对新建医院的电气思考
上海市卫生建筑设计研究院 章迎钜

经济发展和人们生活水平的不断提高，促进了医疗事业的发展，许多医院以扩建、改建的方式还不能改变医院陈旧医疗模式和落后的建筑格局，为满足医院软硬件全面改造，更上一个台阶接近和达到国外先进医院建筑的需要，许多著名医院纷纷移地新建或另辟新地建立另具特色的分院，对于这种趋势，树立现代医院建筑设计的新理念指导新建医院建设尤为重要。医院建设是一门包含医学、社会学、心理学、美学、环保、节能等多种学科内容，综合医院特点、流程、功能分布、使用管理、病员感受等多种常识，进行优化设计并在建筑环境中充分体现出来的一个新课题。本文就新建医院在电气方面提出一些想法和建议。
一、供电可靠性
医院建筑，配以中央空调已经比较普遍，因为病员、高效率工作的医务人员、配有计算机或微处理器的诊疗设备都需要空调环境。这要占用医院供电容量的1/3以上。洁净、明亮的诊室、手术室、医院公共环境则需要高标准的照度值。最新的《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）提出，医院建筑照明功率密度值要求使照明用电量又大大增加。医院计算机网络平台的普遍使用，使许多插座电源因使用电脑而由随机性变为固定性使用。
电能作为清洁方便的能源在医疗消毒、热水锅炉、家庭病房烹饪、病区热水饮用等方面的广泛使用，使医院用电量一再增加，现代医院对电源的依赖性已经越来越高，保证医院用电的可靠性、安全性是保证医院正常运行的关键之一。
确定医院用电性质和负荷等级，是新建医院电气规划建设的第一步，根据国家规范规定，医院供电要求和负荷等级是这样分析的，第一种情况：医院建筑为大型高层面积达几万平米的一类建筑，包含急诊部、监护病房、手术部、分娩室、婴儿室、培养箱、血库等一级负荷，即可确定该建筑的供电电源为一级负荷。属于供电的最高级别；第二种情况：新建医院虽不为一类建筑，但在医疗功能方面部分包含上述急诊部、监护病房、手术部等一级负荷的内容，整个建筑供电负荷应确定为二级负荷。
国家规范规定一级负荷和二级负荷都必须有两个电源供电，一级负荷中特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。应急电源目前采用柴油发电机或集中式蓄电池供电应急电源（简称EPS）较多，柴油发电机只要柴油储备充足可长时间运行，适合停电时间长，既是应急电源又可兼作备用电源，但柴油发电机起动到正常供电需要5至10秒时间，对于手术患者、体外循环、呼吸机治疗的病员作为应急电源还是不能满足要求。手术、重症监护、早产婴儿室等停电时，恢复供电时间应在0.5秒以内。对于这个问题，采用 EPS（集中供电式应急电源）是比较合适的一种方法，因为EPS可以在停电1秒内恢复供电，但EPS是蓄电池放电形式，维持时间是90分钟。所以应急电源根据使用对象和时间进行选择或采用二者结合的方式。
二、负荷计算及变压器选择
新建医院根据用电设备容量的统计，通过计算确定医院变电所的变压器容量和数量，医院建成后从医院日常用电记录数值来看似乎用电量不大，相对医院变电所的变压器装机容量有一定差距，在春秋季节要相差一半甚至更多。医院方对设计会产生疑问，变压器是否设计选择偏大？事实上新建医院用电设备不会一次到位，用电量在逐步增大过程中，况且用电量最大的空调负荷可能没有投入运行，而建筑电气设计的负荷计算，虽然考虑了用电设备的效率、功率因数、同期使用系数等，但是最终结果必须是以医院正常运行时，在同一时间有可能全部使用的所有电气设备需要的最大容量30分钟的平均值作为依据，在设计中还要留出医院今后发展的用电裕量，使变压器的最终选择很可能被人感觉偏大。
