例和死亡病例分别达到50333人和3869人，大幅超过2003年SARS 全国范围内919例的死亡人数。在国家卫健委派出以钟南山院士为组长的第二批高级别专家组赴武汉考察疫情后，武汉于2020年1月23日凌晨宣布封城。对于武汉这座有着1100万人口的超大型城市来说，这是一个历史性的时刻，封城意味着武汉要承受更多的挑战，如面对患病人数爆发式增长时，医务人员和医护资源的严重不足、病患得不到及时救治时在现实与网络上的到处呐喊，医务人员在面临病毒感染时的逆行、全市人民在前有病毒追击后有医疗资源和生活资源供应不足时的恐慌等。这时，急需一个或多个“定海神针”稳住大众的情绪，解决疫情暴发这一特殊情况下的医患矛盾，增强人们对抗疫情的信心。因此，武汉在封城当天决定参照北京小汤山医院模式建设一座临时传染病医院——武汉火神山医院。

武汉火神山医院工程总建筑面积约为3.4万平方米，设床位1000张，包括接诊区、负压病房楼、ICU、医技楼、中心供应库房、室外氧气站房、负压吸引机房等。该工程1000张专用床位在一定程度上减轻了医疗医院不足的问题，但更重要的是该工程5小时出方案、24小时出初步设计、60小时出施工图、10天建设投入使用的进度，极大地增强了人们战胜病毒的信心。

同时，从2020年1月23日启动设计至2020年4月16日关闭备用，通过80余天的设计、使用运行情况发现，由于该项目设计和施工周期极短，火神山医院在使用过程中也出现了一些问题和有待改进的地方。因此，在前期策划阶段需要结合传染病医院设计原则快速做出方案优化和决策，并在建设投入运行后及时进行前期策划方案的评估探索、分析，以反馈优化前期策划方案，并为今后类似工程提供借鉴和参考。

火神山医院项目的前策划方案

1.呼吸类临时传染病医院设计原则

对于呼吸类临时传染病医院，其基本设计原则包括安全至上、满足应急防控需求、控制传染源、切断传染链、保护环境、降低污染、临时但兼顾长远需求等。同时，对其选址与规划、建筑设计、结构设计、给排水设计、通风与空调设计、电气设计、智能化设计等均有具体的设计原则要求[1]。如选址与规划设计方面，应避开人口稠密区，尽可能选择城市区域常年主导下风向侧，交通便利、市政公用基础设施完善；建筑结构设计方面，应采用装配式标准化模块化设计，严格按照“三区两通道”的要求进行布局设计，设置卫生通过区、缓冲区等消毒隔离过渡区，确保有效隔离；给排水设计方面，不同区域、不同用途的给水和排水应充分隔离，避免水体交叉污染；通风空调设计方面，通风系统以分区压力梯度控制不同区域的气流走向，送排风设置相应净化消毒装置，确保“三区两通道”相互之间的压力关系正确、压差值合理、空气洁净安全，病毒、细菌不发生空气交叉传播；电气设计方面，应采用两路相互独立的市电电源供电，备供100%，并设置应急柴油发电机组，确保供电的稳定、可靠性，设置完善的智能化系统，以进一步增强医院运行的隔离效果和便利性。

2.火神山医院项目特点及应对策略

火神山医院是在急速扩散的新冠肺炎疫情下应急产生的临时传染病医院，其目标是在保障医疗安全的前提下尽可能快地建成投入使用，没有太多的时间留给设计和建设人员思考和研究。同时，项目规划设计之初就设定了“治愈率最高、死亡率最低、医务人员零感染”的目标。因此，该项目的规划设计须建立在组建具备丰富经验的设计团队、高效的组织协调以及现代信息化协同工具应用等保障安全和提高效率措施的基础上。

