火神山医院「中国速度」背后的门道

你好,这里是BIMBOX。
多年后回顾2020年,也许人们能回忆起很多事情,而如果把时间的坐标锁定在2020年2月2日,那么武汉火神山医院的建成交付无疑是最值得纪念的事。
中建三局、中信建筑设计研究总院等四家建设公司牵头,3.4万平米的建筑,从开始设计到建成完工历时10天。
建设现场场景被网络云直播后,数千万网民在屏幕前当起了「云监工」。2月2日火神山医院交付,无论是官方媒体还是自媒体,都发出「中国速度」、「10天奇迹」赞叹之声,对春节期间参与设计建设的人们也表达了感激和钦佩。
今天我们在赞美之外,再聊聊火神山背后那些经过思考和推敲的「门道」。
毕竟,拼搏努力当然是造就奇迹的必要条件,但理性思考的光辉也是不可或缺的。

1

和普通建筑有什么区别?
武汉市以东北风为主导风向,火神山的选址西南向水,处于城市的下风带,这样的选址对城市污染的可能性最低。
既然时间紧、任务重,能不能盖一个超大单体建筑,或者直接征用体育馆呢?答案当然是不行。
隔离治疗的医院里主要有三种人:医护人员、疑似病人和确诊病人。医院要保证确诊病人得到治疗的同时,最大限度的保护医护人员和疑似病人不被传染。
体育馆有对外隔离的作用,但无法实现对内隔离,医生、疑似病人和确认病人同时在一个开敞空间里,搞不好病还没治好,所有人都被感染了。
那征用现成的酒店呢?每个房间都是隔开的那种?
也不行。
下面是一张酒店的平面图,大多数酒店都是这样的「单廊」布置。医生在灰色的走廊区域直接进入棕色的病房,二者之间没有缓冲区,还是无法起到医患分离的作用。
那么什么样的设计才能解决这个问题呢?接着往下看。

2

设计的门道
看一下火神山医院的分区图。黄色的两栋楼分别是一号和二号病房楼,中间红色的是ICU,蓝色的医技部独立于建筑之外。
仔细看黄色的病房楼,长得像一根鱼骨头,中间是一条主建筑,向外伸出一根根彼此分开的小建筑,这就是关键之处了。

图片来源:中信设计院公开图纸
拿出一号病房楼的一部分来看,中间灰色的部分是医护用房和走廊,伸出去的绿色部分是病房。不仅医生和病人的活动区域是分开的,每一个伸出去的病房区域也是分开的。

图片来源:中信设计院公开图纸
医院以50个床位为一个护理单元,也就是上面图片中一个绿色的单元。每4个护理单元形成一个H型的治疗区域,医院在这个区域配备特定数量的医护人员和医疗器械,为200个病床的病人服务。
每个治疗区域之间的连接体就是公共区域,化验、检查等工作在公共区域展开。
理论上,这样的H型模块可以像鱼骨头一样不断延长增加,扩展容纳更多的病人,而不影响已有的模块。
楼病房之间的间距也是有要求的,理想间距是20米,2003年为应对北京非典建造的小汤山医院设计的病房间距是12米,火神山医院为满足更多床位的需求考虑,设计的病房间距是15米。
再进一步仔细看,传染病医院平面布局的要求是「三区两通道」,三区是指清洁区、半污染区和污染区,清洁区与污染区之间要有过渡区域。
正中央竖直的通道是清洁医护通道。两侧横向的通道是一般医护通道。内部红色的箭头是医护人员的流线,外部紫色的箭头是病人的流线,二者没有交叉。
医护人员的生活办公区位于洁净区,通过「更衣-卫生通过-二次更衣」后,进入到半污染区的走廊,随后进入污染区病房对住院病人进行医治护理。返回洁净区的时候,需要走一个「更衣-淋浴-二次更衣」的流程。而患者的路线是不会进入到清洁区的。
图片来源:全球知识雷锋
通过医患分通道的分流设计,就能有效保障医护人员卫生安全,同时有效开展医疗救治的工作。

