普天醫(yī)院智能箱式物流自動化系統(tǒng)
隨著我國新建現(xiàn)代化醫(yī)院和醫(yī)院改擴建工作的不斷加快，與之配套的先進高效醫(yī)院物流自動化系統(tǒng)越來越受到青睞。目前國內(nèi)部分醫(yī)院使用的物流自動化系統(tǒng)多為國外進口的氣動物流和軌道小車物流系統(tǒng)。進口的醫(yī)院物流系統(tǒng)技術成熟，但價格高、適應性較差、維護成本高。中國普天所屬企業(yè)普天物流技術有限公司在充分研究國外醫(yī)院物流系統(tǒng)技術、國內(nèi)醫(yī)院物流特點及流程的基礎上，創(chuàng)新性地提出醫(yī)院智能箱式物流自動化系統(tǒng)，并率先在全國部分三甲醫(yī)院推廣應用，收到良好效果。
一、國內(nèi)外醫(yī)院物流自動化系統(tǒng)概述
城市中心醫(yī)院
西方發(fā)達國家的大中型醫(yī)院引入醫(yī)用物流自動化系統(tǒng)已有幾十年的歷史，僅歐洲就安裝了上萬套設備，日本三千多家醫(yī)院都使用了物流自動化系統(tǒng)。發(fā)達國家使用的物流自動化系統(tǒng)主要有氣動管道物流輸送系統(tǒng)（圖1，PTS，Pneumatic Tube System ）、軌道小車物流輸送系統(tǒng)（圖2，TVS，Track Vehicle System）、AGV自動導引車輸送系統(tǒng)（Automated Guided Vehicle System）、高架懸吊推車輸送系統(tǒng)（OMTS，Overhead Monorail Transmission System ）等，其中氣動和軌道小車兩種醫(yī)院物流系統(tǒng)在西方發(fā)達國家應用比較普遍，其他形式有少量案例。
圖1 氣動管道物流系統(tǒng)（PTS）
圖2 軌道小車物流系統(tǒng)（TVS）
國內(nèi)醫(yī)院除引進國外的氣動物流系統(tǒng)（PTS）和軌道小車物流系統(tǒng)（TVS）外，多以人工機械為主，自動化物流系統(tǒng)還處于發(fā)展初期。普天物流技術有限公司依靠自身四十年的物流自動化技術積累，在充分研究吸收西方發(fā)達國家各種醫(yī)院物流自動化系統(tǒng)技術優(yōu)點的基礎上，根據(jù)國內(nèi)醫(yī)院物流傳輸醫(yī)用品的范圍和流程，創(chuàng)新性地提出“醫(yī)院智能箱式物流自動化系統(tǒng)（BCSS，Box-type Conveyor Sorting System）”解決方案，經(jīng)過最近兩三年的研發(fā)試驗和改進提高，已形成高效、穩(wěn)定、實用的系統(tǒng)技術，并實施了北京解放軍總醫(yī)院、南京鼓樓醫(yī)院、福州軍區(qū)總醫(yī)院等五個成功案例。至此，國內(nèi)醫(yī)院物流已形成氣動管道、軌道小車和箱式物流三大主流解決方案。
二、醫(yī)院箱式物流自動化系統(tǒng)技術需求分析
1、輸送物品種類
● 藥品、大輸液（量大、時間集中）
● 臨時醫(yī)囑（隨時輸送）
● 手術器械（體積大、重量重）
● 住院部病人檢驗標本（組織切片、血液、糞便等】
● 住院部治療包，一次性無菌物品
● 住院病區(qū)的后勤物資（衣物、飯菜等）
輸送物品具有種類雜、形狀不規(guī)則、大小差異大等特征。物品輸送全過程要求保持平穩(wěn)，不允許出現(xiàn)震蕩、翻轉等現(xiàn)象，并實現(xiàn)輸送全程動態(tài)跟蹤。
2、系統(tǒng)主要技術指標要求
垂直輸送最高速度：2m/s
單次垂直輸送物品重量：≤100kg(一次4箱)
最大輸送高度：60m
滿箱輸送效率：≥150箱/小時
