雷神山医院的电气设计十二问

冯星明， 李 亮， 曾 诚， 王云鹏， 熊 江， 王 彦

（中南建筑设计院股份有限公司，武汉430071）

0 引言

2020年初，武汉爆发超强传染性新冠病毒疫情，全市各大医院病床告急，迫切需要在最短时间内建立专业化的呼吸类临时传染病医院。中南建筑设计院承接了武汉雷神山医院的建筑设计任务，该院位于江夏区军运村，建设用地面积约22万m2，总建筑面积约7.9万m2，包括负压隔离病房区、医技净化区、医护生活区、污水处理站、氧气站及配套用房等，病床总床位数为1 500床，可容纳医护人员约2 300人。

设计伊始，电气及智能化专业组织核心设计团队，查阅了所有相关设计规范、标准和有关资料，不分昼夜，仅用5天时间就圆满完成了设计任务。主要时间节点如下。

1月24日（除夕），接到设计任务，所有专业勘察现场，当晚建筑专业开始方案设计，电气及智能化专业组织设计团队，开始收集相关资料。

1月25日，晚间建筑专业提供医护生活区、隔离病房区建筑方案图及总平面图，电气及智能化专业根据建筑图纸立即制定设计原则，明确设计需求，确定设计方案。

1月26日，完成电气及智能化系统设计说明作为设计指导文件，完成医护生活区电气专业全套施工图。

1月27日，项目指挥部、主管单位及市卫计委召开智能化设计协调会，再次明确设计需求。

1月28日，电气专业与供电部门沟通，明确总图箱式变电站、柴油发电机组位置。完成室外电气总图，主要设备订货清单。智能化专业与运营商沟通，确定电话及网络接入点。

1月30日，完成隔离病房区及医技净化区电气施工图纸。提供雷神山医院全套电气及智能化专业施工图纸。

2月7日，雷神山医院完成验收。

2月8日，雷神山医院开始交付使用，医护人员及病人入驻。

1月29日，在即将完成雷神山医院的设计时，中南院收到了湖北住建厅关于负责《呼吸类临时传染病医院设计导则（试行）》电气、智能化这两章的编制任务。1月31日团队完成送审稿，经过专家评审2月3日对外颁布，以指导同类医院的电气设计。

为便于总结雷神山医院的电气设计经验及解释《呼吸类临时传染病医院设计导则》的电气、智能化章节编制思想，下文以疑难解答的方式予以阐述。雷神山医院总平面图见图1所示。

图1 雷神山医院总平面图

1 电气设计重难点分析——十二问

1.1 呼吸类临时传染病医院电气设计与普通医院电气设计有何区别？

呼吸类临时传染病医院除必须遵守一般医疗建筑的相关规范外，同时还需要遵守传染病医院的相关规范，但与一般传染病医院相比也有明显的区别和特点。

首先，呼吸类传染病医院需注意以下4点：（1）通风设备对于防止呼吸类传染病的传播特别重要，必须纳入特别重要负荷供电，除二路市电外，还须归入柴油发电机的供电范围；（2）医用气体对于肺炎病人而言属于性命攸关设备，也必须纳入特别重要负荷供电；（3）呼吸类传染病的传染性极强，消毒杀菌设备并不局限于一般洗消及洁净场所，几乎所有的医疗场所都必须考虑设置杀菌设备的电源；（4）医院按照三区两通道设计，电气管线及穿墙孔洞必须实施密封措施，以防止病毒的跨区传播。

