樂 云，雪克來提·亥依熱特，李永奎，虞 濤

（1.同濟(jì)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092；2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院，上海 200127）

醫(yī)院建筑作為一切醫(yī)療活動的最基本空間載體，是醫(yī)院建設(shè)與發(fā)展的主要內(nèi)容之一［1］。2020 年的新冠肺炎疫情考驗(yàn)著很多國家和地區(qū)的公共衛(wèi)生服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)對突發(fā)疫情的能力，疫情防控系統(tǒng)的核心之一是應(yīng)急救援的建筑場所，作為這次戰(zhàn)“疫”的主戰(zhàn)場，固有建筑與快速搭建的臨時設(shè)施已成為奪取最后勝利的重要保障［2］。應(yīng)急醫(yī)療建筑的快速建設(shè)在面對疫情爆發(fā)時雖屬無奈之舉，但起到的作用不可替代?？焖俳ㄔO(shè)的臨時醫(yī)療建筑成本不菲，建筑安裝費(fèi)用與中高檔的正規(guī)醫(yī)院相仿，但使用壽命往往有限，使用年限一般不超過10 年。例如，北京小湯山醫(yī)院2003 年建成，2010 年拆除，從性價比角度來看并不經(jīng)濟(jì)［3］。

抗擊疫情中最可怕的不是病毒，而是病毒面前醫(yī)療服務(wù)體系并不能較好地滿足人們的就醫(yī)需求。導(dǎo)致“看病難、看病貴”成為我國重大民生問題的主要原因之一，是既有醫(yī)院空間使用的不合理，尤其是在重大突發(fā)性災(zāi)難事件發(fā)生時如何快速調(diào)整空間使用功能，有效提升空間使用效率。因此，如何有效使用有限的醫(yī)院空間成為提升醫(yī)院管理水平的重要問題。張遠(yuǎn)平等［4］提出新建醫(yī)院時應(yīng)考慮彈性，陳永建等［5］提出醫(yī)院功能布局時應(yīng)注重彈性空間的組織形式。由于彈性空間既可以作為一個單一空間滿足一個群體用戶的單個活動，又可以分為多個空間同時滿足多個群體用戶的多個活動［6］，因此在應(yīng)用時能夠帶來更多的可用面積并增加用戶密度［7-8］。

空間管理中最重要的是明確用戶活動與空間的對應(yīng)關(guān)系［9-10］，醫(yī)院彈性空間因區(qū)別于普通空間，與用戶活動之間的對應(yīng)關(guān)系更復(fù)雜且多變。引用空間使用分析方法，對醫(yī)院用戶活動與空間使用特征進(jìn)行分析。通過選擇用戶的空間需求、找到可用空間、計算可用單元數(shù)量、將用戶活動映射到可用空間等四個階段將醫(yī)院用戶活動映射到對應(yīng)的空間，在不損害建筑結(jié)構(gòu)和功能的前提下提升醫(yī)院空間使用率。

1 彈性空間的應(yīng)用與分析

建筑空間的變化通常分為以下兩種：一種是整個空間結(jié)構(gòu)和尺寸固定，但空間布局可以通過可移動部件改變，這種空間可以作為一個單元使用也可以分為多個可用單元使用，如醫(yī)院體檢中心的可移動隔板；另一種是空間結(jié)構(gòu)固定，但空間尺寸可通過實(shí)體部件改變，這種空間只能用作一個單獨(dú)單元使用，如通過新建墻體讓空間變小或拆除墻體讓空間變大［11］。本研究中的可變空間是第一種，即彈性空間，它不會損壞建筑結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性空間，因此成為空間管理中的新趨勢和新動力［12］。Schmidt 等［13］研究的290 個建筑空間中有137 個（約占47.2%）與彈性空間有關(guān)。

