考虑风-温效应的传染病医院选址与病房布局分析

摘 要：现代社会，传染病的暴发和传播对人类健康和社会稳定构成严重威胁。传染病医院的选址与病房布局优化是防控传染病的重要环节。该文针对此问题展开研究，着重考虑风-温效应在传染病医院选址与布局中的影响，发现选址时需要综合考虑周边环境的风向、风速大小以及气温变化，了解到风-温效应对传染病传播的影响，并提出基于风-温效应的传染病医院选址与病房布局优化方案，将有助于医院在建设和运营中更好地应对传染病的挑战，提高医院的防控能力和治疗效果，为传染病防控工作提供重要的理论和实践指导。

关键词：传染病医院选址;病房布局优化;风-温效应;传染病传播;环境因素

中图分类号：TU246.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）30-0124-05

Abstract： In modern society， the outbreak and spread of infectious diseases pose a serious threat to human health and social stability. The site selection and ward layout optimization for infectious disease hospitals are important links in the prevention and control of infectious diseases. This paper conducts research on this issue， focusing on the impact of wind-temperature effect on the site selection and layout of infectious disease hospitals. It is found that the wind direction， wind speed and temperature changes of the surrounding environment need to be comprehensively considered when selecting a site. We understand the impact of wind-temperature effect on the spread of infectious diseases， and propoMQR9NyunsQQOYqJYbHf8jaDPw6ZgnrycH/Popybg5tA=se an optimization plan for infectious disease hospital site selection and ward layout based on wind-temperature effect， which will help hospitals better cope with the challenges of infectious diseases in construction and operation. Improve hospitals' prevention and control capabilities and treatment effects， and provide important theoretical and practical guidance for infectious disease prevention and control.

Keywords： site selection for infectious disease hospital; ward layout optimization; wind-temperature effect; infectious disease spread; environmental factor

对传染病医院进行新建或改扩建，与常规建筑明显不同，需严格XGrHPWnN1Wr1EqVuJeor8VtDOoAjk+ERz86+0v0QM8c=控制其周边风环境与污染物浓度。研究显示，2003年“非典”期间，通过检测香港某高层小区病毒分布发现，在没有感染SARS病毒居民家的窗户、外墙等位置发现了SARS病毒[1]。同样，新冠感染疫情暴发后[2]，在武汉雷神山医院周边空气中也检测到了一定浓度的病毒，如图1所示。这些案例证明病毒可通过空气向邻近区域扩散，会给室外新鲜空气造成二次污染，大大增加了邻近居民的感染风险。在这种情况下，传染病医院的选址至关重要。合理选址可最大程度地减少传染病的传播风险，保护周围社区的健康安全。考虑风-温效应的选址研究可帮助确定在不同季节和气候条件下传染病医院的最佳位置，以便最大限度地降低外界环境对医院内部环境的影响，提高医院的应对能力。同时，病房布局优化对于传染病医院的防控工作至关重要。传染病的传播受到环境因素的影响，如空气流通情况、温度和湿度等，通过优化病房布局，可最大程度地降低传染病的传播风险，特别是在面对风-温效应时，合理的布局设计可有效控制空气流动，减少传染病的传播[3]。

目前，降低建筑群外流场污染物浓度的主要方法有主动控制法和被动控制法。主动控制是指通过负压、过滤、通风等手段引导空气流动从而降低病毒浓度;被动控制则是在自然通风条件下，利用对建筑形态进行合理规划与布局的方法来降低污染物浓度。近年来，病毒浓度的主动控制法在传统医院已得到广泛应用，但被动控制往往被忽略，利用被动方法控制污染物浓度的针对性研究还非常缺乏。因此，本文对风-温效应传染病医院选址与病房布局展开深入分析，提出一套科学的医疗建筑智能选址和病房布局优化方案，尝试在被动层面降低疫情对周边环境二次感染的风险。

