疫情下的方舱医院设计

文／周小儒，马 阳，李 莹，周凹凸（.北京化工大学 机电工程学院；.英国利兹大学 表演与文化产业学院）

新冠肺炎疫情爆发初期，武汉市新增确诊病例持续上升，已有的医疗设施无法满足日渐上升的患者数量，直接导致的结果就是疑似病例无法确诊，已确诊病例无处可医，因此医疗资源的短缺让武汉当地在抗击疫情时遇到了重重阻碍。当地政府提出方舱医院的修建，是一个具有前瞻性且大胆的提案，事实证明它在此次防控工作中扮演了无可取代的重要角色，是我国能够打赢这场防疫战的必不可少的后备力量。由于其操作性能强大、使用快捷方便、各项医疗功能齐全，能够应对紧急医疗救援任务，因此，建立方舱医院是武汉市防疫工作整体进展的最重要转折点。研究和设计这种依托于一整套医疗设备保障，完成病人治疗等任务的特殊医疗系统，在随时准备和适应各种突发紧急任务方面具有重要意义。

一、研究背景

随着新冠疫情蔓延至全球，各国为建设方舱医院“因地制宜、因国施策”：意大利由渡轮改装而成的轮船方舱医院拥有400张床位，主要收治确诊患者和已治愈但还需隔离的患者，覆盖面广[1]；新西兰将拥有获批隔离设施的露营房车用于新入境旅客的筛查和必要的隔离，隔离程度强、流动性快[2]；巴西为应对日益严重的新冠肺炎疫情，将圣保罗和里约的大型体育场改建成方舱医院，容纳量大[2]；伊朗根据不同地理形势及人口分布启用了由公交车改造的方舱医院，因地制宜、灵活性强[2]；俄罗斯效仿中国“雷神山” “火神山”的经验，在莫斯科新城区科穆纳尔卡建造了专门用于收治新冠肺炎患者的医院以弥补医院传染病床位不足的短板[3]。我国政府将空置空间广、场地容量大的已有建筑改造设计为收治大量患者的另一种意义上的方舱医院，极大地减轻了疫情期间的医疗压力，遏制了病毒的进一步扩散，为全国防疫工作做出了榜样。

二、方舱医院的设计特点

方舱医院在改造时面临的主要问题：建筑选取问题，需要有足够的闲置空间；施工时间短，需要尽快完成以安置不断增加的患者；材料选择问题，如何减少资源浪费，选择适当的材料，巧妙运用新型材料；医院环境问题，在满足身体医疗需求上，保障患者心理健康。基于以上问题，此次疫情期间方舱医院的设计有如下特点。

2.1 空间容量大

武汉市针对疫情推出的“方舱医院”与传统战地机动医院不同，它是在现有建筑的基础上进行的改造设计。新冠疫情期间，武汉16所方舱医院由3家厂房、7家体育馆、1所学校、4座文化会展中心、1处交通站改造而成。这些建筑的共同特点是内部空间容量大，例如被称为规模最大的方舱医院由一处超大型城市文化综合体改建而成的武汉客厅方舱医院，可容纳2 000张床位；洪山体育馆仅馆内大空间底层的“内场”，拆除前期比赛器材后便有32 m×46 m的无遮挡空间，扩大了收容量；由总建筑面积2.8万m2的汉口北交通总站改造而成的汉口北方舱医院可容纳1 956张床位；因地制宜利用“长征”工业园厂房改造成的“长征方舱医院”，7间厂房可放置1 200张床位用于收治患者；石牌岭职业高中，室内体育馆与清空桌椅板凳后的50间教室可容纳800张床位。正是由于方舱医院改造时，多选取拥有大容量内部空间的建筑或设施，利用其原有空间大、容量大的特点，建成了可容纳多床位的方舱医院，从根本上解决了医院无法容纳大量轻症患者的困扰。

