□ 鹿澎 LU Peng 李思童 LI Si-tong 孙晓伟 SUN Xiao-wei

自2003年“非典”以来，我国以呼吸道传染为主的传染病发病率呈小幅波动上升趋势。在综合医院中，虽然已设有发热门诊和传染病门诊，但由于缺乏弹性的拓展空间，既不能满足平时常规传染病的防治工作，又不能满足大规模烈性传染病暴发时的接诊需求[1]。为解决这一问题，我院在发热门诊改造过程中提出了“平战结合”的设计思想，根据不同的需求从建筑空间上对发热门诊、肝病门诊和肠道门诊进行分区。本文基于不同的分区情况对建筑物内部有害气体的流向进行分析。

“平战结合”的平面布局

为了充分利用医疗资源和空间，在改造过程中，将发热门诊所在的一层分为5个区域：发热门诊、肝病门诊、肠道门诊、检验科和办公生活区。其中肠道门诊的开放日期为每年的4―10月份，平面布局如图1所示。充分考虑到战时和非战时的设计，设计后面积统计如表1所示。

图1 “战时”状态(4―10月份)

表1 战时和非战时面积分布(m2)

“战时”状态发热门诊的面积比平时面积增加了84%。位于发热门诊的CT区域存在独立的对外出口，发生疫情时，可仅供发热门诊使用，而在平时可供所有门诊使用，这既提高了CT区域的使用效率，又可满足防疫需求。检验科贯穿发热门诊、肠道门诊和肝病门诊，可完成三个门诊的检验需求。在供给发热门诊使用的区域又在检验科内部进行分隔，设置缓冲区域，这样将检验科又细分为两小部分，一部分医务工作者需穿防护服进行工作，一部分穿常服即可完成正常工作。肠道门诊根据发病的周期性变化，每年仅4月-10月进行开放。

通风空调设计

美国供暖制冷与空调工程师协会标准《医疗设施的通风》(ASHRAE 170-2017)对改建病房的复压有所要求，其核心思想是在室内循环的气流必须经过HEPA的过滤除菌，以达到将室内所有的病菌排出、防止病菌在室内积累[2]。考虑到发热门诊改造过程中原有建筑的局限性，采用排风扇进行排风，换气率为可达到6次/小时，利用压力差，形成一个基本复压形式。

模型设置

发热门诊中最重要的是防止病毒的传播，本研究采用美国国家技术标准局建筑火灾研究实验室开发的基于场模拟的火灾模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator)模拟室内含病毒空气的传播过程，通过流体动力学计算平台，定量分析在通风系统正常运行和失效的情况下室内的污染情况。在发热门诊中的病人，模拟的是新冠肺炎病人。

1.计算模型选取。首先利用Revit软件建立三维模型(图2)。Revit可便捷导入CAD中的底图，快速建立成为三维模型。然后采用FDS对三维模型进行有害气体模拟。以往有害气体的扩散常选用基于半经验模型和基于不同湍流模型，但传统的半经验模型很少考虑医院建筑内部的复杂性[3]，本研究选择基于大涡模型的FDS软件进行模拟，能够及时有效的捕捉污染物的瞬态变化，并便于进行数据分析。

图2 Revit三维模型

FDS模拟过程分为四个部分：建立流场计算域网格；新冠肺炎病人释放病毒模型；有害气体的追踪；模型模拟及数据分析。

采用FDS建立流场计算域网格(图3)。计算域网格的大小决定了模型的计算精度和效率，计算域网格过小精度高但是实际的计算效率低，计算域网格过大效率高但是精度低，本研究采用的计算域为0.25×0.25×0.25，计算点约为47万个。

图3 流场计算域网络

新冠肺炎病人释放病毒模型设置(图4)。根据Jiang Y的研究，每位病人呼出的有害气体VP约为0.3m3/h，将其视作一个释放器，放置一个surface，设定表面释放物质的速度，恒定速度(specify velocity)每小时释放0.3m3的气体[4]。实际上的新冠病毒传播是气溶胶的传播，气溶胶的传播速度和传播能力弱于气体，本研究为了便于模型计算，使用的是危险性更大的气体传播。

