与疫情赛跑的模块建筑——新冠疫情期间临时应急医院的快速设计和施工管理

新冠疫情在全球蔓延形势严峻，为全世界带来了危机和挑战。随着疫情的蔓延，应急医院也相继在全国紧急建设、改建或者扩建，虽然这些医院的数量很难完全统计，但大致可以分为三类：传染病临时应急医院、方舱医院、改造现有医院病房。

轻量化、模块化、装配式的建设理念

传染病临时应急医院的特点为轻量化、模块化和装配式。武汉有两座知名的临时应急医院雷神山和火神山医院，医院的设计理念源于2003年北京小汤山医院,采用统一的布局、模块化的结构,医院内部的设施包括病房、患者通道、检验室、CT室、手术室等。之后在深圳和西安建设的应急医院,其形式和布局也与武汉的类似。

在设计和施工过程中，全国各设计院通过合作和交流，形成了相对统一的布局和结构形态，有两个特别的案例值得一提。一个是位于珠海的应急医院，首次采用了钢筋混凝土结构，主体结构的施工在9天内完成，可以永久使用，并且具有抗台风能力。另一个是基于高度集成的模块系统的传染病应急医院，是由远大可建公司开发，可用于高层建筑并适合长期使用，虽然制造的时间相对长一些，但在现场的安装速度非常快。

为应对此次新冠疫情，中国首次采用了方舱医院，这一类医院是临时用于隔离轻症患者，避免感染其家人或社区居民。方舱医院可以提供医护服务、病毒检测、住宿和日常社交活动，可收治大量患者，尤其是在疫情高峰期。充分利用现有的大型公共建筑，改造成为临时的收治区域，施工时间短、成本低。

方舱医院的床位数量和空间利用率可以随时间及需求发生变化。2月18日，武汉第一家方舱医院开始收治患者。12天后，武汉确诊病例数稳定减少。可以说，方舱医院是中国成功控制疫情的一个主要原因。

此外，改造现有医院病房，将普通的病房改造为负压隔离病房，严格划分清洁区和污染区。这种改造可以快速地实施，所做的改动量也是最小的。

相对完善的标准体系

当前中国装配式建筑的国家标准，是建筑产业化的基础。在本次抗疫过程中，针对应急医院和方舱医院的新标准和指南也相继制定和出台。主要基于现有中国医院建设和装配式建筑的基本标准，构成了一个相对完善的标准体系。

比如应急临时医院采用装配式轻型钢结构体系，已有的相关标准、规程包括《轻型模块化钢结构组合房屋技术标准》《模块化装配整体式建筑设计规程》等。在疫情期间也形成了很多新的技术总结，其中发布较早，内容比较有指导意义的规范标准主要有以下一些：

1．国家卫生健康委会同住房和城乡建设部编制印发了《新型冠状病毒肺炎应急救治设施设计导则（试行）》，适用于集中收治新型冠状病毒肺炎患者的医疗机构或临时建筑的改建、扩建和新建工程项目，明确了相关工程项目的建设原则、选址、建筑设计、结构、给水排水、采暖通风及空调、电气及智能化、医用气体和运行维护等多方面要求，提出了负压病房改造参考方案。

2．中国建筑学会组织编制并发布团体标准《办公建筑应对“新型冠状病毒”运行管理应急措施指南》自2020 年2 月5 日起实施，指导办公建筑科学运行。

3．中国中元国际工程有限公司等单位编制的《新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施设计标准》自2020年2月6日起施行。该标准适用于改扩建和新建的新型冠状病毒感染的肺炎传染病应急医疗设施工程的设计，确保应急医疗设施快速建造和安全运行。

4．在充分总结借鉴武汉火神山、雷神山医院等实践经验的基础上，湖北省住房和城乡建设厅组织中南建筑设计院与中信建筑设计研究总院联合主编《呼吸类临时传染病医院设计导则（试行）》，于2月3日正式印发。随后紧接着发布了《方舱医院设计和改建的有关技术要求》《旅馆建筑改造为呼吸道传染病患集中收治临时医院的有关技术要求》，为尽快缓解当时复杂的疫情贡献了力量。《方舱医院设计和改建的有关技术要求》还被翻译成了英文版本，供国际社会参考。

