口腔专科医院电气设计与应用

2023-01-10杜万里

现代建筑电气 2022年10期

关键词：弱电管线负荷

杜万里

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

0 引言

随着我国经济水平的快速发展,口腔疾病越来越受到重视[1],口腔医院与口腔门诊的建设也得到了国家强有力的政策文件支持。本文结合工程实例,对口腔类医院电气设计的自身特点和特殊内容进行介绍。

1 供配电系统设计

1.1 项目概况

本工程为三级甲等口腔专科医院,为一类高层建筑,总建筑面积达4.5万m2,其中地上建筑总面积3.3万m2,地下建筑总面积1.2万m2。地下室为放射科、厨房餐厅、设备机房、车库等。地上建筑包括门诊综合楼、科教中心,其中门诊综合楼主要功能为门急诊、中心供应、手术中心、住院、科研、办公等。科教中心包括教学、行政、报告厅等。

1.2 负荷分级

医疗建筑供配电系统的负荷等级应根据医院的标准等级、负荷性质、用电容量以及当地的供电条件,并适当考虑项目的中远期发展需要,合理确定工程的负荷分级与供配电系统设计方案[2]。本项目为一类高层公共建筑,楼内负荷等级分为一级负荷中特别重要负荷、一级负荷、二级负荷及三级负荷,具体用电负荷分级参考并满足医疗建筑电气设计规范(JGJ 312—2013)等规范规定。

1.3 供电电源

为满足项目中一级负荷的供电要求,本工程从市政电网引来两路10 kV独立电源,两路电源同时使用,互为备用,高压不设联络。变压器低压侧采用单母线分段方式运行,电气加机械联锁,平时分列运行,当一路电源故障时,另一路电源不应同时受到损坏,并能承担所有一二级负荷的用电需求。

根据建筑功能和负荷分布,在本项目地下室设置两座10 kV变电所,变压器的总装机容量为5 700 kVA。10 kV变电所变压器负荷计算表如表1所示,其中1#变电所有两台1 600 kVA变压器,2#变电所有两台1 250 kVA变压器,单位建筑面积负荷指标为125 kVA·m-2,并考虑了未来室外待建小型单体建筑的容量预留。

经与院方多次沟通,医院未来会进行颌面外科手术且手术时间持续较长,规范中也规定三级医院应设置应急柴油发电机组且其供油时间应大于24 h,因此为保证楼内消防负荷及一级负荷中特别重要负荷的供电可靠性,本工程在地下1层(非最底层,下有地下2层)设置了1台400 kW(常用功率)应急柴油发电机组,10/0.4 kV供电网络示意如图1所示。由于布置在民用建筑内的柴油发电机房不应布置在人员密集场所的上一层、下一层或贴邻[3],医疗建筑大多数区域均属于人员密集场所,因此本项目中柴油发电机房设置于地下一层的纯地下室区域,即地上建筑投影线之外。

表1 10 kV变电所变压器负荷计算表

图1 10/0.4 kV供电网络示意图

根据医疗建筑电气设计规范规定,要求中断供电时间不大于0.5 s的一级负荷中特别重要的负荷应设置不间断电源装置(UPS),宜为在线式,以满足楼内急诊抢救室内重要设备、信息中心重要设备、通信网络机房设备、安保监控系统、弱电机柜、手术部设备与照明等区域内设备供电切换时间要求。本项目在相应区域分别设置了集中UPS系统。在有柴油发电机组作为后备电源的情况下,UPS保供时间30 min,具体系统设置如下。

第一套UPS系统为手术部的设备、照明等提供不间断电源,UPS1系统容量为120 kVA,手术部、中心供应等区域通常后续会由净化专业进行深化设计,因此本次设计配合预留电源以及UPS房间荷载与容量等。

第二套UPS系统为急诊抢救室区域设备提供不间断电源,UPS2系统容量为30 kVA,配电箱设于1层急诊区域房间内,急诊区配电箱系统图如图2所示。

第三套UPS系统为信息机房的重要设备提供不间断电源,UPS3系统容量为200 kVA。

图2 急诊区域配电箱系统图

第四套UPS系统为科研机房提供不间断电源,UPS4系统容量为40 kVA。

第五套UPS系统为消防安保控制室安防设备提供不间断电源。UPS5-1系统容量为40 kVA,为弱电间机柜供电电源采用集中UPS,UPS5-2(设于消防安保控制室)系统容量为85 kVA,弱电总配电箱系统图如图3所示。

