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資訊頻道1.設計原則
綠色智能建筑基礎框架的拓撲結構設計對醫療建筑中的機電設備的實施和維護都很重要。機電服務的設計對于建筑的安全和有效運行至關重要。系統架構、機電服務和相應的設備與軟件構成了理想化的平衡金三角，只有金三角中各個因素平衡、統一合作，才能實現最大的作用力，如圖2-1所示。
在建筑物內需要達到這種平衡的最主要設備及服務包括電力傳輸系統，暖通空調及水系統和集成控制系統。
2.電力輸配
2.1 電力輸配基本原則
醫療建筑通常都很復雜，從結構到功能上，需要集成并滿足多種不同的工作應用， 如臨床系統、運營系統、安防系統、財務系統、政府系統等。
這其中包含有：
關鍵醫療工作區：手術室、重癥監護病房、實驗室、心理看護中心等。
關鍵非醫療工作區：患者數據系統（如醫院機房和醫院數據中心）。
重要醫療區：病房、常規治療和放射治療病房、隔離病房、手術室等。
非關鍵醫療區：走廊、護士站、病患娛樂區。
非關鍵且非醫療區：停車場、室外空間、商店、餐廳和消毒處。
因此，醫療建筑不僅須依賴于商業負荷（如計算機、服務器和照明系統）及工業負荷（如視頻設備、干洗設備和醫用氣體系統），而且還依賴于電力醫療負荷（即醫療設備、手術室、隔離病）來提供病患醫療服務。
2.2 醫院關鍵負載
醫院的關鍵活動及關鍵服務部門是不允許電力中斷的，如手術室、血透室、重癥監護室和數據中心等。這些關鍵電力的供應是攸關生死的。但事實上，由供電可靠性和電能質量引發的問題經常被低估，進而會在未來可能對生命、財產、技術運營、環境和醫院聲譽造成嚴重的后果。
世界上沒有零風險的事情，但是可以通過采用“有效的集成”來避免失誤。總的來說，這個策略由醫院管理層認定的關鍵行為和服務需求所構成，采用經由驗證和確認的架構技術解決方案，并在不同階段（建筑設計階段及建設階段）中得以實現。主要目的是保證電力供應的可靠性和適用性，保證醫院所有工作和系統在任何情況下都能維持正常運行。
2.3 電力輸配系統
安全可靠的電力系統對醫院日常運行的各方面都很重要。電力基礎設備的主要設計考慮包括以下幾方面。
2.3.1 電力輸配和電力監視架構
根據建筑內電力設備的不同負荷等級設計電力傳輸構架：
設計規劃冗余量大小及選型。
電力風險分析。
可靠性、協調、避雷和電力諧波的研究。
監控。
備用電源可用性的確保。
2.3.2 設備和軟件
為實現高適用性的醫院智能系統基礎設施通信，下述關鍵因素必須根據標準選擇及安裝。
中壓網絡、中壓回路的負荷分配
發電機組的選用
自動負荷卸載系統
低壓開關柜
手術室配電柜
電力監視系統
不間斷電源的 UPS和靜態轉換開關
2.4 典型構架
典型的醫院構架由多建筑群組成，超過500個病床和超過10個手術室，電力需求大于2000kVA以上。按照上述原則設計的一個典型大醫院的電力構架，如圖2-2所示, 為一典型醫療建筑的電氣供應系統圖。
3.電力系統關鍵元素
3.1 電力進線和備用電源
電力進線包括兩路來自于公共電網不同配電站的中壓進線。每路進線都承擔著單個建筑或建筑群的中壓環網配電任務。中壓環網配電的優勢在于，如果有一條供電鏈路出現故障，可從另一條鏈路進行切換供電，如圖2-2中的1號及2號進線及中間母聯。這種切換可以通過手動或自動方式實現。如果電力供應在市電源頭、變壓器或中壓開關柜母線處出現故障，發電機將啟動并接管醫院中壓回路供電。兩路市電須位于不同配電網間，并采用防火墻保護隔離。
3.2 中壓變電站和中壓環網配電
中壓變電站構架一般為單回路配電網絡，帶自動回路配置和三路進線：兩路市電和一路后備發電機。
這個配置適合于大醫院，可以保證電源的安全可靠。如果一路市電出現故障，回路可以在3s內切換到另一回路。作為可選項，單線系統中具有較高優先級的變電站應配有冗余變壓器并對高優先級低壓柜供電。
3.3 備用電源