与此同时，各地区还有很多其他单位对建设经验也进行了总结并发布，主要内容基本集中在应急传染病医院建设、改造及办公建筑运行等方面。

设计与施工的相互配合

下面以雷神山医院为例，介绍设计和施工过程中的关键要点。

首先，确保城市环境是安全的，选址是合理的。雷神山医院位于城市的南部，武汉市常年主导风向的下风向。另外，这个区域的大片土地还在开发和建设中，附近没有居民居住。市政设施相对完善，位置和土地条件均适合建造临时医院。

图1 雷神山医院的总体规划图

雷神山医院占地面积22万平方米，分为东西两个地块，总建筑面积约7.9万平方米。核心区域是隔离医疗区，位于东侧，可容纳1500张病床；医护生活区位于西侧，可容纳2300名医护人员。

图2 隔离医护区的典型建筑布局

其次，隔离医护区采用了鱼骨式的布局，可灵活地适应场地。该布局遵循的原则是“三区两通道”，遵循典型的传染病医院的布局。“三区”指的是清洁区、半污染区和污染区，设有安全通道，连接着不同的区域，以确保医护人员的安全。“两通道”是指医护人员通道和患者通道，患者可直接从外边进入，病房和治疗区域相对独立，以避免交叉污染。

雷神山医院的施工分为三个阶段：模块化设计、标准化生产和装配式施工。

模块化设计

病房模块代表主要的功能区域，每个模块容纳50张病床，所有的病房模块均为通用和一致的设计。使用三个标准一致的基本功能模块，相互拼合成30个病房护理区。通过对三个基本功能模块的精细化设计，使每个功能模块的医疗流程、建造方法、机电管线既满足传染病医院的高标准流程要求，也能做到施工建造、机电安装简便快捷。为便于标准化生产，通过模块化划分，把整个隔离医疗病房区分解为两种尺寸的集装箱式模块，病房模块平面规格为3m×6m，走道模块平面规格为2m×6m。

标准化生产

在模块化设计的基础上，各部件标准化生产，在现场处理地坪和预埋管线的同时，模块加工已在全国10余个工厂同时展开。雷神山医院95%以上的建筑用材均来自工厂生产的预制成品构件，如：架空层、基础支墩、钢结构箱式模块化房屋、门窗，以及钢结构构件、内墙隔断、所有卫浴产品和机电设施等。均基于统一的技术规范，采用标准化、工业化方式生产。

装配式施工

图3 模块单元的组成

箱式模块组合房屋的模块单元由模块地板、顶板以及墙板组成，同时可将设备管线、门窗及装饰部件集成。组合房屋的模块单元整体采用冷弯薄壁型材钢结构骨架和彩钢复合板墙体。所有模块构件均在工厂进行标准化制作，房屋构件通过标准化连接件在现场进行快速安装，完成房屋整体的建造。模块单元能根据使用需求进行多元化改造，自由拼接，以箱体为基本单元，可单独使用，也可拆除墙板，通过水平及竖直方向的不同组合形成宽敞的使用空间。安装过程比较灵活，既可集成化安装，也可现场拼装。医疗技术区域主要包括ICU、CT室和手术室等，这些功能性的房间需要大的跨度和高度，使用了钢结构框架。为了配合快速施工，设计时直接建立钢结构详图深化模型，同步进行结构验算和详图设计，将设计-出图流程缩短至24小时。钢结构构件根据图纸下料生产后，立即运输到现场拼接组装。

推进快速建造管理模式

从施工管理的角度推进快速建造，涉及两个关键因素，一方面是设计与施工的高度协同配合，另一方面是施工组织和资源的调配。

首先，设计和施工的良好配合需要一体化的项目管理理念，参照EPC模式，从施工和采购的角度来考虑设计事宜，有必要使用施工承包商的现有资源以及现有的材料。而设计方案的提出，应该基于对施工条件和场地情况的全面了解，如果条件改变，很难实施原来的设计方案时，应该立即调整方案；第二，需要无缝衔接各设计过程，与施工进行协调配合；第三，应该选择适应性好的，灵活的结构体系，而且结构应简单、可靠，易于制造和安装；第四，驻场设计和高效的沟通也是不可或缺的；最后，质量和安全风险也应该在施工的过程中加以控制，与验收工作协调同步进行。