其次，医院的“临时性”不能忽视，为挽救更多病人的生命，医院需要在最短的时间内建成，因此设计周期和建设周期都非常短，不能拘泥于国家规范条文，需要在不违背规范强制性条文的大框架下遵循快速、安全、通用的原则予以创新和改进：（1）精选电气及智能化系统设计内容，用不到的系统一律不设置，比如能源管理系统、智能照明系统、视频示教系统、信息发布系统、建筑设备监控系统等，但必需的系统不可缺少，比如医护对讲系统等，以加快设计进程，减少施工及调试时间。（2）电气系统必须简洁、可靠，推荐采用模块化设计。比如二台变压器和一台柴油发电机组成一个供电模组，保证高可靠性的同时，也满足设计快速，施工方便的要求；病房区按相似区块成组设计，可以设计套用，也便于组织施工。（3）电气设备必须满足简单可靠、施工快速、调试方便、货源充足的要求。比如采用箱式变电站及箱式静音柴油发电机组，相比室内机房，由工厂提前加工预制更方便施工和快速就位，检修也方便安全。另外，将变压器容量限制在800kVA及以下，就可以采用简单的熔断器保护，避免复杂的继电保护调试过程，施工快速而且供电可靠，同时货源很充足。

呼吸类临时传染病医院类似战时医院，需要打破常规，提前制定快速安全的设计原则，如果还是按照传统医院的一套模式按部就班设计，将会贻误战机，拖延工期，同时可靠性并未提高。如何合适地选择电气方案、合理地理解现有规范，是设计师，特别是电气负责人必须把握的重要选项。

1.2 如何进行负荷分级和负荷计算？

关于用电负荷分级，可以参照JGJ 312-2013《医疗建筑电气设计规范》以及GB 50849-2014《传染病医院建筑设计规范》相关规定，不再赘述。但本类建筑的重要作用是挽救病人生命，其供电负荷等级明显更高，比如通风设备及医用气体设备应纳入特别重要负荷。所以，为简化、快速设计，本项目并未完全按照规范中的负荷分级，而是按照建筑的分区来统一供电负荷等级，从而确定供电方案。

净化手术区、医技区、负压隔离病房区（电辅加热采暖设备除外）、医用气体设备、污水处理设备、消防用电设备、智能化机房等均确定为一级负荷中的特别重要负荷。除电辅加热采暖设备列为三级负荷外，其余的用电设备均按照一级负荷的要求供电。这样，既便于快速设计，又简化了供配电系统，提高了供电可靠性。

关于用电负荷计算，由于本类项目大量采用电采暖、电热水以及厨房电炊设备，所以，单位建筑面积的用电负荷比普通医疗建筑要大很多。由于本类项目以病房为主，电热水器不可能都处于同时加热状态，而空调采暖也会在达到预定温度后就处于保温状态，医护的电淋浴设备也是分时段使用。所以，采用合理的需要系数极其重要，可以得到合理的变压器装机容量，确定供电系统方案，并能节约投资，减少对供电部门的增容压力。

在设计前期，预估装机容量是规划供电方案非常重要的一环。本文即将雷神山医院的设计指标列出供同类型的建筑电气设计参考。雷神山医院采用了全电采暖，部分电热水以及电炊设备，变压器装机容量达到了 17 720 kVA，负荷密度为224 VA／m2。如果全部采用电热水，负荷密度可接近250 VA／m2。所以，对于同类项目而言，需要知道是否有天然气供应以及可利用的热源，由此了解是否有电辅采暖、电制冷、电热水、电炊设备，从而确定本项目的供电负荷密度，便于前期快速确定供电系统方案。根据不同的用电设备状况，分析总结得出同类项目的负荷密度区间在150～300 VA／m2比较合适，雷神山医院刚好处于其范围内。雷神山医院共设计有28台室外箱式变电站（合计17 720kVA）及11台室外箱式柴油发电站（合计6 870kVA）。供电网络示意图如图2所示。

1.3 如何规划供配电系统方案？

根据一级负荷的供电要求，应采用双重高压市电电源供电，由于本项目可以理解为急救医院，性质重要，故再采用两路电源，100%备供。为简化室外线路，高压电源采用环网式馈出。

