一种车载负压医疗方舱结构设计及验证

周文强，谭 伟，施晓松

一种车载负压医疗方舱结构设计及验证

周文强，谭 伟，施晓松

（陕西德仕汽车部件（集团）有限责任公司，陕西 西安 710200）

为有效缓解因突发公共卫生事件而导致的医疗资源短缺问题，以达到快速解决轻症患者收治问题的目的。文章介绍了一种车载负压医疗方舱，利用专用车辆搭载，能够满足医用方舱其机动性、快速维修性、应急性等方面一直存在的局限性。通过三维数模搭建、总体方案设计、工作原理、方舱结构以及各系统的功能设计，经计算校核风量、制冷、制热量、光照强度等验证。结果表明，各项性能符合设计要求，满足客户使用需求。

模块化设计；车载负压；医疗方舱；专用车；新风系统

公共卫生安全事件会给人民生活带来严重困扰，其具有多点散发的特点，为了缓解医疗资源短缺，国家在多地建立多所方舱医院，快速有效地解决了确诊轻症患者的收治问题，从而实现最大限度救治患者的目标。方舱医院在全国公共卫生应急保障中发挥着重要作用，常规方舱医院建设周期较长，又不适用于临时性的散发病例隔离收治，而模块化方舱系统与车辆结合，即可实现拆装、转移、多式联运等作业方式，为车载负压医疗方舱提供了技术可行性，因此，需对此命题进行进一步深入探究。

1 总体方案介绍

1.1 机动性设计思路及规范要求

车载负压医疗方舱适配12.4 m骨架车，可实现便捷转运，具有灵活机动、功能完善、性能可靠、自我保障性强等特点[1]，依据《救护车》（QC/T 457—2013）和《救护车》（WS/T 292—2008）标准要求选择防护救护型布局结构，以确保满足设备（包含救护设备）、相对压强、过滤、效率等方面的规范要求[2]。

1.2 舱体内部结构

舱体内部需具备密封、持续负压、防雷雨特性，舱体机构、附件需具备通用性和互换性，以便满足陆运、铁路转运，方便快速装卸。

空气过滤采用新风系统，每个区域设置独立进风口（单向气流），采用“初效—中效—高效”三级过滤方案，上送下排，以确保其对舱内气态污染物中的病毒等细菌气体进行过滤净化，从而达到患者治疗所需的医疗条件标准。内部空气静压差、新风量、温湿度等应可调整，所有舱门选用气密门，门锁要有互锁功能，保证每次只能打开一扇门，同时设置自救解锁按钮，紧急状态下可解除门互锁及锁定逃生。门上设置限位装置，并将其安装在门上沿，此结构形式具备抗风能力，限位装置在舱壁及舱门上的安装位置具有足够的刚度，内部设置埋铁，其与舱壁及舱门内部的骨架连接可靠，同时舱门开启角度不小于 110°。

2 方舱系统结构方案设计

2.1 组成及功能

车载负压医疗方舱用于突发性公共卫生安全事件，能快速有效地收治确诊轻症患者，并根据每位患者的具体情况进行转运、隔离、治疗等，以改善医疗资源不足的现状，转运过程中可以有效地阻断病毒传播，同时保护医务人员的健康安全。

车载负压医疗方舱主要由方舱结构系统、新风空气处理系统、消杀系统、智能控制系统、废物收集设备、配套医疗设备六个部分组成，其中方舱结构系统用于提供负压密闭厢体，为病患及医护人员提供居住环境，同时为医疗设备提供安装平台和空间，满足设备承载要求；新风空气处理系统为厢体内部提供安全新鲜的空气，并对排气进行过滤；消杀系统用于对隔离服等进行消毒杀菌；智能控制系统用于对氧气供给、隔离门的互锁、舱内医疗器械及设备及的启停及状态进行检测和控制；废物收集设备用于收集医疗污染物；配套医疗设备用于对隔离病患提供日常监护和急救。

2.2 新风系统工作原理

新风系统工作原理如图1所示。外界空气经安装于设备间的新风机组过滤器进行过滤，确保进气中已不再含有病毒、细菌可传染物质，冬季时过滤器空气进入加热器进行加热；夏季时，过滤后空气进入安装于设备间的冷凝器进行冷却，春秋两季根据情况自行选择调整，过滤后气体进入新风机组，经风道被送至病房区和休息间，风量根据具体需要调整后进入室内。病房、休息间空气经过滤后再排出外界。