空箱回收效率：≥150箱/小時
最大樓洞開口尺寸：≤1.8m x 1.8m
層門處噪音：≤65dB
三、醫(yī)院智能箱式物流自動化系統(tǒng)方案
智能箱式物流自動化系統(tǒng)主要由垂直輸送分揀設備、水平輸送設備、密封系列周轉箱及控制信息系統(tǒng)四大部分組成。垂直輸送分揀機解決垂直方向上的物資輸送和分揀；水平輸送設備與垂直輸送分揀機對接，負責周轉箱在樓層內(nèi)的輸送；周轉箱是輸送各種醫(yī)用物品的公共載具；控制信息系統(tǒng)是整個箱式物流自動化系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，負責信息跟蹤和調(diào)度監(jiān)控。各部分功能結構如下：
1、垂直輸送分揀設備
垂直輸送分揀設備具有周轉箱垂直輸送，按樓層分揀及空箱回收等功能。垂直輸送分揀設備的升降緩存艙分上下兩層，上層緩存實箱，下層緩存空箱。緩存艙具有周轉箱自動排序功能，保證先出的周轉。
圖3 輸送機與樓層接駁設備交互
箱緊鄰層門。艙室上下層緩存與樓層的雙層輸送線自動接駁，實周轉箱在艙室和輸送線的上層交互，空箱在下層交互，兩個作業(yè)層彼此獨立，見圖3。艙室單次最多緩存四箱醫(yī)用物品，在信息系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，緩存艙快速升降到目的層與樓面輸送設備接駁，上層醫(yī)用品周轉箱自動送出，下層接駁樓層輸送設備送來的空周轉箱，實現(xiàn)樓層間醫(yī)用品全自動輸送交接。樓層接駁設備可以是樓層的工作站，也可以將工作站延伸到樓層其它地點。
垂直輸送分揀設備采用曳引驅動，雙層輥柱線構成緩存?zhèn)}，并具有緩存艙內(nèi)周轉箱自動排序功能。采取限速器、安全鉗、自動常閉層門等安全裝置，確保系統(tǒng)安全可靠。采取的節(jié)能措施有平衡配重、制動能量回收、控制與變頻一體等多項技術，實現(xiàn)節(jié)能目標。
2、水平輸送設備
樓層的水平輸送設備與垂直輸送分揀設備對接，依據(jù)信息系統(tǒng)指令將接收的周轉箱送到樓層目的工作站。樓層輸送設備的技術難點是接近靜音輸送及持續(xù)信息跟蹤檢測。
水平輸送設備可根據(jù)客戶要求及現(xiàn)場條件，采用吊裝或落地安裝。
圖4 水平輸送線
方式，吊裝結構不占用地面走道，甚至可成為一道風景，但成本偏高，維護不如落地安裝方便。
3、塑料周轉箱
以塑料周轉箱為載具進行輸送是最為理想的傳輸方案，普天物流創(chuàng)新性地研發(fā)出適合各種醫(yī)用品輸送的標準周轉箱系列，外形有通用型和階梯型兩種結構，其輸送接口尺寸標準統(tǒng)一。兩種周轉箱效果圖見圖3上部兩圖。周轉箱內(nèi)部結構隨輸送物品不同有多種形式，具有廣泛的適應性。每個周轉箱都具有唯一身份標識的RFID和條碼雙標簽，通過信息識別和跟蹤，實現(xiàn)任意樓層間自動交互傳輸、與樓層輸送線自動接駁、全程信息跟蹤監(jiān)控的功能。
圖5周轉箱
4、信息控制系統(tǒng)
醫(yī)院物流信息控制系統(tǒng)分為三個層次，最上層是HIS(Hospital Information System)，最下層是具體的物流設備，中間層是WCS（Warehouse Control System）。HIS醫(yī)院信息管理系統(tǒng)包含物流信息、病人信息、財務信息，HIS系統(tǒng)承擔這些信息的收集、存儲、傳遞、統(tǒng)計分析、查詢、報表輸出及醫(yī)院物流業(yè)務邏輯的處理。最下層是具體的物流設備，如垂直輸送分揀設備、各層站輸送設備、周轉箱自動疊箱設備等。WCS位于HIS與物流設備之間的中間層，負責協(xié)調(diào)、調(diào)度、監(jiān)控底層的各種物流設備，使底層物流設備可以執(zhí)行醫(yī)院物流業(yè)務流程，它是醫(yī)院箱式物流自動化系統(tǒng)的指揮調(diào)度中心。
