公共卫生中心电气系统设计

关 劲 飞

(深圳市建筑设计研究总院有限公司, 广东 深圳 518000)

0 引 言

国家发展改革委、国家卫生健康委、国家中医药局联合印发《公共卫生防控救治能力建设方案》,提出将加强疾病预防控制体系现代化建设,实现全面改善疾控机构设施设备条件,致力于高效预防和妥善处置重大公共卫生事件,推进感染防控领域的医防结合,发挥区域医疗中心的优势。公共卫生中心一般由多个类别的临床医疗专科、疾病预防控制、血液中心、应急指挥中心、教学科研等多种功能结构相交融的建筑集群,集医疗、教学、科研、疾病防控、应急储备等功能“多位一体”,在经历全球疫情防控的形势下,项目的意义更加凸显。

1 项目概况

该项目由两个地块组成,大地块为临床医学中心,小地块为疾病控制中心,规划总建筑面积341 668 m2。其中,地下部分72 915 m2,地上部分268 753 m2;地下1层,地上塔楼层数最高14层。本工程属三级综合医院,设计总床位数为1 800床,设计日门诊量3 300人。主要包括地下室、公共临床卫生中心、疾控中心、液氧站1个和污水处理站2个。

公共卫生临床中心部分由4个组团组成:行政科教区、综合医疗区、传染医疗区及预留发展用地,功能涵盖急诊急救用房、门诊用房、医技用房、住院用房、行政科教用房、会议中心、配套服务用房、设备用房及机动车库。编制床位数1 800床,其中综合病区500床,慢性传染病区700床(含公安监管病区200床),烈性、急性及呼吸性传染病区600床。疾病预防控制中心包括业务办公楼、理化实验室、微生物实验室和P3实验室及应急物资储备库房。公共卫生医学中心效果图如图1所示。功能分区图如图2所示。

图1 公共卫生医学中心效果图

图2 功能分区图

2 供配电系统

2.1 负荷分级

在进行负荷分级时,需要参考的主要设计规范有GB 50052—2009《供配电系统设计规范》、GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》、JGJ 312—2013《医疗建筑电气设计规范》、GB 50849—2014《传染病医院建筑设计规范》、GB 50881—2013《疾病预防控制中心建筑技术规范》、GB 19489—2008《实验室生物安全通用要求》。国内规范根据对供电可靠性的要求及中断供电对人身安全、经济损失所造成的影响程度,将电力负荷分为一级负荷、二级负荷及三级负荷[1];而医院项目除了考虑供电可靠性,还应根据院方运营、各专项设计的相关需求,在进行负荷分级时,一般会稍高于国家标准要求。负荷分级要求如表1所示。

表1 负荷分级要求

2.2 供电电源及变配电所分布

公共卫生中心变配电方案应根据功能分布、管理单位权属不同,结合供电距离及用电负荷、业态等因素设计合理的供电系统,10 kV供电电源情况如下。

本工程总供电容量为38 900 kVA。其中,临床中心:供电容量为31 700 kVA,采用4路10 kV高压电源,每两路均引自不同市政变电站,4路电源运行方式为两用两备(单位面积综合装机指标约108 VA/m2,空调型式为多联机+分体机)。疾病控制中心:电容量为7 200 kVA,采用两路10 kV高压电源,引自不同市政变电站,运行方式为同时供电互为备用(单位面积综合装机指标约160 VA/m2,空调型式为多联机+分体机)。

高压电源接入位于一层的10 kV高压配电房,高压配电系统采用单母线分段接线方式,当主用电源检修或故障时,备用不应同时受损,且能保障本工程所有二级负荷以上的所有负荷。在项目东面地块预留疫情时建设方舱医院,本次总容量不包含在内,疫情时由市政配套接入高压电源,低压采用临时安装的箱变和箱式发电机为此地块供电。变电所一览表如表2所示。10 kV供配电接线图(临床中心)如图3所示。