調(diào)研上海市涉及彈性空間的39 個醫(yī)院空間后發(fā)現(xiàn)，有32個彈性空間（約占總數(shù)的82.1%）采用相同尺寸的子單元（即小空間，一個彈性空間包含多個小空間），并且所有39 個彈性空間內(nèi)都安裝了可移動部件。因此，假設(shè)單個彈性空間里的子單元尺寸是相同的，單個彈性空間中可移動部件的屬性也是相同的，并且可移動部件占地面積為零。為便于可用單元數(shù)量計算，將彈性空間分為兩種類型：一類的頭部子單元與尾部子單元不共用一個可移動部件，即彈性空間類型一；另一類的頭部子單元與尾部子單元共用一個可移動部件，即彈性空間類型二。如圖1所示，彈性空間類型一的頭部子單元a和尾部子單元d 不共用一個可移動部件，但是彈性空間類型二的頭部子單元a 和尾部子單元d 共用一個可移動部件。

2 醫(yī)院用戶活動特征分析

醫(yī)院用戶活動特征是區(qū)分醫(yī)院空間使用類型的前提，參考Kim 等［14］在分析學(xué)校用戶活動特征時的方法對醫(yī)院用戶活動進(jìn)行研究。由于醫(yī)院的功能更復(fù)雜，用戶活動比學(xué)校更多元化，尤其對傳染病防控有特殊的生物安全要求，在《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》［15］中明確規(guī)定，醫(yī)院臨床實(shí)驗(yàn)區(qū)和標(biāo)本接受區(qū)都必須達(dá)到生物安全三級標(biāo)準(zhǔn)，因此必須考慮生物安全因素，避免操作人員在實(shí)驗(yàn)過程中吸入某些固有或外來物質(zhì)而引發(fā)致命或嚴(yán)重疾病。

圖1 彈性空間的兩種類型Fig.1 Two types of flexible space

為確認(rèn)醫(yī)院用戶活動與空間使用的特征，對上海市某三甲醫(yī)院的12位管理人員進(jìn)行問卷調(diào)查，按照五點(diǎn)李克特量表對每個用戶活動和空間使用的特征進(jìn)行一致程度評分，并指出醫(yī)院用戶活動和空間使用的其他特征。從調(diào)查結(jié)果中看到，歸納出來的醫(yī)院用戶活動和空間特征都被醫(yī)院管理人員認(rèn)可，平均得分為4.6（滿分5.0）。此外，調(diào)查問卷中醫(yī)院管理人員對醫(yī)院彈性空間、生物安全標(biāo)準(zhǔn)、隔音度、視覺隱私等特征提出了建議。以下是所歸納的七個醫(yī)院用戶活動特征。

（1）醫(yī)院用戶活動特征一

醫(yī)院有些非典型活動不是經(jīng)常發(fā)生，但是發(fā)生時需要適當(dāng)?shù)目臻g。例如，全院大會平均一個月召開一次，但召開時需要一個容納全院職工的空間。這些活動不像患者看病那樣每天都發(fā)生，但在空間使用分析時需要考慮。

（2）醫(yī)院用戶活動特征二

醫(yī)院有些用戶活動有特殊的空間需求，但該需求不是進(jìn)行這些活動的最低要求。例如，醫(yī)院各科室主任通常期望具有比自己的工作需求（如辦公桌）更大的私人空間。

（3）醫(yī)院用戶活動特征三

醫(yī)院有些用戶活動需要指定專門的空間，但這些空間即使空閑時也不能被其他用戶使用，如重癥監(jiān)護(hù)室。

（4）醫(yī)院用戶活動特征四

醫(yī)院有些用戶活動需要整個空間單元。例如，學(xué)術(shù)講座需要整個報告廳，即使有些座位空了，講座期間也不能在空間內(nèi)進(jìn)行其他活動。相比之下，護(hù)士的工作需要操作臺，護(hù)士站其余空間可以被其他活動使用。

（5）醫(yī)院用戶活動特征五

醫(yī)院有些用戶活動需要專門命名的空間，如手術(shù)室，但有些活動需要特定條件，如有床位的注射室。

（6）醫(yī)院用戶活動特征六

醫(yī)院有些用戶活動需要彈性空間，如醫(yī)院門診大廳，該區(qū)域可以按照候診人員數(shù)量進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，而醫(yī)院也有些用戶活動需要非彈性空間，如醫(yī)院交費(fèi)處是非彈性空間，否則有人可能會破壞可移動部件并進(jìn)行盜竊。