2.2 施工作业快

由于只收治轻症患者，与正规医院密闭的小病房空间相比，方舱医院的病房是开放式空间。其改造过程只是对原有大容量建筑内部空间进行重新设计、购置和安装病床、隔断、医疗器械等设备，施工作业快。沈阳建筑大学参考榫卯工艺，为此次方舱医院设计的隔断方案具有易于组装、灵活组合、施工快的模块化优势。在嵌套结构方面，使用空心方钢制作的竖向和水平构件形成结构轮廓，然后在竖向构件的4面焊接4个套管，在水平构件的末端形成一个L形插头，二者相互固定，并在力的作用下形成稳定的结构体系，杆的中间设有卡件，可以使隔墙板在框架内稳定。在空间组合方面，该框架可以从4个方向依据实际需求进行可控性增长，使得空间高效分割，所需的空间形式可以随时组合，充分满足各种区域功能需求，具体装配示意图及组合方案见图1。

图1 快装隔断体系

整个系统易于组装，并可快速搭建。使用该榫卯工艺设计的隔断使方舱医院具有独立快速的构建“三区两通道” （污染区、半污染区、清洁区以及医务人员通道、患者通道）分区[4]的功能，且要求简单、造价低廉、材料常见、安装简单快捷，能满足疫情期间对快速建成方舱医院的需求。

2.3 运用新型材料

在墙体隔墙材料的应用方面将从节 能 （Energy conservation）、 健 康（Exuberance）、舒适 （Easement）、环保 （Environmental protection）、生态(Ecology）、经济 （Economy）这6个“E”进行考虑，选择那些具有多功能、低成本、低能耗、高品质、环保、经济的新型隔断材料作为此次墙体材料[5]。

根据调查发现，英国材料设计研究所科技人员本杰明·休伯特发明了一种超柔软、模块化的吸声隔墙材料，被称为Woven Image[6]（见图2）。该材质不仅使用可持续的材料，而且还可以根据具体需求，进行组装模式变化，比如空间布局的扩大和缩小或者公共空间和酒店各种需求的混合使用。产品固有的适应性延长了产品使用寿命的同时减少了产品的碳足迹，并且可安装在任何铝基板注塑ABS框架上。与此配套开发的还有直观的机械固定件，以便于组装和拆卸。比例尺可用于商业空间、酒店、会议中心和其他需要高性能隔音以形成直墙和缓解弯曲的位置[6]。

图2 Woven Image结构

该材质被应用于方舱医院改造中,有以下3个优点:(1)使用可持续的材料，绿色环保； (2)可以满足公共空间和酒店的混合使用需求；便于将酒店改造为方舱医院； (3)可根据空间布局的大小变化而进行组装模式变化，满足方舱医院对不同功能分区的需求。

2.4 人与系统的交互设计

交互是指相互适应与作用的多个个体/系统，交互设计主要从 “可用性”和 “体验感”两方面来进行考虑。该方面的设计，主要针对的是患者及医护人员与改造设计的方舱医院这个医疗系统之间的配合，将以人为本作为设计导向，使方舱医院在发挥其医疗作用之余，满足处于其中个体的心理需求与人文关怀。

2.4.1 隔断面艺术化拼贴，承载真情祝愿由于方舱容纳病人较多，较专业医疗建筑相对简陋，而轻症患者大部分有行动自理能力，然而在确诊后转院，长期处于封闭环境，都容易产生焦虑心态，存在群体性事件发生的风险[7]。作为方舱医院的分区工具，隔断面的设计对处在该空间的人群心理方面有一定影响。沈阳建筑大学设计的隔断墙面，在颜色设计方面，选取使人心神放松的颜色，利用色彩调和，可以缓解患者与医护人员的心理压力；隔墙表面拼贴绘画的嵌入、祝福话语的粘贴等艺术化处理，削弱了医院的呆板气氛，调动了空间氛围，体现了对医护人员和患者的人文关怀（见图3,4）。

图3 画廊式交通空间

2.4.2 配置智能系统，科技助力抗疫新冠肺炎疫情爆发时期，不断增加的确诊病例人数与不分昼夜辛勤工作给医护人员带来了巨大的生理与心理压力。频繁地判诊基础轻微病症消耗了医护人员大量精力，使其后续工作效率下降。若有了医疗用机器人则可以极大地减轻医护人员的工作量，将医护资源分配给更需要的患者[8]。

图4 祝福话语拼贴的病床隔断

医疗巡检机器人具有登记患者信息、自动测量患者体温、巡视监测区域内患者身体情况的功能。机器人的巡检动作，主要依靠区域划分系统中的标准化、模块化、网格化的1m×1m网格模数构成的坐标系中进行，为方舱医院的信息化巡检提供了可行性（见图5）。在此网络坐标系中，机器人可按照一定的轨迹进行巡检，发现异常情况，可将患者情况和所处位置及时上报给医护人员。

