质子重离子治疗中心核心区布置模式对比研究

朱乃伟，陈素茵，钟泽彩

引言

随着社会和环境的发展变化，近年来我国癌症发病率和死亡率呈逐年上升的趋势，据世界卫生组织国际癌症研究机构发布的2020年全球最新癌症负担数据，该年度我国新发癌症病例约457万例，高居世界第一，癌症越来越成为严重威胁人民健康的一大重症。放射治疗是癌症治疗的三大手段之一，其中质子重离子治疗作为放疗的热门学科，由于其优越的物理剂量分布，在治疗肿瘤的同时能更好地保护周边正常组织，提高患者的生存质量，因而受到了广大医患的认可。

国际上，质子重离子治疗始于20世纪90年代，目前发展较为成熟，相关治疗中心的建设也在逐年增加。我国的质子重离子治疗事业起步较晚，但随着经济社会发展和国家大健康战略的实施，已进入了快速发展的时期。

由于质子重离子治疗中心运行时，质子、离子等粒子与其他物质相互作用后会导致“瞬态和残留”两种辐射，为保证环境、人员和设备的安全，所有的质子重离子治疗中心均须进行辐射屏蔽设计，即用一定厚度的屏蔽墙将放射源包围起来，使其产生的辐射剂量在通过屏蔽墙后衰减到有关标准的允许值内[1]。基于地下土壤有利于粒子治疗装置辐射防护设计的原因，目前国内外多数质子重离子治疗中心将含装置区、治疗室等核心区布置在地下室区域，当然在满足工艺设计和医疗流程等各项要求的前提下，也有少数的治疗中心开始尝试将核心区布置在地上或半地下室。从人性化和经济性等角度看，质子重离子核心区以上三种布置位置各有优劣势，根据实际条件和需求选择合适的布置方式对项目的顺利建设有很大意义。

1 国内外质子重离子治疗中心建设现状简述

根据国际粒子治疗合作组织的数据，自1990年美国加利福尼亚州罗玛琳达大学医学院建成国际上首个质子治疗中心开始，到2022年9月全球共有20多个国家和地区建设了120台质子重离子治疗装置用于临床实验或治疗，约有36个治疗中心处于建设或设备安装状态，另约有32个相关项目进入了规划议程[2]（表1）。在厂商方面已经形成19家质子或重离子设备供应商，主要包括美国瓦里安、德国西门子、日本住友和比利时IBA等。

表1 全球质子重离子治疗装置统计表

我国质子治疗中心的建设最早可追溯到2004年12月建成的山东万杰肿瘤医院质子治疗中心，该项目建成后因各种问题停业，其后各个民用资本主导的质子重离子治疗中心的建设也因不同困境而停滞。2008年第一个由政府主导的上海质子重离子医院开工建设是我国质子重离子建设事业的一大里程碑，项目于2015年正式开业，目前累计出院病患已超过5000例。近年来，随着各级政府部门、医疗机构、科研机构和社会民众的重视，我国质子重离子治疗中心的建设进入了迅猛发展的时期。

目前，我国已经运营的质子重离子治疗中心已达7家（不含台湾地区），包括山东万杰肿瘤医院、上海质子重离子医院、甘肃武威重离子医院、广州泰和肿瘤医院和上海瑞金医院质子中心等。在建和规划项目超过20家（表2），大部分集中在我国东部、南部沿海和华北、华中等地区，其中多数为质子项目，大多在新院区作为独立单体建设或与其他放疗区联合建设但自成一区，并通过连廊等方式与医院其他功能产生联系。重离子项目数量总体不及质子项目，但近年来有快速增加的趋势。在设备供应方面，我国已经实现了包括质子、重离子在内的主要大型粒子治疗装置自主知识产权的研发和生产，国内质子重离子设备供应商主要包括中科院近物所、上海艾普强、中核集团等。

表2 国内主要质子重离子治疗项目统计表

与国内质子重离子项目建设蓬勃发展相比，目前从建筑设计角度对该类建筑的探讨尚少，多数为具体工程案例的介绍。在实际设计中，建筑师常常面临设计经验有限，缺少相关的规范和标准指导，也没有足够的建设案例参考的困境。