（7）醫(yī)院用戶活動特征七

醫(yī)院有些用戶活動需要達(dá)到生物安全三級標(biāo)準(zhǔn)，如傳染病區(qū)，但有些用戶活動不需要達(dá)到生物安全三級標(biāo)準(zhǔn)，如外科病房。

3 醫(yī)院空間使用類型分析

比起其他民用建筑，醫(yī)院所包含的空間數(shù)量多、種類復(fù)雜。根據(jù)國際建筑物分類系統(tǒng)Ominiclass 的分類，醫(yī)院具有19 個大類和近400 個子類的功能空間。我國醫(yī)院的主要功能空間大致可以分為門診、醫(yī)技、手術(shù)、病房和其他分區(qū)［16］。醫(yī)院主要功能空間分類如圖2所示。

圖2 醫(yī)院主要功能空間分類Fig.2 Classification of main functional spaces in hospital

為區(qū)分醫(yī)院復(fù)雜的空間使用類型，參考Kim等［14］在研究學(xué)?？臻g使用特征時的思路，將醫(yī)院用戶活動特征與醫(yī)院空間使用特征對應(yīng)分析，這樣醫(yī)院用戶活動可以看作是不同空間使用類型之間的組合，進(jìn)而得出以下八個空間使用類型。

（1）醫(yī)院空間使用類型一。區(qū)分空間內(nèi)的活動是否為典型活動。

（2）醫(yī)院空間使用類型二。區(qū)分空間需要滿足的是特殊空間需求（重要用戶）還是只需滿足最低需求（普通用戶）。例如，醫(yī)院各科室主任通常期望具有比自己的工作需求（如辦公桌）更大的私人空間，一個普通檢驗(yàn)醫(yī)師日常工作只需一個檢驗(yàn)臺而無需整個房間。

（3）醫(yī)院空間使用類型三。區(qū)分空間中用戶的活動偏好與空間的約束條件是否一致。

（4）醫(yī)院空間使用類型四。區(qū)分空間中是否需要指定的用戶活動。例如，學(xué)術(shù)講座需要整個報告廳，即使有些座位空了，講座期間也不能在這個空間內(nèi)進(jìn)行其他活動。相比之下，護(hù)士的工作需要護(hù)士站中的操作臺，護(hù)士站其余空間可以被其他活動使用。

（5）醫(yī)院空間使用類型五。區(qū)分空間需要被用戶整個占用還是只需要設(shè)備。例如，有些患者在門診接受注射治療時只需要一個設(shè)備（注射室里的椅子），但有些患者進(jìn)行手術(shù)時需要整個房間（手術(shù)室）。

（6）醫(yī)院空間使用類型六。區(qū)分空間需要專門命名還是只需某種特征。例如，醫(yī)院的繳費(fèi)活動必須在有命名的收費(fèi)處進(jìn)行，而醫(yī)院排隊掛號只需要一定特征的區(qū)域就可以進(jìn)行。

（7）醫(yī)院空間使用類型七。區(qū)分空間中是否允許使用彈性空間。例如，醫(yī)院門診大廳可以是彈性空間，按照候診人員數(shù)量進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，但是傳染病區(qū)是非彈性空間，不然無法控制病毒的傳播。

（8）醫(yī)院空間使用類型八。區(qū)分空間是否達(dá)到生物安全三級標(biāo)準(zhǔn)。例如，進(jìn)行細(xì)胞檢驗(yàn)需要達(dá)到生物安全三級標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室，但外科病房就不需要達(dá)到生物安全三級標(biāo)準(zhǔn)。