醫院關鍵負荷的備用電源可以由一至兩臺冗余發電機供電。發電機要根據實際需求選型以確保供應所有不可卸載的關鍵負荷。
發電機采用N+1配置，這意味著N臺發電機就足夠可以承擔所有負荷，另外增加一臺作為備用。備用發電機連接到主低壓開關柜，故障發生后15s內啟用。
電力中斷時，中央集中式UPS將承擔一級負荷，直到發電機起動并可正常供電。
3.4 高供電質量低壓柜
主低壓開關柜需設計為由兩個成對的開關柜對同一個負載供電，由一個雙電源切換開關進行切換取電。這種電力系統的設計改善了系統的適用性，并允許系統在進行維護保養或應急管理時需要關停所有的開關柜。當中壓開關柜發生故障而關停時，負載可連接至移動發電機。同時，其他低壓柜根據需求優先等級的劃分，由移動發電機進行電源備用。
3.5 安全開關柜
安全開關柜從兩個高供電質量低壓柜接入進線。安全開關柜負責承擔一級負荷，如排煙機、火災偵測及滅火系統、安全電梯等。應采用移動發電機作為后備電源。
3.6 UPS不間斷電源
集中式UPS 承擔重要的關鍵負荷，如手術室、數據中心、生命維持設備。
UPS 配置必須始終在線的，考慮故障和維護保養狀態下的旁通回路需配置靜態轉換開關（STS）。
3.7 在線運行和維護保養
如果系統設計采用兩個互聯的開關柜或設計成如上文2.3.4提及的失電或斷電設計方案，低壓開關柜就可實現在線維護保養。
3.8 電力監控系統
一個強弱電一體化集成的電力監控系統給建筑設施管理人員提供了必要的管理工具，用于管理和控制電力網絡，特別是管理中壓系統和低壓系統的電源切換、市電斷電重啟（Power Failure Restart）及精密型的電力需量控制（Power Demand Control）及負荷卸載。同時強弱電一體化電力監控系統可在不影響醫院運營安全的情況下提供以下功能。
中壓回路監視和配電。
設備狀態監視。
電力傳輸系統配電狀態監視。
報警監視，包括通過報警短消息發送到維護保養人員的手機或移動設備。
發電機測試信息，包括運行時間和后續跟蹤等。
應急管理工具和修復支持。
能耗數據。
維護保養信息。
時間和報警的可追溯性。
數字信息的錄像管理及聯動事件。
數字門禁系統及聯動設備管理。
ISO50001合規管理系統。
能耗實體建模與對標。
綠色醫院認證記錄。
智能數據提供及管理。
自動的電力系統故障分析專家系統等。
3.9 電力系統要求
在基礎設施高度適用性的保證下， 電力系統需滿足以下基本需求。
3.9.1 中壓部分
國標《重要電力用戶供電電源及自備應急電源配置技術規范》GB/Z 29328-2012要求：
一級重要電力用戶宜采用雙電源供電。
3.9.2 低壓部分
國標《重要電力用戶供電電源及自備應急電源配置技術規范》GB/Z 29328-2012要求:
重要電力用戶的供電電源應采用多電源、雙電源或雙回路供電。當任何一路或一路以上電源發生故障時，至少仍有一路電源應能滿足關鍵負荷的不間斷供電。
重要電力用戶的供電系統應當簡單可靠，簡化電壓層級。如果用戶對電能質量有特殊需求，應當自行加裝電能質量控制裝置。
4.信息及通信技術（ICT）的設計
4.1 一體式信息及通信網路
一個集成的系統需要各個系統在不同層面上實現通信才能給用戶帶來增值。在醫院內部需要搭建一個統一的信息通信技術（ICT）網絡實現系統間通信，并允許不同用戶隨時獲取所需且得到授權的目標信息。整個建筑系統采用集成化網絡，從而帶來在投資成本（CAPEX）和運營成（OPEX）上的雙重收益。
4.2 投資成本（CAPEX）的收益
一體化布線、建筑和網絡設備帶來如下收益。
采用同一個網絡基礎可大大減少布線工作及相應成本。線纜的總長和平均長度均得到節約。采用標準線纜（CAT6雙絞線等）和通用網口（RJ-45等）相比于采用特殊線纜和不同應用端口將帶來更多益處。當采用較少的線纜和可復制的標準施工方式時，布線的人工成本也將得到相應減少。
采用一個集成的信息通信技術網絡可減少系統間驗收的時間，從而節省建設工時，降低成本。