图5 隔断系统1 m×1 m网格模数形成机器人坐标系

三、方舱医院的显著成效

截至2020年2月2日，武汉市累计确诊病例5 142例，死亡265例[9]。为应对这一紧急情况，中央部署启用方舱医院，快速补充医疗人员及增添医疗床位，全面落实“应收尽收”的政策。武汉市针对此次疫情推出的“方舱医院”与传统战地机动医院不同，它是在现有建筑的基础上进行的改造设计，其显著成效体现在以下两个方面。

3.1 武汉市新增确诊病例数明显下降

图6为武汉市投入方舱医院前后确诊患者人数的变化。分段来看，从2020年2月5日启用方舱医院后新增确诊病例数有所下降，2月9日武汉市要求轻症病人进入方舱医院后新增确诊病例数实现连降，即使是2月12日将临床诊断病例数纳入确诊病例数后，在方舱医院建成投入使用加大后，每日新增确诊病例数仍能实现大幅度连降。总体来看，自2020年2月5号以来，14家方舱医院陆续建成并投入使用，可用床位数量达到12 365张，累计收治患者11 310人。

图6 投入方舱医院后武汉市新增确诊病例数

方舱医院的投入使用，及时收治轻症患者，防止其传染家人及周围人群，有效地控制住了疫情进一步扩散。

3.2 武汉新增出院人数累计增加

自2020年2月5日启用首批3家方舱医院再到2月15日开启9家方舱医院，每日新增出院人数逐渐接近并超过每日新增确诊病例。由图7可以看出，自2月15号开启9家方舱医院后，新增出院人数呈明显增长趋势；2月17号至2月19号武汉市新增确诊病例数与新增出院人数逐渐接近；2月19号以后，出院人数首次大于确诊病例数并稳步上升。截止到3月10日，14家方舱医院全部休舱，累积出院人数7 797人，出院率达到81.6%。

图7 武汉市新增确诊病例数与新增出院数比较

四、方舱医院设计的不足与对策

武汉方舱医院作为疫情期间的现实之策、可行之策，发挥了巨大作用[10]。但因施工时间紧迫，对于“方舱”的设计难免会有部分方面没有考虑周全，以下罗列出方舱医院在设计上存在的不足并提出针对性意见。

4.1 未经隔离的病床间可能会造成感染

由大型建筑或设施改造的方舱医院空间大，病床间隔距离大，交叉感染率低于定点医院。但理论上不隔离是无法控制传染病的扩散，如武汉确诊病例中有80%以上来自家庭传染。因此如何最大化利用空间，达到最大程度隔离收治患者需要深入思考。

如可在方舱医院设置快速检测实验室，入院前对确诊患者进行检测，根据检测结果将同类型感染患者与其他类型患者进行分割独立区域隔离，可有效避免交叉感染。

4.2 方舱医院后续处理问题

方舱医院休舱后，经专家调研，部分方舱医院可拆除以恢复原有使用功能，助力国家复工复产。但方舱医院的拆除，并不代表疫情已经结束，因全球感染人数仍在增加，疫苗尚未达到全覆盖，很难确保疫情不会再次袭来。因此，对方舱医院应采取“有序拆除、适度保留”的策略，即在一个时间段里对方舱医院进行有顺序，不同程度拆除，除此之外应对一些有特殊意义的方舱医院适度保留。

4.3 缺少相对独立的空气净化处理系统

气溶胶传播是空气传播的一种方式[11]。人、动物、禽类呼出的气体都是构成气溶胶的方式，人们面对面交谈，唱歌，或者互相拥挤封闭的空间都会使我们处在一个气溶胶的空间。虽然病人不咳嗽，但他可能在呼吸过程中呼出病毒，特别是当他是哮喘患者。病毒与空气混合后，会形成带病毒的气溶胶，随空气飘浮，在人群中扩散[12]。即使在室内或走廊等没有气流的封闭空间，气溶胶仍会借助于粒子的布朗运动特性在空气中长期漂浮。它的流行病学意义在于，易感人群可通过吸入空气中含有病毒的气溶胶颗粒物而不与病人接触。因此有一套可保证空气流通的净化系统避免交叉感染的风险是非常重要的。

