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摘要:2020年北京市衛(wèi)生健康委員會批準了示范性研究型病房項目,北京大學第一醫(yī)院對位于第三住院部的7層和1層進行改造,建成研究型病房(Ⅰ期)和臨床試驗機構辦公室。為了給予研究和試藥更好的體驗,在改造過程中采用Ecotect軟件對第三住院部氣候條件進行分析,得到了每年極端氣象的最值;通過焓濕圖確定了每個季節(jié)不同的節(jié)能方案;根據(jù)建筑朝向確定了建筑的布局;根據(jù)自然采光分析,優(yōu)化照明方案,并確定優(yōu)化后的采光系數(shù)。經過Ecotect軟件的分析為病房的改造設計提供了重要的決策支持。
關鍵詞:研究型病房;物理環(huán)境模擬;Ecotect軟件;優(yōu)化設計
0引言
北京大學第一醫(yī)院是北京市衛(wèi)生健康委員會批準的示范性研究型病房之一。為建設研究型病房(Ⅰ期)和臨床試驗機構辦公室,擬在第三住院部1層及7層進行改建,1層主要由藥物臨床試驗機構辦公室和受試者篩選區(qū)組成。篩選區(qū)分為2個房間并配備護士站,男女受試者分開進行心電圖、體格檢查等涉及到隱私的操作,受試者生命體征、血樣采集等操作可以同時在該區(qū)域內完成。篩選區(qū)同時滿足受試者門診隨訪的需要。7層為醫(yī)療區(qū),主要進行藥理基地的信息化及團隊的建設,開展Ⅰ期臨床試驗技術研究。隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展,在設計階段引入新興的軟件,在建筑方案設計階段對光、熱等物理環(huán)境進行分析,可以輔助功能區(qū)布置和節(jié)能方案選擇。研究型病房是為人體進行藥物的系統(tǒng)性研究而建,北京大學第一醫(yī)院研究型病房改造項目,地點位于北京大學第一醫(yī)院第三住院部,地址為北京市東城區(qū)安內大街車輦店胡同15號。東經116.4°,北緯39.9°,建筑坐北朝南。
1建設基本情況
研究型病房改造項目位于第三住院部的1層和7層,涉及總改造面積為1700m2。根據(jù)使用需求和改造范圍,確定了初步基本使用需求,見表1。研究型病房設計工作主要需要滿足以下5個方面的需求:1)實現(xiàn)臨床研究與病房相結合的平面布局;2)提供舒適的試藥環(huán)境;3)滿足臨床研究的試驗使用需求;4)建設智能信息化的研究平臺;5)對受試者進行獨立管理。為了滿足研究型病房的設計工作,需要對研究型病房的物理環(huán)境進行分析。
2北京地區(qū)氣候分析
建筑空間的改造過程中需對場地的地域熱分析、風分析和日照分析?;谘芯啃筒》康脑O計理念和使用需求,整合所處西區(qū)的氣候資源,進而設計出更加合適的室內布局,滿足使用需求。根據(jù)北京的氣象數(shù)據(jù)基本資料,通過Ecotect軟件進行分析[1-3],得到北京大學第一醫(yī)院第三住院部建筑所在地的氣象分析,根據(jù)所在地每小時的氣溫、相對濕度、絕對濕度、露點溫度、濕球溫度、風速、風向、水平輻射量、擴散輻射量、直接輻射量、云量和雨量,經過軟件分析得到追月、追日氣象數(shù)據(jù)。得到全年的氣象數(shù)據(jù)見表2。風向分析如下。1)25~30km/h風速在全年內出現(xiàn)的時間均小于32h。2)風速大于40km/h的時間小于32h。3)主要的風向為東南風。
3利用焓濕圖進行節(jié)能分析