信息通信技術網絡（ICT）中主干網絡設備的使用數量也將減少。每個獨立系統不需要專用的交換機和網絡設備。交換機容量可大幅優化，節約成本。
4.3 運營成本（OPEX）的收益
4.3.1 提升網絡運行恢復能力
單個集成網絡相比于多個獨立網絡有更好的彈性和高可用性。高可用性可改善網絡運行時間（Up-Time）和整個系統的適應性。
單個網絡的網管和診斷可集成到一個系統內，當單點故障發生時可比較快速地確定是網絡節點的問題還是設備本身的故障。例如一個網絡交換機端口故障可導致網絡攝像機圖像丟失，對此現象的第一反應往往是先檢查攝像機，此時如果系統帶有網絡診斷功能，則可通過網絡交換機檢測輕松定位此故障而無需浪費做檢查攝影機的無用功。
設計網絡防火墻可阻擋未授權的登錄及網絡資源的使用。
遠程登錄可通過安全的方式（如VPN和一次性密碼One TimePassword），允許遠程按密碼授權登錄到網絡。比如，維護保養人員可遠程登錄建筑管理系統（BMS）實現建筑設備維護保養，但不允許遠程登錄到視頻監控（Video Surveillance）或門禁系統（Access Control）。
開放性和靈活性允許未來科技發展（如ZigBee和RTLS電子標簽可輕松運用于標準以太網/IP通信），采用標準統一的IP 通信定位比混合多種技術來定位會更方便及有效。
在設施管理方面，無線連接允許移動設備持續連接到集成系統。比如，設施維護保養可通過連接到WLAN遠程檢測系統運行，或者在設備就地使用管理系統來了解系統的運行狀況。
以太網供電技術（POE）減少了維護保養和重新配電的成本。以太網供電的設備可重新安裝于任何網口，而不需要排布新的電源線。
遠程登錄系統減少了呼叫值班人員的費用，亦可更快解決問題。比如，當報警發生時，可透過智能樓宇監控及視頻監控來遠程查看是否需要立刻到現場處理問題。
可對應不同的管理工作，有針對性地提供監視及控制界面。比如：HVAC、攝像機、門禁、電力、能耗、數據中心和網絡。
可以采用一個綜合的信息看板來提供建筑整體設備信息及設施管理信息。
4.3.2 改善員工生產率
智能員工信息系統允許員工對事件更快速地進行反應。比如，當危及安全和生命的緊急事件發生時，相應的應急程序可通過護士站的智能觸摸屏發布顯示。
改進的信息傳輸速度， 可節省員工在提出設施相關申請時的時間。
4.3.3 提升患者滿意度和安全水平
當患者可以通過信息顯示終端直接與護士溝通，而不是通過護士呼叫的按鈕把護士叫過來說話時，員工的通信和反應速度改進了。
登錄到英特網可通過Web與朋友家人聊天、發郵件或進行其他社交服務，可提升客戶體驗及滿意度。
火災或其他緊急事件時，信息可發送到患者界面。比如，逃生路線可以3D的形式在患者界面和逃生信息屏顯示。
4.4 信息及通信技術（ICT）網絡
信息通信技術網絡是智能建筑系統的中樞。設計網絡時需考慮眾多因素，如功能、邏輯和物理需求等。其中功能需求是最重要的，因為信息通信技術網絡必須滿足所有終端用戶的需求和各子系統應用的需求，同時還要滿足所有在網絡上運行的技術系統及各種的應用程序。一旦終端用戶、系統和應用的需求明確了，功能設計必須考慮網絡的邏輯和物理需求。邏輯和物理需求就是要考慮網絡的安全需求、適用性需求、建筑布局需求、布線需求等各種需求。只有采用這種設計方式才能被認為是一種嚴謹的網絡設計。
無論從頂層的管理層到底層的現場設備， 醫院網絡的功能需求設計需根據系統集成功能需求而設計，圖2-3 展示了集成通信技術（ICT）網絡的需求，在網絡設計中應充分考慮所有的集成功能需求。
集成的信息通信技術=網絡包括技術系統，如BMS、安防系統、消防系統和電力監視系統等，臨床醫療的網絡還須考慮到患者隱私問題。這兩個網絡可采用同樣的光纖骨干，但是還是須使用不同的光纜芯數，以便符合醫用系統要有專用信息通信技術網絡的要求。
