□ 黃銘 HUANG Ming 吳榮 WU Rong 傅敏俊 FU Min-jun 朱亮 ZHU Liang

惡性腫瘤是嚴重威脅人類生命健康、制約社會經(jīng)濟發(fā)展的一類重大疾病，具有復雜性、多樣化、易轉(zhuǎn)移等難以完全克服的特點，已經(jīng)成為致死的重要殺手。根據(jù)國際抗癌聯(lián)盟（UICC）統(tǒng)計，約有70%的腫瘤患者需要通過放射治療達到根治或姑息治療的目的，或配合術(shù)前、術(shù)中或手術(shù)后進行放療[1-2]。隨著粒子加速器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)重離子具有倒轉(zhuǎn)深度劑量分布、拓展布拉格峰后沿劑量急劇下降、高傳能線密度(LET) 、高相對生物效應(RBE) 、較小的氧增比、可實時劑量驗證、對腫瘤靶區(qū)進行準確投射等顯著優(yōu)勢。這些特征使重離子放射治療相較于傳統(tǒng)放療，有巨大的治療優(yōu)勢，它不僅能夠更為準確地向腫瘤細胞發(fā)起進攻，對DNA致死性更加復雜，對腫瘤的殺傷力和殺傷效果更優(yōu)[3]。

隨著加速器建造技術(shù)的發(fā)展，重離子治療裝置也可以配備旋轉(zhuǎn)機架，結(jié)合重離子在物理學及生物學上的優(yōu)勢，若采用旋轉(zhuǎn)重離子調(diào)強放射治療技術(shù)，將有望進一步降低周圍正常組織的輻射劑量，提高腫瘤靶區(qū)劑量。從而使得采用重離子的超低分割放射治療成為可能，進而使得腫瘤患者無需住院治療。由于重離子束的以上優(yōu)點，重離子治療作為一種新型的腫瘤放療治療技術(shù)，在療效方面、安全性方面、治療周期方面與傳統(tǒng)的放療技術(shù)相比，均展現(xiàn)出較強的優(yōu)越性[4]，是目前世界腫瘤放療領域最先進和有效的腫瘤治療方法。

項目的意義

中國是繼美國、德國、日本之后，掌握重離子治療腫瘤技術(shù)的國家之一，已經(jīng)具備重離子臨床治療能力和治療專用裝置生產(chǎn)能力。中國科學院大學附屬腫瘤醫(yī)院（浙江省腫瘤醫(yī)院）引進國產(chǎn)第二代重離子治療裝置，并為其配套建設重離子醫(yī)學中心大樓，開啟了對重離子醫(yī)學中心大樓建筑設計的探索與思考。據(jù)測算，重離子治療裝置建成后，平均每年治療患者約800例。對于常規(guī)放射敏感的腫瘤，重離子治療可明顯減少正常組織損傷，提高患者生活質(zhì)量。對于常規(guī)放射抗拒的腫瘤，重離子治療可顯著提高療效50%以上。除了為患者提供優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療治療服務外，關(guān)于重離子治療裝置的探索與研究工作還包括重離子治療新技術(shù)的研發(fā)、重離子治療與免疫治療聯(lián)合等。

項目選址條件

本項目位于醫(yī)院內(nèi)部東南側(cè)，現(xiàn)狀為醫(yī)院的臨時地面停車場。該地塊西側(cè)緊鄰醫(yī)院門診大樓和中心公園，北側(cè)緊鄰放射治療樓（直線加速器樓），東側(cè)為醫(yī)院圍墻和杭州半山國家森林公園的道路，總用地面積為5800平方米。見圖1。

圖1 重離子醫(yī)學中心大樓總平面圖

因為重離子治療設備運行的條件極其復雜，對承重、傾斜度、光潔度、沉降、四周凈空、設備轉(zhuǎn)運、屏蔽安全、管線安裝及預埋等均有嚴格的要求，考慮到重離子醫(yī)學中心大樓不僅需要滿足輻射安全的防護要求，也要為重離子治療設備運行提供必備的工藝條件，為此項目在前期的選址過程中，邀請重離子治療設備生產(chǎn)廠家及專業(yè)的地質(zhì)勘察單位，對項目的地質(zhì)情況進行勘探并出具詳勘分析報告，對擬選址場地的重離子裝置區(qū)、工藝設備區(qū)、治療區(qū)等布置情況進行初步規(guī)劃，結(jié)合現(xiàn)場踏勘和專家論證反饋意見，邀請專業(yè)的設計單位對選址場地進行二次復驗，確保項目選址條件的科學合理且具有可行性。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，工程場地內(nèi)無斷裂帶通過，場地屬于區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定的地段，地下土體的穩(wěn)定性較好，場地20米勘探深度場地內(nèi)不存在飽和粉土、粉砂，各土層均為非液化土，因此本場地為不液化場地。同時，工程場區(qū)無軟土層，擬建場地屬對建筑抗震有利地段，經(jīng)論證選址可行。見圖2。

