“质子医院”的规划设计探讨——以合肥离子医学中心项目为例

全文刊载于《建筑实践》038辑特辑：

医疗未来时

“质子医院”的规划设计探讨——以合肥离子医学中心项目为例

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王纯久

WANG Chunjiu

上海建筑设计研究院有限公司医疗建筑设计

研究院主任工助理 

邵宇卓

SHAO Yuzhuo

上海建筑设计研究院有限公司医疗建筑设计

研究院副总建筑师

摘要：本文阐述了质子医院的建设模式及其规模测算方法，以期探讨质子医院合理的功能和规模；针对当前医院缺乏有温度、有个性的疗愈空间等问题，探索“负空间”塑造、有机生长和新陈代谢、功能解构等创新理念在质子医院设计中的运用；最后，对医疗工艺与流线组织、PT区消防疏散、微振动与微沉降控制、裂缝控制、辐射屏蔽措施、电网谐波控制等质子医院特有的设计难点做技术探讨。

关键词：装置简介；建设模式；规模测算；设计理念；设计难点；发展展望

项目鸟瞰 © 胡义杰

01

质子装置简介

质子治疗是利用质子布拉格峰(Bragg Peak)特殊的深度剂量分布特征，对肿瘤实现定向“爆破”， 最大限度地保护正常组织不受损伤，且适应症广泛的前沿放疗技术。质子设备装置可分为大型和紧凑型^[1]两类，其设备和分系统构成如第一张图所示^[2]，本文围绕“大质子”装置进行叙述，并以合肥离子医学中心为例展开。

质子装置设备和分系统构成

02

建设模式

质子医院的建设模式主要分成两种：

1、以质子放疗为特色专科的“全过程、一站式”肿瘤诊疗机构，此种模式中科室设置齐全且可以独立运营，如华西国际肿瘤治疗中心（重离子质子）项目。

2、以质子放疗为特色、兼顾质子装置及治疗标准研发的平台型诊疗机构，如合肥离子医学中心项目。此种模式的质子医院依附于实力雄厚的综合医院或肿瘤专科医院，可理解为质子特色专科平台，其医疗科室设置类别及规模取决于对项目定位、管理方式、运营模式及与其所依附医院的功能互补关系的综合权衡。通常，该模式质子医院的科研教学和会议研讨用房占比高，医疗科室以质子及光子放疗、放射影像、住院部为主导，而手术、病理、化疗、检验、急诊、中心供应等科室设置较小规模或不予设置。

建设模式示意1

建设模式示意2

03

规模测算

质子医院的投资主体多元化，当前尚没有严格的建设标准可参照执行，实践中多以项目定位、运营模式及投资总量等推算得出。

政府投资的工程，一般以“质子及配套”+“综合医院”的模式申请建设规模。“质子及配套”也称PT区，根据质子装置工艺要求和治疗舱数量测算质子治疗前区、质子装置区、质子配套工艺机房的面积。“综合医院”则需依据《综合医院建设标准》、按照“床均指标×床位数+单列用房”的方式来测算“综合医院”部分的面积¹。

质子医院面积构成

04

设计理念

有别于传统医院片面追求以功能和流线为导向的“规范式”设计，合肥离子医学中心更加注重人文关怀、用户体验，设计趋向精细化和个性化^[3]。

4.1 建筑负空间塑造

建筑负空间是指基于“图–底”关系，用于组织实体功能空间的水平、垂直以及立体的那部分空间，可简单将其理解为是空间组织的内在逻辑。正由于积极性负空间的存在，才使得空间由“装着功能的容器”变成更加有个性、有温度的场所。而传统医院之所以千篇一律，缺乏温度和个性，就在于负空间的缺位或弱位，这源于资方和建筑师对建筑负空间缺乏理性认知，认为塑造负空间只会降低空间利用率并增加投资。

合肥离子医学中心将咖啡店、书吧、超市等非医疗功能植入公共空间，模糊室内外边界以将建筑与景观融为一体，并针对不同人群、不同空间属性，在空间形态、材料选择、色彩搭配上进行了个性化处理，强化了空间“容器”之外的属性。

室内实景：温馨疗愈的公共空间 © 胡义杰

4.2 有机生长和新陈代谢

医疗空间需与医技设备及医疗理念的发展相适应，因而，合肥离子医学中心在设计中引入了“有机生长”和“新陈代谢”的理念。

合肥离子医学中心分两期建设，总体以“七巧板”为概念，每一块七巧板或是建筑模块、或是服务建筑的室外区域，如落客区广场、花园、停车场、露台等。两条统领分期建设的轴线既统一了建筑内部空间组织的秩序，也提供了共享和生长空间。该理念颠覆了预留发展用地或在建筑内部大规模无序置换的传统做法，在科室边界提前规划发展空间，引导建筑有序生长。

4.3 功能解构

合肥离子医学中心将内外空间的功能解构，以探索医疗空间的外延属性。

在总体布局上，机动车停车场（下图蓝色区域）独立成区，与主体功能区（下图红色区域）相对布置，地下车库出入口紧靠基地出入口，实现了院区内的人车分流。这样的布局模式赋予停车场更多的功能弹性，可在条件成熟时探索停车场夜间向社会开放；也可在疫情期间建设临时抗疫用房，保证与医院主体功能区出入口分设、保证各自独立运营。