2 质子重离子治疗中心核心区

通常情况下，质子重离子治疗中心项目主要由装置区、治疗区、工艺设备区、影像检查区、门诊区、医护办公区、公共区和设备用房等组成（表3），结合医院现有可利用的设施和医疗团队实际使用要求，还可能同步建设其他放疗区、核医学科、科研成果转化区、住院区、会议交流区和其他服务配套设施。

表3 质子重离子治疗中心项目主要功能

其中治疗中心的装置区和治疗区是质子重离子装置运行和肿瘤治疗活动发生的具体区域，因加速器束流的工艺要求和医疗流程要求，上述两区紧密相连，为项目主要涉射线辐射的空间，也是本文所研究的对象即质子重离子治疗中心核心区。

从建筑设计的角度，质子重离子治疗中心核心区主要设计难点存在于以下几个方面：

（1）辐射安全防护：作为高危险的I类射线装置，质子重离子中心装置区与治疗室均为涉辐射空间，须严格按照辐射防护要求将空间按辐射区、控制区、安全区进行划分，并结合实体屏蔽、安全连锁和放射性检测等措施[3]，保证治疗活动期间即粒子加速器运行时医患、公众、操作人员及环境、设备的安全，同时处理好该区域与周边各种功能、流线的联系；

（2）工艺设计限制：装置区与治疗区建筑空间受到粒子装置工艺设计的严格限制，上述空间尺寸巨大，组合关系相对固定，流线设置等亦须满足装置安装和运行的要求，建筑设计时可调动空间不大，一定程度上限制了建筑师进行空间营造的创造性；

（3）医疗流程：与其他医疗建筑相同，质子重离子项目核心区的设计须满足医疗流程要求，目前国内医疗领域尚未对该类治疗活动有统一标准，各医疗团队理解不一，要求不尽相同，也影响了建筑空间设计和流线设计；

（4）结构要求：质子重离子核心区尤其是装置区结构荷载巨大、沉降控制极高，加上空间跨度等尺寸远超一般医疗建筑，给有效利用装置区以上和以下的空间带来了挑战；

（5）机电要求：质子重离子作为利用电磁场加速粒子的精密设备，其治疗中心核心区对温湿度等机电环境的要求极高，与温湿度相关的建筑空间防水设计等直接影响了设备的运行安全，在消防设计等方面也与现行设计规范存在一定冲突；

（6）工程造价：由于从工程经济的角度，质子重离子核心区由于空间复杂，技术要求高，其单方建造成本远超普通医疗建筑。

综上，按目前国内外质子重离子设备供应商的产品，质子重离子治疗中心装置区和治疗区空间（图1、2）体量一般十分巨大，要求较高。作为项目核心功能，该部分的设计需要统筹考虑工艺要求、医疗要求、辐射防护、机电环境、经济安全等多方面因素，建筑师在建筑创作时对其布置位置的选择直接影响到方案地上地下的整体布局，进而影响项目整体建设效果。

图1 质子治疗中心核心区轴测图

典型的质子和重离子治疗中心核心区轴测图如图1、图2所示。

图2 重离子治疗中心核心区轴测图

3 质子重离子治疗中心核心区布置模式

目前，质子重离子治疗中心的总体布局主要体现了发挥一体化系统优势和打造多学科肿瘤治疗中心的趋势，即肿瘤治疗需求的增长使得质子重离子放疗中心的建设更多地采用一体化系统（一个加速器带多个治疗室），同时肿瘤多学科综合治疗的理念也使得相应医疗机构开始整合质子重离子治疗装备与传统放疗设备、放射检查设备，使项目成为具有诊断和治疗、康复等多种功能的肿瘤中心。国内外质子重离子治疗中心在医院总体布局中多采用单栋建设或自成一区的方式，即质子重离子区域与门诊、医技、住院以及其他放射治疗区等功能适当分隔，这样做有利于减小辐射防护难度，控制周边振动干扰治疗装备，也方便各类装备转运和调试[4]。目前质子重离子治疗中心核心区的布置模式主要有以下三种：