对于特别重要负荷，除采用二路10kV电源供电外，另设置应急柴油发电机组，发电机组应在市电停电15s内自动启动并输出。为便于快速施工，宜采用室外箱式变电站及室外箱式静音型柴油发电机组，并分区集中设置。发电机组应自带日用油箱，并留有供油接口。

单台变压器及发电机容量不宜大于630kVA，最大不宜超过800kVA。变压器两两一组，同时工作，互为备供，负载率不宜大于60%。当一台变压器故障时，另一台变压器可利用其长期过载能力（约120%），承载两台变压器的所有负荷输出。

当条件受限时也可采用其他合适的方式。供电设备应按区分组，不能交叉供电。

柴油发电机宜选用与变压器相同的容量，按1台发电机与1组变压器对应配置。其出线宜在变压器低压总开关处自动切换。这样做发电机可以完全承载一台变压器的容量，保证医院的正常运行。同时，于变压器进线处切换，可以使系统简单可靠，操作与维修方便，可快速切换供电。另外，此容量的发电机组也是市场的常用型号，库存较大，容易订货。

1.4 低压配电系统设计应该注意什么？

依据上几节所述，医院的所有负荷（除电辅助采暖外）均需考虑两台变压器的备供，而成品的箱式变电站均是单台变压器，实现二台变压器之间的低压联络较为困难，若增加联络会增加施工周期，同时室外的联络电缆需要多根并联，也会增加施工难度和故障率，且变压器之间的投切采用手动方式也是不可接受的。因此，为实现变压器之间的切换，必然得采用二路低压电源引入建筑物进行自动切换方式供电。

对于手术室、抢救室、监护室等2类医疗场所的供电应采用末端切换的方式供电，同时设置UPS不停电电源。

负压区域的通风设备、医用气体设备、放射设备均应采用专线供电，且采用二路电源末端自动切换方式。放射设备的供电线路应满足设备对电源内阻的要求。

配电箱严禁设置于污染区，尽量设置于清洁区，以便于操作和维护。进线配电箱及区域配电箱等主配电箱必须设置于单独的房间或设备井内，并置于清洁区，且应有较短的距离通向室外，以方便电气维护人员进场检修。电气管井（设备间）也应设置于清洁区。难以设置在清洁区的例外，如病房配电箱需要设置于病房外的缓冲间门口，放射设备的配电箱设置于设备操作室内，这些都属于半污染区；对于病房区这个重度污染源区，除为单个病房服务的配电箱可设置于非污染区外，其他配电箱均不得在此区域设置。电气专业需要与建筑专业配合将电气设备间及管井设置于合适的清洁区内。

1.5 通风设备有何控制要求，如何实现？

通风设备的控制要求应以暖通专业提出的要求为准。主要须满足以下要求。

通风空调系统的电加热器应与送风机联锁，并应设无风断电、超温断电保护及报警装置。负压隔离病房的排风机应与送风机连锁，排风机先于送风机开启，后于送风机关闭。风机同时应与密闭阀连锁。

由于未设置设备自动化管理系统（BAS），因此，空调通风设备最好由专业设备厂商配套控制器，按暖通专业的控制要求设置好逻辑控制关系，预先调试好再送至现场安装。电气专业应按照暖通专业的要求，为相关配电箱的回路留好控制接口并提出详细的控制要求。

空气压差控制（清洁区、半污染区、污染区之间的空气压差）是非常重要的环节。从可靠性来讲，风机采用定压模式最佳，暖通专业在送、排风机选型及匹配时就通过计算压差确定了设备选型，无需电气专业采用自控方式来实现。如果采用变频风机，然后由自控系统来实现压差，虽然暖通专业设计简单，但会为后期复杂的检测、控制和调试带来麻烦，影响工期，且一旦控制系统失灵，其后果也不可想象。所以，雷神山医院的通风设计采用定压模式风机，经现场实测，其压差全部满足国家规范要求。对于电气专业而言，只需在现场设置压差显示报警装置即可，具体做法为：负压隔离病房应设置监视病房与缓冲间、缓冲间与走廊之间压差的装置，安装于病房缓冲间外走廊侧的门口，当压差失调时应能声光报警。

