传染病医疗设施设计—工程设计安全

新冠疫情的出现，使全球各地的医院面临着前所未有的压力，也使医疗领域成为全球关注的焦点。传染病的有效管理和预防变得至关重要，尤其是能够 “控制感染”的医疗设施方面。感染病疫情控制的关键之一是传染病控制医疗设施，包括良好的医疗规划，以及安全的设施内部机电系统。配合严格的医疗操作标准和优秀的医疗团队，能够实现良好的感染控制。

我们在之前发布的博客 “传染病医疗设施设计(一)—医疗规划”中讨论了如何通过良好的医疗规划加强传染病设施对于不同类型传染病患者的隔离和治疗。在本文中，让我们看看如何通过安全的机电系统设计保护医疗设施的使用者。

防护措施和个人防护装备对确保医务人员的安全健康至关重要，而机电系统也在医疗设施中发挥重要的作用。完善的机电系统能够为医疗设施提供新鲜的空气、干净的水源和其他能够让医疗系统有效而安全运行的重要元素。因此，空调和机械通风系统以及废物管理和控制系统的安全设计对于预防医院内部感染(在卫生设施中感染)至关重要。

气流和气压管理注意事项

大多数医院内部感染是由不良的卫生习惯和表面接触等因素引起的，但也有通过空调系统传播的风险。因此，传染病医疗设施内的空调系统的设计旨在减少通过空气传播感染。

(i) 换气率和稀释度

减少人体接触微生物的时间和数量的方法之一是增加空间内洁净空气的流通。例如，我们的机电工程团队在设计新加坡国家传染病中心（简称“NCID”）时，病房内的换气率是以每小时至少12倍于房间容量的速度持续净化。这样的换气设计能够减少房间内产生的微生物的暴露时间，并提高了空气的净化率，以保障医务人员和病患的健康。

(ii) 空气流动和气压机制

相对气压有助于减少病毒的传播。在医疗设施中，许多病房需要有相对于相邻空间不同的气压。加压的目的是将有潜在传染性的颗粒从洁净区转移到其它的区域。因此，病房的负压设计格外重要。这也意味着，作为空调系统的一部分，用于空气循环和调节的空气处理机组（简称“AHU”）对病房的供气量需小于排气量，让病房和走廊之间产生至少-2.5帕的负压。这样，病房内的空气就不会流入走廊。为了不影响医务人员进入病房，病房和走廊之间设计了缓冲间。缓冲间的内门和外门是联动的，无论什么时候都只能打开一扇门，以最大程度减少空气的流动。

对于更复杂的布局，如更高要求的隔离病房（简称“HLIU”）或手术室，必须更仔细的考虑不同空间之间的压差和门的联动，以确保受污染的空气不会流到空气较为洁净的区域。

病房空气流通的设计和实施

虽然基本设计要求看似不复杂，但一整个病房区域的设计和实施，如15个甚至更多的病房以及相关设施的区域，需要大量的细节设计和考量。为了正确控制每个病房的送气量，普通空调系统的变风量控制就不够精准。而文丘里阀的使用，通过管道内部的压缩改变空气的流动，能够控制供气量和排气量。

随着医护人员进出缓冲间和手术室，气压会发生变化。文丘里阀的使用能够通过调整控制供气和排气来以保持气流和气压的稳定。

 
图：病房空气流通图

在病房内，空气从靠近病床床脚的天花板进入，排气则在床头附近的较低水平位。通过这种方式，可以尽快将被病患污染的空气排出病房，提供更洁净的空气以更好地保护医护人员。

为了保持空调坏境的舒适度和质量，温度和湿度水平分别设定在24±1℃和55±5%。空气处理机组配备了能够先冷却后加热的线圈，以满足根据心理学计算过的的温度和湿度。热泵的使用能够节省加热能量，这对相关的空气流动非常重要。

病房周围区域的安全也不能忽视。从病房排出的空气必须经过高效微粒空气过滤器(HEPA)的处理，并增加额外的安全措施——紫外线灯。之后，空气通过大容量喷射稀释排风风机排出，进一步稀释并喷射到屋顶上方的大气中。

其他区域的气流管理

除病房外，传染病设施还包括用于治疗和检查传染病患者的其他设施，包括手术室和放射科中心等。如果发生更严重的疫情，设施内的筛查中心和诊所可接纳更多的患者。这些区域的气流和气压也同样重要。特别是在从感染病人身上抽取样本并进行检测的实验室等辅助设施中，每个区域的气流和气压都必须进行专门的设计，以满足布局和操作要求，并防止污染。

以手术室为例，手术室、病人准备室和擦洗室之间的空气流动需要通过压强差进行管理。一般的设计中空气会向外流入走廊。但在需要控制传染病传播的情况下，除了手术室以外的相关区域的空气需要通过排气管排出，这样被污染的空气就不会扩散到走廊及其他手术室以外的病人和医护人员所在区域。

图：对手术室进行测试，确保受污染的空气不会流出

测试和调试

当气流和气压系统设计投入使用时，需要确保一切都基于设计计算。即使在施工阶段，房间也必须进行气密性测试，以确保实际与计算相符。气密性包括墙壁、地板、拱腹，以及进入房间的管道、风道和线路。

在安装完成后的测试和试运行中，除了常规的操作测试外，也会进行故障模式的检查和调整。例如，如果空气处理机组（AHU）或大容量喷射稀释排风机（High Plume Fan）出现故障，可能会导致受污染的空气从病房流入洁净区。因此，针对每种故障场景设计了处理措施，包括控制系统故障的情况。在实验室和诊所等需要进行感染控制的区域也进行了故障测试。

图：在病房中进行故障场景测试

卫生废物管理

除控制受污染的空气外，来自病房的污水在排入公共下水道前也要进行消毒。这个过程涉及到一套专门的污水管道，通向收集罐。从收集罐中，污水被分批抽到含有消毒用次氯酸钠的污水量配池中进行处理。处理后的污水再进一步通过化学平衡以达到正常的酸碱度，以便排放到公共下水道。

图：卫生消毒设备

结语

设计感染控制的机电工程系统是一项复杂的工作。在工程安全上，我们需要考虑包括测试、冗余、故障控制和运行要求等多方面因素。新冠疫情的发生不一定是黑天鹅事件，另一场疫情的发生也是不无可能。CPG咨询长期参与传染病控制相关的项目，有着从医疗规划到工程安全等各个方面的经验。通过这些项目，我们不断完善我们的专业技能，提高我们对传染病预防策略的理解，使我们时刻准备着面对医疗项目的新挑战、新机遇。

撰写：Patrick Lam

Patrick 是CPG咨询（新加坡）私人有限公司的高级顾问。