3

怎样加快建造速度?
火神山的设计和建造都围绕着一个雷打不动的核心:。时间就是生命,设计师和建造者都是在和死神赛跑。
在这样的要求下,使用传统的混凝土浇筑方式来盖房子当然是不行的。火神山医院使用的方式,是集装箱式箱体活动板房进行模块化拼接
这种方式在国外被称为场外施工,在国内称为装配式建筑或工业化建筑。说的差不多是一个意思,就是不在现场浇筑混凝土,而是把墙、板、柱等构件在施工场地之外的工厂里批量生产好,然后在场地内组装。
火神山采用的集装箱式活动板房,简单来说,就是以一个房间为基本单元,每个集装箱单元彼此分开。
貌似只是在工厂生产个小房子嘛,这里面有什么门道呢?
首先,为了解决运输的问题,不能真的在工厂生产出所有「集装箱」来,很多房间是生产出梁、板、柱等构件,在现场拼接组装。
这么紧的工期,不可能每个构件都用吊车,那么首先要做到的就是构件让工人能搬得动。实际上现场很多构件确实是人工搬运的。你可以想象这是成品家具和宜家自组装家具的区别。
一根柱子50斤,对工人来说很辛苦。
单元里四根柱子承担所有梁板的重量,新增的房间需要有单独的柱子,而不是传统方式里一群柱子共同承担建筑的所有重量。

每个房间有独立的柱子,交叉处多柱拼接
图片来源:@不务正业的建筑喵
这样的设计,才能满足大面积同时作业,而不用等所有柱子都装好再铺楼板。
其次,为了解决工厂生产标准化的问题,要在设计的时候规定「模数」。
现场浇筑的建筑可以是任何尺寸,但要想在工厂实现大批量生产,就要按一定尺寸把建筑拆成非常相似的小单元,每个单元的尺寸就是模数。
火神山病房区采用的是3米*3米的模数,走廊的最小单元是3米*3米,病房的最小单元是3米*6米。
在单元格内,再根据不同的需求隔离出不同的小房间。
比如确诊病房,两个病房之间只需要一个缓冲间:
而对于疑似病房,为避免互相传染,则需要隔出两个单独的缓冲间。
到了医技区,由于功能更加复杂,对空间灵活变化的要求更高,就不再使用3米的模数,而是改用更小的1.8米为基本模数。
虽说是模块化,但很多构件,尤其是带有门窗的构件,还是完全不一样的,比如下图里画圈的三堵墙。
装配式的设计之道,就是尽量最大化的增强构件的重复程度,减少特殊构件的数量,最大程度实现批量生产。

4

「白房子」背后的内行问题
外行看热闹,内行看门道,普通人在直播里看到的是快速立起了一片白花花的房子,实际上装配建筑不是塑料箱子,还要解决很多功能性的问题。
防水问题
武汉气候湿润,湿润的条件会帮助病毒生存和传播。不仅外面的水不能进来,医院里面的水也一滴不能进入地下。所以防水防潮必须解决,单元格子是不能直接在地面上组装的。
在直播里看到平整场地、钢筋混凝土地面铺设之后,大面积铺的那层「防护衣」,叫HDPE防渗土工膜,主要原料是聚乙烯原生树脂,高抗拉耐酸碱,2毫米的厚度就可以达到防潮防渗水的要求。
单元房和防水地面之间,垫着方钢管,这样不仅可以进一步起到防潮的作用,也给后续的管道和电器等专业安装预留出空间。
另外,在保证轻便灵活的前提下,对于板材本身的隔热、防水等性能,也有很高的要求。
水暖电问题
除了建筑本身,还需要对给排水、暖通、电气等设备进行单独设计和安装。
由于医院周边有湖泊,建造过程必须考虑水污染的问题。医院的废水从排出到处理合格要经过7道严格的工序,经过全封闭的收集和预消毒处理,再提升到污水处理站进行生化处理,最终经系统检测合格后,才会排入市政管网。
除了前边说的HDPE防水膜,还需要建设配套的雨水调蓄池、化粪池、接触消毒池等污水处理设施和管道,最终要达到每小时80吨污水处理能力,保证医院污水没有一滴进入地下和湖泊。

现场管道安装

图片来源:新华网

火神山医院使用的污水处理设备

暖通专业的特殊之处,在于实现各个区域不同的空气压力梯度,清洁区压力最大,半污染区次之,污染区压力最小,在这样的气压环境下,才能保证室内的空气永远保持从清洁区向污染区流动,减少感染。
这也是前面说的为什么不能征用体育馆和酒店的原因之一。

