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          醫建干貨 | 裝配式建筑在醫院建筑設計中的應用

          發布時間:2022-12-22 12:04:02     作者:星立方     瀏覽次數:1

          1、研究背景

          我國現在正處于社會和經濟高速發展的時期,社會保障制度趨于完善,在城市快速發展、人民群眾的健康意識不斷增強、公共醫療資源亟須更新等因素的影響下,醫療建筑新建和改造的需求量巨大。據統計局數據,我國醫院數量增長迅速(見圖1)。2010年全國醫院數量為2.09萬個,2017年醫院數量突破3萬個,到2018年底全國醫院數量達3.4萬個,比2010年增加了近3萬個,國內醫院建筑正處于快速發展期。

          裝配式建筑是指把傳統建造方式中的大量現場作業工作轉移到工廠進行,在工廠加工制作好建筑用構件和配件,運輸到建筑施工現場,通過可靠的連接方式在現場裝配而成的建筑。2016年,國務院辦公廳印發了《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》,其中指出按照適用、經濟、安全、綠色、美觀的要求,推動建造方式創新,大力發展裝配式混凝土建筑和鋼結構建筑,在具備條件的地方倡導發展現代木結構建筑,不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例等諸多實施辦法。

          醫院建筑不同于其他建筑類型,醫院建筑對空間的功能和規模要求特殊性較高,現階段國內裝配式醫院建筑的設計理論和實踐經驗仍處于起步階段,急需總結出一套完整的裝配式醫院建筑設計方法。

          2、國內外研究現狀

          2.1 裝配式建筑研究現狀

          20世紀50年代以來,裝配式建筑在歐洲國家開始發展,并建立了相關的制度。最初裝配式建筑大部分應用在住宅建筑中,經過幾十年的工業和經濟的發展,裝配式建筑在發達國家中已不僅僅是固定地在住宅建筑中使用,而是拓展到商業建筑、文化建筑、醫院建筑等多種類型的公共建筑中。伴隨大量的實際項目的實踐,這些國家擁有先進的生產技術和設計理念。日本和美國在工業化、裝配式建筑方向的發展都一直領先于世界。

          我國裝配式建筑起步較晚,國內裝配式建筑的概念始于20世紀70年代。從20世紀80年代開始在全國推廣應用預制混凝土施工,很多地方已經開始形成一種設計生產和安裝工業裝配式混凝土施工生產模式。從20世紀90年代開始,拼裝式混凝土的施工已經逐漸取代了現澆混凝土?,F階段我國的裝配式建筑大部分還是應用在住宅建筑上,少部分應用在辦公、酒店等公共建筑上。由于我國裝配式建筑起步較晚、發展較慢,目前還存在著如缺乏統一的規范標準、施工管理水平有限、投資高、成本大等基本的現實問題。

          2.2 國內裝配式醫院建筑研究現狀我國醫院建筑模塊化設計從20世紀50年代就開始發展,早期國內的醫院建筑為條狀模塊單元,單走廊建筑,空間單一,層數為3~5層。改革開放后,醫院建筑開始向水平和豎直方向發展,門診部為版塊式,住院部為高層的高低雙向模式。

          國內現階段的裝配式醫院建筑普遍采用裝配式鋼結構體系,由于生產能力和設計需求的沖突,在綜合考慮醫院規模和空間需求的情況下,以通用空間來滿足醫院建筑的各種不同功能需求,降低由于空間細分帶來的構件預制與裝配建設難度。

          中國建筑西南設計研究院有限公司原副總建筑師張遠平表示,裝配式建筑會逐步在醫療建筑中的區域使用,但大型綜合醫院的復雜性和不確定性并不適合全域采用裝配式建造,模塊化程度高的功能區如標準護理單元、標準診療單元等會有裝配式應對優勢,在短期內不會對醫院設計產生根本性影響,局部的裝配式建造需要設計單位具有裝配式工業化設計能力和經驗。目前許多設計機構都有專業化部門應對這種技術發展。

          3、裝配式醫院建筑的主要特征

          3.1 標準化、模塊化

          標準化、模塊化是裝配式建筑的主要特點與優勢。由于裝配式建筑構件的標準化生產和醫院建筑病房、診室等功能區對重復性的標準化、模塊化空間的需求,使得裝配式醫院建筑在設計時需要重點考慮建筑的標準化、模塊化設計。

          3.2工業化、裝配化

          工業化的生產模式可以規?;厣a建筑構件,在保證構件生產效率的同時最大限度地控制構件的尺寸統一,保證構件的質量,控制總體的建筑構件的生產成本。建筑構件的工業化生產在某種層面上說是將傳統的在工地的分散生產集中到工廠進行標準化的統一生產,可以在縮短工期的同時減少環境污染和生產力浪費。

          在傳統建筑的施工過程中,土建、電氣、設備等施工過程往往需要分步進行,而這種施工方式大幅降低了建筑的整體施工效率。裝配式醫院建筑采取裝配式的施工方式,將加工好的建筑構件在現場進行調配安裝,且除了地坪、基礎等為濕作業外,管線安裝、門窗安裝、設備安裝等均為干法施工,各種施工隊伍可以交叉作業,使整體施工效率成倍提高。

