普天醫(yī)院智能箱式物流自動(dòng)化系統(tǒng)
隨著我國新建現(xiàn)代化醫(yī)院和醫(yī)院改擴(kuò)建工作的不斷加快，與之配套的先進(jìn)高效醫(yī)院物流自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)多為國外進(jìn)口的氣動(dòng)物流和軌道小車物流系統(tǒng)。進(jìn)口的醫(yī)院物流系統(tǒng)技術(shù)成熟，但價(jià)格高、適應(yīng)性較差、維護(hù)成本高。中國普天所屬企業(yè)普天物流技術(shù)有限公司在充分研究國外醫(yī)院物流系統(tǒng)技術(shù)、國內(nèi)醫(yī)院物流特點(diǎn)及流程的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出醫(yī)院智能箱式物流自動(dòng)化系統(tǒng)，并率先在全國部分三甲醫(yī)院推廣應(yīng)用，收到良好效果。
一、國內(nèi)外醫(yī)院物流自動(dòng)化系統(tǒng)概述
城市中心醫(yī)院
西方發(fā)達(dá)國家的大中型醫(yī)院引入醫(yī)用物流自動(dòng)化系統(tǒng)已有幾十年的歷史，僅歐洲就安裝了上萬套設(shè)備，日本三千多家醫(yī)院都使用了物流自動(dòng)化系統(tǒng)。發(fā)達(dá)國家使用的物流自動(dòng)化系統(tǒng)主要有氣動(dòng)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(dòng)導(dǎo)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(dòng)和軌道小車兩種醫(yī)院物流系統(tǒng)在西方發(fā)達(dá)國家應(yīng)用比較普遍，其他形式有少量案例。
圖1 氣動(dòng)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(jìn)國外的氣動(dòng)物流系統(tǒng)（PTS）和軌道小車物流系統(tǒng)（TVS）外，多以人工機(jī)械為主，自動(dòng)化物流系統(tǒng)還處于發(fā)展初期。普天物流技術(shù)有限公司依靠自身四十年的物流自動(dòng)化技術(shù)積累，在充分研究吸收西方發(fā)達(dá)國家各種醫(yī)院物流自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)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(dòng)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(yàn)和改進(jìn)提高，已形成高效、穩(wěn)定、實(shí)用的系統(tǒng)技術(shù)，并實(shí)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(gè)成功案例。至此，國內(nèi)醫(yī)院物流已形成氣動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)需求分析
1、輸送物品種類
● 藥品、大輸液（量大、時(shí)間集中）
● 臨時(shí)醫(yī)囑（隨時(shí)輸送）
● 手術(shù)器械（體積大、重量重）
● 住院部病人檢驗(yàn)標(biāo)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(zhuǎn)等現(xiàn)象，并實(shí)現(xiàn)輸送全程動(dòng)態(tài)跟蹤。
2、系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)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(shí)
空箱回收效率：≥150箱/小時(shí)
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(dòng)化系統(tǒng)方案
智能箱式物流自動(dòng)化系統(tǒng)主要由垂直輸送分揀設(shè)備、水平輸送設(shè)備、密封系列周轉(zhuǎn)箱及控制信息系統(tǒng)四大部分組成。垂直輸送分揀機(jī)解決垂直方向上的物資輸送和分揀；水平輸送設(shè)備與垂直輸送分揀機(jī)對(duì)接，負(fù)責(zé)周轉(zhuǎn)箱在樓層內(nèi)的輸送；周轉(zhuǎn)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(gè)箱式物流自動(dòng)化系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，負(fù)責(zé)信息跟蹤和調(diào)度監(jiān)控。各部分功能結(jié)構(gòu)如下：
1、垂直輸送分揀設(shè)備
垂直輸送分揀設(shè)備具有周轉(zhuǎn)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(shè)備的升降緩存艙分上下兩層，上層緩存實(shí)箱，下層緩存空箱。緩存艙具有周轉(zhuǎn)箱自動(dòng)排序功能，保證先出的周轉(zhuǎn)。
圖3 輸送機(jī)與樓層接駁設(shè)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(dòng)接駁，實(shí)周轉(zhuǎn)箱在艙室和輸送線的上層交互，空箱在下層交互，兩個(gè)作業(yè)層彼此獨(dú)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(shè)備接駁，上層醫(yī)用品周轉(zhuǎn)箱自動(dòng)送出，下層接駁樓層輸送設(shè)備送來的空周轉(zhuǎn)箱，實(shí)現(xiàn)樓層間醫(yī)用品全自動(dòng)輸送交接。樓層接駁設(shè)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(diǎn)。
垂直輸送分揀設(shè)備采用曳引驅(qū)動(dòng)，雙層輥柱線構(gòu)成緩存?zhèn)}，并具有緩存艙內(nèi)周轉(zhuǎn)箱自動(dòng)排序功能。采取限速器、安全鉗、自動(dòng)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(dòng)能量回收、控制與變頻一體等多項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。