1 传染病医院选址考虑因素分析

1.1 人口密度与服务覆盖范围

传染病医院的选址必须综合考虑人口密度和服务覆盖范围，以便有效地应对疫情的暴发和传播[4-5]。高人口密度地区通常伴随着人口聚集和频繁的人际交往，增加病毒传播的风险，在这些地区，病毒易于迅速传播，形成聚集性疫情，对公共卫生和医疗资源构成严峻挑战。在选址过程中，应避免选择位于人口密集地区的区域，以降低疫情暴发和传播的风险。传染病具有高度的流行性和跨区域传播特点，医院选址必须考虑到其服务范围是否能够覆盖到潜在的疫情暴发区域，如果医院选址偏离疫情暴发区域，会导致服务覆盖范围不足，无法有效响应疫情，加剧疫情蔓延的风险[6]。

综合考虑人口密度与服务覆盖范围，需要在两者之间找到平衡点。一方面，需要避免选址在人口密集地区，降低疫情传播的风险;另一方面，确保医院的服务范围能够覆盖到潜在的疫情暴发区域，以便及时、有效地应对疫情。部分学者[6-8]利用GIS技术，将人口密度数据、疫情暴发区域和医院选址候选区域进行空间叠加分析，找到最适合的选址位置。同时，利用模拟方法，评估不同选址方案下的服务覆盖范围和潜在的传播风险，为选址决策提供科学依据。

1.2 交通便利性与紧急救援

传染病医院选址过程中，交通便利性与紧急救援2个因素直接影响着医院的运作效率、患者救治速度以及医疗资源的分配利用[9-10]。在选址过程中，需要综合考虑交通便利性和紧急救援，以确保医院能够在紧急情况下迅速响应，并为患者提供及时有效的救治。一方面，需要位于交通便利的地区，以确保患者能够迅速到达医院就诊，意味着选址应该靠近主要交通干道，如高速公路、主要道路或公共交通线路，便于患者及其家属使用私家车或公共交通工具前往医院;另一方面，交通便利性还涉及医院内部的交通组织和停车设施。医院应设立足够数量的停车位，并合理规划交通流线，以确保患者、医护人员和紧急救援车辆能够顺利进出医院，提高医院的运作效率。同时，在紧急情况下，如传染病疫情暴发或突发公共安全事件，医院需要能够迅速响应并展开紧急救援工作，因而选址应尽量靠近紧急救援中心或消防救援站，便于紧急救援人员迅速到达现场。

综合考虑交通便利性和紧急救援，传染病医院选址应选择交通便利、紧急救援响应快速的地区，新冠感染疫情期间尤为重要，因为及时救治和有效应对紧急情况对控制疫情的蔓延至关重要。选址决策中，采用ArcGIS、QGIS、MAS等技术[11-12]进行空间分析和模拟，评估不同选址方案下的交通便利性和紧急救援响应能力，为最终选址提供科学依据，以确保医院能够有效应对各种突发情况，保障公众健康安全。

1.3 地形地貌与气候特点

地形地貌与气候特点直接影响着医院的建设和运营，对医院的应对能力、资源利用以及环境适应性都有着重要的影响[13-14]。首先，地形地貌的平坦程度、水源情况、地下水位等因素直接关系到医院建设的可行性。在选址过程中应避免选择地势低洼、容易积水或地质条件复杂的区域，以免影响医院建筑的稳定性和环境卫生。此外，地形地貌关系到医院对外界环境的适应能力，如在山区、丘陵地区建设医院需要考虑山体稳定、地震安全等因素。其次，不同气候条件下，传染病的传播规律、季节性变化以及对医院建设和运营的需求不同。炎热潮湿的气候下，易滋生各类传染病病原体，因此医院选址需要更加注重环境卫生和病原体防控措施;而在寒冷地区，需要考虑到供暖设施、防寒保暖等问题，以确保医院内部的舒适性和温暖度。