          3.3 主體結構與設備管線相分離

          醫院建筑中往往有許多設備和管線,且隨著相關科技的進步,醫院會面臨大規模的更換設備的情況。通常醫療設備的更新年限/頻次如下:電子儀器及光學儀器類為8年,機械類醫用電器為10年,放射性設備及其他耐用設備為15年,纖維內窺鏡為5000人次。不同的設備對空間的需求不同,對管線的布置需求也不同,因此醫院建筑對內部設備與管線的布置靈活性有較高的需求。

          傳統建筑的土建設計和管線綜合設計是統籌進行的,在建筑建成之后很難再作改變,特別是建筑的內埋管線,很難在施工完成后再重新布置。對于醫院建筑,傳統建筑很難滿足醫院對設備、管線二次布置的需求,因此醫院建筑中往往存在現有空間與設備管線需求不匹配的情況。裝配式建筑的主體結構與設備管線是分離開的,使用者能夠輕易地對結構構件和管線進行更換,根據自己的需求對建筑內部空間進行調整。

          3.4應急狀態下的快速建造裝配式建筑具有施工速度快、現場作業量少、精確度高等主要優勢,在應急狀態下,能最快地滿足醫院建筑的主要需求。傳統醫院建筑大多數是鋼筋混凝土結構,在建設過程中,僅僅是等待混凝土凝固和達到設計結構強度就需要28d,根本無法滿足突發事件下的建設效率要求。在地震等自然災害發生后或在行軍過程中,為了快速搶救傷員,許多臨時醫院采用帳篷作為病房。但在具有傳染性的突發衛生事件中,帳篷等簡易設施無法滿足醫院對衛生條件和隔離效果的需求。裝配式醫院既能在短時間內完成建設,又能根據醫院需求滿足其對衛生、通風和隔離的要求。

          考慮成本、現場施工量、建設速度、構件運輸等因素,突發公共衛生事件下的裝配式醫院多采用裝配式鋼結構集成模塊建筑。裝配式鋼結構集成模塊建筑是指采用工廠的預制集成模塊,在施工現場組合安裝而成的裝配式建筑,以每個“集裝箱”為基本單元。每個“集裝箱”都是在工廠預制完成,包括主體結構、墻板、樓板、內部管線等部分,能夠很好地滿足建筑性能和運輸吊裝的要求?;灸K的尺寸一般是3m×6m,根據建設需求,通過不同模塊的拼接組合,形成不同的空間平面組合,滿足使用需求。

          4、裝配式醫院建筑的設計要點

          4.1 合理的選址及總平面設計裝配式醫院建筑在選址時,在考慮醫院區位要求的同時應考慮建筑構件的生產與運輸條件,使建筑構件能夠順利地被運送至工地且盡量降低構件的運輸成本。

          不同于傳統建筑形式,裝配式建筑在建設時,需要將大面積的構件堆放場地和預制組裝場地。設計者在進行醫院總平面設計時,應該綜合考慮預制構件的安裝與堆放場地,在保證場地基本功能的前提下,為建筑構件的堆放、組裝、吊裝預留合適的場地。在特殊情況下,當醫院需要快速投入使用時,設計者還應考慮前期工程和后期工程互不干擾,保證已建成場地的正常醫患流線。構件的堆放場地還要滿足建成后進行二次改造的需求,其他場地也需要滿足醫院的改擴建需要。

          4.2 標準化、模塊化設計

          醫院建筑相對于其他建筑類型而言,功能分區更為明顯,還需要大量重復的如病房、診室等空間,因此需要空間的模塊化組合和標準化設計。另外,標準化、模塊化設計有助于醫院功能的轉變,同時滿足工廠批量化生產的要求,降低裝配式醫院建筑的建設成本。在裝配式醫院的標準化設計過程中,需要考慮醫院建筑的復雜性,完成整體布局模塊化組合、門診單元模塊化組合、醫技單元模塊化組合、住院部模塊化組合等基本設計要求。

          以美國為例,美國已經形成了一套成熟的裝配式醫院建筑模塊化設計方法。美國裝配式醫院設計是通過一種標準單元組合的設計方法進行,在設計前,建立一系列基本的功能模塊(如住院模塊、門診模塊等),以30ft為基準模數,建立醫院建筑功能模塊庫(見圖2)。模塊庫內一個功能模塊的組成包括3個部分——固定端、活動端和接口。固定端是指構成該功能模塊的基本空間,是模塊的核心;活動端是指輔助使用功能的配套空間;接口是指連接其他功能模塊的功能空間,如交通廳、樓梯、衛生間等。在建立標準化的模塊庫后,設計者根據使用者需求,對各功能模塊及其內部進行組合和優化,得到基本的建筑空間組合方案,再完成方案的節點和細節設計。

