基于服务需求的邯郸市医疗设施空间布局优化研究

任洪国，倪 帅，吴 巍

(河北工程大学 建筑与艺术学院，河北 邯郸 056038)

随着社会的发展，现有公共服务设施的供给难以满足居民日益增长的需求.由于公共服务设施的使用效率受到布局的影响，所以公共服务设施布局的优化尤其重要[1].自1970 年以来，GIS技术和位置分配模型便被用来处理设施选址及其优化问题，尤其被广泛运用在公共设施的选址和空间位置的布局选择上.如2007 年，Jeong 等[2]利用网络分析评估了城市公园的空间可达性；2010年，武文杰等[3]利用泰森多边形，优化了北京市应急避难场所的空间和配置；2016 年，闫凤英等[4]运用GIS 的网络分析法对长兴县的医疗设施可达性及影响因素进行了分析；2019 年，张珊等[5]采用改进的潜能模型和两步移动搜索法，对海口市医疗设施空间的可及性进行了分析研究.目前，国内外研究主要是在收集网络开源数据、时空大数据的基础上，利用GIS 对公共服务设施的使用效率和可达性进行评价.现有研究着重于分析公共服务设施的供需特点，缺乏对有关公共服务设施政策和对居民未来服务需求增长量的考虑.

本文结合国家卫生健康委员会和国家统计局的相关数据，以体现医疗设施空间布局特征及服务水平为目标，构建评价指标体系；利用GIS 的位置分配模型和网络分析，将邯郸市主城区的医疗布局特征可视化；综合评价、优化了医疗设施的水平和布局，提高了居民15 分钟医疗服务圈的可及性，以期为邯郸主城区及同类城区医疗服务设施的完善和部门决策提供参考依据.

1 位置分配模型理论和评价体系

1.1 位置分配模型理论

1963 年，Cooper[6]提出了位置分配模型理论.该理论为设施空间布局提供了一种优化方法，其基本原理是：在研究范围内，使服务设施的区位和数量为最优解.

结合现有设施的空间分布和优化需求，依据特定优化模型的原则，让系统从研究者限定的候选设施选址中筛选能优化设施布局的选址[7].

优化模型的选取需要结合不同设施的特点而定，医院主要是以效率性和公平性为服务准则[8].从政府角度出发，需要以最小化的设施数量来满足最大化的公共需求；从公众角度出发，整体原则是需求点到供应点的总的时间成本和移动费用成本最小化.本文利用Python、ArcGIS 10.7 等工具，以“步行15 分钟医疗服务圈覆盖80%居民”[9]为研究目标，选取表1 中优化模型模拟优化邯郸市的医疗设施布局.

表1 优化模型类型

1.2 评价指标体系构建

国内外关于医疗设施多以千人指标、服务半径等作为研究指标，组成医疗设施规模及布局、服务质量和可达性等方面的研究指标体系[10-11].医疗设施配置以保障服务范围内居民可以便捷地、相对公平地享受到优质的医疗服务为根本目标.为了满足此目标，医疗设施配置应该从设施质量、服务水平和空间可达性3 方面入手[1].其中，设施质量指医疗资源配置；服务水平是指从使用者角度出发考虑其具体需求和选择方式以及医疗覆盖率的问题；空间可达性决定居民接近医疗设施的水平，三者共同影响就医体验.现有的设施质量、服务水平和空间可达性方面的研究指标体系如表2 所示.

表2 现有指标体系

医疗规模影响医疗机构规模，医疗布局影响医疗空间分布，二者实质上是城市规划中医疗资源的配置.

医疗设施规模在具体空间上体现为建设用地和面积，而床位数和医护人员的数量与建设用地和面积指标相关.薛迪[21]认为一定数量的病床数和卫生技术人员是构成医院的2 个基本条件.