1.6 照明系统设计应注意哪些方面？

该类项目照明系统设计除传统的医疗照明内容外，需要注意的主要包括：灯具选择、灭菌器的设置以及应急灯的设置等。具体内容如下。

医疗场所应选择不易积尘、易于擦拭的带封闭外罩洁净灯具，不得采用格栅灯具。灯具采用吸顶安装，其安装缝隙应采取可靠密封措施。

病房内与病房走道设置夜间照明，宜在护士站统一控制。病房内的开关需兼顾老年人的使用，采用宽板按键式，离地高度宜为1.2m。病房卫生间的开关没有必要采用人体感应控制，因为病房已是全面污染区，单纯的不触摸开关不会起到防污染的作用，而且病房内的灯也是普通开关控制，感应灯开关在人体不动时会自动熄灭，反而会对病人不利。其他场所同理也无设置人体感应开关的必要。

医疗场所及其他需要灭菌消毒的场所需设置紫外杀菌灯或空气灭菌器插座。紫外杀菌灯应采用专用开关，不得与普通灯开关并列，并有专用标识，距地宜为1.8m。平时有人滞留的场所若采用紫外杀菌灯，宜采用间接式灯具或照射角度可调节的灯具。必须注意的是，冠状病毒的传染性极强，几乎所有的场所都可能会用到灭菌设备，应按照紫外杀菌灯的保护范围设置足够的紫外杀菌灯，未设置的场所预留空气灭菌器插座。病房照明、插座布置图如图3所示。

图3 病房照明、插座布置图

放射室、手术室、抢救室门上方设置工作警示标志灯。

隔离病房传递窗口、感应门、感应便器、感应龙头、电动密闭阀等设施需配合预留电源。

应急疏散照明系统应符合GB 51309-2018《消防应急照明和疏散指示系统技术规范》的要求。

手术室、抢救室、重症监护室应设置安全照明，其照度值为一般照明的100%。

重要的医疗设备机房设置带电池应急灯，1类医疗场所每个房间至少有一个带电池应急灯。电池备供时间不小于30min。

1.7 线路选型及敷设有什么要求？

普通负荷的电线电缆应采用低烟无卤阻燃型。消防负荷的电线电缆应采用防火型或低烟无卤阻燃耐火型。

线槽及穿线管应采用不燃型材料，开口处及穿墙的墙缝均应严密封堵。

线槽及穿线管可采用明敷方式。穿越污染区、半污染区及洁净区之间的界面时，隔墙缝隙及槽口、管口应采用不燃材料可靠密封，防止交叉感染。

1.8 防雷及接地系统有什么要求？

临时传染病医院的防雷、接地设计按现行的国家防雷及接地规范执行。

低压进线电源在入户后应实施重复接地，建筑物内采用TN-S系统。防雷接地、保护接地、功能性接地、屏蔽接地等共用接地系统。

建筑物实施总等电位联结。重症监护病房、手术室、抢救室、治疗室、淋浴间或有洗浴功能的卫生间等，应采取辅助局部等电位联结。

接地装置应设置于防渗膜的下面，不能破坏防渗膜的完整性。

1.9 智能化系统的设计需要注意什么？

为便于快速设计及施工，智能化系统宜只选择必需的子系统，并且系统的型式以简单可靠为准。此类项目宜设置如下系统：通信及计算机网络系统、综合布线系统、有线电视系统、安全防范系统、火灾自动报警及广播系统、呼叫信号系统等。并根据需要预留远程会诊系统。其他的智能化系统若无必要可不设以节省施工及调试时间。

其中，有线电视系统宜采用IPTV方式，并入综合布线系统；消防紧急广播与公共广播系统共用一套系统。FAS系统主要为火灾自动报警系统，按照有关消防规范来设计，无特殊要求。