2、水平輸送設(shè)備
樓層的水平輸送設(shè)備與垂直輸送分揀設(shè)備對(duì)接，依據(jù)信息系統(tǒng)指令將接收的周轉(zhuǎn)箱送到樓層目的工作站。樓層輸送設(shè)備的技術(shù)難點(diǎn)是接近靜音輸送及持續(xù)信息跟蹤檢測(cè)。
水平輸送設(shè)備可根據(jù)客戶要求及現(xiàn)場(chǎng)條件，采用吊裝或落地安裝。
圖4 水平輸送線
方式，吊裝結(jié)構(gòu)不占用地面走道，甚至可成為一道風(fēng)景，但成本偏高，維護(hù)不如落地安裝方便。
3、塑料周轉(zhuǎn)箱
以塑料周轉(zhuǎn)箱為載具進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)箱系列，外形有通用型和階梯型兩種結(jié)構(gòu)，其輸送接口尺寸標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。兩種周轉(zhuǎn)箱效果圖見圖3上部?jī)蓤D。周轉(zhuǎn)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨輸送物品不同有多種形式，具有廣泛的適應(yīng)性。每個(gè)周轉(zhuǎn)箱都具有唯一身份標(biāo)識(shí)的RFID和條碼雙標(biāo)簽，通過信息識(shí)別和跟蹤，實(shí)現(xiàn)任意樓層間自動(dòng)交互傳輸、與樓層輸送線自動(dòng)接駁、全程信息跟蹤監(jiān)控的功能。
圖5周轉(zhuǎn)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(gè)層次，最上層是HIS(Hospital Information System)，最下層是具體的物流設(shè)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(cái)務(wù)信息，HIS系統(tǒng)承擔(dān)這些信息的收集、存儲(chǔ)、傳遞、統(tǒng)計(jì)分析、查詢、報(bào)表輸出及醫(yī)院物流業(yè)務(wù)邏輯的處理。最下層是具體的物流設(shè)備，如垂直輸送分揀設(shè)備、各層站輸送設(shè)備、周轉(zhuǎn)箱自動(dòng)疊箱設(shè)備等。WCS位于HIS與物流設(shè)備之間的中間層，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、調(diào)度、監(jiān)控底層的各種物流設(shè)備，使底層物流設(shè)備可以執(zhí)行醫(yī)院物流業(yè)務(wù)流程，它是醫(yī)院箱式物流自動(dòng)化系統(tǒng)的指揮調(diào)度中心。
底層物流機(jī)械設(shè)備大都有自身的控制系統(tǒng)，最普遍的就是PLC。WCS通過和設(shè)備上的PLC控制程序通訊來協(xié)調(diào)多種設(shè)備的工作，對(duì)物品全程跟蹤，對(duì)設(shè)備調(diào)度監(jiān)控。
四、三種醫(yī)院物流自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析
1、氣動(dòng)物流輸送系統(tǒng)性能特點(diǎn)
氣動(dòng)物流輸送系統(tǒng)俗稱氣動(dòng)管道輸送，氣動(dòng)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(dòng)輸送單元組成，優(yōu)缺點(diǎn)如下：
● 單件輸送重量5～7公斤，故只能傳輸單據(jù)、標(biāo)本、X光片、處方、敷料、小型醫(yī)療器械、血液標(biāo)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(gè)氣動(dòng)載體到達(dá)目的地后，第二個(gè)才能開始輸送；
● 適合谷點(diǎn)時(shí)段的臨時(shí)處方藥品輸送。一般三甲醫(yī)院高峰時(shí)無法使用氣動(dòng)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(yùn)輸量，起不到解決高峰時(shí)段的物流傳輸任務(wù)；
● 目前有近80%的系統(tǒng)已停用或只是維持性使用。
圖6 氣動(dòng)傳輸瓶
2、 軌道小車物流系統(tǒng)性能特點(diǎn)
軌道小車物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝比較復(fù)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(diǎn)如下：
● 比氣動(dòng)管道傳輸量大，一條軌上可以同時(shí)有幾個(gè)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(diǎn)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(shè)計(jì)和安裝比較復(fù)雜；
● 可以用來傳送輸液袋、血液、小型手術(shù)包，各病區(qū)治療包等消毒物品、大量藥品、實(shí)驗(yàn)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(jìn)口，造價(jià)較高，通常為35～40萬/站點(diǎn)(隨軌道長(zhǎng)度，小車數(shù)量及復(fù)雜程度等因素而變)；
● 維護(hù)成本高；
● 軌道小車由于箱子的方向隨輸送方向而改變，故對(duì)箱子內(nèi)的物品必須事先固定，不然物品會(huì)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(jìn)。
圖7軌道小車物流實(shí)例
3、箱式物流系統(tǒng)性能特點(diǎn)
（1）箱式物流自動(dòng)化系統(tǒng)特點(diǎn)
● 適合標(biāo)本、藥品、文件、X光片、器械、中心配液、被服、中心供應(yīng)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(shí)（高層建筑）；
