文/王磊 清華大學建筑設計研究院有限公司
從人類誕生之初經歷冰河時代，到人類發展過程中無數次的地震、海嘯、洪水，自然災害就一直書寫在人類史的字里行間。所謂自然災害，是站在人的角度認定的，對我們產生有害影響的自然現象，包括洪澇、干旱、臺風、冰雹、暴雪、海嘯、雷電等氣象災害，也包括火山、地震，泥石流等地質災害。雖然科技的發展可以降低災害的損失，卻無法完全避免，如何應對自然災害，并將其造成的損失減少到最小，是我們所必然面對的問題。
自然災害與“韌性”醫院
自然災害可能導致市政設施受損和失效，而城市的重要功能卻不能癱瘓，基礎設施要維持基本正常，其中，醫院就是必須要保證正常運轉的部門之一。醫院的重要性體現在兩個方面：首先，醫院內的很多患者需要醫療設施正常工作才能維持生命；另一方面，當出現自然災害時，醫院作為救助傷患的重要機構，也必須正常工作。因此，防災減災領域在“韌性城市”基礎上引申出了“韌性醫院”的概念。
所謂“韌性醫院”，是指醫院在戰爭、自然災害等非正常狀態下，仍具備正常功能的能力。想實現醫院的“韌性”，我們可以通過災害預警提前做好準備，提升重點部門的抗擊打能力，綜合考慮規劃、設計、建設、運維、管理等多個階段。而這其中，應急電源是最基礎和重要的一環。
電源對于現代醫院的重要性不言而喻，從照明、通風空調、豎向交通，到凈化、大型影像設備、消毒、中心供應以及信息系統，都離不開電力的供應，停電將導致醫院大部分功能的喪失。一般情況下，大型綜合性醫院多由多路市政電源供電，在常規情況下，可以滿足大型醫院供電的可靠性和連續性。但如果發生自然災害等極端情況，僅靠市政電源可能會無法保證醫院的供電。
以美國德州2020年2月份的寒流為例，由于氣溫驟降，導致燃氣發電的輸氣管道內結冰，全州68%的燃氣發電機無法正常運行，20%的風力發電機組由于葉片凍結等原因失效，部分煤電和核電也因水管損壞而退出電網。以上原因導致全州發電量下降至正常值的52%，多地停電超過40小時。
時間退回2008年1月，我國南方大范圍的凍雨一方面導致高壓線覆冰厚度超過設計值，致使斷線和電桿傾覆，輸電系統受損嚴重。另一方面，凍雨導致鐵路、公路系統癱瘓影響了煤炭運輸，發電系統供給不足，又影響了高鐵供電，進一步加劇了電力系統失效的范圍，從而造成南方多省自2008年1月至2月期間大規模停電，損失超過1500億元人民幣。
2021年7月，因為臺風“煙花”和大氣環流的影響，降雨云團在河南長時間滯留，造成河南省鄭州、洛陽等地發生高強度、長時間、大范圍降雨，城市積水，多處電網損壞，且醫院的地下變電室和機房被淹，造成長時間停電，嚴重影響了醫院運行。
從上述幾個案例可以看出，基于市政基礎設施的供電環節多、網絡結構復雜，在極端自然災害情況下，并非完全可靠，因此，對供電連續性和可靠性要求較高的醫院，在接入市政電源的同時，還需要設置相應的應急和備用電源系統。
應急和備用電源
醫院通常使用的應急電源主要有UPS和柴油發電機兩大類，其中柴油發電機又可分為固定式發電機和移動式發電機，另外，還有一些大型醫院設置熱電聯供的動力中心，或者大型的光伏發電和風電，前者的應用受多種條件限制，占比較小，后者由于供電的可靠性較低，無法作為持續性的應急電源。故下文僅討論UPS及固定與移動發電機的應用。
UPS即不間斷電源系統，用電池存儲化學能，通過整流、充電、存儲、逆變等環節保證供電的連續性和提供高質量電能。
柴油發電機由柴油機和發電機構成，通過發電機將柴油機的機械能轉換為電能。固定式發電機在醫院內永久設置，外電源失效時接入配電網絡。
臨時或移動式發電機采用車載式、集裝箱型、或小型移動機組，既可以平時備用，也可臨時租用，在需要時接入重要配電系統，提供應急和備用電源。
為充分了解不同應急電源的特點，下表就從供電容量、供電質量、切換時間、供電持續時間、占地、投資、環境影響、安全性、維護、供電負荷類型等方面進行比較。
從上表可以看出，UPS主要用于對供電連續性要求高的特別重要負荷，主要應對電壓波動、電源短時中斷，相對投資較高，容量選擇比較靈活，一般為特定的重要負荷末端供電。由于UPS供電時間短，當發生較大自然災害，市政電源受損時，UPS無法滿足較長時間的供電要求。
固定發電機是最常見的應急和備用電源，在現有國家規范中，三級醫院要求必須設置發電機。發電機可靠性高、聯網方便、性價比高，是現階段不可替代的應急和備用電源類型。柴油機的劣勢在于有一定火災危險性，噪音、煙氣影響醫院環境，需要有相應的處理措施。固定發電機鎖安裝時占的空間較大，一般在醫院都放在獨立的動力中心，或者在地下層專用設備機房內安裝。這就帶來了一個問題，當發生地震、水災等極端自然災害，位于地下層甚至首層的發電機房有受損的可能，無法保證供電的連續性。另外，固定柴油發電機通常在變配電室低壓柜進行電源切換，如中心變配電室受損也會影響應急供電。
針對上述問題，移動式發電機提供了極端情況下的補充方案，去應對固定發電機受損時重要負荷的供電問題。平時可不安裝，需要時接入，發電機容量根據負載選擇，比較靈活，可接入負荷末端。主要劣勢在于電源的轉換時間較長，通常是應對有計劃的停電。醫院在應急預案時應采購必要的設備或考慮好租用發電機的渠道，要在前期做好規劃，后期制訂完善的應急預案，包括發電機的放置位置，接入電源的轉換方式，供油方式，排煙降噪措施等，做到充分準備，未雨綢繆。
總之，在發生極端自然災害時，維持醫院供電的連續性是建設“韌性”醫院必須考量的重要指標。由于市政電源存在損壞的可能，“韌性”醫院必須設置自備的應急和備用電源，并應根據應急電源的特點、發生自然災害的風險類型、持續時間、影響程度選擇相應的電源方式，保證醫院核心功能的正常運行。
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