对于医疗布局的研究，在城市规划领域人们习惯于用一定区域内卫生资源的人口比例，如每千人的床位数、医护人员的数量等卫生服务可获得性指标来反映医院服务的可及性.医院服务的可及性包含2 个维度，分别是可获得性和可接近性，具有丰富的内涵[22].其中，可获得性影响医疗服务与资源的规模、类别和供需关系；可接近性关联供需双方的空间区位、交通资源和出行总成本.两者结合的空间概念问题即空间可达性[23].

空间可达性的研究最早起源于古典区位论，即关注两者的空间分布及两者分布的匹配程度.空间可达性也称物理可达性、地理可达性、模型可达性，是一个界定非常灵活的概念.有人认为空间可达性是空间中点之间的相互作用和影响.在服务利用率评价中，需要归纳思量供求关系变化和距离衰减规律.其研究方法有比率法和ArcGIS 技术的研究方法[24].

作为对患者进行诊断和治疗的重要场所，医疗设施的作用在紧急治疗层面上很重要[25].医疗设施布局的评价和优化有3 个方面：1)从医疗设施的质量出发，分析医疗资源的配置和可用性指标的利用率，并对医疗设施的千人指数、利用率等健康指标进行定量评价；2)根据医疗设施的服务水平，测算其需求特征和医疗服务圈；3)根据医疗设施空间可达性的研究，采用最小阻抗模型、最小设施点、等时圈模型等，从居民服务需求角度进行布局优化，构建医疗设施评价体系，进而从规划角度提出布局优化建议[26-29].

本文以邯郸市总医院、专科医院和社区卫生服务中心为研究对象，建立了“城市-社区”2 级医疗卫生体系：综合医院；专科医院-社区卫生服务中心.为了符合公平和效率的原则，从医疗设施质量、服务水平和可及性角度对医疗设施进行综合评价，并运用区位配置模型优化医疗设施布局.其评价指标体系见图1.

图1 医疗设施布局评价指标体系

2 基于GIS 的邯郸市主城区医疗设施布局评价分析

2.1 研究区域概况与数据来源及处理

邯郸市位于晋冀鲁豫接壤地区，下辖1 个县级市、6 个区和11 个县.本文将研究范围限定在路网发达和人口密集的城市二环内的主城区.

评价所用数据来源与处理如下：

1)利用Python 对邯郸市主城区的行政区划数据、医疗设施POI 点、社区POI 点、交通网络数据进行采集，并结合研究现状进行数据清洗，采用ArcGIS 的拓扑关系对交通网络数据检查和修改，确保道路网络的连接性.

2)通过河北省医疗卫生数据和邯郸市卫生健康委员会发布的文件并结合实际调研筛选，建立了48 家综合医院、26 家专科医院和70 家社区卫生服务中心的数据库.

3)河北省第七次人口普查数据、统计年鉴、邯郸市国土空间整体规划等其他数据.

将研究范围内的行政界限、道路交通网络、各类医疗设施点、小区位置和人口及各类数据分布情况通过ArcGIS10.7 进行统一坐标系和图层叠加，结果如图2 所示.

图2 研究区域内医疗设施及小区分布情况

以医疗设施布局评价指标体系为基础，结合整理的数据库对研究范围内的医疗设施的利用率和布局采取综合性评价.

2.2 医疗资源现状分析

医疗资源现状评价的2 个重要方面分别为医疗资源的配置和利用.

医护数量和病床数决定一个地区的医疗设施规模，体现医疗设施的基本水平，一般以千人医师数、护士数、床位数作为评价医疗配置的指标[30].由河北省统计局的医疗卫生数据得知，邯郸市千人职业医师2.46 人、注册护士1.95 人、床位数5.28 张.对比表3 可知，邯郸市人均医疗资源水平低于河北省，且河北省整体水平低于全国平均水平，尤其是在千人床位数上.综上，邯郸市的医疗资源配置有待提升.

表3 邯郸市人均医疗资源

医疗资源利用率的评价指标采用年住院率、住院平均时长和病床利用率这3 项.综合医院、专科医院和社区卫生服务中心的实际床位需求，可反映居民就医的实际需求.