图4 新冠肺炎病人释放病毒模型设置

有害气体的追踪。通过采用tracer gas，可追踪气体的体积比和质量比，从而测定有害气体的分布，并通过集体检测设备监控气体的流动问题。

2.计算工况。根据发热门诊的布局情况(见图5)，假定在三个隔离病房和抢救室均有一名烈性传染病病人且未佩戴口罩，在大厅等候区等待筛查的病人中有三名新冠肺炎病人，在等候区大门开启的状态下，将模拟的情况分为三种，方案见表2。

表2 模拟方案

图5 发热门诊区域布局图

计算结果与分析

通过有害气体检测点的结果和示踪粒子、等值画面对有害气体的浓度分布情况按照模拟方案进行模拟。

方案一：房门全部关闭，排风扇正常运行状态下，1.6m和3m处的等值画面有害气体相对浓度如图6和图7所示。

图6 方案一 1.6m等值画面有害气体相对浓度

图7 方案一 3m等值画面有害气体相对浓度

通过对图6和图7的有害气体相对浓度结果分析可知：8小时后病毒浓度分布最危险的区域是病房2。有研究表明，当含SARS病毒的空气被稀释到10000倍以上时，即浓度低于100×10-6不再具有传染性[3]，此时整个区域各高度均处于安全状态。在病人安置的方案上，应优先选择病房3，当三个病房同时安置病人时，病房2和病房3中病毒的释放会对浓度有叠加作用，因此病房2应为最后选择的安置地点。

方案二：房门全部开启，排风扇正常运行状态下，1.6m和3m处的病毒的扩散情况如图8和图9所示。

图8 方案二 1.6m等值画面有害气体相对浓度

图9 方案二 3m等值画面有害气体相对浓度

通过对图8和图9的有害气体相对浓度结果分析可知：在3m处病毒的扩散范围较1.6m处病毒扩散的范围更大，在现有的通风条件下，即使所有房门均处于开启状态，发热门诊内的病毒扩散基本上不会影响到本楼层其他门诊的就诊。且通过结果对比，病人在等候区8个小时内分诊是安全的，在病人安置方案上应优先在病房3进行安置，最后选择病房2。

方案三：房门全部开启，排风扇失效状态下，1.6m和3m处的病毒的扩散情况如图10和图11所示。

图10 方案三 1.6m等值画面有害气体相对浓度

图11 方案三 3m等值画面有害气体相对浓度

通过对图10和图11的有害气体相对浓度结果分析可知：与方案一和方案二相比，围绕病人周围的病毒相对浓度迅速上升，虽然扩散范围较小，但是浓度值较高。房门开启后降低了有害气体的浓度，因此病人在8小时内分诊仍是安全的。在病人安置方面，同样优选安置在病房3，最后选择病房2。

综上，对不同方案和不同高度下的有害气体最大浓度比较可知，方案二是最佳状态(见表3)。因此，在分区设置的情况下应尽可能地保证区域的连通性，即将门打开，增加整体气体的流动范围，降低有害气体的浓度，保障医护人员和患者安全。

表3 最大相对浓度数值(mol/mol)

结论

通过FDS的模拟可知：(1)通过FDS对不同工况组合下的分析结果可以直观地看到气体流向的情况，其扩散的范围有限且浓度较低，进而对建筑内部布局的安全性进行了验证。(2)FDS的模拟结果表明，从高度上进行对比，高度越高病毒扩散范围越大，高度越低病毒浓度越高。从不同工况进行对比，在保证温度的情况下，污染区的门洞尽量变大，减少死角的产生，且门应该保持常开状态。(3)等候区内有三位新冠肺炎患者时，在8小时内分诊可满足最安全状态。(4)在病人安置方案上，均应优先选择病房3进行安置，最后选择病房2。