设计分工：移动电话信号覆盖系统由移动运营商及承包商负责同步设计与安装。医疗净化区（监护室、手术室、检验室）等场所的各系统点位需与工艺设计密切配合，满足工艺需求。

智能化系统机房、消控室、监控机房等均应设置于清洁区，且有对外出口。

智能化系统的线槽及穿线管的口部应可靠密封，穿墙缝隙应严密封堵。

1.10 通信、网络及综合布线系统应如何设计？

设置内网、外网和设备专网三套网络，且均采用物理隔离，并采用冗余的网络架构。机房内内、外网核心交换机采用跳线连接，实现信息互通。

语音及网络信息点的设置应满足卫健委和医疗机构的要求，具体参见《呼吸类临时传染病医院设计导则（试行）》（湖北省住房和城乡建设厅于2020年2月3日颁布）。

无线网实现院区全覆盖，AP接于外网交换机，需同时生成2个SSID提供内、外网服务（内外网采用逻辑隔离）。

网络机房应满足信息化系统所需的机柜安装条件，并配置UPS、精密空调、门禁和环境监控等。信息中心需预留与疾控中心、应急指挥中心及政府管理部门的通信接口。

污水处理站预留网络及电话接入条件，便于水质在线监测。也可通过运营商的移动通信网络上传检测信息。

1.11 安全防范系统应如何设计？

院区出入口及室外道路、楼栋出入口、各单体公共场所、候诊、护士站、走道等处设置视频监控系统。

对病房区出入口，负压病房的医、患通道，污染与洁净区的过渡区设置门禁点，ICU及负压检验室缓冲间设置门禁点，并满足工艺A、B门联锁控制要求。

门禁控制系统应根据医疗流程进行设置。对负压病房的医、患通道，污染与洁净区的过渡宜进行控制，并应设置出、入人员的识别功能。识别须采用非接触方式。

当出现消防等紧急情况时，根据火灾自动报警系统的联动信号，所有设置互锁功能的门都必须能处于可开启状态，所有处于疏散通道上的门禁自动打开。

护士站及医生办公室设置一键报警系统。监控室应有声光警报信号。

对隔离园区的车行入口设置车牌自动识别的道闸管理，人行入口设置带身份识别的人行道闸。

1.12 呼叫信号系统有哪些设计内容？

隔离病房区的病患入口与接待室宜设置双向可视对讲系统，便于随时收纳病人及安排病房，减少病人入院等候时间。

病区的各病房与护士站之间配置双向对讲呼叫系统，病房床头设置呼叫终端，卫生间设置呼叫按钮。监护室、观察室等配置护士与病床之间的双向对讲呼叫系统；手术区配置护士站与各手术室之间的双向对讲呼叫系统；放射科的控制室与放射设备室之间设置单向对讲系统。

重症监护室设置远程移动探视系统，信号可由无线AP接入。其他病房则根据需要借用该系统，但通常需求不大，不必考虑单设，因为一般病人可以通过手机利用无线网与家属可视对讲。无线AP和监控摄像机如图4所示。

放射科分诊登记台设置排队叫号系统。

图4 无线AP和监控摄像机

2 结束语

呼吸类临时传染病医院属于国家或地区在爆发重大呼吸道传染病疫情的紧急状态下建设的医疗建筑，对于挽救病人的生命、控制疫情的蔓延具有重大意义。类似战时建筑，必须从战略的高度予以特别重视。应把握安全可靠、系统简洁、功能完整、技术通用、施工方便的设计原则，正确且合理地理解和执行现有的规范和标准，在设计过程中始终坚持安全、快速、合规的设计思想，发扬创新和拼搏的精神，在最短的时间内完成设计任务。望雷神山医院的设计经验，可以为其他项目提供借鉴和帮助。同时，我们也衷心希望，随着国家防疫机制的完善，以后永远用不到建设类似的医院，但必须有足够的技术储备以应对任何挑战！