2020年1月23日下午16：00收到项目任务通知后，中信建筑设计研究总院有限公司（以下简称“中信设计”）即刻成立了由总院院长挂帅的设计及组织协调团队，并在两个小时内完成了项目启动会和设计团队的组建。其中，各专业负责人和主要设计人均有着丰富的传染病医院建筑设计经验，特别是部分设计人员不久前刚刚完成了武汉市金银潭医院新建病房楼的设计。

在组织协调方面，项目建立了由全面协调组、设计组、材料设备对接组、施工现场配合组等组成的多层级、全方位的组织架构，确保设计相关的每一个环节能够快速、高效运转。其中，全面协调组由总院领导组成，负责前端协调和资源调配；设计组由项目总负责人、各专业负责人及设计人组成，分班组24小时接力完成项目设计图纸及相应的修改完善工作；材料设备组由各专业指定专人组成，负责与材料设备供应商沟通协调，快速落实材料设备供应，并及时反馈设计人员确保设计的可行性和可实施性；施工现场配合组由各专业具备施工现场配合经验的设计人员组成，指导施工并快速解决现场出现的各种设计施工协调问题。

同时，为了保障质量和进度，设计团队利用中信设计自主研发的设计协同软件，各专业同步实时作业，明确采用装配式标准模块化设计、鱼骨式布局及“四区三通道”强化隔离设计、场地满铺防渗膜设计等基本策略，并在设计过程中广泛征求武汉市卫健委医疗专家组、小汤山医院专家组、联勤保障部队医疗专家组及施工单位技术专家意见，确保质量与效率两不误。

3.火神山医院项目的规划选址及方案策划

3.1 项目选址及总平面设计

火神山医院位于武汉市蔡甸区，在方位上地处武汉市西南方向，武汉市全年盛行东北风，冬季最多风向亦为东北风[2]，医院正好处于常年主导风向的下风向侧（图1），且医院选址在武汉市中央活动区以外，有效避开了人员密集区和避免风向导致的病毒扩散影响；项目西侧临市郊主干道知音湖大道（图2），有利于大规模人员转移及应急物资输送；项目南侧为武汉市职工疗养院，可用于医院员工、后勤人员的食宿，作为后勤保障区。

为防止湖泊污染，场地平整后标高整体低于知音湖水位，并在临湖周边筑起防护堤坝（图3），有效避免了场地雨水、污水自然径流至周边场地；同时，采取地面水全收集消毒处理，并借鉴垃圾无害化处理工程中的做法，首次在民用建筑项目中采用全基地覆盖防渗膜的技术措施，确保不让一滴水入湖、不让一丝水下渗。

图1 火神山方位及武汉市常年最多风向

图2 火神山周边交通及配套资源

图3 火神山医院水安全防护设计

在与周边居住小区的安全防护方面，总体布局设计就考虑了加大对周边小区的退距，根据人员居住情况和密集程度退距20米-120米；医院专用污水处理站设于场地西南角，距人员活动区40米以上，且位于医院主要建筑物的常年主导下风向，形成了有效的安全防护（图4）。

3.2 建筑结构单体设计

在建筑方案初期就明确采用装配式标准化、模块化的设计原则，借鉴在武汉市园博园项目、二七滨江商务区项目、国家网络安全人才与创新基地等大型区域级项目的综合设计经验，充分利用互联网通讯和自主开发的协同设计软件，各专业间协同设计、设计与施工协同穿插进行，各相关方紧密高效配合，实现了快速装配式设计和建造。

项目借鉴小汤山医院鱼骨状形式进行建筑总平面布置，并利用武汉职工疗养院的既有房屋设施作为医院的后勤保障区，严格划分清洁保障区与医疗隔离区。设计充分考虑新型冠状病毒的超强传播特性以及对其有限的认知，在既有传染病医院“三区两通道”模式的基础上，进一步细化半污染区，分为潜在半污染区与半污染区，强化医护人员的卫生通过控制，最大限度地保护医护人员不被感染；简化病人流线，每个护理单元设置单独的病人专用入口；卫生通过考虑两次更衣和洗浴清洁需求（图5）。