2 风-温效应对病房布局优化的影响分析

2.1 通风设计

在医院病房的布局和设计中，通过合理利用自然风力，来确保病房内部空气的流通性和新鲜度，降低交叉感染的风险。风向和风速是设计通风系统时必须考虑的2个主要参数，决定通风口的最佳位置和所需数量，以便有效地引入新鲜空气并排出污染空气[15]。

通风口应面向常年主导风向，可自然地引导外部的新鲜空气流入病房内部，如主导风向是东风，通风口最好设置在病房的东侧，这样可直接捕捉东风带来的清新空气。同时，考虑到风向的季节性变化，需要在房间多个方向设置通风口，以适应不同季节的风向变化。同时，风速的考量决定通风口的大小和数量。在风速较高区，需要较小或数量较少的通风口来控制风力，防止过强的风速造成病房内部的不适感或过度的空气流动，从而扰乱病房内部的温度和湿度平衡。相反，风速较低的地区，则需要增加通风口的数量或大小，以确保足够的空气流量进入病房，保证空气的新鲜和流通。此外，通风设计必须考虑避免将外部的污染物引入病房内，要求在设计通风口位置时避开直接对着高污染区域，如靠近工厂、繁忙的道路或垃圾处理设施的方向。在该情况下，需要使用高效的空气过滤系统或将通风口设置在相对清洁的区域，并结合建筑物的整体设计来最大化自然风的利用，同时减少有害污染物的侵入。

2.2 温度变化

在病房布局设计中，房屋建筑的朝向和窗户位置是直接影响病房内温度分布的关键因素。房屋建筑的朝向直接影响太阳辐射的接受程度，从而影响了室内温度的变化。南向房间在白天容易受到更多的阳光照射，因此在设计病房布局时，可将患者休息区和活动区设置在南向，利用阳光的温暖，提高病房内的温度。相反，北向房间通常较为凉爽，适合设置医疗设备和护理站点。同时，窗户的位置和大小直接影响病房内的通风效果和温度分布。合理设置窗户可以促进空气流通，改善室内的空气质量，并影响温度的调节。在布局设计中，应将窗户设置在两侧，以利用自然风力实现空气流通，根据风向和气流路径，可调整窗户的开启角度和位置，进一步促进空气对流，调节室内温度。根据窗户位置和朝向，采取合适的遮阳和保温措施，以减少外界环境对室内温度的影响，如南向房间的窗户上设置遮阳帘或百叶窗，可有效阻挡强烈的阳光直射，降低室内温度。同时，北向房间加强保温措施，如采用双层窗户或密封门窗，减少热量流失，提高室内的保温效果，保持稳定的温度。通过综合考虑房屋建筑的朝向和窗户位置与温度之间的关系，可优化病房布局，提高室内温度的舒适度和稳定性。合理利用阳光和自然通风资源，结合科学的遮阳和保温措施，有效应对温度变化，为患者提供一个舒适、安全的治疗环境，促进其康复进程。