2 特殊配电要求

2.1 牙椅配电

牙椅的整体布局共分为4种:典型门诊区(开放式牙椅)、典型门诊治疗室(数个牙椅一组)、特需门诊(专家诊室)、手术室(洁净手术室)。

两种品牌牙椅预留管线在牙椅地箱内的布置如图4所示,通常包含如下内容:① 电源管,电源线2.5 mm2至配电箱,接地电阻不大于0.1 Ω,牙椅满载功率为1.5 kW;② 压缩空气管;③ 进水管;④ 下水管;⑤ 负压管;⑥ 负压通信线管,负压通信线2芯1 mm2至负压泵。本项目有上百台牙椅,负压泵组在正常营业时间内基本都处于常开状态,负压通信线数量、敷设距离以及敷设路由所需空间较大等内容可不再予以考虑;⑦视频信号线管,接至牙椅诊室电脑。

图3 弱电总配电箱系统图

图4 两种品牌牙椅地箱预留管线布置示意图

目前牙椅生产厂家较多,不同厂家对预留管路规格的要求会有不同,三种品牌的预留管路管材、管径规格对比如表1所示。

牙椅诊室处有大量管线,对于电气专业而言,在每个牙椅处均应考虑牙椅电源、台盆热水插座、诊室电脑插座、诊室电脑信息语音插座等设计内容及配电管线。鉴于近年大型口腔医院的大空间诊疗区域多以降板为主,本工程强电管线、弱电管线、给排水管线、口外负压等区域管线均在降板空间内进行敷设,因此需要合理分配降板空间内各专业管线的路由走向,尽量避免管线重叠交叉。经过管线综合,本工程最终确定电气管线、给排水管线等敷设于医护通道,口外负压管线等敷设在病患通道,以实现门诊区域降板空间内的各种管线的分配与布置。

表1 三种品牌的预留管路管材、管径规格对比表

2.2 医疗系统配电

医疗设备对安全可靠性要求很高,部分用以维持生命的重要医用设备一旦失电将造成严重后果,因此手术室、急诊抢救室、重症监护室、心血管造影检查室等2类医疗场所,用于维持生命、外科手术、重症患者的实时监控和其他位于患者区域的医疗电气设备及系统的回路,医用电气系统和设备均采用局部IT系统供电。医疗IT系统由单相隔离变压器、直流稳压电源模块、绝缘监视仪、外接报警显示仪、绝缘故障定位系统等构成[4]。根据实践经验及IEC推荐参考数值,隔离变压器额定容量为0.5～10 kVA,可根据实际医疗用电设备的实际情况进行调整[5]。

2.3 诊疗设备配电

常见大型医疗设备的用电负荷共分为断续工作制与连续工作制两类,其中X射线诊断机、CT、DR、DSA、DR、数字胃肠机、钼靶等属于断续工作制;X射线深部治疗机、X射线浅部治疗机、X射线介入治疗机、MRI、后装机、直线加速器等属于连续工作制[6]。对于断续工作制医疗用电设备,不应将设备最大功率作为额定功率进行负荷计算,且应保证不同厂家医疗设备对交流变压器、交流电流、移动铁磁性物体距离要求,并要满足诊疗设备对电源内阻或线路允许压降要求,检查室内设备布置及管线由屏蔽单位统一考虑。

为避免大型医疗设备运行时产生大量谐波,进而对院内重要检测、监测仪器产生干扰,造成电能损耗、引起变压器噪声较大等问题,建议设置有源滤波器或者电气综合治理装置对谐波等进行治理,并宜将治理装置设于谐波较大的设备末端配电回路处,用以改善电能质量,降低对其他设备的影响。

本项目在CT控制室处设置2个配电柜,一台配电柜用于CT主机供电,另一台配电柜用于其他辅助设施用电。在现场设置电能末端治理装置,以实现调整无功、消除电压闪变与波动、抑制谐波污染等功能,其中CT主机配电箱系统图如图5所示。

图5 CT主机配电箱系统图

2.4 5G配电

运营商无线覆盖系统考虑接入5G信号,因5G系统损耗较大,末端设备用电量较大,需充分考虑弱电间及运营商无线覆盖机房的电量预留和弱电间内的各种设备的空间规划。弱电间内安装主要考虑运营商信号源、配电箱、光缆ODB箱等设备,各楼层的弱电水平桥架及垂直桥架路由应计入各家运营商无线覆盖系统布线所需空间,建议安装时不同运营商的设备尽量错层安装,以使每层供电需求较为均衡。因各地运营商配合与实施方式不同,具体配置和要求以当地实际情况为准。

2.5 优化与建议

由于医院存在着大量一二级负荷,变电所的低压柜出线回路较多,设备增加(比如中心供应室后续增加很多脉动真空灭菌器、医用超声波清洗机、全自动清洗消毒器等)及配置形式(比如牙椅区域处热水供应曾有过集中供水、电热水器一拖五、台盆热水插座变化等),都会造成变电所出线回路与末端配电箱体增多,因此变电所、低压柜以及强电间等均应考虑一定的调整与发展预留空间。