          4.3 結構體系

          裝配式建筑主要包括預制裝配式混凝土結構、鋼結構、現代木結構建筑等。裝配式混凝土建筑的主要結構體系包括剪力墻結構、框架結構、框架-剪力墻結構、框架-核心筒結構等。鋼結構被廣泛應用于工業建筑、公共建筑、商業建筑、住宅建筑等領域。鋼結構體系具有輕質、高強、抗震性好、布局靈活、構件截面尺寸小、易裝配、施工期短、使用面積高等優點,且有利于工業化生產、標準化制作,是我國建筑工業化和產業化的重點發展對象。其較適合醫院建筑,且國際上裝配式醫院建筑采用較多的是鋼結構體系。

          鋼結構體系又分為鋼框架結構、鋼框架-中心支撐結構、鋼框架-偏心支撐結構和偏心結構等,不同的結構體系對應著不同的力學特征和造價,適用于不同的建筑類型。設計者應綜合考慮建筑的功能、高度及設防烈度,選取合適的結構體系(見表1)。通常情況下多層醫院建筑采用鋼框架結構,高層醫院建筑采用鋼框架-支撐結構體系。

          4.4 圍護結構

          裝配式醫院建筑外墻和門窗的設計與生產應符合建筑模數和模塊化設計原則,盡量減少尺寸上的變化,避免異形墻體和飄窗的出現,以降低生產、安裝的成本和難度。外墻和門窗的熱工設計也應該滿足現行的醫院建筑的相關標準,增強外圍護結構的保溫隔熱能力,降低建筑能耗。

          醫院的內墻會起到分隔空間、隔音、密閉、防輻射等多種作用,因此在選擇醫院隔墻和內部門窗時,應綜合考慮空間的功能和空間之間的關系,選擇合適材料和做法的隔墻和門窗。在裝配式建筑中,應該盡量選擇輕質的建筑圍護結構,從而減少建筑荷載,降低運輸、安裝的難度。

          4.5 設備與管線

          醫院建筑功能分區復雜,動靜分區明顯。為防止設備噪聲和輻射對醫療活動和患者造成不良影響,應將設備和管線系統集中布置,使設備空間相對獨立,減少對其他空間的干擾和降低維修難度。

          在裝配式建筑中,采用集成技術的設備與管線系統得到了大量的應用。大多數裝配式建筑采用標準化設計的部品,通過綜合設計及管線集成,提高設備與管線的集成度,以實現建筑和機電設計之間的協調。上文提到設備和管線與建筑主體結構相分離是裝配式建筑的一個重要特點,它使得在更換設備和管線時能夠快速地完成且不影響主體結構的完整。在對設備和管線進行安裝和更換時,也應盡量選擇耐腐蝕、耐久度高、易維修和更換的構件。

          4.6 裝配式醫院建筑的細部設計

          1)由于醫院建筑中行動不便的人員較多,因此在醫院建筑的設計中應該特別注意建筑的無障礙設計,必須設置無障礙坡道、無障礙電梯和無障礙衛生間等無障礙設施,具體應參考《無障礙設計規范》(GB507632012)的相關規定。

          2)病房是住院部用房的核心,《綜合醫院建筑設計規范》(GB510392014)規定,病床的排列應平行于采光窗墻面。單排不宜超過3床,雙排不宜超過6床;平行的兩床凈距不應小于0.80m,靠墻病床床沿與墻面的凈距不應小于0.60m;單排病床通道凈寬不應小于1.10m,雙排病床(床端)通道凈寬不應小于1.40m;病房門應直接開向走道;搶救室宜靠近護士站;病房門凈寬不應小于1.10m,門扇宜設觀察窗;病房走道兩側墻面應設置靠墻扶手及防撞設施。

          3)在醫院建筑中,可以使用平開門、推拉門等類型的門。在公共空間和病房部分,應避免使用力度過大的彈簧門,其會影響患者的出行,影響突發情況下醫護人員對患者的救治。病房衛生間的門應盡量外開,以防止患者在使用衛生間時發生意外而把門堵住,導致醫護人員不能順利進入。病房的門宜設置觀察窗,方便醫護人員對患者進行觀察。

          4)醫院建筑的樓地面宜保持平整,避免出現高差。如遇到不可避免的高差,應盡量使用緩坡進行處理,并且使用明顯的標志。在對地面材料進行選擇時,應選擇摩擦力大、安全系數高的材料,避免使用地毯等不易清潔的地面材料。

          5)裝配式醫院建筑的樓梯應采用具有休息平臺的樓梯,控制踏面與踢面的比例,踏面不宜太過光滑,避免出現有突出線條的踏步,讓使用者盡量舒適和安全。

          6)照明設計應符合現行國家標準《建筑照明設計標準》(GB500342013)的有關規定,且應滿足綠色照明要求。因為目前的醫療建筑照明光源主要是熒光燈,應特別注意熒光燈帶來的諧波問題對醫療環境的影響。

          5、總結

          裝配式建筑是未來建筑的發展方向,裝配式醫院建筑的發展,不僅是對裝配式建筑在醫院建筑領域的積極發展,還把醫院建筑向可持續發展的方向推動。希望在未來,國內裝配式醫院建筑能夠繼續完善發展,形成一套完整適用于我國的裝配式醫院建筑設計理論。


          來源:《裝配式建筑在醫院建筑設計中的應用》

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