1)医疗资源利用指标计算.因为邯郸市统计数据的缺乏，所以入院人数、平均住院时长、病床利用率采用河北省的平均水平(见表4)，其中住院率为入院人数和总人口(7 591.97 万人)之比，因此，综合医院、专科医院、社区卫生服务中心患者每年住院率依次为10.21%、0.86%和0.12%.

表4 医疗资源指标表

2)实际床位需求量计算.医疗机构的工作量和病床的利用情况体现在实际床位需求量上，其计算公式[18]如下：

实际床位需求量=(人口数×居民年住院率×

结合表4 可求得综合医院的最低病床需求为1 469 张，千人床位6 张；专科医院的最低病床需求为46 张，千人床位0.2 张；社区卫生服务中心因为量太小，忽略不计.综上所述，邯郸市需求的床位最低总量为1 515 张，千人床位数需求总量为6.2 张.对比表2 的人均医疗资源数据可知，邯郸市千人床位数的实际需求得不到满足.

2.3 医疗设施服务水平的网络分析

居民就医需求和医疗服务供给相互影响.通过对就医需求量和15 分钟医疗服务圈的服务供给两者的研究，可以得知现有医疗资源能否满足居民的就医需求.

1)就医需求量分析.患病需求总量与患病需求密度是反映医疗需求的2 个重要指标，其计算公式[18]分别如下：

其中，Q为2 周内各社区的患病总需求；C为各社区总人口；α为2 周患病率，取22.9%[31]；D为各社区医疗需求密度；k为社区占地面积.利用ArcGIS 生成、计算得到的患病需求量和需求密度在研究小区范围内的分布见图3 和图4.由图3 和图4 可知，患病需求量与需求密度的存在差异性，以区域范围内东北、西北方向尤为显著，并且这2 个区域的医疗设施相对较少，特别是专科医院.

图3 患病总需求量

图4 医疗服务需求密度

2)15 分钟医疗服务圈分析.患者就诊的便利性与医疗设施的分布有关.文献[9]提出，“2030年基本形成15 分钟医疗卫生服务圈”.结合研究区的医疗设施布局特点，让居民步行15 分钟就能到达方便的医疗点是本文的主要研究目的.

本文基于研究区路网、高德路径导航及历史路况等，计算得到步行15 分钟等时圈，与研究区域内的小区图层做叠加(见图5～图7)，并统计其服务人口数、服务面积、服务率(见表5)来分析3类医疗设施能否满足80%居民的15 分钟就医需求.由图5～图7 可知，在15 分钟步行圈中，综合医院覆盖率为86.15%，专科医院为49.93%，社区服务中心为99.51%(见表5).综合医院和社区卫生服务中心覆盖率达到了80%要求，而专科医院的覆盖率较低，尚有50.07%的居民就医需求得不到满足.因此，本文重点对专科医院的布局进行优化.

表5 医疗设施覆盖率

图5 综合医院服务圈

图7 社区卫生服务中心

图6 专科医院服务圈

3 “15 分钟健康服务圈”导向下医疗设施空间布局优化研究

3.1 位置分配模型

首先，根据邯郸市国土空间整体规划、医疗设施空间的覆盖现状和路网特征，确定新增专科医院设施点；其次，建立以15 分钟出行时间作为阻抗中断要素的道路网络最小化阻抗模型，求得满足出行成本最小的专科医院数量；再次，通过最小化设施点模型，求得最大覆盖范围内的专科医院数量；最后，通过等时圈模型验证分析，得出满足专科医院优化布局的最优解.

1)最小化阻抗模型.以15 分钟步行时间作为阻抗因素在ArcGIS 中建立专科医院的最小化阻抗模型(见图8).在此基础上拟依次增加1～11候选位置，分别得到最小化阻抗图(见图9)，统计其服务人口，汇总结果见图10.由图10 可知，最少需要增加9 家专科医院才能满足“步行15 分钟医疗服务圈覆盖80%居民”的目标，服务人数占总人数的80.21%；增加10 家专科医院覆盖率为81.95%；增加11 家覆盖率为83.02%.