设计选择变压器负载率在65%~75%，这种状态下变压器运行效率最高。一幢医院建筑建设周期2～3年，在这期间发展变化很大，增加一些医疗用电设备，提高自动化、信息化程度都会引起用电负荷的增加，而安装在变电所（高层建筑可能在地下室）的变压器不能轻易调换或扩大。如果在盛夏季节，新建医院满负荷运行时，变压器负载率在70%以上，其负荷计算基本是正确的，新建医院变压器适当留有裕量也是合理地，是为医院后期发展创造条件。
三、配电形式和处理
医院配电系统在确定后，对医院内部各个用电部门和所用设备再次确定负荷等级，以确定对其供电的可靠性和配电方式，主要可以分为以下几类：
1.消防设备电源根据国家规范规定两路电源供电，末端自动切换，而且消防电源均为独立电源，不和其他电源合用。
2.急诊楼医疗部分供电也是双电源供电，其下一级的用电设备电源可以根据其性质再分别对待。一般诊室电源引自双电源，抢救室则双电源末端自切，诊疗设备应保证电源的可靠性，能及时恢复供电，切换时间可以按大于15秒的医用设备对待。
3.手术部应两个电源供电，经自动切换装置后以放射式供各个手术室对应的配电箱。手术诊疗设备包括X光机、术中放疗设备等配电形式与手术部配电要求相同。净化空调装置也要医院变电所两个电源供电，大型的胸腔、脑颅、器官移植手术室应配备EPS装置。
4.X光机放射诊断设备可多台共用一路电源，因为X光机这类设备容量大，对电源的内阻要求高，电压不稳定或降低会影响拍片的清晰度，但是X光机工作时间极其短暂，负荷计算需要系数一般在0.2～0.4，数台采用一根截面较大（可通过计算）的电缆供电，能够达到电压降小，变电所出线少，节省投资的效果。
5.大型医疗诊断设备如CT、核磁共振、直线加速器等，由于容量大、设备贵重，为防止运行时对设备相互间的影响，均单独供电。有些观点认为对CT、核磁共振、直线加速器这些重要设备采用双电源供电，这就要求多敷设一路电源线，但没有自动切换的要求。事实上这些设备一旦停电1秒与几分钟的结果是一样的。作为综合性医院，已有两个电源供电，当一个电源发生故障时，通过变电所的联络开关来恢复供电，其结果与多敷设一根电缆几乎是相同的，为此，是否需要双电源供电还需商榷。
四、照明设计和照度选择
医院照明是体现医院现代化外观形象的一个重要手段，也是医院在明亮舒适的环境下，医务工作者能高效快捷地完成各项工作，病人能安心稳定地等待就诊和治疗的保证。但是过度豪华、超标准高照度值照明将大大提高医院建设的投资，医院建成以后日常支出维护费用也将增加，对节能十分不利。国家对医疗建筑照明照度值的有关规定、标准制定较早，目前以《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）中提出的医院建筑照度值较为合适。
医院照明设计根据各个使用部门的不同有多种选择，对许多设计处理还存在不同意见，褒贬不一，以下对几个典型的场所作一些讨论：
1.公共大厅或是建筑中庭形式的照明，应选荧光灯为主。中庭应处理好自然光与人工照明的平稳转换，防止中庭周围回廊照度太低，明暗差距太大引起视觉的不适。自然采光少的共享大厅空间安装照明灯具，要考虑到维修和维护方便，采用小型投光灯安装在大厅回廊的侧墙上，维修人员站在回廊边上手能触及到灯具对维修很方便，便于调准投光灯的角度，使灯光柔和均匀照亮大厅空间。