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

設計的原則

經(jīng)專項設計，重離子醫(yī)學中心大樓的總建筑面積為14000平方米，其中地上建筑面積7600平方米，地下6400平方米。主要建設內(nèi)容包括有重離子醫(yī)學中心大樓主體建筑（主要功能包括含一個加速器大廳及其工藝配套、4個治療室和其他醫(yī)護及后勤的相關(guān)配套用房）、拆除工程、公用工程、室外工程等。作為國際先進、國內(nèi)稀缺的重離子項目，項目在建筑設計時，應充分考慮國際視野和前瞻性，在滿足醫(yī)院整體規(guī)劃經(jīng)濟技術(shù)指標下，兼顧經(jīng)濟合理、功能適用、滿足醫(yī)療使用要求，在建筑的理念、技術(shù)、建筑風格上進行創(chuàng)新，充分考慮建筑智能化、創(chuàng)新化、綠色化等設計構(gòu)思，并與老院區(qū)的現(xiàn)狀建筑風格、室外綠地景觀有機融合。

設計也應遵守國家和地方有關(guān)城市規(guī)劃與建設的法律法規(guī)要求，合理采用新技術(shù)和新材料，合理選擇外立面的顏色、材料，做到“技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全適用，確保質(zhì)量”。以后續(xù)施工的實際出發(fā)，充分考慮當?shù)氐乃嗌皾{、混凝土、鋼材等建筑材料的供應條件，充分衡量施工隊伍的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率，合理選用主要材料、施工方案、結(jié)構(gòu)措施等，充分考慮建筑物、構(gòu)筑物及其它設施之間的布局，按工藝用房、設備用房、輔助用房等用房之間的功能關(guān)系、使用要求、性質(zhì)特點進行布置，使項目的整體用房功能即緊湊合理、聯(lián)系方便，又能確保工藝部分的流線暢通，滿足治療、工藝的使用功能要求，同時符合重離子裝置特殊的防火、防輻射、環(huán)保等要求。

設計的思考

1.應充分考慮關(guān)鍵結(jié)構(gòu)技術(shù)設計。由于本項目的重離子裝置區(qū)、工藝區(qū)和治療區(qū)均位于地下，應充分考慮超長地下室結(jié)構(gòu)抗裂設計措施。建議在超長結(jié)構(gòu)板的選型時，考慮采用雙層雙向通長抗裂鋼筋，兼做受力，受力不足處另加筋；在地下室混凝土澆筑時，考慮對防水的特殊要求，不設后澆帶，而采用膨脹加強帶，減少滲水薄弱風險點；地下室底板（含承臺）、外墻和頂板采用補償收縮混凝土無縫設計，普通位置摻10%高性能膨脹抗裂外加劑，加強帶摻量可提高到12%，減少砼的收縮變形對砼結(jié)構(gòu)開裂造成的不利影響。

同時，由于本項目重離子裝置的特殊工藝設計要求，治療裝置區(qū)對沉降要求極高（整體沉降量控制值＜15毫米），并且由于有防輻射要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件厚度大，自重大，墻體單位面積重量約20噸至50噸。為此，裝置區(qū)部分可采用筏板基礎，以壓縮模量大（大于 50MPa）的穩(wěn)定中風化巖為持力層，消除工后沉降。在主體結(jié)構(gòu)施工完成后，建議對治療區(qū)內(nèi)裝置采用預埋板二次回填調(diào)平的方式，以保證裝置底座安裝精度。對于大跨度的加速器大廳，廳中局部抗浮采用抗拔樁或者抗拔錨桿，確保底板的上浮變形在允許范圍內(nèi)。見圖3。

圖3 重離子治療中心剖切效果圖

2.應充分關(guān)注建筑的輻射防護專項設計。根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)，“新建、改建、擴建放射性工作場所的輻射防護設施，應當與主體工程同步設計、同步施工、同步投入使用[5]。輻射防護設施應與主體工程同時驗收；驗收合格后，主體工程方可投入生產(chǎn)或者使用”。粒子加速器輻射防護系統(tǒng)遵從以下三原則：實踐的正當性、防護的最優(yōu)化及個人劑量限值。輻射防護的設計應依據(jù)國家各項有關(guān)的規(guī)定和標準，以及國際輻射防護委員會（ICRP）和國際原子能機構(gòu)（IAEA）等組織的建議書來進行。根據(jù)《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》，劑量率限值應滿足：土壤中 5mSv/h，監(jiān)督區(qū) 2.5μSv/h，公眾區(qū)域0.25μSv/h。

