陈焰华等：金银潭医院、火神山医院医用氧气改造与设计

2019年12月以来，湖北省武汉市陆续发现了多例新型冠状病毒感染的肺炎患者，随着疫情的蔓延，全国其他地区及境外也相继发现此类病例。2020年1月20日，国家卫生健康委员会公告，将该病作为急性呼吸道传染病纳入《中华人民共和国传染病防治法》规定的乙类传染病，并采取甲类传染病的预防、控制措施。

湖北省作为此次疫情重灾区，截止2012年2月21日24：00，累计报告新冠肺炎确诊病例63454例，其中武汉市45660例；全省累计病亡2250例，其中武汉市1774例。全省仍在院治疗41036例（武汉市36680例），其中重症8400例（武汉市7468例），危重症2492例（武汉市2087例）。

中央指导组医疗救治组专家、北京朝阳医院副院长童朝晖等人指出，发现新冠肺炎的患者出现的是一种严重呼吸衰竭，与2003年SARS相比，这一次呼吸衰竭进展得更快，缺氧有时候发展很明显。在治疗策略上，主要采取密切关注患者生命体征，加强呼吸支持的力度，开展有创呼吸机的机械通气支持和体外膜肺的支持等措施，积极救治危重症患者，同时降低病死率。

为了应对新型冠状病毒感染的肺炎传染病的诊治，国家在武汉及各地紧急改建和新建临时应急传染病定点收治医院。武汉市作为此次疫情最严重的城市，截止到2012年2月21日，已征用70家医院作为新冠肺炎患者定点收治医院（通过改建满足临时传染病医院要求），建成火神山、雷神山两家临时传染病医院，建成开舱13家方舱医院。计划目标是到2月25日，通过增收、扩容和改造等方式，实现定点收治医院储备床位3万张、方舱医院（再建19家）储备床位3万张、隔离治疗点的储备床位1万张和隔离点储备床位8万张的目标。

随着新冠肺炎确诊患者的增多，各类医院除了医护人员、医疗设备、防护用品紧张以外，医用氧气供应不足的问题也十分凸显。2月7日，武汉市肺科医院表示：因为重症病人需要100%吸氧，极危重病人的氧气需求量是重症病人的10倍以上，目前武汉市肺科医院的氧气用量已达到日常用量峰值的10倍以上，供应已经无法再继续增加，这个问题在其他定点收治医院也普遍存在。

由于新冠肺炎患者一般都需要氧疗，特别是危重症患者需要高流量输氧设备吸氧，普通医院医用氧气供应系统完全不能满足临时大流量需求，为解决医用氧气供应问题，定点收治医院只得对医用氧气供应系统进行临时扩容改造，例如武汉市金银潭医院通过改造增加了2套液氧罐（存储量10m3）、汽化器（汽化量500 m3/h）供氧设施，武汉红十字会医院也增加了2套液氧罐、汽化器供氧设施。考虑到新冠肺炎治疗医用氧气需求量大，新建火神山医院和雷神山医院都加大了供氧系统的设计容量，供氧系统容量远大于国家规范GB 50751—2012《医用气体工程技术规范》及GB 50849—2014《传染病医院建筑设计规范》的规定。由于缺乏对急性呼吸道传染病定点收治医院供氧需求量数据，致使各医院医用氧气配置差别较大。本文旨在对新冠肺炎定点收治医院医用氧气系统进行研究，探讨定点收治医院医用氧气供应量、系统配置等问题，为以后该类医院设计与建设提供借鉴和参考。

根据2020年2月18日国家卫生健康委办公厅、国家中医药管理局办公室印发的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第六版）》，把新冠肺炎患者分为轻型、普通型、重型、危重型4类。

一般治疗应及时给予有效氧疗措施，包括鼻导管、面罩给氧和经鼻高流量氧疗。对重型、危重型病例的治疗，其中呼吸支持包括：1）氧疗，重型患者应当接受鼻导管或面罩吸氧，并及时评估呼吸窘迫和（或）低氧血症是否缓解。2）高流量鼻导管氧疗或无创机械通气，当患者接受标准氧疗后呼吸窘迫和（或）低氧血症无法缓解时，可考虑使用高流量鼻导管氧疗或无创机械通气。若短时间（1～2 h）内病情无改善甚至恶化，应当及时进行器官插管和有创机械通气。3）有创机械通气。4）挽救治疗，对于严重急性呼吸窘迫综合征（ARDS)患者，采用每天12 h以上俯卧位通气，有条件应尽快考虑体外肺膜氧合（ECMO）。

从第六版诊疗方案可知，用于救治新冠肺炎病人的氧气终端设备主要有标准氧疗（普通吸氧）、高流量氧疗仪、无创呼吸机、有创呼吸机等。

1）标准氧疗，一般为低流量、低浓度吸氧。普通鼻导管吸氧，氧流量1~6 L/min，吸入氧浓度为24%~32%；普通面罩和文丘里面罩吸氧，氧流量可达10 L/min，吸入氧浓度可达50%。参考GB 50751附录B规定和GB 50849第10.4.2条，标准氧疗终端处平均流量可取4~6 L/min。