独立通风系统

室外通风管道
在这么短的工期里,没办法建立起一套集中供暖系统,火神山采用的是分体空调取暖,因为建筑进风量很大,所以在进风段还设置了加热装置,室内的通风管道也要包裹保温层,避免热量流失。

室内通风管道,包裹橡塑绝热保温层
电力的难点在于抢时间,传统建筑都是在主体结构完成后再通电,火神山的电力建设甚至走在了图纸之前。
武汉当地的供电公司在尚未获取平面设计图的情况下,利用现有条件,2个小时拆除了主供线路,连夜完成2条10千伏线路迁移。到1月31日晚上,4台环网柜和24台箱式变压器的送电工作已经正式开始

图片来源:新浪网
为节省安装时间,房间内的电线在吊装前就已经接入,建筑和吊顶装修同时进行。
BIM也在里面出了一份力。看到网上有人发起「抗疫贡献建模讨论群」,湖南交通职业技术学院建筑工程学院院长刘孟良自发地带着他的工作室团队,在72小时里参与了火神山部分病房的土建和水电模型创建,把设计结果无偿贡献给火神山医院。

注:本工作非中信院委托

5

看不见的科技
超过5000万人同时看直播做「云监工」,只是火神山通信网络建设冰山一角的副产品。在看不见的地方,完善的通信网络对大规模的建设工作和建成后的运维工作都十分必要。
三家电信运营商分别在火神山医院开通4G和5G基站,搭建了高速通信网络。中国铁塔完成两座移动通信基础设施建设。湖北移动、湖北联通、华为公司和设计院等单位一起组织网络规划,协调5G基站、SPN传输设备和建设物资。华为还成立一支由服务、研发、供应链等组成的特别保障组。
使用云视频会议可以进行远程实时沟通,能提高应急指挥调度效率,最大限度减少工作人员聚集。移动、联通、腾讯、华为等公司分别在疫情期间最多300人同时在线的会议服务。

千兆光纤网络远程会诊应用系统

图片来源:澎湃新闻

云计算提供的算力也是「看不见」重要资源之一,像HIS(医院信息系统)、PACS(影像归档和通信系统)等核心系统部署都需要大量的计算与存储能力,完备的算力也是医院运营之后进行远程会诊、远程监护、数据采集等工作的重要保障。移动电信联通三大运营商和华为都在云资源方面出了力。

中国移动火神山医院信息系统移交军方

火神山医院首个“远程会诊平台”系统调通
图片来源:人民日报
以上是为你整理的火神山医院设计和建造中一部分思路和技术。
这些思路和技术在其他领域已经比较成熟,在火神山医院项目里并不是很激进的做法,相反,为了和时间赛跑,保证不出差错,设计和建造过程中舍弃了很多「黑科技」,对技术的应用也相对保守,比如3D打印、机器人等技术都没有进入工地。
那么火神山医院的「中国奇迹」到底奇迹在哪里呢?在科技发达的今天,技术不是最难的,最难的在于资源调度和管理
5小时出方案,24小时出施工图,边建设边修改方案;在7万平米的施工现场,近千名管理人员、4000多名工人和几百台机械设备,24小时轮班作业;各类分包单位有上百家,更有几百家不同地区、不同行业的厂家参与到建设当中。
在这么短的时间里,顶着全国瞩目的重大压力,还是在春节假期缺工人、人员密集风险高的大环境下,要调配大量的人员和物资,部门之间要默契配合,共同完成一项零失误、零感染的任务,这件事放眼世界,只有中国能做到。
无论2020年有多少糟心的坏消息,我们都想为这种中国特有的集体力量起立鼓掌。
最后,中信设计院向社会免费公开全套图纸,我们拿到了全套的电气、给排水和暖通图,以及@不务正业的建筑喵整理的建筑图和分析图,免费提供给你下载学习。
火神山医院1月27日全套图纸下载链接:链接:https://pan.baidu.com/s/1hTBz_FrUVfKJA51DkZx7DA 提取码:9meh
有态度,有深度,BIMBOX,咱们下次见!

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