底層物流機械設備大都有自身的控制系統(tǒng)，最普遍的就是PLC。WCS通過和設備上的PLC控制程序通訊來協(xié)調(diào)多種設備的工作，對物品全程跟蹤，對設備調(diào)度監(jiān)控。
四、三種醫(yī)院物流自動化系統(tǒng)優(yōu)缺點對比分析
1、氣動物流輸送系統(tǒng)性能特點
氣動物流輸送系統(tǒng)俗稱氣動管道輸送，氣動傳輸瓶是在管道中傳輸?shù)妮d體。一般系統(tǒng)由2～3套氣動輸送單元組成，優(yōu)缺點如下：
● 單件輸送重量5～7公斤，故只能傳輸單據(jù)、標本、X光片、處方、敷料、小型醫(yī)療器械、血液標本等；
● 輸送速度5m/s～8m/s，是三種物流系統(tǒng)中速度最快的一種；
● 必須前一個氣動載體到達目的地后，第二個才能開始輸送；
● 適合谷點時段的臨時處方藥品輸送。一般三甲醫(yī)院高峰時無法使用氣動管道式輸送系統(tǒng)來完成藥品輸送；
● 大約能解決醫(yī)院5%左右的物流運輸量，起不到解決高峰時段的物流傳輸任務；
● 目前有近80%的系統(tǒng)已停用或只是維持性使用。
圖6 氣動傳輸瓶
2、 軌道小車物流系統(tǒng)性能特點
軌道小車物流系統(tǒng)設計和安裝比較復雜，需要安裝專用軌道和留井道間，不適合高層建筑使用，具體優(yōu)缺點如下：
● 比氣動管道傳輸量大，一條軌上可以同時有幾個小車輸送；
● 軌道小車裝載重量≤15公斤；
● 因軌道自身原因，無法配裝大容量的箱體，這一點決定了軌道車物流傳輸系統(tǒng)難以完成醫(yī)院大件物資的輸送；
● 系統(tǒng)的設計和安裝比較復雜；
● 可以用來傳送輸液袋、血液、小型手術包，各病區(qū)治療包等消毒物品、大量藥品、實驗組織樣本、X光片、各類文件等；
● 系統(tǒng)物品的傳輸速度較快，平均0.5～1m/s；
● 系統(tǒng)依賴進口，造價較高，通常為35～40萬/站點(隨軌道長度，小車數(shù)量及復雜程度等因素而變)；
● 維護成本高；
● 軌道小車由于箱子的方向隨輸送方向而改變，故對箱子內(nèi)的物品必須事先固定，不然物品會傾倒，故不能輸送飯菜之類的物品；
● 輸送過程中如果一輛小車出現(xiàn)故障，其他小車就無法就前進。
圖7軌道小車物流實例
3、箱式物流系統(tǒng)性能特點
（1）箱式物流自動化系統(tǒng)特點
● 適合標本、藥品、文件、X光片、器械、中心配液、被服、中心供應物品等絕大多數(shù)醫(yī)用物品的輸送；
● 輸送能力：（150箱+150箱）/小時（高層建筑）；
● 單次輸送量大、基本不受體積限制、周轉箱使用存放方便、物品始終保持水平放置；
● 箱式物流系統(tǒng)的主要設備都是經(jīng)過長期驗證，可靠性很高；
● 箱式物流系統(tǒng)為國產(chǎn)設備，維護方便；
● 與國外氣動管道和軌道小車兩種系統(tǒng)相比，成本優(yōu)勢很大；
● 工作站占地空間較大，出入口設備1.2米×0.8米。
（2）節(jié)能設計
本系統(tǒng)設計時明確提出節(jié)能降耗的要求，采納以下綜合技術提高節(jié)能效果。
● 驅動技術采用國際上比較先進的永磁同步曳引技術；
● 控制與變頻一體簡化提升系統(tǒng)作業(yè)流程，改善用電質(zhì)量；
● 采用制動電能回饋技術吸收剎車能量，回饋電網(wǎng)；