表2 变电所一览表

图3 10 kV供配电接线图(临床中心)

2.3 变电所设计

变电所选址时主要依据GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》、GB 50053—2013《20 kV及以下变电所设计规范》等,考虑负荷等级、功能分布、负荷集中区域的情况。

(1) 方便高压进线和低压出线及设备的运输、装卸及搬运,避免将变电所设置在低洼地势和积水的场所。

(2) 靠近负荷中心或大容量设备处(供电半径一般不宜超过250 m),节省低压电缆长度,并减少末端电压损失、电能损耗及保护灵敏性。

(3) 应避开建筑物的伸缩缝、沉降缝等位置,不应设在厕所、浴室、厨房或其他经常积水场所的正下方,且不宜与上述场所毗邻。

(4) 不宜与有防电磁干扰要求的设备及机房毗邻或位于其正上方或下方。

该项目院区占地东西向跨度较大(约500 m),功能多且仅有一层地下室,根据当地供电局要求及《粤建规函〔2018〕1752号关于加强变电站、配电房防洪防涝风险管控的通知》,所以变电所设置在首层。由于医院项目首层基本满铺医技、门诊等功能用房,变电所选址更困难,除满足以上的要求外,还要满足建筑方案功能布置、整体效果的美观性,电气专业的合理经济性,且应避免设置在病房或重要医疗用房的正下方或贴邻,经多轮配合沟通,变电所设置在医院的背入口面,尽量减少医院正立面效果及医疗功能流线的影响。

实际项目设计中,首层设置变电所时还需注意正上方是否有排水点(例如洗手盆等),可与给排水专业协商调整错开,如无法错开,由于排水管不能直接向下穿越电房异层排水,水专业一般采取降板同层排水方式。降板范围往往是比较大的,若降板内的排水管破裂,降板区域会形成一个蓄水的大型沉箱,哪怕有二次排水措施也很难完全不积水且很难被管理维护人员发现,此时下层变电所有较大的安全隐患。

综上要求,建议电气同行在首层设置变电所时尽量让上层排水点避开变电所区域,无法避免时应注意提资建筑,在降板排水范围下方增设土建夹层,且夹层要满足进人检修和设置排水措施,避免因施工工艺差导致底板破裂,积水直接渗透流入下层或可能导致变电所顶板结露。夹层板剖面示意图如图4所示。

图4 夹层板剖面示意图

2.4 应急电源

2.4.1 柴油发电机

公共卫生中心普遍存在规模大、复杂程度高、功能区域多、供电要求高、用电需求种类多等特点,确定柴油发电机组的供电范围,根据功能分布、用电性质及保障范围确定发电机选型,尤其传染病医院内有大量涉及患者生病安全的医疗设备(如手术室、ICU、呼吸性传染病房及门诊、负压通风设备等用电设备)[2],除应设计双路电源外还应自备应急电源,故柴油发电机组设计功率往往比综合医院要大得多。发电机选型计算除了保证一级负荷中特别重要负荷、消防负荷的供电外,应考虑医院的一般保障负荷,即能够保障病患生命安全以及维持医院运行的负荷在双路市电全部失效的情况下,医院的保障负荷能够维持工作,能最大限度地保证病患生命安全和减小财产损失,并使医院在最低状态下维持运转。

根据负荷计算,该项目临床中心(综合医院)设置两台1 000 kW柴油发电机,临床中心(传染病医院)设置3台1 200 kW柴油发电机,疾控中心设置1台1 100 kW柴油发电机。室外设置卧式埋地储油罐,满足机组连续运行24 h储油量,并且在每个变电所应急母线段预留移动充电车供电接口。柴油发电机一览表如表3所示。

表3 柴油发电机一览表

2.4.2 UPS不间断电源

根据JGJ 312—2013《医疗建筑电气设计规范》中表3.0.2,对于一级负荷中特别重要的负荷(如手术室、重症监护病房、血透室等),要求自动恢复供电时间t≤0.5 s,柴油发电机(起动时间一般在15 s内)不能满足该类负荷恢复供电时间要求,为避免重要医疗设备供电间断,故末端还须采用不间断电源(UPS)供电。