模式一：将装置区加速器大厅及治疗区布置于地下室，利用地下空间土壤环境结合地下室侧壁、底板等作为辐射屏蔽设计的一部分，治疗层通常位于地下负一层（如约-6～-7m深度）或负二层（约-10m深度），装置区其他部分如高能爬升空间、设备吊装转运大厅或加速器大厅上空等，则根据工艺要求凸出在地面。质子重离子治疗中心其他部分如医护区、影像检查区、公共区等可依据用地情况、医疗流程和医疗团队的要求布置。由于土壤环境一定程度上有利于辐射屏蔽设计从而降低工程造价，将辐射区设置在地下的端部也有利于使辐射危险源尽量远离人流集中的区域，减少对医院院内环境和周边城市环境安全的影响[5]，目前国内多数质子重离子治疗中心采用了该模式，如上海质子重离子医院、兰州重离子医院、妈祖质子重离子医院、浙江省肿瘤医院重离子医学中心等，青岛西海岸肿瘤医院质子中心和上海瑞金医院肿瘤（质子）中心亦是该种布局（表4）。

表4 采用模式一的部分质子重离子治疗中心对比表

以浙江省肿瘤医院重离子医学中心为例，该项目总建筑面积为14000m2，其中地上7600m2，地下6400m2，主要建设一台中科院近物所生产的重离子治疗系统及其他配套[6]。该项目建设地点位于医院建成区，用地面积较小，周边环境复杂，为满足辐射防护需要，减少对医院建成环境和医患的心理影响，项目核心区和对应治疗大厅、医护区均位于地下二层-10.5m的深度上，整个项目涉辐射空间仅剩两个14m高的设备转运大厅（兼高能爬升区）凸出地面（图3、4）。

图3 浙江省肿瘤医院重离子医学中心装置区和剖面示意图

模式二：将装置区加速器大厅及治疗区布置在建筑首层，与治疗相关的建筑入口大厅、患者等候区、诊疗区等围绕上述空间水平展开布置，建筑设计上强调疗愈空间与自然通风采光、室外绿化景观的相互结合，从而打造与自然共生的体验式医疗空间。由于无法再利用土壤辅助防护，且公众可接触的环境辐射剂量标准相较于地下土壤环境更加严格，该模式的辐射防护主要通过加强防辐射墙等方式（加厚墙体，中置钢板、铅块或采用重混凝土等）达到对应安全标准。考虑到将核心区设置在地下室可能面临诸如自然通风采光受限、空间体验和方向感差等问题，国外不少质子重离子中心采用了地上布置模式，比如法国安东尼拉卡萨尼中心、意大利特伦托质子治疗中心、日本北海道大野纪念病院和大阪重离子线中心等，我国近年来新建的部分质子重离子治疗中心也开始尝试该类模式，并陆续有建成项目投入使用，如武威重离子医院重离子治疗中心、合肥离子医学中心、一洲国际质子医学中心等（表5）。

表5 采用模式二的部分质子重离子治疗中心对比表

以一洲国际质子医学中心为例，该项目位于河北涿州一洲肿瘤医院内部，设备为IBA Proteus-Plus质子治疗系统[7]。项目建设用地比较宽裕，从为患者创造更加舒适的医疗体验的角度，建筑师将质子治疗中心核心区和等待区等辅助空间均设置于地面首层，质子装置等中心点位于高于地面1.25m的标高，即患者从治疗中心外进入治疗室无需再使用垂直电梯等设备，可从主入口、一次候诊、二次候诊无障碍平直进入（图5）。

图4 浙江省肿瘤医院重离子医学中心效果图

图5 一洲国际质子医学中心剖面示意图

模式三：在建设场地存在地形高差且其他条件允许的情况下，将装置区加速器大厅及治疗区等布置于半地下室，其中将带辐射环境的装置区和治疗室设置于地下部分，以充分利用土壤环境辅助辐射屏蔽，有效降低工程造价；同时将需要通风采光的治疗区等待大厅、休息室等空间与医护空间、诊断空间一起，设置于半地下室面向室外环境一侧，营造有利于病患疗愈和医护工作的舒适环境。该模式在一定程度上可以视为质子重离子治疗中心核心区布置的理想模式，能因地制宜地利用建设场地的不同有利条件满足治疗中心各部分不同的环境需求。不过该模式对建设用地的条件也有很高要求，并不能对当下类似项目有普遍的适用性。

广州泰和肿瘤医院（一期）质子核心区的布置基本符合模式三的设计思路。该项目结合西南侧原地形较高的特点，将质子核心区设置在地下一层，相应区域顶板上方预留治疗舱和回旋加速器吊装口，在顶部设置一定厚度的覆土层，既实现了有利于辐射防护的初衷，又满足了绿化率要求，恢复了一定的原始地貌，为整个医院提供了一处良好的疗愈环境[8]。而将治疗区、公共等候区、医技、病房等功能设置于面向室外的南侧和北侧，则有利于为以上空间引入自然通风采光和良好的室外景观（图6）。