2）经鼻高流量湿化氧疗（HFNC）[1]，作为一种新的呼吸支持技术近些年在临床得到广泛应用，该治疗设备主要包括空氧混合装置、湿化治疗仪、高流量鼻塞及连接呼吸管路，能够给患者提供相对恒定的吸氧浓度（21%~100%）、温度（31~37 ℃）和湿度的高流量（8~80 L/min）氧气，并通过鼻塞进行氧疗，具有很好的舒适性。对于呼吸窘迫和（或）低氧血症患者常用通气流量范围为30~60L/min，由于每位患者身体状况不同，吸氧浓度不一样，一般人体不能长时间持续吸入高浓度氧气，吸氧浓度可取50%。高流量氧疗仪氧气终端平均流量可取15~30 L/min。图1显示了经鼻高流湿化仪的工作过程。

3）无创呼吸机，经口鼻面罩、鼻罩、全面罩等方式连接，多用于轻中度呼吸衰竭患者，采用持续正压通气CPAP和BIPAP等呼吸模式，为了补偿漏气，维持预设压力水平，通气量较高，一般为40~60 L/min，吸氧浓度依据患者身体状况设定。无创呼吸机氧气终端平均流量可取15~30 L/min。

4）有创呼吸机，多用于经口、鼻气管插管或气管切开方式连接的有创机械通气。通气模式较多，多用于重度呼吸衰竭患者。由于管路密闭性好，通气量一般在30 L/min以下，吸氧浓度依据患者身体状况设定，危重症患者吸氧浓度一般偏高。有创呼吸机有的集成漏气补偿，也可以作无创机械通气使用，通气量会增加。有创呼吸机氧气终端平均流量也可取15~30 L/min。

以上几种呼吸支持方式，建议氧气终端计算平均流量值，而终端接口设计需满足设备峰值流量要求，有的呼吸机峰值流量要求达到200 L/min。

根据2月17日《中共湖北省委湖北省人民政府关于全力以赴坚决打赢我省新冠肺炎疫情防控阻击战的意见》，各地要围绕应收尽收加强收治工作，对所有确诊患者集中救治，疑似患者集中收治，发热患者集中留观治疗，密切接触者隔离观察。武汉市新冠肺炎定点收治医院主要收治重症、危重症和普通型患者，方舱医院主要收治轻型患者。计划到2月25日，通过增收、扩容和改造等方式，实现定点收治医院储备床位3万张、方舱医院储备床位3万张。

新冠肺炎定点收治医院收治的主要是重症和危重症患者，患者基本100%需要吸氧。根据第六版诊疗方案，重症患者进行标准吸氧无效后，需改为高流量氧疗仪或呼吸机吸氧。从目前湖北省和武汉市发布的新冠肺炎患者数量推算，截止到2020年2月21日24：00，全省仍在院治疗41036例（武汉市36680例），其中重症8400例（武汉市7468例），危重症2492例（武汉市2087例），累计死亡2250例（武汉1774例），累计重症转化为危重症概率约36.1%，现存重症转化危重症概率约为22.9%。目前有一部分重症患者并未发展为危重症患者，但是已发展为呼吸窘迫，仍然需要采用高流量氧疗仪或呼吸机吸氧，目前这部分无统计数据。根据调研，重症患者累计发展为呼吸窘迫患者的（包含危重症患者）比例约为45%～55%。

结合定点收治医院病患实际病况，从末端患者需求出发，基于GB 50751—2012《医用气体工程技术规范》第9.2.1条公式，提出一种医用氧气系统气源计算流量模型如下：

（1）

根据GB 50751—2012《医用气体工程技术规范》第4.2.4条规定：医用氧气主气源宜设置或储备能满足一周及以上用气量，应至少不低于3天用气量。新冠肺炎定点收治医院氧气用量大，使用率高，作为应急措施，短时间内改扩建及新建用氧系统较多，医用氧气设备储备有限，很多医院不得已大量使用氧气钢瓶，目前仅武汉市40 L氧气钢瓶的使用量已达到1万瓶。建议可根据本市及周边医用氧气生产企业生产和配送能力，确定合理储备量，推荐储备量不低于2天用气量，配送条件不利的定点收治医院建议增加氧气储备量。   