火神山医院采用钢筋混凝土筏板基础设计，上部箱体采用钢结构模块化设计，每个模块单元都在工厂内完成预制和精装修，然后运输至现场进行装配式连接，可大大压缩施工周期[3]；筏板基础上布置钢基座以架空单元式集装箱病房，能够有效避免极端天气场地积水对病房的影响（图6）。

3.3 给排水设计

项目污染区的污废水与清洁区污废水分流排放，且污废水封闭并各自独立排放至预消毒池，经化粪池、污水处理及接触消毒、污水提升后排入市政排水管网（图7）。空调冷凝水分区集中收集，间接排水，全部排入污水处理站处理。

病房、医技及ICU 等污染区与清洁区的卫生器具和装置的污废水及排水通气系统均独立设置，通气出口处设高效过滤或其他可靠的消毒杀菌装置，避免污染区带有病毒的废气传播到清洁区，造成交叉感染。生活排水系统通气管道布置，如图8所示。

3.4 通风空调设计

图5 火神山医院卫生通过流线

图6 两个病房单元组合平面图

图7 生活排水流程图

图8 生活排水系统通气管道布置

图9 送排风口示意图

表1 病房区通风系统配置表

表2 医生防护区通风系统配置表

项目负压病房按规范设计充分的送排风量，避免病毒累积；送排风口按床尾且靠近病房门口顶送、床头下排的高送低排模式，确保医生处于洁净气流上游，污染空气快速低位排放，送排风口均设高效过滤装置；医护走道只送不排，病房入口缓冲间考虑送风；风管路基本采用同程设计，且适当加大管径，以确保风量平衡。相应的病房区通风系统配置，如表1所示。

新排风口的位置及防控距离，坚持高位排风、低位取风和合理控制新排风口距离的原则，新排风口水平距离不小于20米，高度差不小于6米。通风设备设于地面，便于施工和维护，避免对受力能较弱的板材式屋面产生结构稳定性影响；风管尽可能少上穿屋面，避免因快速施工导致的密封防水效果不好和漏水的问题（图9）。

医生防护区主要包括清洁区、潜在污染区、卫生通过区，均需根据压力控制和气流组织要求设置相应的送排风系统。其中，清洁区和潜在污染区均分区独立设计送排风系统，送风机设粗、中、高效三级过滤和电加热；卫生通过区淋浴间与卫生间设独立排风，一次更衣、缓冲区均设独立送风，其中污染区至医护走廊的排风设粗、中、高效三级过滤。相应的通风系统配置表，如表2所示。

3.5 电气设计

项目电力由城市电网引来两路10kV 电源，相对独立、同时工作、分列运行、互为备用；建筑周边设置箱式变电站，病房区两座一组，出线回路互为备用；室外设置箱式柴油电站，自带日用油箱，供油量不小于8h，且项目地块北侧为加油站，确保项目电力供应的稳定性和可靠性。

项目智能化设计在保证整个系统可靠的前提下，尽量从简。考虑到货源及工期的原因，智能化系统按照最基本的“信息接入系统、综合布线系统、无线对讲系统、信息网络系统、公共广播系统、有线电视系统、会议系统、安全技术防范系统（含视频监控、出入口管理）及专业业务系统（含医护对讲系统、5G 远程会诊等）”原则进行设计，控制复杂、调试时间长的智能化系统均予以简化。

火神山医院工程的后评估

1.竣工验收意见及评价

项目在建设过程中得到了联勤保障部队和武汉市建设局的大力技术支持，特别是在“三区两通道”的精细化设计、增加备用排风机、增设高效排风口和温湿度检测装置等方面提出了宝贵的建议，完工交付后得到了医院运行使用方联勤保障部队的高度评价，特别是在完善的通道隔离、医护对讲、5G 远程会诊、空气净化与消毒、智能压差声光报警、紫外消毒传递窗、卫生通过区淋浴等功能方面，但由于工期原因，针对交付初期现场环境相对杂乱、施工细节有待完善等方面，提出了相应的完善意见和建议。

