疫情下的方艙醫院設計

文／周小儒，馬 陽，李 瑩，周凹凸（.北京化工大學 機電工程學院；.英國利茲大學 表演與文化產業學院）

新冠肺炎疫情爆發初期，武漢市新增確診病例持續上升，已有的醫療設施無法滿足日漸上升的患者數量，直接導致的結果就是疑似病例無法確診，已確診病例無處可醫，因此醫療資源的短缺讓武漢當地在抗擊疫情時遇到了重重阻礙。當地政府提出方艙醫院的修建，是一個具有前瞻性且大膽的提案，事實證明它在此次防控工作中扮演了無可取代的重要角色，是我國能夠打贏這場防疫戰的必不可少的后備力量。由于其操作性能強大、使用快捷方便、各項醫療功能齊全，能夠應對緊急醫療救援任務，因此，建立方艙醫院是武漢市防疫工作整體進展的最重要轉折點。研究和設計這種依托于一整套醫療設備保障，完成病人治療等任務的特殊醫療系統，在隨時準備和適應各種突發緊急任務方面具有重要意義。

一、研究背景

隨著新冠疫情蔓延至全球，各國為建設方艙醫院“因地制宜、因國施策”：意大利由渡輪改裝而成的輪船方艙醫院擁有400張床位，主要收治確診患者和已治愈但還需隔離的患者，覆蓋面廣[1]；新西蘭將擁有獲批隔離設施的露營房車用于新入境旅客的篩查和必要的隔離，隔離程度強、流動性快[2]；巴西為應對日益嚴重的新冠肺炎疫情，將圣保羅和里約的大型體育場改建成方艙醫院，容納量大[2]；伊朗根據不同地理形勢及人口分布啟用了由公交車改造的方艙醫院，因地制宜、靈活性強[2]；俄羅斯效仿中國“雷神山” “火神山”的經驗，在莫斯科新城區科穆納爾卡建造了專門用于收治新冠肺炎患者的醫院以彌補醫院傳染病床位不足的短板[3]。我國政府將空置空間廣、場地容量大的已有建筑改造設計為收治大量患者的另一種意義上的方艙醫院，極大地減輕了疫情期間的醫療壓力，遏制了病毒的進一步擴散，為全國防疫工作做出了榜樣。

二、方艙醫院的設計特點

方艙醫院在改造時面臨的主要問題：建筑選取問題，需要有足夠的閑置空間；施工時間短，需要盡快完成以安置不斷增加的患者；材料選擇問題，如何減少資源浪費，選擇適當的材料，巧妙運用新型材料；醫院環境問題，在滿足身體醫療需求上，保障患者心理健康。基于以上問題，此次疫情期間方艙醫院的設計有如下特點。

2.1 空間容量大

武漢市針對疫情推出的“方艙醫院”與傳統戰地機動醫院不同，它是在現有建筑的基礎上進行的改造設計。新冠疫情期間，武漢16所方艙醫院由3家廠房、7家體育館、1所學校、4座文化會展中心、1處交通站改造而成。這些建筑的共同特點是內部空間容量大，例如被稱為規模最大的方艙醫院由一處超大型城市文化綜合體改建而成的武漢客廳方艙醫院，可容納2 000張床位；洪山體育館僅館內大空間底層的“內場”，拆除前期比賽器材后便有32 m×46 m的無遮擋空間，擴大了收容量；由總建筑面積2.8萬m2的漢口北交通總站改造而成的漢口北方艙醫院可容納1 956張床位；因地制宜利用“長征”工業園廠房改造成的“長征方艙醫院”，7間廠房可放置1 200張床位用于收治患者；石牌嶺職業高中，室內體育館與清空桌椅板凳后的50間教室可容納800張床位。正是由于方艙醫院改造時，多選取擁有大容量內部空間的建筑或設施，利用其原有空間大、容量大的特點，建成了可容納多床位的方艙醫院，從根本上解決了醫院無法容納大量輕癥患者的困擾。

2.2 施工作業快

由于只收治輕癥患者，與正規醫院密閉的小病房空間相比，方艙醫院的病房是開放式空間。其改造過程只是對原有大容量建筑內部空間進行重新設計、購置和安裝病床、隔斷、醫療器械等設備，施工作業快。沈陽建筑大學參考榫卯工藝，為此次方艙醫院設計的隔斷方案具有易于組裝、靈活組合、施工快的模塊化優勢。在嵌套結構方面，使用空心方鋼制作的豎向和水平構件形成結構輪廓，然后在豎向構件的4面焊接4個套管，在水平構件的末端形成一個L形插頭，二者相互固定，并在力的作用下形成穩定的結構體系，桿的中間設有卡件，可以使隔墻板在框架內穩定。在空間組合方面，該框架可以從4個方向依據實際需求進行可控性增長，使得空間高效分割，所需的空間形式可以隨時組合，充分滿足各種區域功能需求，具體裝配示意圖及組合方案見圖1。