另外，项目也重塑了医院景观的意义。传统医院中，绿化景观通常用于“填充”建筑间零星空地，而合肥离子医学中心则将景观和建筑作为整体考虑，内外交融渗透，丰富了建筑空间和外立面的层次，改善了建筑微环境，并提高了节能效果。

停车场功能弹性示意

05

设计难点与注意事项

质子医院功能复杂，PT区工艺要求高，其消防疏散、微振动与微沉降控制、裂缝控制、辐射屏蔽措施和电网谐波控制等皆是特殊的设计难点。

5.1 PT区消防疏散

PT区由于装置特性和防辐射要求,常有突破防火防范的情况,需组织消防专项审查。例如，加速器舱、旋转治疗舱、束流通道的面积通常达到500㎡以上，对外的疏散门仅有一处或房间最远点至疏散门的距离达到40—50m以上。束流通道和旋转机架参照机房设计，设置事故排风、烟感、空气采样和高压细水雾灭火，不设消防排烟和消火栓。

审查机构通常会要求PT区的防火分区面积、疏散口数量、房间疏散门至防火分区疏散口距离严格执行规范条文。如有突破规范之处，需在消防专项审查文件中做情况说明。（如在治疗时段，加速器舱和束流通道内无人，治疗舱内仅有1名病人和1名熟悉疏散路径的医生；在检修时段，治疗舱、加速器舱及束流通道内仅有2—3名熟悉疏散路径的检修人员。）上述两种情况下，因同一时段在治疗舱、加速器舱和束流通道内的人员较少，且有熟悉疏散路径的内部工作人员，可快速组织疏散，火灾危险性较小。因而，加速器舱、治疗舱、束流通道的面积，以及其房间最远点至房间疏散门的最大距离可予以突破。

5.2 微振动与微沉降控制

质子装置在运行的工况下，建筑物基础底板最大振动速率不应超过100μm/s，鉴于此，合肥离子医学中心采取现场实测和数值模拟计算分析两种方法，分阶段测试并进行动态设计。通过增大质子区底板刚度、提高其自振频率，在振动较大的机房地面设置浮置楼板来实现微振动的控制要求。质子装置的性能依附于所有部件的精确定位，PT区沉降变形的控制要求高，超过10m长度，差别沉降须小于0.2mm/年。项目采取选择压缩性较小的中风化泥岩作为桩基持力层、采用大直径扩底人工挖孔桩并控制桩顶荷载水平、充分利用结构刚度等措施来控制不均匀沉降。

隔震沟示意

浮置楼板示意

5.3 裂缝控制

PT区大体积混凝土构件需严格控制裂缝的产生，以免裂缝对辐射屏蔽效果产生影响以及渗漏水对精密设备造成损伤。

合肥离子医学中心主要通过混凝土结构早期温度和收缩变形的理论分析和数值模拟、混凝土配合比试验分析、尺寸试块模拟分析、适当加大大体积混凝土的分布钢筋、后浇带分段及分仓施工、混凝土温差控制等措施以控制裂缝的产生。

5.4 辐射屏蔽措施

为防止PT区射线泄露，人员需通过迷道进出以上区域，治疗舱的门设置门禁连锁系统，治疗期间禁止人员进出。另外，合肥离子医学中心所有穿大体积混凝土的机电管线（共35个子系统，总长度约35km，出墙点位精度偏差须小于3mm）均采用“S”弯、“U”弯或45°斜穿的方式。PT区墙、板的厚度需根据辐射环评报告确定，其混凝土密度不应小于23.5kN/m³，辐射剂量大的区域尚应采用特殊混凝土，如重晶石混凝土、铁矿砂混凝土、混凝土与钢板组合等方式。

PT区大体积混凝土剖面示意及墙体穿管节点

吊装口混凝土封堵块

5.5 电网谐波控制

合肥离子医学中心采取如下措施来减小电网谐波的危害：采用DYn-11接线绕组的变压器，以阻断3n次谐波对上级电网的影响；在电力电容器补偿柜中串接适当配比的电抗器来抑制谐波，并设置源滤波装置；对大功率的UPS加装有源滤波器以减少谐波对电网及设备的影响；对重要弱电设备配电线路采用专线配电。

06

结语

随着医疗技术的不断创新，质子装置的更新迭代及小型化趋势、医院产学研综合发展的趋势、物联网和智能物流技术的革新以及质子医院由“高地型”产业转向普惠医疗的趋势，质子医院的设计理念、功能空间构成也将不断演变。作为建筑师应不断更新知识储备，超前思考行业趋势，紧扣新理念、新趋势和新技术，设计出高品质、有温度、有个性的疗愈型医疗建筑。

参考文献

[1] 肖帅，叶旭.大型质子治疗系统与紧凑型质子治疗系统的比较 [J].中国医学工程, 2016, 24(12): 25–28.

[2] 刘世耀.质子治疗设备的现状和发展[J].基础医学与临床, 2005, 25(2): 123–127.

[3] 陈国亮.大医小成[M].上海:同济大学出版社, 2021.

注释

1 单列用房包括计划单列用房、科研及教学用房、教学用房、住院医师规范化培训用房、停车用房等。 

除特别标注外，本文图片均由 华建集团上海建筑设计研究院有限公司 提供

新媒体编辑 / Greg、吕飒

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