图10 火神山医院观察窗和传递窗

图11 火神山医院不同排风口高度病毒扩散模拟对比（源自：清华大学专项模拟）

2.项目运行效果实测

自2020年2月3日正式投入使用以来，火神山医院整体上得到了使用方和广大公众的较好评价，特别是病房内电视、空调、卫生热水、无线WIFI、智能报警、医护对讲等配套设施齐全，观察传递窗、紫外线消毒、新排风及压差控制系统、5G 远程会诊平台等，为病人及医护人员提供了良好的医治环境和良好的隔离防控空间。

2.1 医护对讲系统及5G 会诊平台使用效果

火神山医院每个病房均配备医护对讲系统，由对讲屏和对话机组成，病人按下红色按钮后即可实现与医护人员的远程通话和视频，可快速、高效实现病人与医护人员之间的交流、沟通，及时解决一些无需当面沟通和诊治的问题，具备应急使用功能，提高了救护效率。同时，医院每个病区配置移动式远程会诊车，利用5G 通信技术连线解放军总医院专家教授开展远程高清视频问诊，在减少医疗专家往返疫区风险的同时确保了病人能够享受到最好的治疗方案。

2.2 观察、传递窗系统的使用效果

每个病房都设置有观察、传递窗，用于医护人员由半污染区向病房污染区传递药品、食品及观察病人状况。透明观察窗面积较大，为固定窗，不可开启，便于医护人员随时观察病人的生活状况；传递窗则面积较小，为可开启窗，由两层透明玻璃和紫外线消毒系统组成，医护人员先从外打开医护走道侧窗口，将药品和食品放置在两层玻璃中间的紫外线消毒区，此时病房侧窗口不可打开，待医护走道侧窗口关闭后，病房侧人员才可打开病房侧窗口取用药品和食品，避免病毒的交叉感染（图10）。

2.3 送排风系统使用效果及压差控制

根据火神山医院病房与医护走道、病房走道之间压差的实测数据，医护走廊与病房间压差约为15Pa ＞10Pa（规范要求低限值）、病人走廊与病房间压差约为6Pa ＞5Pa（规范要求低限值），符合现行国家标准《传染病医院建筑设计规范》GB 50849的压差控制要求[4]。可见，方案策划和深化设计阶段的送排风系统的设计、计算准确。

2.4 新排风口距离优化

在病房排风病毒扩散产生的二次污染以及相应处理措施方面，顾栋栋、陈焰华、雷建平等人利用流体动力学软件FDS 建立有害空气扩散分析模型，对室外含病毒空气的扩散机制进行研究，定量评估火神山医院排放出的含病毒空气的污染风险，为排放物的二次污染防控提供更加定量具体的参考和依据（图11）。根据模拟计算分析结果，建议优化排风口设置高度，使其从原设计的6.5米提高至9米，进而实现院区新风口及室外场地有害气体浓度显著低于100×10-6的限值要求，降低了二次污染的风险，保障了院区和周边大气环境的安全[5]。

2.5 污水处理系统使用效果

火神山医院的废水从排出到处理合格，要经过7道严格的工序，消毒处理达5个小时。首先在院区内会经过全封闭的收集和预消毒处理，经过化粪池之后提升到所在的污水处理站，进行接触生化处理和再消毒处理，最终，经在线监测系统检测合格后，才会排入市政管网。同时，洗气也经紫外消毒后高空排放。此外，火神山医院配备了两组污水处理系统（一用一备），单组设备每天可处置800～1000吨污水。在一组系统发生故障或进行检修时，仍有一组系统可以用，实现“双保险”。根据水质在线监测系统显示，项目污水处理系统运行效果良好，处理后的水质完全可实现达标排放。

