基于患者流线与运维协同的医疗建筑空间布局优化方法与流程

本发明涉及医疗建筑设计，尤其是涉及基于患者流线与运维协同的医疗建筑空间布局优化方法。

背景技术：

1、当前，医疗建筑设计普遍存在“重功能、轻体验”的问题，建筑空间布局与后期智慧化运维系统脱节，导致以下技术缺陷：

2、患者流线混乱：门诊、医技、住院等科室功能布局不合理，会导致患者在不同科室间无效穿梭、交通拥堵、距离拉长，就医体验差。

3、空间利用率低：科室功能分区在设计阶段一次性固化，缺乏应对疾病谱变化或突发公共卫生事件（如呼吸道传染病疫情）的空间弹性，建筑改造困难、成本高。

4、智能设施“后贴皮”：动态导视屏、物流机器人、远程医疗等设施管线通道、设备安装点位未能前置预留，建筑竣工后二次改造加装，不仅破坏建筑完成面，且造成建设成本增加、系统效能低下。

5、运维成本高：缺乏对人流、物流的动态预测和引导，导致高峰期拥堵，运维管理效率低下。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于患者流线与运维协同的医疗建筑空间布局优化方法，实现医疗建筑方案在设计阶段优化医疗空间布局，并在运营阶段实现动态调整。

2、为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

3、本发明所述基于患者流线与运维协同的医疗建筑空间布局优化方法，包括下述步骤：

4、s1，多源数据采集与处理：

5、采集目标医院历史运营数据，所述历史运营数据包括：

6、1、各科室门诊量、医技检查预约量、住院床位周转率；

7、2、患者移动轨迹数据：通过院内闸机、定位信标，以及患者从入口、候诊、检查、取药至出院全流程连续空间坐标、时段、停留点位数据集；

8、3、科室间物流传输频次：医院污物转运、药品耗材配送、标本送检、被服回收四类自动化/人工物流的运输起点、终点、运输时段、单次运输体量、每日往返次数数据；

9、对历史运营数据进行清洗和标准化处理，构建“医疗行为-空间需求”数据库，为后续空间布局优化提供数据基础；

10、s2，构建患者流线双目标优化模型：

11、所述双目标优化模型，包括：

12、目标函数1：患者总就医通行时间最短，公式为minσ(ni×lij×cj)；

13、目标函数2：全院交叉感染风险最低，公式为 minσ(rk×dk×tk)；

14、其中：

15、ni：第i类就诊患者总数，i和j用于区分不同诊疗科室；

16、lij：患者在对应科室间实际步行距离，代表第i类患者从起始科室i至目标科室j在建筑平面实际步行总长度；

17、cj：患者在实际路径中拥堵系数，取值范围1-3；走廊人流密度＜1人/㎡取1，1-2人/㎡取2，＞2人/㎡取3；

18、rk：感染风险系数，即：高风险区取0.8-1.0，中风险区取0.3-0.5，低风险区取0.1以下；

19、dk：人流密度，代表区域k单位面积内实时同时停留患者人数，单位：人/㎡；

20、tk：停留时间，代表患者在风险区域k内平均停留时长，单位：min；

21、所述患者总就医通行时间最短：以患者在诊疗科室之间的总步行距离最小化为量化目标；

22、所述全院交叉感染风险最低：以高风险区域内的瞬时人流聚集度最小化为量化目标；

23、首先，调取步骤s1“医疗行为-空间需求”数据库；

24、之后生成初始候选科室布局（基于面积需求与柱网网格落位）；

25、双目标优化模型求解过程中强制载入以下三个约束条件：

26、1、洁污分流约束：清洁物品流线（洁净耗材、无菌器械、配餐等）与污染物品流线（医疗废物、污染被服等）在空间路径上必须彼此独立，不得共用同一通道，须设置各自专用的水平和垂直交通通道，或采取分时段错峰运行的空间隔离措施；该约束在建筑平面拓扑关系中以“流线不交叉”为判定标准；

27、2、科室邻近约束：依据科室间的医疗协作频次与患者转诊流量数据，将具有关联的科室（急诊科与影像科距离≤50m、手术室与重症监护室（icu）同层或者上下层临近设置、门诊药房与收费处等）设定步行距离上限阈值；布局方案中，若关联科室间的实际步行距离超出所述上限阈值，则判定为无效布局予以排除；

28、3、结构柱网适配约束：各科室的平面布局边界必须适配建筑结构承重柱网的模数体系，确保各科室面积与形状在结构网格内可完整落位，避免出现跨柱网的无效零碎空间；

29、在满足上述三项约束的候选布局方案中，综合评价两项指标：就医步行距离、高风险区人流聚集度，筛选出若干个较优方案作为初始布局方案集；

30、s3，生成所述初始布局方案：

31、利用优化算法（如遗传算法或模拟退火算法），基于步骤s2所构建的双目标优化模型及约束条件，对所述初始布局方案集进行迭代求解，自动生成多个满足约束条件的初始布局方案；每个生成的初始布局方案包含以下三项空间关联信息：

32、1、面积信息：各科室在建筑平面中所占的建筑面积及使用面积；

33、2、位置信息：各科室在建筑楼层平面中的具体坐标定位及所在楼层；

34、3、相互连接关系：各科室之间的拓扑邻接关系（是否共用墙体、上下层垂直对应等）、连通关系（是否有平层门直接相通、专用电梯垂直连通等）以及视觉通达关系（走廊中是否可直接目视到达）；