2.门急诊楼公共走道是室内的交通要道，走道两侧都有诊室，走道主要依靠人工照明，一般采用具有防止眩光的灯具嵌入式安装在走廊的吊顶上。如果要求高一点，采用反射式天棚，效果更好，躺在病车上的病人不会因目视顶棚裸露的灯泡或灯管而不适。病房公共走道照度相对低一些，住院病人适合清静环境，灯光应该均匀柔和。公共走道及安全出口的应急照明和疏散标志灯必须完善，应急照明延续时间要提高，因为医院病人在突发事件发生时疏散速度较慢，有些病人还需要担架或挽扶缓慢离开事故中心。对于带镉镍电池的应急照明和疏散标志灯，建议采用EPS取代镉镍电池应急灯，两者比较无论是使用寿命、投资、维护、可靠性EPS都优于后者。
3.病房照明对目前2、3人病床的病房，采用荧光灯，有吊顶采用嵌入式。为防止卧床病人有眩光的不适，采用反射式照明，效果很好，但投资大，运行费用高，住院病人昼夜躺在床上的情况比较少，可选择部分高档病区或病房使用。
4.手术室以洁净手术室为例：手术局部照明采用手术无影灯必须满足洁净层流要求，一般照明采用洁净灯嵌入顶棚安装，其中一盏洁净灯应达到应急照明要求，观片灯嵌墙安装，术中记录柜内安装一个联动照明灯，翻开记录板，灯同时打开，洁净手术室不装紫外线杀菌灯，照明插座安装在四周墙上和综合气体塔吊上。
5.大型诊疗设备室，如CT、直线加速器等工作照明照度要求不高，维护保养这些大型贵重设备又照度不能低，一般需250Lx以上，平时可采用分级调光，维修时采用荧光灯达到250Lx。
五、接地保护措施
医院接地系统首选TN-S系统。医院院区较大、建筑单体分布相距较远的，采用TN-C-S系统更加合适。但是对于任何一个建筑单体在电源进户后，电源中性线和接地保护PE线严格分开，不再重合。医院接地系统在做好每个建筑物的总等电位联结后，对医院的一些特殊场所，如手术室、重症监护病房、血液透析室、病房带淋浴的卫生间等做好局部辅助等电位连接。这是医院接地系统的一个特点，不能疏忽。
对于手术室还应配备局部低压IT系统，配置1：1的隔离变压器输出低压电源。这样利用IT系统中性线与大地绝缘的特点，在发生电源与金属外壳短路故障时，第一：电源不会中断，手术仍可进行；第二：故障电流很小，仅为室内电源线路对地的电容电流，可忽略不计；不过局部IT系统的绝缘检测装置不能省，必须同时使用，发生故障应及时排除，防止二次异相短路故障的发生。
医院诊疗设备带有计算机和微处理器的较多，这些电子设备需要一个稳定的基准电位，这个基准电位可以是悬浮的，也可以是接地的。为了防止漂移，在实际操作中把这个基准电位选择为大地，基准电位直接接地，并把接地值限制在1Ω以下，这就需要在设备附近专门设一个电子信号地接线盒，必须采用16~25mm2多股铜芯线穿绝缘管，由建筑物的接地体直接引来。医院病房在病床上方有一个供氧吸引和电源插座的综合线槽，线槽面板上有一个接地端子，这个接地端子也是信号地接地端子。虽然线槽上有插座电源PE线接地端子，但前者是对病房患者使用电子仪器时使用的信号地端子，后者是起保护接地作用的。由于这种信号地使用是随机性的，可以采用垂直干线引出分支连接各层病房线槽的信号接地端。
六、节能措施
建筑设计中的节能措施其重要性已经十分突出，如何做好建筑设计中的节能措施，不仅是衡量优秀建筑设计的一个重要指标，更重要的是关系到降低医院建成后的运行费用，减轻病员的负担。在医院规划建设初期，贯彻国家节能的基本方针，设计是把握节能的第一步，绿色照明，其含义就是节约照明用电、减少污染、保护环境、优质高效的综合措施。医院使用荧光灯量很大，应该选用新型的节能型电感镇流器，三基色荧光灯，首选直管式大功率的，灯具尽可能敞开式、高反射率。灯具和环境的清洁是提高照明质量、效率的重要因素。与建筑物外窗平行的灯具独立控制，自然光充足时可关闭照明灯具。