2.6 智能门禁系统使用效果

在门禁系统方面，为了方便医护人员的刷卡操作和避免接触，设计放弃了常规的智能密码锁、面部识别、指纹识别等方式，而是采用腕带手环终端、非接触感应读卡的识别方式，为1515名医护及管理人员配置了1000个手环及1000张IC 卡。该智能化门禁系统非常适合在临时传染病医院使用，有效地避免了直接接触，解决了医护人员由于穿戴防护服、手套等无法高效快速识别面部和指纹的问题，提高了门禁系统运行的安全性和便利性。

2.7 垃圾焚烧炉使用情况

火神山医院在场地东侧偏北区域设置了垃圾暂存间和焚烧炉，以便于及时处理医院日常运行产生的生活和医疗垃圾，但考虑到垃圾焚烧排放可能会影响到院区和周边居民区的大气环境，该垃圾焚烧设施并未投入使用。

3.运行评估反馈

火神山医院是应急救援需要下的产物，时间紧、任务重，其总体上满足了应急临时传染病医院的安全、健康、舒适的要求，但在运行使用过程中也出现了排水不畅、局部漏水、病房噪声偏大、使用能耗偏高等问题，相关缘由及应对措施，如表3所示。

表3 运行反馈及核查应对表

4.设计思考

面对迅猛发展的疫情和传染病相关医疗资源的严重不足问题，快速建设符合安全隔离要求的传染病医院，就成为了一项重要举措。对设计而言，首先需要考虑的是安全可靠，确保其满足疫情救治的需求和保护医护人员的安全；其次就是时效，控制建设周期尽可能短，尽快投入医疗救治运行；经济、美观、绿色、节能等要求，则可退而求之。

为保障安全，设计可考虑非常规做法，亦可考虑严于规范乃至不符合部分规范条款的方案，如采用“四区三通道”的加强型布局、通风设备安装于地面、风管集中并尽量少穿透屋面、排风过滤集中设置于排风机入口等。经后期运行验证，相应措施在隔离防护、保障结构安全稳固、减少漏水风险及维护便利等方面，发挥了非常好的作用。

在保障建设的时效性方面，项目采用了标准化、模块化设计和各专业间的平行协同设计，极大地提高了设计效率。但在实践过程中发现，由于当前机制下设计与施工的脱离，导致增加了很多的协调工作量、建设时间成本和各种施工细节问题。如建设行业全产业链均能融入工业化、产品化思维，以每一类型建筑为基础产品，开展全产品系列的标准化设计，建立基于建筑部品标准化的标准化设备、管线产品库，这样将有利于在有类似建筑产品的应急需求时即可实现更快、更好的装配化建设。

总结

作为应对特殊疫情在非常短的工期内建设完成的应急临时工程，火神山医院项目的建设过程中离不开具有丰富传染病医院设计和建设经验人员的高效决策、策划、设计和实施，也离不开医疗专家团队、社会各界设备材料供应商的大力支持。这样一个规模更大、功能更全、设施更先进的应急临时传染病医院得以在10天的时间内顺利完工并交付使用，有效弥补了医疗救援资源的不足，增强了对医护人员的保护，提升了对重症病人的救治能力，同时为武汉、湖北人民乃至全国人民战胜疫情建立了信心、增添了希望。

此次设计、建设过程一直处于边施工边设计修改、边运行边设计完善的过程中，通过施工现场的反馈及运行方的使用反馈逐步优化落实，并充分利用装配式建筑技术、综合设计及设计协同技术、5G 高速通讯及信息化技术提高建设效率。但如何进一步提高设计、建设效率，确保更加良好的设计质量，提升建筑绿色、健康和舒适性，建筑从业者仍需深入思考，加强在全产业链装配化、建筑信息化、健康舒适方面的研究，以真正实现类似临时传染病医院安全、健康和高效建设的目标。