醫(yī)院空間使用類型區(qū)分如表1所示。

按照對醫(yī)院用戶活動與空間使用特征的分類，一個醫(yī)院用戶活動可以看作是以上八種空間使用類型的組合。因?yàn)橛脩艋顒拥钠煤涂臻g的約束條件相同與否（醫(yī)院空間使用類型三）會導(dǎo)致兩種可能（一種可能是用戶偏好和空間約束相同，另一種可能是用戶偏好和空間約束不同），所以空間使用類型四至八的可能性需要分別考慮。當(dāng)空間約束和用戶偏好相同時，空間使用類型四至八的可能組合數(shù)量為32=2×2×2×2×2；當(dāng)空間約束和用戶偏好不同時，空間使用類型四至八的可能組合數(shù)量為1 024=（2×2×2×2×2）×（2×2×2×2×2）。當(dāng)空間約束和用戶偏好相同時（空間使用類型三的一種可能情況），一個用戶活動的可能類型數(shù)量為128=2（空間使用類型一的可能數(shù)量）×2（空間使用類型二的可能數(shù)量）×32（空間使用類型四至八的可能組合數(shù)量）；當(dāng)空間約束和用戶偏好不同時（空間使用類型三的另一種可能情況），一個用戶活動的可能類型數(shù)量為4 096=2（空間使用類型一的可能數(shù)量）×2（空間使用類型二的可能數(shù)量）×1 024（空間使用類型四至八的可能組合數(shù)量）。因此，考慮空間約束和用戶偏好相同與否的兩種可能情況時，一個醫(yī)院用戶活動的可能類型數(shù)量為4 224=128+4 096，如圖3所示。在現(xiàn)有醫(yī)院空間使用類型列表中添加一個空間使用類型使得可能的用戶活動數(shù)量增加到原先的4倍，這表明了在空間使用分析中定義和區(qū)分空間使用類型的重要性。

表1 醫(yī)院空間使用類型區(qū)分Tab.1 Classification of hospital space usage types

圖3 醫(yī)院用戶活動的可能類型數(shù)量計算Fig.3 Calculation of the number of possible types of hospital user activities

4 醫(yī)院用戶活動-空間映射

映射是兩個集合之間的相互對應(yīng)關(guān)系。在用戶活動與空間關(guān)系的相關(guān)研究中，Zimmermann［17］和Shen 等［18］通過在用戶活動定義中添加“空間”屬性的方式確定兩者關(guān)系，Cha 等［19］通過開發(fā)空間偏好模型解釋用戶的空間選擇行為，Kim 等［20］在地理信息系統(tǒng)中引用網(wǎng)格模式法分析學(xué)生在大學(xué)校園中的活動，確定學(xué)生活動和空間之間的關(guān)系。雖然上述方法為用戶活動-空間映射提供背景知識，但是在醫(yī)院彈性空間管理中無法使用，主要原因是沒有考慮空間的彈性，因?yàn)閺椥钥臻g根據(jù)活動的需求可以劃分為不同數(shù)量的可用單元，一個彈性空間可以同時容納多個用戶活動，這使得用戶活動與空間的對應(yīng)關(guān)系變得更復(fù)雜。

醫(yī)院用戶活動-空間映射過程是一個典型的多項式問題，每個階段的計算受到多項式的限制，因此在映射過程中應(yīng)用蠻力搜索算法。如表2 所示，醫(yī)院用戶活動-空間映射按照以下四個階段進(jìn)行：①選擇用戶的空間需求；②找到可用空間；③計算可用單元數(shù)量；④將用戶活動映射到可用空間。

映射過程的第一階段輸入用戶活動信息，第二階段對不同類型的可用空間進(jìn)行分類，第三階段針對不同的彈性空間使用類型計算可用單元數(shù)量，第四階段根據(jù)可用空間類型為用戶活動分配適當(dāng)?shù)目臻g。圖4為映射過程流程。

4.1 選擇用戶的空間需求

采用映射過程處理醫(yī)院用戶活動的空間需求時，首先讀取用戶類型（即醫(yī)院空間使用類型二），為下一階段選擇對應(yīng)的空間需求（即醫(yī)院空間使用類型三）。選擇用戶的空間需求時需要考慮以下情況：①如果空間約束與用戶偏好不同，并且用戶是普通用戶，就選擇空間的約束條件作為下一階段的空間需求；②如果空間約束與用戶偏好不同，并且用戶是重要用戶，就選擇該用戶偏好作為下一階段的空間需求；③如果空間約束與用戶偏好相同，就選擇空間的約束條件（或用戶偏好）作為下一階段的空間需求。

