病房改造工程物理环境优化设计探析

摘要：2020年北京市卫生健康委员会批准了示范性研究型病房项目，北京大学第一医院对位于第三住院部的7层和1层进行改造，建成研究型病房（Ⅰ期）和临床试验机构办公室。为了给予研究和试药更好的体验，在改造过程中采用Ecotect软件对第三住院部气候条件进行分析，得到了每年极端气象的最值；通过焓湿图确定了每个季节不同的节能方案；根据建筑朝向确定了建筑的布局；根据自然采光分析，优化照明方案，并确定优化后的采光系数。经过Ecotect软件的分析为病房的改造设计提供了重要的决策支持。

关键词：研究型病房；物理环境模拟；Ecotect软件；优化设计

0引言

北京大学第一医院是北京市卫生健康委员会批准的示范性研究型病房之一。为建设研究型病房（Ⅰ期）和临床试验机构办公室，拟在第三住院部1层及7层进行改建，1层主要由药物临床试验机构办公室和受试者筛选区组成。筛选区分为2个房间并配备护士站，男女受试者分开进行心电图、体格检查等涉及到隐私的操作，受试者生命体征、血样采集等操作可以同时在该区域内完成。筛选区同时满足受试者门诊随访的需要。7层为医疗区，主要进行药理基地的信息化及团队的建设，开展Ⅰ期临床试验技术研究。随着我国建筑行业的快速发展，在设计阶段引入新兴的软件，在建筑方案设计阶段对光、热等物理环境进行分析，可以辅助功能区布置和节能方案选择。研究型病房是为人体进行药物的系统性研究而建，北京大学第一医院研究型病房改造项目，地点位于北京大学第一医院第三住院部，地址为北京市东城区安内大街车辇店胡同15号。东经116．4°，北纬39．9°，建筑坐北朝南。

1建设基本情况

研究型病房改造项目位于第三住院部的1层和7层，涉及总改造面积为1700m2。根据使用需求和改造范围，确定了初步基本使用需求，见表1。研究型病房设计工作主要需要满足以下5个方面的需求：1）实现临床研究与病房相结合的平面布局；2）提供舒适的试药环境；3）满足临床研究的试验使用需求；4）建设智能信息化的研究平台；5）对受试者进行独立管理。为了满足研究型病房的设计工作，需要对研究型病房的物理环境进行分析。

2北京地区气候分析

建筑空间的改造过程中需对场地的地域热分析、风分析和日照分析。基于研究型病房的设计理念和使用需求，整合所处西区的气候资源，进而设计出更加合适的室内布局，满足使用需求。根据北京的气象数据基本资料，通过Ecotect软件进行分析［1－3］，得到北京大学第一医院第三住院部建筑所在地的气象分析，根据所在地每小时的气温、相对湿度、绝对湿度、露点温度、湿球温度、风速、风向、水平辐射量、扩散辐射量、直接辐射量、云量和雨量，经过软件分析得到追月、追日气象数据。得到全年的气象数据见表2。风向分析如下。1）25～30km／h风速在全年内出现的时间均小于32h。2）风速大于40km／h的时间小于32h。3）主要的风向为东南风。

3利用焓湿图进行节能分析

焓湿图可以确定空气的状态，可根据4个基本参数：温度、含湿量、大气压力和水蒸气分压力与热环境的关系分析空气的状况，进而更加直观地确定室内外的环境和舒适区的偏离程度［4－9］。以干球温度作为自变量，绝热温度作为因变量。选取3种方案，利用焓湿图中舒适区域的百分数对比节能情况。3种方案见表3。根据图1可知，在自然条件下，在12月到次年2月和7—8月期间，舒适百分比较小。因此需要采用主动式的供暖和制冷方式调节舒适性。在过根据北京的气象数据基本资料，通过Ecotect软件进行分析［1－3］，得到北京大学第一医院第三住院部建筑所在地的气象分析，根据所在地每小时的气温、相对湿度、绝对湿度、露点温度、湿球温度、风速、风向、水平辐射量、扩散辐射量、直接辐射量、云量和雨量，经过软件分析得到追月、追日气象数据。得到全年的气象数据见表2。渡季节，采取自然通风对于增加焓湿图中的舒适区域效果非常明显。因此在后期使用过程中在12—2月和7—8月期间给予充分的能源供应，在过渡季节增加自然通风。在外墙中设置保温材料，对舒适区域百分比的变化不大。

4朝向分析

建筑的朝向分析主要是通过热辐射信息进行综合分析。Ecotect朝向分析的理论基础是根据热辐射［10－13］，其认为在过冷的时间内得到的辐射量较多，在过热的时间内得到的辐射量较小就是最佳朝向，反之是最差朝向。首先对建筑所在的朝向进行分析，结果如图2所示。经过最佳朝向分析可知，最佳朝向为南偏东17．5°，最差朝向是东偏北17．5°。右下方的颜色越深代表朝向越佳，左上方颜色越深代表朝向越差。第二步是结合最佳朝向分析图，进行平面布置。根据病房管理需求，将受试者病房放置在最佳朝向的区域，能够提升受试者的舒适程度，进而对整个研究起到积极的作用，将其他类用房按照核心程度进行划分，除病房外核心区域是采血区，采血区是受试者在进入7层后需要停留的第一站，可以给予受试者最好的第一印象。从使用角度来看，使用频次较低的用房———试验药房、样品处理间和会议室等对朝向要求不高，因此可围绕在最差朝向放置。按照同样的思路对1层的建筑进行布置，由于在1层的改造过程，最佳朝向的部分没有进行改造，考虑围绕最不利朝向进行布置，将会议室和督查办公室放置在最不利区域。

5采光模拟

根据医院建筑以往数据分析得到，医院建筑中照明用电占据某单一楼体的18％左右。为了更加节约照明成本，对1层和7层分别进行了采光模拟。根据1层的自然采光分析，结合改造中窗户的布置，可很好地满足药房中药片避光储存的需求，因此将药房放置在此区域。根据采光分析后，布置灯具的位置，采用最佳的布置方案后，1层的采光得到很大的改善。采光系数的范围在54％～74％左右，大多数区域的采光系数在62％以上。可以满足使用需求。7层自然采光系数在0～20％之间，由于7层是在原有的楼层进行加盖，因受建筑布局的局限，改造时采光条件较差，在窗边的采光约为6％～12％。相比较1层而言，7层需要更多的照明装置。采取照明方案后，7层采光系数增加到了54％～74％之间，是原来的3倍左右，满足了规范要求中各个功能用房的采光需求。通过模拟建筑单层立面的日照分析时长，对后期房间的窗帘材质选择提供了基础数据。

6结语

采用Ecotect软件对现有气象数据进行剖析，对焓湿图和建筑的朝向、采光进行模拟，在不改变原有建筑外立面和空间结构的情况下，基于研究型病房建设的设计实际需求，更加合理地进行了房屋的布置，为研究型病房的研究者和受试者提供了一个更加舒适的环境。

作者:李思童 陈鹏 鹿澎 刘骁 张雨霏 单位:北京大学第一医院 首都医科大学附属北京友谊医院