邏輯設計源自于功能設計，邏輯設計包含協議設計、拓撲設計、網絡安全設計及安裝設計。盡管物理設計是設計階段的最后一步，但是安裝環境的物理事實必須被考慮在邏輯設計中。物理設計包括網絡設備、布線、設備安裝、能耗、散熱和建筑布局等。一個簡單的邏輯設計如圖2-4所示, 為一典型網絡架構系統圖。
圖2-4中的設計顯示了網絡設備、網絡拓撲和安全元素等。以太網交換機用于引導網絡數據從配線間到醫院的數據中心。POE交換機用于向IP攝像機和其他POE產品供電。網絡適應及可靠性通過在數據中心增加后備交換機、環路連接服務器和環路布線間而得到提升。網絡適應及可靠性也通過在布線間、路徑和路徑之間增加額外的光纖實現通信線路冗余得到提升。同時還有很多其他技術，如虛擬局域網、負載均衡、服務質量（QoS），都可在設計時統籌考慮以用于搭建一個安全實用可靠的網絡。
5.醫院環境控制
醫療建筑的暖通空調系統要滿足不同的需求和高標準性能。HVAC是建筑系統集成過程中的元素之一，同時也在生命安全和健康中擔任重要責任。考證顯示，在很多情況下，一個全功能的暖通空調系統是患者康復的關鍵因素。一些案例中，環境控制在患者治療中扮演了很重要的角色。研究顯示，在良好控制環境下的患者康復率高于在沒有環境控制條件下的患者。
除了為患者康復提供良好控制的環境外，HVAC系統在感染控制中也承擔著重要角色。醫療建筑易于滋生大量致病微生物，需要嚴格的感染控制以保護醫護工作人員和患者健康。醫院內的HVAC系統和其他類型的建筑一樣，需要通過控制溫/ 濕度、空氣流動、降低噪聲和異味、節能來提供舒適的環境；醫院內的HVAC系統同時也承擔著額外的醫療支持功能，具體功能包括：
環境控制。
感染控制。
危險控制。
生命安全。
效能控制。
冷機群控。
冷機優化運行。
維護保養管理。
手術室及隔離病房壓力梯度及層流控制。
5.1 環境控制
5.1.1 暖通空調
綠色智能建筑管理系統應提供中央空調系統的準確監控，并保證滿足不同部門的設計要求。采用熱回收裝置初步處理室外空氣；使用溫熱水盤管（LTHW）、冷凍水（CHW）盤管和加濕設備向各個部門提供調節后的空氣；主通風系統的下游空氣調節由區域空調來完成，如以變風量末端（VAV Box）或就地再加熱設備；并將系統所有的空調信號反饋到主空調機組的負荷控制? 以達到系統性能的最優化。
所有設備的性能都需要被智能建筑管理系統記錄并審計以進行監控及性能分析。趨勢日志則被用于監視系統性能及生成性能報告，以作為預防性維護保養的依據，并用來找出對系統和患者造成環境影響的隱患。
醫護人員將被授權控制某些區域的溫濕度以改善工作人員和患者的舒適度、或調整任何需要與治療過程相配合的環境條件。系統的顯示和調節可通過智能顯示終端實現。為了實現特殊環境控制以配合治療過程，在空調系統下游增設額外的供熱和制冷系統也是必須的。
安裝在病房和其他部門主動式通風區域的溫/濕度傳感器，需安裝于易保養維護的位置并持續監視環境，并須將信號傳給主通風系統進行環境的主動式控制。
5.1.2 空氣質量
各科室的空氣質量也須被綠色智能建筑管理系統監視以保證最好的患者環境，傳感器可提供中央空氣質量監視，如煙感、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、空氣致污物，如揮發性有機溶劑（VOC）等。并由系統進行綠色建筑所要求的最優化運轉，如空氣需量控制（air demand control）等控制。
在辦公區域或非醫療區域的通風系統也可通過空氣需量進行運行控制，風機速率和流量根據該部門員工的出席數量決定。CO2傳感器監視可確保空氣質量，當CO2含量過高時，可以提高新風換氣次數以保證空氣質量符合標準。
5.1.3 噪聲控制
綠色智能樓宇系統必須監控醫院內部噪聲等級，以保證良好的聲學環境，這將改進患者恢復速率、員工健康和工作效率。美國醫療的綠色指導書和LEED醫療建筑的評價系統，也都包括了聲學設計的要求。
5.1.4 水系統