图1 新风系统工作原理示意图

2.3 整车技术性能参数设计

整车严格遵守《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB 1589—2016）[3]、《机动车运行安全技术条件》（GB 7258—2017）标准[4]的相关要求，外形尺寸满足国际标准集装箱尺寸的相关规定。车载负压医疗方舱必须满足1～4名患者及配套医护人员同时转运、隔离、治疗的需求，同时具备不少于8 h的氧源储备（17 L/min的氧气供应量），对粒径为0.25 μm的微粒气溶胶过滤率大于99.96%，同时对舱内气态污染物（含排放物）中病毒细菌净化率达到99.99%，各功能区的微风速应小于0.26 m/s，其中感染源上方的微风速应0.1～0.26 m/s。

2.4 整体及各部件装配方式

方舱六块箱板装配方式，以及角件和角形件的连接方式均采用标准结构设计，舱门、安全门及采光窗采用通用化、模块化设计，可实现多式联运定点投放，运抵目的地后简单进行维修安装即可快速投入使用。病房区设置安装病床固定接口，该接口易于实现病床与方舱底板快速对接固定且易于拆装，同时该接口可对接两把舒适性强的座椅，以方便将病床改装成座椅，从而实现转运轻症患者的目的，提高后期更换病床或座椅的作业效率。

3 方舱内部结构及整箱布局设计

3.1 方舱内部各区域箱板结构

方舱内部各区域箱板结构采用冷藏保温车现有成熟技术结构，内部预埋高强度结构型材作为整舱骨架，中间为聚氨酯保温材料，内外部使用高强度复合材料作为壁板，方舱各个顶点加装8个集装箱角件用于实现吊装、运输锁止、固定、承载等作业。

3.2 整体强度、气密性和机体散热性

方舱内部各区域隔断加装加强立柱，防止振动后因受外力冲击引起的气密性失效，病房区域左右两侧各设置两个密封窗。设备间、排气机组区域底板以及与外部连接部分无需安装保温层，且墙体需安装通风散热装置。

3.3 分区及布局

设备间用于布置安装不间断电源（Uninterrup- tible Power Supply, UPS）、新风系统机组、过氧发生器、汽油发电机组等；储物间用于安装储存辅助医疗设备；病房区用于患者隔离、治疗、休息等；消杀区用于布置安装消杀设备，对医护人员出入病区进行消杀作业；更衣室用于医护人员进出病区更换防护服、防护装备；休息区用于医护人员的休息、观察病房患者实时动态；排气以及氧气机房、配电机房用于储氧供氧、排气机组和整舱配电设备的布局安装。车载负压医疗方舱设备布局如图2所示。

1—冷凝机组；2—UPS不间断电源；3—新风机组；4—汽油发电机；5—辅助医疗设备；6—陪护椅；7—病床；8—地漏；9—排气机组；10—电气柜；11—氧气柜；12—干式座便器；13—吸氧面板及对讲系统；14—消杀设备；15—吊顶及电气线路；16—座椅；17—折叠桌；18—监控显示屏。

4 分系统设计

4.1 电、气、液模块化设计

1）方舱的电路全部采用线槽式的明线结构，在遇到突发情况或后期需要临时改造时，可快速拆装并重新布置安装，同时采用集中控制设计理念、人机工程设计，集合电压控制、漏电保护等功能，界面友好、可视化程度高，便于操作。

2）方舱的送风、排气、废气处理等管路采用特殊结构设计并进行区分标记，在特殊紧急情况下便于问题的快速排除，提高产品后期维修性和施工工艺性，同时各气路采用自动控制并检测异常报警，对于氧气压力过低、送风不畅、废气过滤精度异常变化会及时报警处理。舱体产品从标准化、模块化方面易于作进一步技术优化。