1）用氧终端选型，应能满足使用呼吸机或高流量氧疗仪峰值流量要求。

2）病房内氧气管道及附件设计应满足病房内所有病床同时使用呼吸机或高流量氧疗仪流量要求。

3）病房区重症科护理单元，氧气系统按满足护理单元内所有病床同时使用呼吸机或高流量氧疗仪流量要求。

4）病房区普通护理单元可按本节气源计算流量模型计算，参数θ推荐值为0.30~0.45。

5）采用医用液氧贮罐供气源系统，若采用空温式汽化器，汽化器选型按本节气源计算流量模型计算系统流量，考虑系统漏气率，且应考虑汽化器的温度修正及污垢修正。

6）既有医院改造为定点收治医院，医用氧气系统应扩容改造，可参考上述计算模型，因地制宜进行系统改造。既有医院氧气系统供应管网和末端管道较难在短时间改造完成，建议在系统安全允许的情况下，增大气源供气压力，保证氧气终端压力和通气量。

金银潭医院作为首批武汉市新冠肺炎救治定点医院，目前收治新冠肺炎患者床位数约822个，包括1个ICU护理单元、3个重症科护理单元和17个普通传染病房护理单元，每个护理单元约40个床位。医院现有呼吸机110台，高流量氧疗仪100台。根据调研，病区内除了将要出院的患者，其他患者基本全部吸氧。

为满足治疗新冠肺炎患者氧气输送量，医院对原有医用氧气系统进行了改造，新增2套液氧罐（存储量10 m3）、汽化器（汽化量500 m3/h）供氧设施，原有2套液氧罐（存储量5 m3）、汽化器（汽化量150 m3/h）供氧设施作为备用气源。根据调研，改造后的医用氧气供应系统满足用氧需求，医院每天医用液氧消耗量为7~9 m3。

根据第3节气源计算流量模型进行校核，校核内容包括医用氧气系统设计流量、液氧罐容量、汽化器汽化量、医用液氧每天消耗量。计算结果见表1。

注：1）重症病人转化为呼吸窘迫患者比例θ是根据实际高流量输氧设备台数折算的，设计建议按推荐值取值。2）其他用氧设备耗氧量为估计数据。

由表1数据分析可知，模型计算公式得出的医院每天液氧耗量与实际数据对比，误差在20%以内，说明模型公式和参数取值是正确的，计算结果为正误差，对于氧气供应系统是安全的。受医院医疗条件制约，重症病人转化为呼吸窘迫患者比例θ是根据实际高流量输氧设备的台数进行折算的，从更好地保证病患救治的角度来说，高流量输氧设备的台数应该进一步提高配置数量，因此工程设计建议按推荐值取值。表1中用氧终端平均流量取推荐值下限值，用于计算液氧总耗量较准确，工程设计选型可按推荐值中、上限取值。液氧罐和汽化器配置和模型计算一致，基本满足现状条件下医院用氧需求。

武汉火神山医院总建筑面积为33100m²，总床位数为1000床（其中ICU中心床位数为30床）；由1号楼与2号楼组成。1号楼为单层建筑，由9个单层的护理单元、医技楼及ICU中心组成，每个护理单元设24间病房。2号楼为2层建筑，分4个组团，由8个护理单元组成，每个护理单元设24间病房。据相关报道，截至2月12日23：20，火神山医院收治确诊患者超过1000人。

医用氧气系统设8台单罐为10m³的卧式液氧罐，罐体设计承压为1.0MPa；液氧的补给由槽车完成。液氧站设2台气化器，一用一备，单台气化器额定流量为5000 m3/h。

根据第3节气源计算流量模型进行校核，计算结果见表2。根据调研数据，统计火神山医院每天液氧消耗量如图1所示。

注：1）重症病人转化为呼吸窘迫患者比例θ是根据实际高流量输氧设备台数折算的，设计建议按推荐值取值。2）其他用氧设备耗氧量为估计数据。

由表2数据分析可知，模型计算得出的结果基本与金银潭医院验证结果一致，验证模型公式和参数取值是正确的。汽化器配置和模型计算结果差别较大，其原因一，重症病人转化为呼吸窘迫患者比例θ是根据实际高流量输氧设备台数折算的，受医疗条件制约，其值偏小，建议按推荐值选取。其他参数取值，工程设计选型可按推荐值中、上限取值。按模型推荐值上限取值，汽化器设计汽化量为1364 m3/h，满足2天液氧储备量，储液罐总容积需要75.5m3。原因二，火神山医院作为临时新建应急医院，10天内从设计、采购、施工到验收全部完成，受春节假期和设备供货周期限制，许多设备只能采用现有的存货，如10m³的卧式液氧罐和5000 m3/h的汽化器。

本文通过对新冠肺炎救治特点和定点收治医院病患医用氧气需求的研究，分析研讨用氧终端用气特点，基于GB 50751—2012《医用气体工程技术规范》，提出一种针对新冠肺炎救治的医用氧气气源计算流量模型，结合临床救治需要给出应用此模型进行医用氧气系统设计参数的推荐取值。结合武汉金银潭和火神山医院2个典型定点收治医院实际用氧数据的调研，验证了模型和设计参数推荐取值的正确性，可为抗击疫情定点收治医院应急供氧系统改造提供指导，为此类医院医用氧气系统设计和建设提供借鉴与参考。