為此，在設計時，充分參考國內(nèi)外大型加速器輻射防護系統(tǒng)的實例，結(jié)合中國科學院近代物理研究所多年的加速器建設及運行經(jīng)驗，除了考慮裝置區(qū)和治療區(qū)的主體結(jié)構(gòu)采用重晶石混凝土自防護外，還在工作場所布置了輻射監(jiān)測系統(tǒng)、人身安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、束流閘、中子監(jiān)測器等，確保輻射防護墻體及頂板等相關(guān)輻射區(qū)域滿足輻射防護規(guī)范要求。見圖4、圖5。

圖4 加速器大廳墻體厚度示意圖

圖5 加速器大廳劑量率分布圖

3.應充分關(guān)注建筑的消防專項設計。重離子裝置區(qū)的設備均為不燃、難燃或阻燃材料，這些區(qū)域運行時雖有輻射，但與其它部分用鋼筋混凝土墻進行分隔，墻體最小設計厚度不應小于800毫米，防護門均應采用耐火甲級輻射防護聯(lián)鎖電動門。由于治療裝置區(qū)域為滿足工藝要求，空間連續(xù)連通且無法分割（分區(qū)面積大），空間內(nèi)部距離迷宮出口較遠（疏散口距離較大），治療裝置區(qū)域空間只能根據(jù)防輻射計算設置迷宮出口，且出口數(shù)量和位置受到嚴格的限制，為此在設計時應充分考慮特殊消防設計部分的專項分析和論證。

建議建設單位在開展特殊消防設計之前，提前完成大樓的總平面圖、建筑平面剖面及防火分區(qū)圖、防火分區(qū)消防疏散計算表、消防給水系統(tǒng)圖、防排煙暖通圖、重離子裝置工藝說明以及醫(yī)院內(nèi)的火災疏散逃生應急預案等圖紙及資料編制工作，并委托一家具備為建筑物的火災防護和消防安全保衛(wèi)系統(tǒng)提供專業(yè)的消防技術(shù)咨詢的服務機構(gòu)開展特殊消防設計評估報告的編制，重點開展重離子裝置區(qū)域的火災危險性分析、火災及煙氣的發(fā)展及蔓延CFD模擬分析、樓宇人員疏散模擬分析及類似項目的消防設計總結(jié)，針對特殊消防設計的重難點提出合理的解決方案，為后續(xù)消防專項評審、項目竣工消防驗收提供科學依據(jù)和指導建議。

4.應充分關(guān)注建筑內(nèi)部交通組織設計。建議將主要的治療空間和公共等候空間布置在地下一層，在建筑中部設置垂直運輸（兼無障礙電梯），使患者可便捷地到達負一層。醫(yī)用電梯只到達治療空間和公共等候空間，實現(xiàn)醫(yī)護流線和患者流線互相獨立，互不干擾。將患者流線、醫(yī)護流線和設備及后勤流線獨立區(qū)分：

患者就診流線：建議從問診及檢查明確病情（明確病情，初步判斷是否具有重離子治療指征）→多學科綜合診療（判斷患者是否應該接受重離子治療）→放療計劃制定（CT模擬定位，根據(jù)勾畫范圍設定劑量，設計完成治療計劃）→質(zhì)量控制（對假人模型進行實際照射，測量/ 驗證實際照射的劑量）→重離子治療

醫(yī)護流線：建議從醫(yī)護專用出入口進入建筑，通過醫(yī)護走廊進入功能用房，并由醫(yī)護專用電梯進入各層醫(yī)護區(qū)域及辦公區(qū)域，與患者流線分開，相對獨立，互不干擾。

設備及后勤流線：建議從場地設備專用預留進出口進入，出入口位置應盡量設置在樓宇內(nèi)相對隱蔽的區(qū)域。

5.應充分應用建筑信息模型（building information modeling，BIM）專項設計。在項目中使用BIM技術(shù)，可以有效地解決復雜的加速器等各種特種設備的碰撞問題，為參建各方在設計和施工過程中提供可視化交流、設計成果優(yōu)化、技術(shù)交底與會審等相關(guān)服務。重離子項目作為特殊的建筑，為工藝復雜、技術(shù)特殊的大型科學醫(yī)療裝置提供配套用房，確保主機及配套高壓配電系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)等裝置維持正常運行。由于本項目包含給排水、消防、電力、智能化、暖通等通用系統(tǒng)與重離子設備裝置系統(tǒng)的協(xié)同設計，采用BIM平臺可以有效實現(xiàn)設計各方的碰撞檢查、設計檢驗、無障溝通等，對于項目后續(xù)實施十分有益。同時，由于加速器設備位于地下加速器隧道內(nèi)，屏蔽墻根據(jù)束流傳輸線布置，不同于一般規(guī)則廠房，而且本項目各系統(tǒng)中的部件和設備數(shù)量較多，安裝要求很高，且貴重易碎，其中有些元部件的體積或重量較大。加速器是本項目的重要精密設備，通過BIM技術(shù)手段，讓磁鐵加速器布置在BIM模型中，并且通過BIM進行三維建模，讓輻射屏蔽措施變得可視化，有效對設計進行檢驗。