场地及基础是制约工期的主要因素之一。为了解决尽快进场施工的问题，设计中尽量利用原有硬化地坪。在缺少硬化地坪的绿化区域，现浇200mm厚混凝土硬化层，内置钢筋网。先将整个场区的硬化地坪形成整体，后期再根据上部建筑布置来做支墩或筏板。一方面解决了结构基础或筏板的垫层问题，另一方面也为满场区铺设HDPE防渗膜（高密度聚乙烯膜）创造了良好条件。箱式房自重较轻，硬化地坪可直接承担上部荷重，仅为满足排水管道安装空间需要，在硬化地坪上设置了一定高度的支墩将箱式房架起。钢框架区域则采用筏板。从图4中可以看到，条形混凝土基础是沿着建筑的外部，以支撑上部结构，H形钢支墩则用于内部。

图4 条形基础和H形钢墩施工现场

施工管理过程中还需要克服很多困难。首先是施工工期紧，需要制定详细的实施计划，提高管理水平，增加人工、材料和设备的投入，合理安排作业流程；其次是质量控制，最重要的一点是将质量目标分解细化，需要随时驻场管控并强化管理落实。然后，配备充足的施工技术人员，进行交底会审，根据场地的条件及时调整改善设计；接着是分包商的管理，除了制定制度与协议约束外，还要实施进度分析，并满足其工作条件需求；最后，资源组织方面，面对疫情期间封锁的不利因素，需要设置设立职能齐全的调配机构，保证全局资源综合使用、全国调集。

在新冠疫情封城的情况下，在隔离区域的总体施工进度表中，施工的场地和基础部分占用了1/3的时间，所以场地和基础的优化措施，对施工的工期有着关键性的影响。另外，高度集成的箱板房所花的建设时间短，但是电器和机械管道是工期的一个主要限制因素。虽然建筑模块可以实现工业化和装配化，但是建筑和机电设备的集成依赖现场的安装，工作量非常大。未来，关键的功能性模块，比如传染病医院的负压病房单元，可以进行标准化的开发和生产。

施工中的BIM应用

图5 隔离病房及治疗区整体BIM模型

在雷神山医院的施工中，同步采用BIM技术，采用数字化模拟装配式建造，一方面可避免机电管线碰撞，另一方面对模块构件安装过程进行指导，优化拼装方案，提高现场效率。

CFD技术

我们也采用了CFD技术（计算流体动力学),建立了城市级大规模流场分析模型,模拟排风对医院外及周边环境的影响,为医院设计的总体规划提供一个参考,并考虑医护人员、患者和公众的健康与安全。通过分析负压病房的空气分布,找出最优的送风、排风的方案,促进污染空气的快速循环和排放，从而减少交叉污染的风险。

在中国抗击新冠疫情中，临时应急医院和方舱医院做出了重大贡献，随着中国疫情的消退，这些医院完成了它们的历史使命并相继关闭。临时医院的快速建造得益于采用模块化装配式的设计理念，得益于设计、施工单位的协同管理与资源整合能力，也得益于国家现代化建筑工业体系的快速发展。模块化装配式体系具有不可替代的应用价值和巨大的发展空间，未来，各种各样的模块将得到发展，满足医疗设施不同的功能性需求。机电设备的集成程度也将得到改进。同时方舱改造的经验也提示我们，在公共建筑的设计中应进行平疫结合的研究，考虑为突发事件预留充分条件。

（本文根据“国际桥梁与结构工程协会2020年度线上学术会议”报告录音整理）

本文刊载 / 《桥隧产业》杂志

2020年 10月刊 总第42期

作者 / 袁理明

作者单位 / 中南建筑设计院股份有限公司

编辑 / 裴小吟

美编 / 赵雯

责编 / 盛超

审校 / 裴小吟 廖玲

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