醫院新風系統位置的選擇

院建筑是提供醫療服務的場所，構建良好的室內空氣環境，有利于提高醫護人員工作效率和患者就醫滿意度。合理設計及運營醫院新風保障系統，創造良好的醫院環境并節約能源，是醫院后勤保障中的重要課題。本文以上海市第一人民醫院干保樓為例提出了基于多目標決策的新風系統位置優化選擇模型,且進行了模型的求解和結果分析。

1、研究背景與意義

國內綜合三級醫院經常出現“門庭若市，人滿為患”的場面，這種場面區別于國外醫院，許多醫護人員及患者在診療過程中普遍感覺醫院內部人流量較大，空氣質量較差。有學者對醫院建筑內空氣中的二氧化碳、揮發性有機物、苯系物等測試發現濃度均超過了相關標準規定的限值[2,3]。對綜合醫院門診掛號收費處、部門候診區和診室的測試發現co2日平均濃度超過《室內空氣質量標準》（gb/t 18883-2002）規定的限值1000ppm[4]，空氣質量不達標。由此可見，一方面從人的感官角度反映了醫院室內空氣質量相對較差，另一方面從客觀參數的測試結果上也反映了室內空氣質量較差。如今，很多大型醫院都使用新風系統，它的運行效果直接影響著醫院建筑的室內環境質量。尤其是功能房間，如急診、門診、病房等，如果空氣質量不高，勢必會影響到醫生和病人的身體健康。

而新風系統的位置選擇直接影響著新風系統的運行效果，這也是醫院建筑布局規劃的重要環節之一,新風系統位置一旦確定,就難以改變。這其中，涉及到能耗、凈化效果、噪音、電路、管道鋪設等多種因素,必須經過深入考慮、反復研究,慎重決定。

由于影響新風系統位置選擇的因素很多,可以有多種可供選擇的方案,要從多方案中選出最佳方案,需要借助于數學方法,常用的幾種數學方法有重心法、數學程序法、線性規劃一運輸法、模糊綜合評判等方法,這些方法有以下幾個不足之處：1.定位方面的論述較少；2.目標函數考慮單一。且所建立的模型主要注重凈化效果,對安裝和運行成本考慮較少。這些單一目標函數的處理與新風系統位置選擇的多目標原則不相適應。

近來,隨著經濟領域中計量方法的廣泛利用和經濟數學的不斷發展,數學方法已成為布局規劃中進行論證的重要手段之一,它為醫院布局規劃從以定性為主過渡到定性與定量相結合創造了條件,有助于更加科學地進行醫院新風系統位置選擇。多目標決策是指在多個目標間互相矛盾相互競爭的情況下所進行的決策,它有以下幾個優越性：1.解決現實客觀問題,采用多目標決策方法,其結果更合理更逼真,易被人們所接受；2.采用多目標決策方法,有利于促進決策的科學化和民主化使用多目標決策方法,能適應問題的各種決策要求和擴大決策范圍,有利于決策者選出最優方案。在新風系統位置選擇中,需考慮凈化效果、安裝成本和運行成本等多個目標,因此,運用多目標決策方法研究新風系統位置選擇問題不僅是可行的,而且能使其更加具有實用性。

2、多目標決策概念

多目標決策是現代化管理科學的重要內容,自從50年代以來,單目標最優化方法線性規劃、非線性規劃、動態規劃等的作用,己經得到了世界的公認,但是,社會的發展和管理的實踐己經證明一一實際生活中廣泛存在的是多目標決策問題,“最優化原則”是一種理想的原則,而“滿意化原則”則是一種現實的原則。因此,多目標決策理論研究得到不斷的深入和完善,應用范圍日益廣泛,其主要應用有國家發展戰略規劃、地區發展規劃、企業經營管理、環境保護與管理、公共事業規劃等。

多目標決策是指在多個目標間互相矛盾相互競爭的情況下所進行的決策,近代多目標決策理論與技術的產生和發展,最直接的原因在于作為科學決策工具的單目標數學模型忽視了客觀事物普遍存在的多目標性,因而,除了簡單的問題外,單目標決策很難滿足個人和群體決策的要求,多目標決策有以下幾個優越性：1. 解決現實客觀問題,采用多目標決策方法,其結果更合理更逼真,易被人們所接受；2.采用多目標決策方法,有利于促進決策的科學化和民主化；3. 使用多目標決策方法,能適應問題的各種決策要求和擴大決策范圍,有利于決策者選出最佳均衡方案。