焓濕圖可以確定空氣的狀態(tài),可根據(jù)4個基本參數(shù):溫度、含濕量、大氣壓力和水蒸氣分壓力與熱環(huán)境的關系分析空氣的狀況,進而更加直觀地確定室內外的環(huán)境和舒適區(qū)的偏離程度[4-9]。以干球溫度作為自變量,絕熱溫度作為因變量。選取3種方案,利用焓濕圖中舒適區(qū)域的百分數(shù)對比節(jié)能情況。3種方案見表3。根據(jù)圖1可知,在自然條件下,在12月到次年2月和7—8月期間,舒適百分比較小。因此需要采用主動式的供暖和制冷方式調節(jié)舒適性。在過根據(jù)北京的氣象數(shù)據(jù)基本資料,通過Ecotect軟件進行分析[1-3],得到北京大學第一醫(yī)院第三住院部建筑所在地的氣象分析,根據(jù)所在地每小時的氣溫、相對濕度、絕對濕度、露點溫度、濕球溫度、風速、風向、水平輻射量、擴散輻射量、直接輻射量、云量和雨量,經過軟件分析得到追月、追日氣象數(shù)據(jù)。得到全年的氣象數(shù)據(jù)見表2。渡季節(jié),采取自然通風對于增加焓濕圖中的舒適區(qū)域效果非常明顯。因此在后期使用過程中在12—2月和7—8月期間給予充分的能源供應,在過渡季節(jié)增加自然通風。在外墻中設置保溫材料,對舒適區(qū)域百分比的變化不大。
4朝向分析
建筑的朝向分析主要是通過熱輻射信息進行綜合分析。Ecotect朝向分析的理論基礎是根據(jù)熱輻射[10-13],其認為在過冷的時間內得到的輻射量較多,在過熱的時間內得到的輻射量較小就是最佳朝向,反之是最差朝向。首先對建筑所在的朝向進行分析,結果如圖2所示。經過最佳朝向分析可知,最佳朝向為南偏東17.5°,最差朝向是東偏北17.5°。右下方的顏色越深代表朝向越佳,左上方顏色越深代表朝向越差。第二步是結合最佳朝向分析圖,進行平面布置。根據(jù)病房管理需求,將受試者病房放置在最佳朝向的區(qū)域,能夠提升受試者的舒適程度,進而對整個研究起到積極的作用,將其他類用房按照核心程度進行劃分,除病房外核心區(qū)域是采血區(qū),采血區(qū)是受試者在進入7層后需要停留的第一站,可以給予受試者最好的第一印象。從使用角度來看,使用頻次較低的用房———試驗藥房、樣品處理間和會議室等對朝向要求不高,因此可圍繞在最差朝向放置。按照同樣的思路對1層的建筑進行布置,由于在1層的改造過程,最佳朝向的部分沒有進行改造,考慮圍繞最不利朝向進行布置,將會議室和督查辦公室放置在最不利區(qū)域。
5采光模擬
根據(jù)醫(yī)院建筑以往數(shù)據(jù)分析得到,醫(yī)院建筑中照明用電占據(jù)某單一樓體的18%左右。為了更加節(jié)約照明成本,對1層和7層分別進行了采光模擬。根據(jù)1層的自然采光分析,結合改造中窗戶的布置,可很好地滿足藥房中藥片避光儲存的需求,因此將藥房放置在此區(qū)域。根據(jù)采光分析后,布置燈具的位置,采用最佳的布置方案后,1層的采光得到很大的改善。采光系數(shù)的范圍在54%~74%左右,大多數(shù)區(qū)域的采光系數(shù)在62%以上。可以滿足使用需求。7層自然采光系數(shù)在0~20%之間,由于7層是在原有的樓層進行加蓋,因受建筑布局的局限,改造時采光條件較差,在窗邊的采光約為6%~12%。相比較1層而言,7層需要更多的照明裝置。采取照明方案后,7層采光系數(shù)增加到了54%~74%之間,是原來的3倍左右,滿足了規(guī)范要求中各個功能用房的采光需求。通過模擬建筑單層立面的日照分析時長,對后期房間的窗簾材質選擇提供了基礎數(shù)據(jù)。
6結語
采用Ecotect軟件對現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)進行剖析,對焓濕圖和建筑的朝向、采光進行模擬,在不改變原有建筑外立面和空間結構的情況下,基于研究型病房建設的設計實際需求,更加合理地進行了房屋的布置,為研究型病房的研究者和受試者提供了一個更加舒適的環(huán)境。
作者:李思童 陳鵬 鹿澎 劉驍 張雨霏 單位:北京大學第一醫(yī)院 首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院