3）方舱废水、废液收集于污水收集箱，经特殊设备处理后达到排放标准可自行进行排放，同时管道安装污染物浓度传感器，可随时检测排放是否达标，确保排放物安全、环保。

4.2 配电控制系统

4.2.1供电方式

在正常情况下，整舱工作时使用市电；因突发情况断电时，则使用UPS不间断电源；在野外特殊情况下，工作时使用汽油发电机。

4.2.2配电控制系统功能

设备接地的目的是保护输入设备，防止雷电浪涌和直击雷，在负压方舱顶部合适位置设置发光二极管（Light Emitting Diode, LED）灯，灯的选型美观大方，开关设置在门附近，方便操作，且所使用的接触器、断路器、继电器、电源模块、开关、按钮等均采用高性能、高可靠性的元器件，可满足-20～+50 ℃温度内正常启动与工作。消杀控制开关设置在休息间，开关具备定时功能，配电箱具备显示当前供电电压值、各支路供电电流值的功能；配电柜采用一体化机柜，配电与控制功能二合一的电控柜，内部具备直流配电、交流配电、控制、环境监测等功能，可向系统主要医疗设备、照明、新风风机、排气装置等设备提供电力，配电柜各工作区和主要设备供电都可以单独控制，具有电源过压、过载、缺零保护，具备防浪涌及防雷等接地措施，配电柜内设有电压表、电流表、控制开关、指示灯等，可观察电网电压和系统设备供电状态。配电表用于外接电源时电量计算，安装在电控柜内。

4.3 新风系统进排气

4.3.1风量计算

经计算，方舱内部容积约为53 m3，换气频率要求达到12次/h，新风机组风量经计算为636 m3/h，初选进风量为1 000 m3/h的新风机组。

4.3.2加热器功率计算

空气质量计算公式为

=×（1）

式中，为空气质量；为空气密度；为空气体积。

按照上述公式计算可得空气质量为60.63 kg，另外加热管热量计算公式为

=×(2-1) （2）

式中，为空气比热容，取值1.01 kJ/kg·℃；2为目标温度，取值26 ℃；1为初始温度，取值-20 ℃；为空气质量。按照上述公式计算可得加热管热量为2 817 kJ，另外加热器功率计算公式为

式中，为加热器功率；为考虑加热器热效率的裕度，初选裕度为1.5；为加热管加热量。按照上述公式计算可得加热器功率为1.18 kW，初选加热器功率为1.2 kW。

4.3.3冷凝器制冷量计算

冷凝器制冷量计算公式为

×250 （4）

式中，为凝器制冷总量；为制冷面积；250为单位面积制冷量，W/m2。按照上述公式计算可得，冷凝器制冷量为5 750 W，经查询1 470 W（2匹）空调制冷量为6 250 W，初选1 837.5 W（2.5匹）空调，其功率为1.837 kW。

4.4 光照度计算

光照系统的光照度公式为

式中，av为照度；为灯光通量，取80 Lm/W；为灯具数量；U为利用系数，取值0.4；F为维护系数，取值0.8；为光照面积。病房照度设计校核显示，病房初定四盏LED灯，功率为30 W。病房照度按照上述公式计算可得照度为183 Lux，符合要求，其他区域经校核照度也满足要求。

5 结束语

本次设计的车载负压医疗方舱科学合理，能够满足产品在应用场景中的主要技术指标要求，所涉及的气密技术、保温技术、新风换气技术、智能监控及控制技术均得到有效落实，可靠性、维修性、保障性、安全性和环境适应性设计措施有效，元器件和配套件符合有关规定并有稳定的供货来源，风险可控，能够指导样舱试制。

[1] 王洪杰,于霞,王振宇,等.智能拓展医疗移动方舱[J].中国医学装备,2020(5):197-200.

[2] 张治红,宋淼,郭颖.疫情防控紧急条件下负压救护车的设计制造[J].专用汽车,2022(5):53-55.

[3] 国家标准化管理委员会.汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值:GB 1589—2016[S].北京:中国标准出版社,2016.

[4] 国家标准化管理委员会.机动车运行安全技术条件: GB 7258—2017[S].北京:中国标准出版社,2017.

Structural Design and Verification of a Vehicle-mounted Negative Pressure Medical Shelter

ZHOU Wenqiang, TAN Wei, SHI Xiaosong

( Shaanxi Deshi Vehicle Components (Group) Company Limited, Xi'an 710200, China )

In order to effectively alleviate the shortage of medical resources caused by public health emergencies, the purpose of quickly solving the problem of admission of mild patients has been achieved. This paper introduces a vehicle-mounted negative pressure medical shelter, which can meet the limitations of medical shelter in terms of mobility, rapid maintenance and emergency. Through the three-dimensional mathematical model construction, overall scheme design, working principle, shelter structure and functional design of each system, the air volume, refrigeration, heating capacity and light intensity are verified by calculation, and the results show that the performance meets the design requirements and meets the customer's use requirements.

Modularization design;Vehicle-mounted negative pressure;Medical shelter;Special vehicle;Ventilation system

P634.3+3；U462.2+5

A

1671-7988(2023)10-96-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.020

周文强（1987—），工程师，研究方向为汽车零部件、专用车上装、产品设计及产品开发，E-mail:35038 4056@qq.com。