表2 醫(yī)院用戶活動-空間映射過程Tab.2 Hospital user activity-space mapping process

圖4 醫(yī)院用戶活動-空間映射過程流程Fig.4 Flow chart of hospital user activity-space mapping process

4.2 找到可用空間

在第一階段確定用戶的空間需求之后，第二階段需要讀取需求的值并找到滿足活動需求的所有非指定空間，如空間類型、空間名稱（即醫(yī)院空間使用類型六）、空間數(shù)量和空間最小面積，檢查所有閑置的空間，按照可用空間類型進(jìn)行標(biāo)記。找到可用空間并進(jìn)行分類時，按照醫(yī)院空間使用類型五、七、八的不同組合進(jìn)行區(qū)分。因?yàn)椤渡锇踩珜?shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》［21］中規(guī)定，達(dá)到生物安全三級標(biāo)準(zhǔn)的空間不允許使用彈性空間，因此在允許使用彈性空間條件下不考慮醫(yī)院空間使用類型八。若醫(yī)院用戶活動需要使用整個單位空間（即醫(yī)院空間使用類型五）、不允許使用彈性空間（即醫(yī)院空間使用類型七）、不需要達(dá)到生物安全三級標(biāo)準(zhǔn)（即醫(yī)院空間使用類型八），則通過映射過程找到滿足空間需求的所有非指定空間并標(biāo)記為可用空間類型一，可用空間類型二至八以此類推，如圖5所示。

圖5 可用空間類型Fig.5 Available space types

4.3 計算可用單元數(shù)量

為捕獲兩種類型的彈性空間，開發(fā)了判斷可用單元數(shù)量是否滿足用戶活動的算法。當(dāng)可用空間是彈性空間（即可用空間類型四或可用空間類型八）時，從空間信息中提取含有Z個子單元的彈性空間；當(dāng)滿足用戶活動空間需求的最小子單元數(shù)量為S時，考慮到不同的彈性空間類型，通過排列組合得到彈性空間內(nèi)形成的可用單元數(shù)量K（見式（1））。當(dāng)子單元的順序不重要時，可以使用組合法對所有可用單元進(jìn)行計算，以避免遺漏或重復(fù)操作。按照以下四個步驟進(jìn)行計算：

步驟1設(shè)Z為彈性空間包含的子單元數(shù)量。

步驟2設(shè)S為彈性空間內(nèi)一個可用單元包含的子單元數(shù)量（最初S=1，即僅有一個子單元能接受用戶活動）。

步驟3如果S和子單元面積的乘積大于等于活動需要的最小面積，就按照以下計算方法將可用空間劃分為K個可用單元并停止，否則轉(zhuǎn)到步驟4。

步驟4如果S和子單元面積的乘積小于活動需要的最小面積，就將S增加1 個單位（S=S+1）并轉(zhuǎn)到步驟3。

4.4 將用戶活動映射到可用空間

根據(jù)醫(yī)院用戶活動信息和第三階段計算的可用單元數(shù)量，讀取醫(yī)院空間使用類型四和醫(yī)院空間使用類型五，將活動映射到可用空間并生成活動-空間組合。生成活動-空間組合后，按照第二階段中確定的可用空間類型對空間進(jìn)行標(biāo)記。

5 案例分析

為檢驗(yàn)醫(yī)院用戶活動-空間映射過程的符合性和可接受性，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的案例從上海市仁濟(jì)醫(yī)院中開發(fā)，如表3所示，五位醫(yī)院管理人員參與實(shí)驗(yàn)，要求實(shí)驗(yàn)人員從案例中的20個用戶活動和14個空間中生成用戶活動-空間組合。