35、上述生成的初始布局方案集以建筑平面分区图的形式输出；为后续设施协同预置提供空间载体；

36、s4，设施协同预置设计：

37、在步骤s3生成的初始布局方案基础上，同步进行设施协同预置方案设计，具体步骤包括：

38、s4.1，导视点位规划：基于步骤s2中的患者流线预测结果，在患者必经的路径节点布设动态导视信息屏的点位，同时，根据各所述路径节点不同时段前往各科室的患者概率分布，预置导视内容的数据接口和控制逻辑，使导视系统在运营阶段根据实时拥堵情况自动切换指引信息；

39、s4.2，物流机器人路径规划：依据步骤s1中采集的科室间物流传输频次与体量数据，规划全院物流机器人的专用运行通道，该专用通道在平面布局上与主要人流路径实现物理分离，避免所述物流机器人在运营阶段与人流发生冲突；同时，在各楼层物流机器人运行路径的适宜位置预设充电桩的安装点位及供电容量；

40、s4.3，弹性空间标定：基于步骤s3中患者人流密度分布的热力图数据，识别出建筑中人流易于聚集的公共区域（如门诊大厅、候诊区、休息区、取药等候区等），将所述人流易于聚集的公共区域定义为“弹性空间”；在建筑设计方案中，针对上述弹性空间预设以下硬件基础：

41、1、预埋于结构楼板或吊顶内的可移动轻质隔断滑轨槽道；

42、2、预留强弱电快速插接端口（满足临时增加医疗设备、信息终端的需求）；

43、3、预留给排水快速接口（满足临时增设洗手设施或医疗气体终端的需要）；

44、上述预设硬件基础为建筑在“平日模式”与“公共卫生应急模式”之间的快速切换提供硬件支撑，避免运营阶段二次拆改对建筑主体结构的破坏；

45、s5，方案评估与迭代优化：

46、利用数字孪生技术，对步骤s4生成的协同预置方案进行多场景仿真模拟，包括：

47、平日场景：基于历史数据的日均就诊流量；

48、高峰期场景：基于历史数据的峰值就诊流量；

49、公共卫生应急场景：模拟发热患者激增、需要快速扩大隔离候诊区域的情景；

50、通过仿真模拟，定量评估每个协同预置方案在上述三种场景下的三项核心指标：

51、1、患者流线通行效率（平均就医步行距离与等待时间）；

52、2、建筑空间利用率（各功能区域面积使用率与空置率）；

53、3、设施覆盖率（导视点位覆盖路径长度占比、物流机器人通道连通性等）；

54、根据仿真评估结果，反馈调整步骤s2中双目标优化模型的约束条件参数（如科室邻近阈值、人流密度限制值等），重复步骤s3至s5，形成“生成-仿真-反馈-再生”的闭环迭代过程，直至获得在所有场景下均满足预设评价标准的最优布局方案；

55、步骤s6，运维阶段动态自适应调整：

56、目标医疗建筑按所述最优布局方案建成并投入使用后，系统持续采集建筑内实时人流密度数据、闸机通行数据及科室排队叫号系统数据；当监测到某区域拥堵指数超过预设阈值，或某科室因季节性疾病爆发而需求激增时，系统自动触发以下动态调整机制：

57、1、软调整机制（信息引导）：系统通过医院官方信息发布平台（包括院内动态导视屏、移动端app及微信小程序）向患者推送分流引导信息，将患者引导至相邻空闲检查科室或建议错开当前高峰时段到院就诊，实现人流的时空再分布；

58、2、硬调整机制（空间转换）：当软调整机制不足以缓解拥堵时，系统向预先埋设于弹性空间内的电动驱动装置发出控制指令，自动激活预置的可移动轻质隔断，在短时间内完成空间物理隔断的重新划分，实现候诊区向临时分诊区的功能转换，或扩大特定科室的候诊容纳能力。

59、本发明与现有技术相比，具有以下显著有益效果：

60、1、提升患者就诊通行效率：从建筑设计源头缩短了患者在主要诊疗科室间的平均步行距离，减少了无序穿梭与无效等待时间，显著改善患者就医体验。

61、2、降低院内交叉感染风险：通过洁污分流的空间拓扑强制约束，结合对高风险区域人流聚集度的量化控制，从建筑平面设计层面实现了人流与物流、洁物与污物的物理空间分离，有效降低病原体院内传播概率。

62、3、实现医疗建筑智慧化一体化设计：突破了传统“建筑竣工后再做智能化”的建设模式，在方案设计阶段即同步完成动态导视、物流机器人通道、弹性空间接口等智慧运维设施的预置设计，避免后期墙面开槽、楼板钻孔、管线加装等二次改造施工，从设计源头实现建筑空间与智慧系统的物理集成与数据贯通，大幅降低建设总成本，提升系统整体能效。

63、4、赋予建筑空间全生命周期弹性：通过弹性空间的识别与硬件接口的前置预留，使建筑空间具备了应对疾病谱变化、医疗流程革新及突发公共卫生事件的物理适应能力，有效延长建筑的使用寿命，降低全生命周期的改造成本，具有显著的社会效益和经济效益。