水系統的傳輸設計對于通風系統提供環境控制至關重要。供熱系統產生的熱水和中央冷凍水系統產生的冷凍水，都由水泵傳輸到各種供熱和制冷的終端設備。所有的水泵可配置智能變頻器，并可連接到智能建筑管理系統以進行控制及能效管理。
一般空調供熱系統可分為兩個控制區域。第一個控制區域稱為空調內區供熱，即建筑物內部（遠離室外環境），熱水供應到內區通風系統和加熱末端，提供相對恒定加熱，其末端盤管設計往往采用一個相對固定的送風溫度。第二個控制區域稱為空調外區供熱，為外圍加熱，加熱需求與室外環境成反比例，以協助控制建筑外圍溫度，平衡舒適度與能耗。
冷凍水系統同樣也傳輸到通風系統的冷卻盤管、數據中心及醫療冷庫的就地冷卻裝置。冷凍水設計為恒溫供水。這些區域的溫度控制很關鍵，溫度升高一度或者冷凍水系統的故障就會對醫療研究和數據信息造成嚴重影響。冷凍水系統的溫度傳感器如同冷機系統的顯示指針，監視著冷機的供水溫度。當環境條件與設計條件不符合時，報警系統即通過郵件及短消息即時發送到相關人員。
水泵系統需根據末端需求進行智能控制，保證在低需求時能啟動降低能耗的控制手段。在水管上也要安裝不同的壓力傳感器，用其量測到的壓力來控制水泵變頻器的運轉頻率，在低冷熱源的需求狀態時降低水泵能耗。
5.1.5 感染控制及空氣污染控制
通風系統需要仔細設計，限制空氣內致污物傳播到醫院內部的其他區域。綠色智能建筑管理系統可用于阻斷空氣致污物的傳播路徑。
5.1.6 過濾
為維持新風換氣次數的嚴格要求，主通風系統需要為各個科室提供定量的新風，同時滿足《醫院潔凈手術部建筑技術規范》GB50333-2013中要求的換氣次數。新風通過通風系統中的各級過濾器，以降低氣流中的致污物進行空氣凈化。
空調系統所有過濾器的狀態都需被監視，一旦過濾器變臟或阻塞，維護保養團隊應馬上知曉，以便立刻清洗或更換過濾器。這是因為當過濾器變臟時，控制系統為保證末端空間的風量及換氣次數，送風機馬達的變頻器將采取高頻率（高速）運轉來克服過濾器引起的壓降，以確保醫療空氣品質的安全，造成能耗的顯著上升。
空調系統過濾器變臟的狀態和變頻器頻率需被控制系統記錄并生成報告，報告應顯示由于臟過濾器增加的能耗及更換的時間，同時變頻器散熱器的溫度也必須進行監視，并進行清潔保養，以避免變頻器散熱器因受灰塵影響散熱而造成的設備故障。
5.2 環境控制和監視構架
構架設計要保證最大的適用性和減少單機失效的幾率。主要關鍵設計因素包括：
采用分布式配電拓撲結構服務于空調系統的主要設備和一般設備。
分布式的智能控制設計。
采用點對點交互通信。
高彈性及適用性的通信構架。
設備冗余系統的考慮。
5.3 設備與軟件
為保證綠色智能建筑管理系統的通信基礎構架得以實現，應考慮下述因素以達到高彈性的操作目標：
圖形操作界面：基于不同角色視角，采用圖形化用戶界面，
并且與綠色建筑及能源管理體系互聯。
支持綠色建筑運營期內的能源及環境控制數據采集。
支持節能建筑運營期內的數據統計功能及實體能耗建模。
移動操作界面：便攜式用戶界面（從筆記本電腦、智能手機、iPDA和各種便攜式移動設備）。
控制盤：采用分散式智能化的成套DDC控制盤。
末端控制器：可連接以太網的各種控制器。
末端調頻設備：變頻器。
末端調節設備：電動調節閥和風門驅動器。
末端傳感設備：傳感器、開關和現場安裝的各式監控設備。
5.4 運行和維護保養服務
服務系統等級需滿足系統生命周期內的性能需求，并采用通信產品支持下述的報警分析工作：
24 小時報警。
重復報警。
報警確認直至報警清除的時間段。
未確認報警的時間段。
硬接點報警。
失效報警的模板建立。
平均修復時間（MTTR）和平均無故障時間（MTBF）的相關報警。
人員使用狀態下性能優化運轉報警。
系統授權報警。
以用戶為基礎的監控點修改和手動操作功能報警。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號