图6 广州泰和肿瘤医院鸟瞰图

需要注意的是，质子重离子治疗中心核心区三种布置模式中（图7），装置区和治疗区的位置与布置模式有关，而其他部分（如图7中带＊的功能）则可根据工艺要求及用地情况等灵活地进行布置。

图7 三种布置模式示意图

4 影响质子重离子治疗中心核心区布置模式的因素

质子重离子治疗中心核心区布置模式选择需要综合考虑各类因素，其决策过程慎重而复杂，需要建筑设计团队与工艺团队、医疗团队共同探讨决定。一般来说，影响质子重离子治疗中心核心区布置模式的因素有以下两类。

4.1 外部因素

外部因素主要指项目建设用地条件、规划要求、周边环境、与医院其他功能衔接要求、工程造价限额、工程技术条件等。

（1）建设用地条件：指地质情况、面积大小、形状轮廓和容积率、密度、退缩要求等，该因素直接影响到治疗中心核心区能否与其他必须设置在地上的功能（如各出入口及其门厅、设备吊装转运空间、部分机电用房等）一同设置于地面首层。由于治疗中心核心区通常占地面积较大，形状固定且难以更改，常常出现因为建设用地的控制性指标如建筑密度、建筑高度等必须得到落实的问题，导致建筑师需要放弃采用模式二，转向考虑利用地下空间解决满足功能和控制性指标的方案。

（2）规划要求：诸如浙江省肿瘤医院重离子医学中心等项目，存在建设用地毗邻城市公园等城市重要节点的情况，为保证城市建设风貌，建筑师须尽量通过消隐治疗中心建筑体量以达到城市设计要求。

（3）周边环境：指用地周边的交通环境、居住区等，对用地周边环境，建筑师对其考量应该是双向的，即一方面需要减少周边环境中如地面脉动和人类活动的近距离干扰振动对质子重离子装置运行精确度的影响[9]，另一方面也需要考虑因质子重离子项目的建设而对周边环境产生的诸如景观视野、大型带辐射装置对周边居民产生的心理压力等问题。

（4）与医院其他功能的衔接：质子重离子治疗中心无论采取自成一个建筑单体还是附设于建筑主体内部进行建设，均需考虑与医院其他功能以地下通道、庭院、门厅、连廊等方式相连，因此该类型项目核心区的位置选择需要考虑其与医院其他功能的衔接要求。

其他如工程造价限额、工程技术条件等因素也会影响质子重离子项目核心区布置模式的选择。

4.2 内部因素

内部因素主要是指质子重离子治疗中心的核心功能需求、工艺设计要求、医疗流程要求以及与相邻其他放疗设备的相互关系等。

（1）核心功能需求：指质子重离子核心区详细的功能配置。质子重离子核心区的详细功能通常需要与使用方和供应商共同探讨，比如装置对于单室系统和一体化系统的选择，治疗室的治疗头角度和数量要求，治疗功能外的科研实验终端的要求等，以上直接决定了装置核心区占地面积和建筑高度的大小，进而影响了对其布置模式的选择。

（2）工艺设计要求：与普通民用建筑或其他医疗建筑不同，质子重离子治疗中心的设计有一定工艺限制性，即建筑师须结合粒子装置设备供应商的场地文件和工艺设计需求开展建筑创作。不同的装置设备厂家提供的产品对设备各部分布置位置有自身要求，建筑师对其任何修改均需与设备团队协商探讨，且一般情况下修改的空间不大。

（3）医疗流程要求：作为粒子装置使用方和治疗活动的组织者，医疗团队也会根据医疗流程要求、后续使用管理要求并结合医院现有设施和人员团队，对项目各功能的布置和流线有对应规定。

（4）与相邻其他放疗设备的关系：将质子重离子装置与常规放疗、影像检查、核医学科甚至BNCT装置等联合设置，形成统一管理的肿瘤放疗中心已经成为新近规划肿瘤医院的一大特点，由于主要的治疗装置之间暂时很难垂直叠加布置，而将大部分装置设置于地面又将过多占用基底面积等指标，因此在该情况下选择采用模式一是比较多见的做法，即利用地下空间布置含多个装置和配套的肿瘤放疗中心，并通过地下通道联系医院的其他功能。当然，在仅有一种治疗装置但配套了影像检查、核医学科等功能情况下，也可以采用模式二并通过地上连廊与医院其他功能联系。