此外,由于建筑专业从自身专业角度考虑,通常将变电所、消防水泵房、排烟机房等设备机房划至同一防火分区,并且做了机械停车,加之门诊敷设管线区域多选择进行降板,这样供给机电专业的管线敷设空间便极为有限,因此应尽早进行机电管线综合,合理规划与布局各专业的管线,以免后续引起大的调整。

3 智能化系统

智能化系统是实现智慧医院的核心基础,充分发挥出智能化系统优势,对提高医疗技术应用现代化水平以及增强医院服务水平和管理效率具有重要意义[7]。智能化系统的架构应能满足建筑物信息化需求,支持各智能化系统的信息关联和功能汇聚,满足医院整体业务运营及管理模式的信息化应用需求[8]。作为现代化、智能化医院,本工程弱电总体系统设计主要包括信息设施系统、信息应用系统、建筑设备管理系统、安全防范系统、机房工程等内容,各部分又包含相应子系统,口腔医院智能化系统构架图如图6所示。

依据国家标准、地方标准、行业标准以及用户需求调研等内容,本工程从适用性出发,以稳定性为前提、兼顾效率,考虑适当超前、保证系统的先进性,对智能化各子系统进行了合理规划,以实现智慧医院目标要求。鉴于目前智能化系统说明已相对成熟,本文不再对各系统内容逐一展开,重点对布线系统及安防系统的特殊需求及配置原则进行介绍。

图6 口腔医院智能化系统构架图

3.1 综合布线系统

根据建筑功能和布局特点,本工程在综合楼7层设置一处信息中心、在地下1层设置一处科研机房,依据体量大小每层设置1～2处上下贯通的弱电间,以满足所有弱电系统的使用需求。综合布线系统水平布线采用超六类(医疗网)、六类(非医疗)布线系统,会议室、培训室、实训室、手术室等设置光纤点位到桌面,综合布线系统业务网点位布置如表2所示。

在进行综合布线系统设计的过程中,也曾有过和全光网络方案的设计比对,考虑到末端点位分散、全光设备安装位置及空间要求、整体投入成本等因素,最终仍旧采用了传统网络架构。不过鉴于无源光网系统由集中接入设备(OLT)、分光设备(ODN)以及用户设备(ONU)组成,对比传统网络有架构先进、安全可靠、融合承载、节省空间[9]等优势,能够适应医院内网、外网、设备网等对网络要求的不断提高和发展需求的不断提升。全光网络适用于布线点位密集、对带宽要求高、传输距离远等场合,越来越受到现代智慧医院的青睐,为现代智慧医疗奠定可靠先进的信息基础是未来智能化系统设计的发展方向。

3.2 安全防范系统

3.2.1 视频监控系统

视频监控系统作为公共安全系统中最主要的组成部分之一,在满足国家和地方现行规范的前提下,应充分考虑业主安保部门的管理及使用要求。对于有人脸抓拍与智能分析的摄像机而言,可采用在系统后端实现智能分析的产品,增强设计的灵活性,降低今后调整与改造的成本。

设置原则:整体设计应满足技防办要求以及院方实际需求;主出入口、候诊区、导医台、排队等人员集中场所设置人脸抓拍摄像机,重要区域采用带智能分析的摄像机;走廊、前室、候诊区、护士站、收费处等设置1 080 P半球摄像机;地下停车场通道、主要设备房等设置1 080 P低照度枪式或者半球摄像机;车辆主要出入口设置车牌识别摄像机、车道设置1 080 P室外枪式摄像机;电梯内设置具有电梯运行状态及实时楼层显示功能的高清半球摄像机等。

3.2.2 入侵报警系统

入侵报警系统考虑在重要的药品库、档案室、重要实验室、易燃易爆品存放场所、主要设备机房、重要出入口等位置安装红外探测器,在前台、收费处、护士站、医患纠纷接待室、残疾人卫生间等处设置手动报警按钮。

3.2.3 出入口控制系统

出入口控制系统主要为重要的房间、区域进行门禁控制,比如机房、药房、财务、挂号收费、住出院办理、有毒药品库、麻醉药品库、办公等重点区域;在药库等重要场所还设置了双人双锁,实行组合认证的方式进行进入人员控制;在病房楼层出入口位置设置可视对讲集成,在病区护士站可开启楼层病区的门禁控制。

3.2.4 防疫检测系统

防疫检测系统具有人员测温、人脸抓拍、人脸对比以及智能分析与显示等功能,对医院出入口及重点区域内的人员进行实时检测、对比分析,与智能安防的数据集成服务设备实现数据连通,以便发现确诊人员、医学观察人员、发热病人员并及时告知管理人员。

3.2.5 智能安防系统

智能安防系统是以各个安全防范子系统为基础,叠加物联网、人工智能、大数据的技术,与政府主管部门的管理平台协同,实现各子系统间的互联互通及数据交互,提供全方面对人、车、物的安全防范感知、探测、分析及处理,以实现更为智能的智慧安防应用。