● 單次輸送量大、基本不受體積限制、周轉(zhuǎn)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(shè)備都是經(jīng)過長(zhǎng)期驗(yàn)證，可靠性很高；
● 箱式物流系統(tǒng)為國產(chǎn)設(shè)備，維護(hù)方便；
● 與國外氣動(dòng)管道和軌道小車兩種系統(tǒng)相比，成本優(yōu)勢(shì)很大；
● 工作站占地空間較大，出入口設(shè)備1.2米×0.8米。
（2）節(jié)能設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)明確提出節(jié)能降耗的要求，采納以下綜合技術(shù)提高節(jié)能效果。
● 驅(qū)動(dòng)技術(shù)采用國際上比較先進(jìn)的永磁同步曳引技術(shù)；
● 控制與變頻一體簡(jiǎn)化提升系統(tǒng)作業(yè)流程，改善用電質(zhì)量；
● 采用制動(dòng)電能回饋技術(shù)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(shè)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(yùn)行時(shí)，會(huì)遇到較大空氣阻力，垂直輸送設(shè)備需要將一部分電能消耗在此。因此，適當(dāng)改進(jìn)轎頂，減少風(fēng)阻，達(dá)到節(jié)能效果。
采取以上綜合措施后，節(jié)能效果可達(dá)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(zhuǎn)箱到垂直提升分揀設(shè)備采取多項(xiàng)綜合降噪措施，收到明顯效果，達(dá)到箱式物流系統(tǒng)在運(yùn)行和停機(jī)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(biāo)如下：
機(jī)房?jī)?nèi)（置頂）噪音值≤75dB
轎廂內(nèi)噪音值≤55dB
開關(guān)門噪音值≤65dB
五、物流垂直輸送分揀設(shè)備的消防要求
醫(yī)院高層建筑消防對(duì)物流設(shè)備有嚴(yán)格的要求，垂直輸送分揀設(shè)備的各項(xiàng)消防要求參照電梯標(biāo)準(zhǔn)。
1、井道
醫(yī)院高層建筑物流垂直輸送設(shè)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(zāi)發(fā)生時(shí)串層蔓延。井道結(jié)構(gòu)應(yīng)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(yīng)具有良好隔音效果，使醫(yī)院環(huán)境達(dá)到GB/T 50378-2006《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。
2、垂直輸送分揀設(shè)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(shè)備不可分割的一部分。從消防角度看，它是垂直輸送分揀設(shè)備與建筑的結(jié)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(biāo)準(zhǔn)。新頒布的GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》6.2.9條規(guī)定“電梯層門的耐火極限不應(yīng)低于1.00h”，這是強(qiáng)制性條款，因?yàn)殡娞菥且粋�(gè)上下貫通的具有煙囪效應(yīng)的井道，若火及煙氣從電梯層門處進(jìn)入電梯井，很有可能造成火災(zāi)垂直蔓延到其它層。因此，垂直輸送分揀設(shè)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(biāo)準(zhǔn)層門1h耐火隔熱性要求，層門本身的構(gòu)造、層門厚度等都需要改進(jìn)設(shè)計(jì)，且耐火試驗(yàn)必須達(dá)標(biāo)。
3、層門防煙要求
物流垂直輸送分揀設(shè)備層門除耐火性能要求外，另一個(gè)難點(diǎn)是對(duì)開門的縫隙泄漏有苛刻的要求。GB/T24480-2009《電梯層門耐火試驗(yàn)》中對(duì)層門耐火性能檢測(cè)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(shè)備層門的防火性能，如要求層門對(duì)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(yàn)
層門做試驗(yàn)時(shí)一般都沒有完全模擬實(shí)際狀態(tài)安裝，如未安裝電系統(tǒng)等；且對(duì)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(zhuǎn)箱、電線電纜、潤(rùn)滑油等，這一點(diǎn)對(duì)高層建筑垂直輸送設(shè)備的層門顯得尤為重要。因此新的層門耐火性能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，提升了層門對(duì)防火的要求，也使防火隔熱電梯層門的開發(fā)與應(yīng)用有了明確目標(biāo)。
六、市場(chǎng)前景展望
醫(yī)院智能箱式物流自動(dòng)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(gè)現(xiàn)代化的三級(jí)甲等醫(yī)院實(shí)際應(yīng)用，系統(tǒng)可靠，使用方便，大幅提升了醫(yī)院物流的自動(dòng)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(dòng)化程度均達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，綜合性能指標(biāo)與國外常用的氣動(dòng)管道物流系統(tǒng)和軌道小車物流系統(tǒng)相比優(yōu)勢(shì)明顯。醫(yī)院智能箱式物流系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)我國醫(yī)院物流發(fā)展，縮小與歐美及日本發(fā)達(dá)國家的差距起到積極作用。