5 人性化和经济性视角下的质子重离子治疗中心核心区布置模式对比

5.1 人性化视角下的质子重离子治疗中心核心区布置模式对比

医疗建筑应该为患者提供人性化的治疗空间、舒适的疗愈环境和良好的治疗体验，同步为医护和其他工作人员提供轻松的工作氛围。从人性化的角度看，质子重离子治疗中心核心区的布置模式一相对于布置模式二、模式三有一定的局限性，主要体现在以下几个方面。

5.1.1 对无障碍设计的影响

将装置核心区布置在地面首层或半地下室在无障碍设计方面具有天然的优势，由于质子重离子治疗中心绝大多数治疗活动均在粒子治疗区完成，患者可从治疗中心入口经入口大厅、各类等候区最后无高差地进入质子重离子治疗室，完成治疗活动，从而避免将核心区布置在地下产生的需要依赖无障碍楼电梯等垂直交通而产生的诸如使用不方便、效率不高等弊端。例如合肥离子医学中心，将治疗区和装置区结合入口大厅、接待服务用房等布置在首层，功能集中高效，使患者能够无障碍地迅速找到目的空间（图8）。考虑到肿瘤患者的症状特点，该布置模式尤其有利于使用病床、轮椅及其他行动不方便的患者，体现项目注重人文关怀、用户体验,设计趋向精细化和个性化的特点[10]。

图8 合肥离子医学中心首层平面及建筑外观

5.1.2 对自然通风采光的影响

自然采光与通风是地下医疗空间环境设计必不可少的一环[11]。良好的自然通风采光有利于形成开敞明亮的医疗环境，有利于肿瘤患者的疗愈。受制于地下空间的封闭性，将质子重离子治疗中心核心区尤其是治疗区布置于地下将使其无法像地面建筑一样从侧面开窗来解决自然通风采光问题，而单纯依靠人工照明和机械通风的地下空间容易形成压抑的气氛，无益于缓解患者紧张、悲观等情绪，也不符合低碳环保的理念。从目前国内已建或在建的质子重离子治疗中心看，越来越多的建筑师意识到该问题，并在其设计中通过于地下治疗空间植入景观庭院、采光天窗等方式，力求改善地下室医患使用空间的通风采光效果。

以妈祖质子重离子医院为例，设计方案在质子重离子治疗装置核心区所在的负一层布置了5个地下庭院和若干采光中庭，使得除涉辐射空间外的所有患者可接触的治疗空间均有自然通风采光和庭院景观[12]，同时，适当加高负一层的层高至7.5m,减少空间压抑感的同时有利于通风采光进入室内，在一定程度上可以被视作为改善自然通风采光而采取的措施（图9）。

图9 妈祖质子重离子医院地下景观庭院及采光天窗示意图

5.1.3 对空间体验和方向感的影响

相对于地下建筑，地面建筑或者半地下建筑在优化患者空间体验、强化患者空间方向方面具有优势，可以通过设计通高中庭、放大厅廊、各类形态的医疗街、与景观相互融合的公共空间等方式，丰富患者的感官体验，同时不同形态的空间也给患者提供了参照，有利于提升空间认知感和方向感，给患者以安全感和温馨感，对患者的心理和生理也能产生一定的积极影响。而地下建筑由于封闭性、建筑层高、结构柱网和消防规范等原因，在创造良好空间体验和方向感方面受到了极大的限制，这也是建筑师将质子重离子治疗中心治疗区设置于地下必然面临的问题。

5.1.4 对景观视野的影响

将绿化景观引入治疗空间的意义不仅仅是调节空间形态和拓宽景观视野，更在于打破室内空间的边界，通过室内空间和室外景观的融合渗透，吸引患者走出庭院，与环境产生互动，起到景观服务于患者康复的目的。