5.1 映射結(jié)果

平均工齡為11.4 年的醫(yī)院管理人員A、B、C、D、E 參加驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。先通過人工方式生成活動-空間組合，然后按照映射過程生成活動-空間組合，對兩次生成的活動-空間組合進(jìn)行對比。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院管理人員B、D、E按照映射過程生成的活動-空間組合和有效的活動-空間組合完全一致，醫(yī)院管理人員A 在內(nèi)科樓案例中由于理解“需要指定的空間”規(guī)則時產(chǎn)生錯誤而未能生成一個活動-空間組合，醫(yī)院管理人員C在科研樓案例中由于理解“達(dá)到生物安全三級標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)則時產(chǎn)生錯誤而生成了一個錯誤的活動-空間組合。缺失的活動-空間組合在圖6中用虛線突出表示。

表3 驗(yàn)證案例Tab.3 Verification case

圖6 醫(yī)院管理人員生成的活動-空間組合Fig.6 Activity-space pairs generated by hospital administrators

5.2 符合性檢驗(yàn)

符合性是指映射過程生成結(jié)果和專業(yè)人員生成結(jié)果的一致程度。醫(yī)院管理人員通過人工生成活動-空間組合消耗的平均時間為2.10 h，其中最短1.80 h、最長2.40 h、標(biāo)準(zhǔn)差0.19 h；按照映射過程生成用戶活動-空間組合消耗的平均時間為1.50 h，其中最短1.30 h、最長1.70 h、標(biāo)準(zhǔn)差0.16 h。這表明，按照映射過程生成活動-空間組合所消耗的時間比人工消耗的時間短。由于按照映射過程生成的活動-空間組合和有效的活動-空間組合之間存在兩處偏差，因此通過計算得到的映射過程符合性為98%，如表4所示。

表4 符合性檢驗(yàn)Tab.4 Conformity verification

5.3 可接受性檢驗(yàn)

可接受性是指專業(yè)人員在多大程度上接受映射過程的意愿。為驗(yàn)證映射過程98%的符合性不是隨機(jī)事件，進(jìn)一步驗(yàn)證映射過程的可接受性，邀請醫(yī)院管理人員對映射過程進(jìn)行評價，從醫(yī)院空間管理的角度在五點(diǎn)李克特量表上對映射過程的可接受性進(jìn)行評估。從評估結(jié)果看到，所有醫(yī)院管理人員都認(rèn)為映射過程是可以接受的，平均得分為4.8，其中四位醫(yī)院管理人員打5 分，一位醫(yī)院管理人員打4分。醫(yī)院管理人員對映射過程的評價和建議如下：在醫(yī)院空間管理中映射過程能夠更好地梳理用戶活動和空間之間的關(guān)系，通過直觀的信息向醫(yī)院管理人員展示空間使用情況；映射過程中通過彈性空間的變化實(shí)現(xiàn)了空間使用率的提升；如果映射過程中有多種用戶類型使用效果就會更好，如按照病情的嚴(yán)重程度將患者分為兩種以上級別，不僅僅是當(dāng)前的重要用戶和一般用戶，而是按照病情嚴(yán)重程度分一級用戶、二級用戶、三級用戶等。

6 結(jié)語

基于醫(yī)院用戶活動與空間使用特征分析了醫(yī)院空間使用相關(guān)的4 224種空間使用類型，將彈性空間和生物安全因素引入到醫(yī)院用戶活動-空間映射過程，即選擇用戶的空間需求，找到可用空間，計算可用單元數(shù)量，將用戶活動映射到可用空間。邀請五位醫(yī)院管理人員對四個醫(yī)院案例進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，映射過程符合性達(dá)到98%，可接受性得分為4.8分（滿分5.0 分）。醫(yī)院管理人員在面對復(fù)雜多變的用戶活動和空間時，本研究可實(shí)現(xiàn)用戶活動和空間的有效匹配，動態(tài)調(diào)整醫(yī)院空間使用，提高醫(yī)院空間管理水平。

作者貢獻(xiàn)聲明:

李曉軍：建立系統(tǒng)架構(gòu)。

凌加鑫：進(jìn)行試驗(yàn)研究。

沈 奕：進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

盧 彤：進(jìn)行科研協(xié)調(diào)。

朱合華：進(jìn)行方法指導(dǎo)。