图8 最小化阻抗模型

图9 拟增11 个专科医院最小化阻抗模型

2)最小化设施点模型.在ArcGIS 中，建立专科医院的最小化设施点模型(见图11).由图11 可知，邯郸市主城区需11 家专科医院才能满足“步行15 分钟医疗服务圈覆盖80%居民”的目标，比最小化阻抗模型分析的结果多2 家.

图11 最小化设施点模型

由最小化阻抗和最小化设施点模型的分析结果得知，最少需要9 家专科医院才能满足15 分钟医疗服务圈需求.

3.2 等时圈分析验证

等时圈是指从某点出发，充分考虑路线的可行性，在特定时间内，以某种交通方式能到达的距离的覆盖范围.

本文利用ArcGIS 计算从中点到周围其他任意点的时间，对各点的时间做插值，对栅格提取等值线，同时强制行走路线为路网，叠加历史路况和平均步行速度(5 km/h)，建立了15 分钟服务圈.参考最小化阻抗模型新增9 家专科医院的结果，发现新增4 家可基本完成小区周边覆盖.本次选取了4 家和5 家新增点作为验证，见图12～图13.考虑到服务交叉，重新进行位置分配，并优化选址位置，即尽量将新增专科医院设置在路网交叉的交通便利处，同时结合居民出行的实际行为特征，将位于服务圈边缘与路网交叉处附近的小区也计算在覆盖范围内(见图14).

图12 新增4 家专科医院的服务圈

图13 新增5 家专科医院的服务圈

图14 服务圈边缘处的小区

综上所述，通过15 分钟等时圈模型对最小阻抗模型和最小化设施点结果进行验证优化后，发现新建5 家专科医院为最优服务圈状态.考虑空间配置最优以及新区2023 年预计投入使用的邯郸市第一医院新院区，南部专科医院可采取扩建方式，不需要新增，重点针对东北和西北2 个住宅密集区，各新建2 家专科医院，共需要新增4家专科医院即可满足居民的15 分钟医疗圈需求，其服务人口及覆盖率情况见表6.

表6 新增4～5 家专科医院覆盖率

4 结语

面对井喷式公共卫生事件的爆发，居民的服务需求和当地医疗资源的供给难以平衡.医疗资源的短缺造成居民不光就医距离增大，而且增加了交叉感染的风险，违背了传染病医学就近治疗的基本要求，所以医疗设施的空间布局优化，是改善医疗体系、满足居民服务需求的必要环节.邯郸市主城区医疗设施整体上能满足居民服务半径的需求，但其在资源配置、服务水平、布局的均衡性上还存在问题.利用最小化阻抗模型、最小化设施点模型和等时圈模型对医疗设施布局的优化验证建议如下：

1)盘活存量资源，优化设施配置.通过对医疗资源的利用和现有综合医院的改扩建，调整资源结构和优化设施布局.如增加医院的床位数，扩大医疗队伍.市中心医院、市第一医院可以根据就诊量适当扩大规模，存在交叉覆盖的综合医院，可考虑将部分医院向复兴区转移，消除医院冗余现象.

2)加强可持续建设，完善医疗服务体系.专科医院的建设成本、维护成本、医废处置成本较高，常态化病床空置率也高，所以专科医院的可持续性发展有很大难度.因此，专科医院可以依托三甲综合医院的托管、集团模式并以“大专科、小综合”为发展目标，建立可持续发展机制.如针对东北和西北2 个住宅密集区，通过新建2 家专科医院，完善以市为核心的医疗卫生服务体系建设.

3)改善交通网络体系，提高医疗设施可达性.医疗设施可达性对居民的就医成本具有明显的影响.高效率的综合交通网络能够缩短就医距离，影响居民患病后的就医主动性.通过合理改善城市的交通网络体系可提高医疗设施的可达性水平，实现“步行15 分钟医疗服务圈覆盖80%居民”的目标，提高城市适灾能力.