采用模式一将治疗中心核心区布置于地下显然增大了引入景观绿化的难度，目前通常的做法是打造下沉庭院，但是该举动提高了对建筑用地的要求，尤其在城区现有医院内新建的质子重离子治疗中心项目来说，由于用地紧张，周边现有建筑、功能和各向流线复杂，往往没有条件实现上述构想。以浙江省肿瘤医院重离子医学中心为例，项目位于该医院半山院区，院内建筑密布，建设用地仅有5800m2且形状不规则，在满足工艺要求和医疗流程的前提下，尚需考虑与周边建筑的安全距离，不干扰医院现有各类流线和使用功能。尽管费劲心思，设计方案在二层的地下室治疗区仅设置了3m宽的线性景观庭院（图10）。

图10 浙江省肿瘤医院重离子医学中心治疗区线性庭院

因此，尽管采用模式一将质子重离子核心区设置于地下在自然通风采光、营造空间体验和方向感以及引入景观视野等方面有一定的困难，但这些困难并非不可克服。在用地条件允许的情况下，建筑师通过设置下沉景观庭院、采光天窗，辅以室内照明和机电系统，亦能创造出与地上建筑空间相同的高品质治疗空间。

5.2 经济性视角下的质子重离子治疗中心核心区布置模式对比

由于城市的发展，医疗用地资源越来越宝贵，合理且充分利用建设用地成为医院建筑师面临的重要课题之一。另外，作为工程造价动辄高达几个亿的建设项目，质子重离子治疗中心的核心区布置模式对工程造价的影响也不容小觑。

5.2.1 建设用地利用的经济性

采用模式一将质子重离子治疗中心核心区设置于地下有利于建设用地的高效利用，而采用模式三将相应区域设于半地下室则在提高用地利用效率上有利有弊，具体体现在：

（1）模式一和模式三有利于高效利用地下空间，并将该区域与医院其他地下功能实现衔接：由于工艺的特殊性，质子重离子装置对结构荷载、结构沉降等要求极高，通常其核心区正下方的地下空间无法再设置设备机房、停车库等功能加以使用，即使勉强加以使用，基于防辐射要求的巨大结构构件也将大大降低空间使用效率，即采用模式二将项目核心区设置于首层的方案将无法有效利用建设用地的地下空间。目前国内尚未出现质子重离子治疗中心核心区下方布置功能空间的案例，该做法只出现在其他粒子治疗中心如东莞市人民医院硼中子俘获治疗中心项目，从最终效果看，由于辐射防护的要求，该项目在核心区下方存在厚达2m的楼板和尺寸巨大的柱子等构件，实际可利用的空间不大（图11），且工程造价极高[13]。

图11 东莞市人民医院硼中子俘获治疗中心剖面图及效果图

（2）采用模式一有利于缩小项目占地面积：将质子重离子治疗中心核心区设于地下室，有利于建筑师巧妙利用竖向上不同高度的空间布置入口大厅、影像检查、医护办公等功能，使得项目地面占地面积缩小。模式三同样具有上述优势，建筑师可以利用半地下室独有的“双首层”优势在不同楼层设置不同用途的出入口和功能，达到在垂直方向叠加设置功能并缩小占地的目的。如采用模式二，则需将项目核心区、入口大厅、设备吊装及部分必须设在首层的设备用房等空间在首层水平展开布置，对项目占地面积要求高。从实际建设情况看，目前采用模式二的质子重离子项目普遍占地面积较大。

（3）采用模式一有利于降低地面建筑高度：在没有其他功能要求的情况下，多数质子重离子治疗中心可以将建筑单体控制在24m以下，为多层建筑。如将核心区布置于首层或者半地下室面向室外一侧，则可能使该治疗中心地上部分超过24m,按现行消防设计规范需在环形消防车道的基础上布置消防车登高操作场地，进一步提高了对建设用地的要求。以重离子治疗中心为例，妈祖质子重离子医院核心区设置在地下-7.5m，地面屋顶高度为小于24m，但是采用相同重离子治疗装置的武威重离子医院核心区设置于地面，10m左右层高的加速器大厅上方根据工艺设计通常还需设置高能爬升段，该空间甚至高达18m以上，即采用模式二的武威重离子医院重离子治疗中心单体建筑高度高达28.5m（图12）。

图12 武威重离子医院重离子治疗中心剖面示意图

（4）采用模式一有可能使得位于地下的核心区不占用项目用地的容积率指标。核心区通常占地面积在3000m2～5000m2左右，如能向当地规划管理部门争取该部分不计算容积率，则将有利于进一步提高建设用地的利用效率。