4.4 医疗废物处理方式不合理

首先，医疗废物要及时收集和处理。疫情爆发前医疗废物总处理量为4 902.8 t/天，经过管理后，处理量增加到6 022 t/天，增长了23%，减轻了医疗废物处置压力。截至2020年3月9日，全国共收集医疗废物3 006 t，其中固体医疗废物468.9 t，当日全国集中处置医疗废物3 001.9 t，次日纳入4.1 t，平均负荷49.8%。所有与流行病有关的医疗废物均在同一天收集并转移处置，截至目前，有14.2万t的医疗垃圾被销毁。医疗污水处理方面总体运行平稳，截至目前，全国共有2 108个城市污水处理厂接受医疗污水处理，无污水处理设施、处理设施运行不正常、末端消毒不充分的问题均已在被发现时责令整改，定点医院和集中隔离点的污水会在消毒后由污水处理厂进一步处理。

可以看出，医院在处理医疗废物上并没有懈怠，虽然工程量巨大，但还是将这些医疗废物及时输送到处理厂进行处理。调查发现，医院在处理这些医疗废物时通常采用的是集中式处理，即堆攒式处理，虽然这样似乎比单独分装、一辆车输送更加高效，但这样做却存在一定的安全隐患。医疗废物经过长时间积攒，细菌会在其中大量繁殖，容易形成交叉感染。建议加强管理，制定一个阈值，待处理量一旦达到阈值就送去处理，避免堆积。

4.5 加强症状加重患者的转院安全性

方舱医院主要用于收治轻症患者，一旦患者情况恶化，便需要从方舱医院转移到定点医院。在输送患者时，应避免与正常患者有接触，在医院建设前期应规划一条专门的紧急通道来运输这些症状加重的患者，保证转移过程中的安全性。转移患者的移动工具应具有通风过滤一体化的设计，减少感染因子在密闭空间的传播和向外界扩散，造成对环境危害。

五、方舱医院未来设计展望

毋庸置疑，方舱医院凭借其自身优势成功地达到了“应收尽收、应治尽治”的总体目标，同时也为防止疫情进一步扩散、加紧救治感染人员做出了突出贡献。此次设计过程中调研这种以民用建筑改造而成的医院有3个优点：首先是闲置空间大，满足收治患者的前提；其次是施工作业快，可快速改造完成；最后是经济成本低，在已有建筑基础上只需投放一些必要设备即可使用，且开放病区医护人员可以照看大批患者，满足医治与隔离同步进行。为面对当下以及后续的疫情情况，提出以下几点展望：

为满足患者心理需求和人文关怀，方舱医院隔断墙面可以张贴抗疫宣传海报、优美风景画、具有吉祥与祝福意义的文字及艺术作品等，还可以设置空白可供涂鸦的墙面以缓解患者心理压力。

在方舱医院后续处理阶段，可保留部分方舱医院用作纪念馆、中小型展览厅等。如保留具有特殊或重大意义的方舱医院用作纪念馆，铭记历史；利用方舱医院内的隔断墙面，举办儿童创意绘画展。将方舱医院以某种特殊的形式留在现实和人们的记忆里。

将“平时为民、疫时为医”的设计方法进行深入研究。在设计或建设大型公共场馆时如体育馆、厂房、会展中心等都要可后续将其改造成方舱医院的可行性和易操作性纳入设计思考范围，如有足够大的出入口可以满足病床等医疗器械的通过，内部安装时考虑可快速拆卸的设备，完善可降低交叉感染风险的通风换气系统。

扩大体育馆灵活性，增强其适应性。体育馆因具有能够满足多种功能需求，内部不存在交叉布置，按照医疗标准改造难度小的优势，成为本次方舱医院的主要改造对象。在今后的建设或改建中应扩大体育场内场场地面积、增强多功能与灵活性。

利用科技助力抗疫。利用大数据监控和预测疾病的爆发，防止因预防不及时造成大规模感染。研制医疗机器人，承担医护人员需进行的具有重复性、枯燥性、基础性的诊断与治疗，缓解医疗压力。采用虚拟影像技术，满足患者与家人远程沟通的心理需求。使用“5G+”技术，构建信息化医疗场所。