3 基于风-温效应的传染病医院选址与病房布局优化方案

3.1 传染病医院选址优化方案

基于风-温效应的传染病医院选址与病房布局优化模型是一项综合性的工作，需要从多个角度综合考虑气象因素、传染病传播特性、人口密度、交通情况以及自然环境因素等诸多因素，如图2所示。在选址周边地区收集气象数据，其中包括风向、风速、温度和交通量等信息，可通过现有的气象站点收集，也可利用气象模型进行估算。历史气象数据和气象模型的分析将帮助我们了解风向和风速的变化规律，以及不同季节的温度情况，对于后续的传染病传播模拟和风险评估至关重要。然后对数据进行归一化处理，将风速、温度与交通量作为输入量，污染物浓度作为输出量，提出基于机器学习的神经网络模型，在训练优化后可获得污染物浓度预测的准确模型。同时，考虑人居分布与污染物浓度权重影响后确定病区宏观选址的目标函数，最终建立基于大数据得出病区宏观选址的代理模型。此外，进行传染病传播模拟与风险评估。基于收集到的气象数据，结合传染病传播的特性，利用有限元中的模型对传染病的传播进行模拟。在模拟过程中，考虑不同风向和风速条件下，传染病在选址周边的传播路径和范围。通过模拟结果，评估选址周边的传染病传播风险，并确定潜在的风险区域和安全区域，其评估结果将有助于在选择候选区域时能够做出科学的决策。同时，考虑人口密度和交通情况。需要分析选址周边的人口密度和交通情况，以了解潜在的传染病传播风险，特别注意人口密集地区和交通枢纽对传染病传播的促进作用，避免选址在这些区域附近，以减少传播风险。之后，综合考虑自然环境因素。考虑选址周边的自然环境因素，如地形、水系和植被等对风向和风速的影响，通过分析这些因素对传染病传播的潜在影响，避免选址在易受风力影响的地区，确保选址的稳定性和安全性。最后，确定选址候选区域时，综合以上分析结果，优先选择风向远离人口密集地区、风速较低、温度适宜且交通便利的区域作为候选区域，最大程度地降低传染病传播风险，保障医院的运作安全和有效性，并对选址模型进行验证与优化，通过实地调查和模拟传染病传播过程来验证选址模型的准确性。根据验证结果对模型进行优化和调整，确保选址的科学性和可行性。

3.2 病房布局优化方案

病房布局优化模型涉及通风系统设计、温度调控、自然光线利用、空间布局与人流设计等多个方面，旨在提高病房环境质量、患者舒适度和感染控制效果，如图3所示[2]。其一，通过确定通风口的位置，根据病房内外的风向和风速情况，确保新鲜空气充分流入病房，同时排出污浊空气，以降低感染传播风险，如图3（a）所示。在此基础上，根据病房面积和患者数量设计通风系统的容量，以确保足够的空气流通量，进一步提高空气质量。其二，根据季节和气候条件，设置供暖设备或降温设施，以确保病房内的温度适宜，提高患者的舒适度和治疗效果。同时，安装温度监测设备，定期检查和调整病房内的温度，以满足医疗需求和患者舒适度的要求。其三，通过设计合适的窗户尺寸和位置，充分利用自然光线，提高病房内的舒适度，并提供适当的遮阳措施以防止阳光直射。同时，配备合适的照明设备，确保病房在夜间或天气阴暗时仍能提供充足的照明，保障医护工作和患者活动的需求。其四，空间布局与人流设计方面，根据功能需求合理划分病房内的空间，设置患者休息区、医护工作区等，以提高工作效率和患者舒适度。同时，设计清晰的人流路径，确保患者、医护人员和访客之间的流动性和分离，降低交叉感染的风险，如图3（b）所示。其五，对病房布局优化模型进行验证与持续优化。通过模拟感染病例、实地考察等方法验证模型的准确性，并根据验证结果和实际应用情况持续优化病房布局设计，以提高医院的感染控制能力和治疗效果，为患者和医护人员提供更安全、舒适的环境。

4 结束语

风-温效应在传染病医院选址与病房布局优化中至关重要。通过对传染病医院选址因素、风-温效应对传染病传播的影响以及基于此的优化方案的分析，深入探讨了如何在医院建设中更好地考虑环境因素，以提高医院的防控能力和治疗效果。传染病医院选址应综合考虑气候条件、地理位置、人口分布等因素，以最大程度地降低传染病的传播风险。风-温效应的分析有助于帮助我们更好地理解传染病的传播规律，为医院的选址和病房布局提供科学依据。基于风-温效应的优化模型将为传染病医院的设计和建设提供重要参考，提高医院的应对能力和防控效果。

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基金项目：2023年度湖北省科技计划项目（无编号）

作者简介：汪阔（1994-），男，硕士，助理工程师。研究方向为风环境与污染物扩散。