圖1 快裝隔斷體系

整個系統易于組裝，并可快速搭建。使用該榫卯工藝設計的隔斷使方艙醫院具有獨立快速的構建“三區兩通道” （污染區、半污染區、清潔區以及醫務人員通道、患者通道）分區[4]的功能，且要求簡單、造價低廉、材料常見、安裝簡單快捷，能滿足疫情期間對快速建成方艙醫院的需求。

2.3 運用新型材料

在墻體隔墻材料的應用方面將從節 能 （Energy conservation）、 健 康（Exuberance）、舒適 （Easement）、環保 （Environmental protection）、生態(Ecology）、經濟 （Economy）這6個“E”進行考慮，選擇那些具有多功能、低成本、低能耗、高品質、環保、經濟的新型隔斷材料作為此次墻體材料[5]。

根據調查發現，英國材料設計研究所科技人員本杰明·休伯特發明了一種超柔軟、模塊化的吸聲隔墻材料，被稱為Woven Image[6]（見圖2）。該材質不僅使用可持續的材料，而且還可以根據具體需求，進行組裝模式變化，比如空間布局的擴大和縮小或者公共空間和酒店各種需求的混合使用。產品固有的適應性延長了產品使用壽命的同時減少了產品的碳足跡，并且可安裝在任何鋁基板注塑ABS框架上。與此配套開發的還有直觀的機械固定件，以便于組裝和拆卸。比例尺可用于商業空間、酒店、會議中心和其他需要高性能隔音以形成直墻和緩解彎曲的位置[6]。

圖2 Woven Image結構

該材質被應用于方艙醫院改造中,有以下3個優點:(1)使用可持續的材料，綠色環保； (2)可以滿足公共空間和酒店的混合使用需求；便于將酒店改造為方艙醫院； (3)可根據空間布局的大小變化而進行組裝模式變化，滿足方艙醫院對不同功能分區的需求。

2.4 人與系統的交互設計

交互是指相互適應與作用的多個個體/系統，交互設計主要從 “可用性”和 “體驗感”兩方面來進行考慮。該方面的設計，主要針對的是患者及醫護人員與改造設計的方艙醫院這個醫療系統之間的配合，將以人為本作為設計導向，使方艙醫院在發揮其醫療作用之余，滿足處于其中個體的心理需求與人文關懷。

2.4.1 隔斷面藝術化拼貼，承載真情祝愿由于方艙容納病人較多，較專業醫療建筑相對簡陋，而輕癥患者大部分有行動自理能力，然而在確診后轉院，長期處于封閉環境，都容易產生焦慮心態，存在群體性事件發生的風險[7]。作為方艙醫院的分區工具，隔斷面的設計對處在該空間的人群心理方面有一定影響。沈陽建筑大學設計的隔斷墻面，在顏色設計方面，選取使人心神放松的顏色，利用色彩調和，可以緩解患者與醫護人員的心理壓力；隔墻表面拼貼繪畫的嵌入、祝福話語的粘貼等藝術化處理，削弱了醫院的呆板氣氛，調動了空間氛圍，體現了對醫護人員和患者的人文關懷（見圖3,4）。

圖3 畫廊式交通空間

2.4.2 配置智能系統，科技助力抗疫新冠肺炎疫情爆發時期，不斷增加的確診病例人數與不分晝夜辛勤工作給醫護人員帶來了巨大的生理與心理壓力。頻繁地判診基礎輕微病癥消耗了醫護人員大量精力，使其后續工作效率下降。若有了醫療用機器人則可以極大地減輕醫護人員的工作量，將醫護資源分配給更需要的患者[8]。

圖4 祝福話語拼貼的病床隔斷

醫療巡檢機器人具有登記患者信息、自動測量患者體溫、巡視監測區域內患者身體情況的功能。機器人的巡檢動作，主要依靠區域劃分系統中的標準化、模塊化、網格化的1m×1m網格模數構成的坐標系中進行，為方艙醫院的信息化巡檢提供了可行性（見圖5）。在此網絡坐標系中，機器人可按照一定的軌跡進行巡檢，發現異常情況，可將患者情況和所處位置及時上報給醫護人員。