多目標決策問題的數學模型包含三個組成要素決策變量,指決策者為實現規劃目標采取的方案、措施,是問題中要確定的未知量目標函數,指問題要達到的目的要求,表示為決策變量的函數約束條件,指決策變量取值時受到的各種可用資源的限制,表示為含決策變量的等式或不等式。一般可以用下面的模型描述：

對于這樣一個多目標決策問題的求解,就是要決定每一個決策變量取什么值以使目標函數取得滿意解。由于多目標決策問題的各種目標都是從不同的側面來反映同一事物各種特性的,很難用其中一個指標來代替它。因此這類問題無最優解。所以在處理多目標問題時多采用非劣解和選優解兩個概念。在所有非劣解中,按照一定的法則選擇一個比較好的解,作為決策,這個解稱為“選優解”。確定非劣解的過程是決策的分析過程,而在非劣解中選擇選優解的過程則是決策的決定過程。

3、新風系統位置優化選擇的多目標決策模型建立

3.1目標函數

3.2約束條件

3.3其他約束

在新風系統位置選擇的具體操作過程中，還有很多約束條件此模型未能列出，如溫度，濕度等。

4、算例分析

本文以上海市第一人民醫院干保樓一層急診大廳為例進行算例分析,來進行模型的求解和結果分析。上述多目標模型為多目標0-1整數規劃模型,對于一個具有n個變量的0-1規劃問題,它的解是由n個取0或1的元素所構成的向量組成,其組合數為2n。在較大時,用枚舉法和隱枚舉法求解都存在一定的難度,本文中取n=23,因此,采用搜索算法求解此多目標一整數規劃問題。

搜索算法的計算步驟如下：

step1：輸入個初始數據，迭代次數t=0；

step2：隨機產生決策向量，由0，1元素組成；

step3：如果迭代次數小于設定的最大次數，在所記錄的決策向量中選取非裂解，提供給決策者選擇滿意解，結束；否則，繼續下一步；

step4：將step2產生的決策向量帶入各約束條件，判斷該決策向量是否為可行解，若是，求得個目標值，記錄決策向量及目標值，轉step2；否則，轉step2；

算法流程：

本文根據上面的算法,在假定了一組約束條件的上下限的情況下得出的非劣解,如下表所示：

表4.1     多目標解集表

根據此求解結果,可以選出6個非劣解,分別對應不同的位置選擇方案,各解得到的候選位置數目不完全相同,位置組合也不同,但對目標函數的影響各有千秋,每一個都不比其他的更好,決策者可根據具體情況,結合各非劣解的各個目標值的大小,進行決策。如認為這6個方案的安裝成本目標和運行成本目標都可以滿足要求,此時追求凈化效果目標最大,可選擇方案1或方案5；如認為安裝成本目標更重要,可能會選擇方案2或方案6；如更看重運行成本目標,可能會選擇方案3或方案4。

這里作者經過自己的分析判斷,選擇方案5為滿意解,并將其繪制在建筑圖示之中,如圖4.1紅色部分所示。

圖4.1 位置選擇圖

5、結論與展望

本論文以上海市第一人民醫院干保樓為例利用多目標決策法進行工業廠址選擇,可以得出如下結論：

1.以凈化效果、安裝成本、運行成本為目標,以影響新風系統位置選擇的眾多因素為約束條件,建立多目標決策模型用于新風系統位置的優化選擇,豐富了定量研究醫院設計規劃的理論方法；

2.應用系統方法的多目標決策理論,運用搜索算法進行多目標模型的求解,所求得的非劣解具有多方案特點,決策者可根據自己的喜好選擇滿意的方案,提高了布局規劃和決策的科學性。

由于資料和水平的限制,本文的研究僅僅是一個開始,相信在不久的將來以多目標方法進行醫院設計規劃方面的研究會有較大的發展。由于時間和實踐條件的限制,本論文尚存在許多不足：影響醫院新風系統位置優化選擇的因素因子多種多樣,考慮的因子不夠全面,如沒有考慮工藝要求和設備投資等；建議在以后的醫院設計規劃的技術方法研究中進一步完善多目標決策模型在位置選擇中的應用,從而提高位置選擇的可行性和可操作性。

本文作者：上海市第一人民醫院   周磊  施慧  吳錦華