● 平衡重的重量等于緩存艙重量加上倉內(nèi)輸送設備總重量，再加上額定輸送物品一半重量；
● 高速緩存艙上下運行時，會遇到較大空氣阻力，垂直輸送設備需要將一部分電能消耗在此。因此，適當改進轎頂，減少風阻，達到節(jié)能效果。
采取以上綜合措施后，節(jié)能效果可達25％以上。
（3）噪音
箱式物流系統(tǒng)要符合醫(yī)院安靜環(huán)境要求，從周轉箱到垂直提升分揀設備采取多項綜合降噪措施，收到明顯效果，達到箱式物流系統(tǒng)在運行和停機狀態(tài)，醫(yī)院工作人員和病人感覺不到噪音有什么明顯差異。噪音指標如下：
機房內(nèi)（置頂）噪音值≤75dB
轎廂內(nèi)噪音值≤55dB
開關門噪音值≤65dB
五、物流垂直輸送分揀設備的消防要求
醫(yī)院高層建筑消防對物流設備有嚴格的要求，垂直輸送分揀設備的各項消防要求參照電梯標準。
1、井道
醫(yī)院高層建筑物流垂直輸送設備的井道由無孔的墻、底板和頂板圍成。井道墻由耐火建材砌成，防止火災發(fā)生時串層蔓延。井道結構應符合國家建筑規(guī)范要求。
井道除具有防火隔離作用外，還應具有良好隔音效果，使醫(yī)院環(huán)境達到GB/T 50378-2006《綠色建筑評價標準》。
2、垂直輸送分揀設備層門的耐火完整性與耐火隔熱性
層門是物流垂直輸送分揀設備不可分割的一部分。從消防角度看，它是垂直輸送分揀設備與建筑的結合面，起到工作區(qū)與井道的防火隔離作用，防火功能要求與電梯層門執(zhí)行相同的標準。新頒布的GB50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》6.2.9條規(guī)定“電梯層門的耐火極限不應低于1.00h”，這是強制性條款，因為電梯井是一個上下貫通的具有煙囪效應的井道，若火及煙氣從電梯層門處進入電梯井，很有可能造成火災垂直蔓延到其它層。因此，垂直輸送分揀設備層門與無前室的電梯層門一樣，具有較高的耐火隔熱性。按新標準層門1h耐火隔熱性要求，層門本身的構造、層門厚度等都需要改進設計，且耐火試驗必須達標。
3、層門防煙要求
物流垂直輸送分揀設備層門除耐火性能要求外，另一個難點是對開門的縫隙泄漏有苛刻的要求。GB/T24480-2009《電梯層門耐火試驗》中對層門耐火性能檢測要求還包括漏氣量的判定，這一要求大大提高了物流垂直輸送分揀設備層門的防火性能，如要求層門對開間隙、門扇與立柱和門楣之間的間隙不超過6mm。
4、層門系統(tǒng)性防火試驗
層門做試驗時一般都沒有完全模擬實際狀態(tài)安裝，如未安裝電系統(tǒng)等；且對于輻射熱值的要求也不夠具體，因此只考慮了層門是否有躥火的可能，卻沒有考慮是否能夠引燃轎廂內(nèi)的其他可燃物，如周轉箱、電線電纜、潤滑油等，這一點對高層建筑垂直輸送設備的層門顯得尤為重要。因此新的層門耐火性能檢驗標準，提升了層門對防火的要求，也使防火隔熱電梯層門的開發(fā)與應用有了明確目標。
六、市場前景展望
醫(yī)院智能箱式物流自動化系統(tǒng)（BCSS）已在中國人民解放軍總醫(yī)院、南京鼓樓醫(yī)院、福州軍區(qū)總醫(yī)院等多個現(xiàn)代化的三級甲等醫(yī)院實際應用，系統(tǒng)可靠，使用方便，大幅提升了醫(yī)院物流的自動化和智能化程度，客戶十分滿意。系統(tǒng)輸送分揀效率、可靠性以及自動化程度均達到預期設計目標，綜合性能指標與國外常用的氣動管道物流系統(tǒng)和軌道小車物流系統(tǒng)相比優(yōu)勢明顯。醫(yī)院智能箱式物流系統(tǒng)的研發(fā)與應用，對推動我國醫(yī)院物流發(fā)展，縮小與歐美及日本發(fā)達國家的差距起到積極作用。