圖5 隔斷系統1 m×1 m網格模數形成機器人坐標系

三、方艙醫院的顯著成效

截至2020年2月2日，武漢市累計確診病例5 142例，死亡265例[9]。為應對這一緊急情況，中央部署啟用方艙醫院，快速補充醫療人員及增添醫療床位，全面落實“應收盡收”的政策。武漢市針對此次疫情推出的“方艙醫院”與傳統戰地機動醫院不同，它是在現有建筑的基礎上進行的改造設計，其顯著成效體現在以下兩個方面。

3.1 武漢市新增確診病例數明顯下降

圖6為武漢市投入方艙醫院前后確診患者人數的變化。分段來看，從2020年2月5日啟用方艙醫院后新增確診病例數有所下降，2月9日武漢市要求輕癥病人進入方艙醫院后新增確診病例數實現連降，即使是2月12日將臨床診斷病例數納入確診病例數后，在方艙醫院建成投入使用加大后，每日新增確診病例數仍能實現大幅度連降。總體來看，自2020年2月5號以來，14家方艙醫院陸續建成并投入使用，可用床位數量達到12 365張，累計收治患者11 310人。

圖6 投入方艙醫院后武漢市新增確診病例數

方艙醫院的投入使用，及時收治輕癥患者，防止其傳染家人及周圍人群，有效地控制住了疫情進一步擴散。

3.2 武漢新增出院人數累計增加

自2020年2月5日啟用首批3家方艙醫院再到2月15日開啟9家方艙醫院，每日新增出院人數逐漸接近并超過每日新增確診病例。由圖7可以看出，自2月15號開啟9家方艙醫院后，新增出院人數呈明顯增長趨勢；2月17號至2月19號武漢市新增確診病例數與新增出院人數逐漸接近；2月19號以后，出院人數首次大于確診病例數并穩步上升。截止到3月10日，14家方艙醫院全部休艙，累積出院人數7 797人，出院率達到81.6%。

圖7 武漢市新增確診病例數與新增出院數比較

四、方艙醫院設計的不足與對策

武漢方艙醫院作為疫情期間的現實之策、可行之策，發揮了巨大作用[10]。但因施工時間緊迫，對于“方艙”的設計難免會有部分方面沒有考慮周全，以下羅列出方艙醫院在設計上存在的不足并提出針對性意見。

4.1 未經隔離的病床間可能會造成感染

由大型建筑或設施改造的方艙醫院空間大，病床間隔距離大，交叉感染率低于定點醫院。但理論上不隔離是無法控制傳染病的擴散，如武漢確診病例中有80%以上來自家庭傳染。因此如何最大化利用空間，達到最大程度隔離收治患者需要深入思考。

如可在方艙醫院設置快速檢測實驗室，入院前對確診患者進行檢測，根據檢測結果將同類型感染患者與其他類型患者進行分割獨立區域隔離，可有效避免交叉感染。

4.2 方艙醫院后續處理問題

方艙醫院休艙后，經專家調研，部分方艙醫院可拆除以恢復原有使用功能，助力國家復工復產。但方艙醫院的拆除，并不代表疫情已經結束，因全球感染人數仍在增加，疫苗尚未達到全覆蓋，很難確保疫情不會再次襲來。因此，對方艙醫院應采取“有序拆除、適度保留”的策略，即在一個時間段里對方艙醫院進行有順序，不同程度拆除，除此之外應對一些有特殊意義的方艙醫院適度保留。

4.3 缺少相對獨立的空氣凈化處理系統

氣溶膠傳播是空氣傳播的一種方式[11]。人、動物、禽類呼出的氣體都是構成氣溶膠的方式，人們面對面交談，唱歌，或者互相擁擠封閉的空間都會使我們處在一個氣溶膠的空間。雖然病人不咳嗽，但他可能在呼吸過程中呼出病毒，特別是當他是哮喘患者。病毒與空氣混合后，會形成帶病毒的氣溶膠，隨空氣飄浮，在人群中擴散[12]。即使在室內或走廊等沒有氣流的封閉空間，氣溶膠仍會借助于粒子的布朗運動特性在空氣中長期漂浮。它的流行病學意義在于，易感人群可通過吸入空氣中含有病毒的氣溶膠顆粒物而不與病人接觸。因此有一套可保證空氣流通的凈化系統避免交叉感染的風險是非常重要的。