集中和分散设置的选择:医院的UPS可集中设置或分区域集中设置,还可以在医疗设备末端分散设置。集中设置所需要的UPS供电设备数量比较多,距离较远,且分散的情况下若是选择集中设置的方式,虽然可以减少机房设计占地面积,但会由于UPS供电出现距离比较长;若选末端分散的设置方式,缩短了原有的供电距离,但是因机房数量增多,最终总面积较大,小面积机房的结构荷载、通风条件以及环境温度等均需要满足规范要求。建议根据该工程负荷分布的特点,采用分区域集中的方式设置不间断电源,比如对于手术室、ICU、血液透析室等UPS使用容量较大的场所,建议按科室集中设置UPS对电源转换期间进行保障,UPS的备用时间一般在15～30 min。

3 低压配电系统

3.1 烈性传染楼配电干线系统

本项目A01栋为烈性传染楼,一层为烈性传染病门诊,二层为烈性ICU,三～六层病房区均为呼吸类传染病的负压病房,其门诊诊室、病房护理单元、负压隔离病房、负压通风系统、检验室等除采用双路市电电源末端切换外,应接入柴油发电机重要母线段[3]。按照动力与照明分开供电、消防与非消防负荷分别供电、医疗用电与普通用电分开的原则设置供电系统。烈性传染楼配电干线系统图如图5所示。

图5 烈性传染楼配电干线系统图

3.2 烈性传染楼管井及管线设计

烈性传染病区必须采取负压病房,负压病房区采用三区两通道[4]布置方式。三区是指清洁区、半污染区、污染区;在清洁区与半污染区、半污染区与污染区之间建立两个缓冲带;两通道是指医护通道和病人通道,两者封闭式隔断,界限分明。洁净物资、医护人员进出通过医护通道,而病患、医疗废弃物则经过病患通道,两者互不影响,避免交叉感染。

(1) 传染楼电气竖井宜设置于清洁区[5],配电箱、控制箱宜设置于配电室、设备机房或电气竖井内,不应在不同污染等级区域间的隔墙上安装,因为区域内医护及管理人员均需穿防护服工作,不便于电气设备操作管理、检修和维护。

(2) 传染病房的密闭性对周围环境和医护安全有重要意义,因此在设计施工时,管线密闭措施十分重要,电缆桥架、线槽及穿线管穿越不同洁净等级、气压等级区域时(比如电气管线从清洁区穿到半污染区、从半污染区穿到污染区以及在污染区病房之间相互穿越时),隔墙(楼板)的缝隙及槽口、管口应采用无腐蚀、不燃、弹性密封材料封堵[6],做密封处理。传染病区平面的分区示意图如图6所示。

图6 传染病区平面的分区示意图

4 结 语

公共卫生中心项目与常规的综合医院项目不一样,一般由多个类别的临床医疗专科、疾病预防控制、血液中心、应急指挥中心、教学科研等多种功能结构相交融的建筑集群。公共卫生中心一般会有多个行政管理部门及业主单位,强弱电初始方案需要与后期接管单位充分沟通具体需求,比如高低压计量、变配电及智能化系统分合设置等要求。传染病医院设计供电方案时要关注空调通风系统,中央冷水机组系统和分体机系统的电量会差别很大(而传染病住院区为了减少交叉感染,往往倾向选择小系统-分体空调),前期需要与暖通充分沟通配合,确定合理的变压器和柴油发电机容量。由于传染病房区的三区(清洁区、半污染区、污染区)需要通过新风形成负压,负压/负压隔离病房的空调通风换气次数也较常规病房大得多(6次/12次),则其新风设备及冷源选型、供电电缆均是比较大,故电气管井提资时需要充分考虑配电箱、电缆桥架所需的安装空间。