5.2.2 项目工程造价的经济性

质子重离子项目工程技术要求高，为了实现项目的特殊要求，如防辐射设计、大体积混凝土防开裂、超高要求的结构防沉降、严格的防水性能和高精度预留预埋等，工程设计上均有对应的复杂措施，工程造价十分巨大，这也是这类有利于人类福祉的装备暂时未能大规模建设的一大原因。质子重离子治疗中心核心区布置模式对工程造价经济性的影响主要体现在：

（1）采用模式二将核心区布置在地上，直接的影响是该部分空间不再设置地下室，相对于模式一节约了用于基坑支护和土方开挖的费用，而模式三由于仅有部分功能设置于地下，基坑支护及土方开挖的费用介于模式一和模式二之间。以妈祖质子重离子医院为例，该部分占地面积约5375m2，深度为-7.5m,采用模式二可节省土方超过45000mm2。

（2）鉴于土壤环境有助于辐射防护，且土壤环境的屏蔽标准和公众可接触的环境的屏蔽标准存在一定差异，将质子重离子治疗中心装置核心区布置于地上不可避免地加大装置区辐射屏蔽墙的要求，需要加大屏蔽墙厚度、中置钢板或者采用重混凝土等，进而增加该部分的工程造价，对中置钢板精度、重混凝土配等技术要求也大大提高[14]。以妈祖质子重离子医院为例，经辐射防护计算，采用模式二的辐射屏蔽外墙在采用普通混凝土的同等条件下与模式一、三相比厚度普遍需增加10%左右，并局部需加设钢板等构件。

（3）将治疗中心装置区布置于地上，有利于降低装置区的防水难度，保证防水安全性，在一定程度上降低用于防水的工程费用。由于质子重离子核心区为带射线辐射的空间环境，水进入该空间易受活化污染，或对精密的加速器装置的安全产生严重威胁，因此项目对防水要求极为严格，需按一级防水进行设计且不允许结构表面有湿渍[15]。将核心区布置于地上并在周边布置入口大堂、医护空间、设备机房等，给装置核心区和外界水环境间增加了过渡缓冲空间，相当于对地下水和地上雨水等进行了一次物理隔离，有利于保证装置防水安全（图13）。

图13 治疗中心装置区防水压力对比

（4）考虑到加速器装置部分构件重量达到了20～30t,且尺寸巨大，需要复杂的空间和设备解决设备吊装转运问题，同时设备运输路线上涉及的结构荷载要求也大幅度提高。将治疗中心核心区布置于地上，即采用模式二或模式三有利于降低治疗设备重大部件的安装难度，增加安装灵活性，甚至可采用吊装和平推安装相结合的方式，大大减少对安装空间和安装设备的需求。

综上，对三种布置模式进行对比总结（表6）：在人性化方面，质子重离子核心区布置模式二具有天然的优势，但采用模式一可以通过下沉庭院等设计手法加以弥补。在经济性方面，采用模式一有利于建设用地的高效利用，而采用模式二则有利于控制项目工程造价。模式三能因地制宜地结合前两种模式的优势，满足核心区治疗部分和装置部分的核心诉求，然而该模式对建设场地本身的高差等条件要求较高。

表6 三种模式优劣势对比表

总结

作为“治癌利器”，质子重离子治疗中心的建设事业正蓬勃发展，对人民生命健康具有重大意义。由于工艺的特殊性和复杂性，质子重离子治疗中心通常在医院中单独成区，并契合目前肿瘤治疗多部门联合、诊断治疗一体化的治疗理念。质子重离子核心区未来可能存在多一体化系统而使核心区增大和设备小型化而使核心区减小两种趋势并存的情况。

核心区布置模式的选择对质子重离子治疗中心建设效果和建设成本影响甚大，最理想的模式是能充分利用地形特点因地制宜地将核心区布置于半地下室，一方面将装置区和治疗室等置于地下，以充分利用土壤对辐射屏蔽的辅助作用，另一方面将治疗区的等候功能与医护、诊断等置于面向室外一侧的部分，以充分利用自然通风采光和景观视野。然而当条件不具备时，需要建筑师在设计之初结合工艺要求、医疗流程及其他需求，从人性化和经济性等角度，对项目的建设条件和建设目的进行全面的分析，对各个因素进行谨慎的平衡，为项目的顺利建设铺设好坚实的基础。

图、表来源

图6、8：来自于网络；

其余图、表均由作者绘制。