电气产品中可以从变压器、高低压电气开关、继电器、接触器的节能型着手；功率因数可分级补偿、就地补偿；电能采取分级计量结合成本核算，有计划地控制电能使用和分配，减少大面积照明集中控制方式，增加小范围局部灵活控制方式等。此外，电气专业要配合建筑、给排水、暖通等专业的节能设计，如太阳能利用、调速水泵、空调的自动化控制等。
七、弱电系统
现代化医院的智能化程度越来越高，弱电内容越来越多：计算机局域网、通信语音及其综合布线系统，安保监控系统；手术摄像示教系统；远程诊断系统；有线电视系统；卫星接受装置；病区呼叫系统；火灾报警系统；自动收费排队系统；大屏幕广告宣教系统；地下车库管理收费系统；背景音乐广播系统和楼宇自动化控制系统等。从目前医院的实际功能和要求考虑，从新建医院的投资有限和实际运行后的效益来看，医院弱电系统应做长远考虑，超前设计。
医院与商办楼、星级宾馆不同，医院的各类信息点相对稳定，把弱电系统中对节能、管理、安全检测、节省可观劳动力、需要综合处理的信息数据纳入医院弱电实施内容，这是提高医院的智能化程度一种比较实际的选择。
建筑设备自动化控制系统（BAS）其投资和运行费用，包括建立一支训练有素的楼宇自控管理维护队伍，费用都很大。就目前医院运行效益和偿贷能力来看需要综合衡量，果断决策，一次实施完成需要的项目。预留条件，逐步实施的做法很可能投入了费用，以后实施又不符合将来快速发展的硬件要求，造成浪费。
计算机网络系统和通信语音做成综合布线系统，是目前医院弱电系统中不可缺少的信息化处理平台。医院各部门通过计算机网络平台达到数据通信、资源共享、交流迅捷、信息综合处理、诊疗无纸化运行等多项功能，因此在信息插座布置时，要考虑每个诊室、每位医生、每个护士站都需要信息终端，尽可能采用双孔信息插座，重要诊室、专家诊室、手术室都要配置高传输速率的信息插口，以便于远程诊断，示教演播。
八、结束语
医院由于其医疗科目繁多、功能复杂、医疗流程又很特殊，电气作为配合医院建筑的一个重要内容，在前期设想和考虑周到与否十分关键。有些细节直接与病人和家属就医方便休戚相关，如医院公共部位包括医院病区应设公用电话（可采用投币或IC卡）；病房卫生间应设紧急呼叫按钮；候诊厅宜设大屏幕、有线电视、触摸式电脑显示屏作就医指南、健康教学的宣教装置；手术室的摄像内容不仅用于教学，经编辑也可播放给家属观摩；挂号、收费、化验等窗口内外照明都要明亮，因为医务人员和病员或家属都需要查看和核验交接的单据和费用；所有弱电系统的接地线和重要诊疗设备的接地线，都应选择足够截面单独引至建筑物的接地体；手术室、重症病房局部辅助等电位联不能遗漏，而且做法要正确，这能有效防止微电击事故的发生；还有许多大型诊疗设备电气容量应正确核准，防止负荷计算出错，运行发生困难；漏电保护器域值选择要合适，防止意外断电的发生……
可以相信，随着我国经济发展，综合国力增强，将有力地推动医院电气的现代化发展，今后医院的供电不仅有两个独立的电源供电，而且配有完善的应急电源；水利、太阳能和其他低成本电能的运用，医院用电范围将更广；放射式将是配电的主要方式；高照度、隐蔽型光源的照明设计、楼宇智能化控制下的全空调系统，将使医院环境更加温馨舒适、四季如春；完善的接地系统、总等电位联结和局部等电位联结、有效的漏电保护措施使安全用电得到保证；正确的信号接地、屏蔽接地等弱电接地系统，使计算机辅助的诊疗设备运行更加准确可靠；迅速发展的计算机技术将使医院的弱电系统由独立系统、小系统，向全面智能化方向发展，自控元器件成本的降低，人员素质的提高，医院楼宇智能化控制必将加快步伐，在医疗、节能、安保、应急处理等各方面发挥其综合优势，最终将为我们展示一个具有真正智能化、自动化的现代医院。