4.4 醫療廢物處理方式不合理

首先，醫療廢物要及時收集和處理。疫情爆發前醫療廢物總處理量為4 902.8 t/天，經過管理后，處理量增加到6 022 t/天，增長了23%，減輕了醫療廢物處置壓力。截至2020年3月9日，全國共收集醫療廢物3 006 t，其中固體醫療廢物468.9 t，當日全國集中處置醫療廢物3 001.9 t，次日納入4.1 t，平均負荷49.8%。所有與流行病有關的醫療廢物均在同一天收集并轉移處置，截至目前，有14.2萬t的醫療垃圾被銷毀。醫療污水處理方面總體運行平穩，截至目前，全國共有2 108個城市污水處理廠接受醫療污水處理，無污水處理設施、處理設施運行不正常、末端消毒不充分的問題均已在被發現時責令整改，定點醫院和集中隔離點的污水會在消毒后由污水處理廠進一步處理。

可以看出，醫院在處理醫療廢物上并沒有懈怠，雖然工程量巨大，但還是將這些醫療廢物及時輸送到處理廠進行處理。調查發現，醫院在處理這些醫療廢物時通常采用的是集中式處理，即堆攢式處理，雖然這樣似乎比單獨分裝、一輛車輸送更加高效，但這樣做卻存在一定的安全隱患。醫療廢物經過長時間積攢，細菌會在其中大量繁殖，容易形成交叉感染。建議加強管理，制定一個閾值，待處理量一旦達到閾值就送去處理，避免堆積。

4.5 加強癥狀加重患者的轉院安全性

方艙醫院主要用于收治輕癥患者，一旦患者情況惡化，便需要從方艙醫院轉移到定點醫院。在輸送患者時，應避免與正常患者有接觸，在醫院建設前期應規劃一條專門的緊急通道來運輸這些癥狀加重的患者，保證轉移過程中的安全性。轉移患者的移動工具應具有通風過濾一體化的設計，減少感染因子在密閉空間的傳播和向外界擴散，造成對環境危害。

五、方艙醫院未來設計展望

毋庸置疑，方艙醫院憑借其自身優勢成功地達到了“應收盡收、應治盡治”的總體目標，同時也為防止疫情進一步擴散、加緊救治感染人員做出了突出貢獻。此次設計過程中調研這種以民用建筑改造而成的醫院有3個優點：首先是閑置空間大，滿足收治患者的前提；其次是施工作業快，可快速改造完成；最后是經濟成本低，在已有建筑基礎上只需投放一些必要設備即可使用，且開放病區醫護人員可以照看大批患者，滿足醫治與隔離同步進行。為面對當下以及后續的疫情情況，提出以下幾點展望：

為滿足患者心理需求和人文關懷，方艙醫院隔斷墻面可以張貼抗疫宣傳海報、優美風景畫、具有吉祥與祝福意義的文字及藝術作品等，還可以設置空白可供涂鴉的墻面以緩解患者心理壓力。

在方艙醫院后續處理階段，可保留部分方艙醫院用作紀念館、中小型展覽廳等。如保留具有特殊或重大意義的方艙醫院用作紀念館，銘記歷史；利用方艙醫院內的隔斷墻面，舉辦兒童創意繪畫展。將方艙醫院以某種特殊的形式留在現實和人們的記憶里。

將“平時為民、疫時為醫”的設計方法進行深入研究。在設計或建設大型公共場館時如體育館、廠房、會展中心等都要可后續將其改造成方艙醫院的可行性和易操作性納入設計思考范圍，如有足夠大的出入口可以滿足病床等醫療器械的通過，內部安裝時考慮可快速拆卸的設備，完善可降低交叉感染風險的通風換氣系統。

擴大體育館靈活性，增強其適應性。體育館因具有能夠滿足多種功能需求，內部不存在交叉布置，按照醫療標準改造難度小的優勢，成為本次方艙醫院的主要改造對象。在今后的建設或改建中應擴大體育場內場場地面積、增強多功能與靈活性。

利用科技助力抗疫。利用大數據監控和預測疾病的爆發，防止因預防不及時造成大規模感染。研制醫療機器人，承擔醫護人員需進行的具有重復性、枯燥性、基礎性的診斷與治療，緩解醫療壓力。采用虛擬影像技術，滿足患者與家人遠程溝通的心理需求。使用“5G+”技術，構建信息化醫療場所。