干货来了!质子重离子医院建设管理难点与思考~

15:30 - 22/03/2021 | 来自:中国医疗建筑设计师联盟

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一、项目概况

      上海市质子重离子医院位于浦东新区周浦地区,占地面积为190亩,总建筑面积约为52542m2,设床位220张,功能包括质子重离子放疗系统以及配套的门诊、医技、病房、行政科研和后勤等部分。质子重离子系统设备技术复杂,集成了高能物理、加速器制造、计算机、自动控制等新技术,应用于肿瘤的影像成像、放疗计划的设计、实施和质量控制,使肿瘤放疗的精确性达到当今最高水平。项目建设具有技术要求高、整体系统复杂、工期进度紧、建筑施工难和配套设备要求高等难点。

二、瞄准前沿技术,严把技术路线决策关


       鉴于质子重离子系统设备的尖端性和复杂性,项目建设不可能一蹴而就,为此,市委、市政府坚持技术先导、立足前沿的原则,始终把符合国际肿瘤放疗技术发展方向作为系统设备引进的标准,严把关口,严谨务实,科学审慎决策。项目从2003年开始前期论证,围绕是否引进质子/重离子技术问题,市相关部门和单位组成筹建办,开展了大量前期调查研究工作。筹建办先后多次赴德国、日本、美国等少数掌握此技术的发达国家和国内相关机构进行考察,与国际一流权威专家深入交流,召开数十次专家论证会,检索大量文献资料,反复分析研究,形成各类论证报告16份、共10余万字,为市委、市政府提供决策参考。在对单套质子设备和质子、重离子技术相结合的系统设备进行逐项详细对比论证的基础上,结合大多数专家意见建议,2007年12月,市委、市政府最终决定引进质子重离子系统设备。


       确定技术路线后,筹备办开展系统设备招标准备工作,邀请临床医疗、高能物理、加速器、辐射安全、建筑设计、法律、外贸进口等方面的专家、技术人员、管理人员参与,并签订廉政保密协议。为确保技术先进性、安全性和完整性,核心团队历经5个月、9轮的艰难谈判,就有关技术内容、临床应用、验收程序、质量标准、IT技术、加速器技术、开机率、辐射防护、供货范围、使用时间、技术培训、合同价格、法律责任、赔偿和仲裁等内容与设备供应商达成一致意见,并于2009年1月与其签订了系统设备采购合同和服务合同。


三、科学研究,攻克引进设备技术难点


        由于质子重离子技术的特殊性,系统设备核心区域对建筑结构差异沉降、辐射安全屏蔽、场地微振动、工艺冷却水、机房温湿度、不间断供电等都有非常高的要求,为此,我们强化科学管理,运用新技术,学习新方法,突出针对性和可操作性,创新理念,攻坚克难。



(一)精准设计,提出针对性解决方案

      质子重离子系统设备是一个高能量的粒子加速器装置,须要对核心区域设置辐射防护设施,为此,设备厂商对质子重离子区域混凝土密度、水泥中的微量元素含量和混凝土裂缝等提出了苛刻的要求。为保证设备运行安全,针对核心区域的设备机房在墙体、顶板、底板分别设计了厚度为3.7m、2.7m、2.9m的混凝土,以及满足辐射防护要求的钢筋混凝土屏蔽墙,其中每间治疗室主辐射墙屏蔽墙由数十块钢板组成,每块钢板高4.65m、宽2m、厚0.1m,交错叠加至1.5m的厚度,确保混凝土裂缝控制<0.2mm,防止可能出现的金属活化现象,避免辐射污染。


      此外,为保证治疗的精确性,设备厂商对建筑差异沉降仅允许±0.25mm,针对项目所处地块为软地基土的特点,设计选用了第九层土作为桩基基础的持力层,核心的质子重离子区域灌注桩长68m、共729根,桩距是桩直径的3倍,以控制绝对沉降量、满足相对沉降差的要求。同时,为控制桩端受力时的微变形,采取了桩端注浆施工工艺。通过现场严格监督管理,质子重离子区域700余根长桩,经小应变检测,一类桩达97.1%,二类桩为2.9%,既满足结构差异沉降标准,工程进度又比计划目标提前一周完成。

(二)创新研发,满足设备运行要求

       质子重离子系统设备区域建筑面积共17000m2,其中约7000m2的同步加速器机房、直线加速器机房、高能束流段等重要机房要求温度控制在21℃~26℃范围内,湿度控制要求为40%~70%;同时,为确保质子重离子系统检测数据的稳定,设备厂商又提出,在设备安装调试阶段,治疗室、控制室、贮藏室等区域温湿度必须保持恒定和一致。为此,我们启动HVAC系统自动控制改造项目,对采光长廊区域加大了空调热盘管风量,并增加热水流通量;更改动态平衡阀和线性执行器,安装高精度温湿度传感器;通过各项措施,满足设备供应商提出的温度控制精度为±1℃的要求。


       质子重离子系统设备对不间断供电要求特别高,要求系统设备运行中停电时间必须小于150ms,上海地区夏季雷电暴雨频繁,瞬间停电不可预见和较难控制。为此,我们向供电单位技术专家请示,参观有关单位,组织专家论证,反复研究解决方法,通过安装电网监测系统,增设电压下降补偿装置和自动切换开关等设备,最终完全达到设备运行的要求。


(三)深化合作,支撑核心技术攻关

         工艺冷却水系统是直接影响到质子重离子系统设备正常运行的关键条件,根据设备合同条款约定,质子重离子区域工艺冷却水系统由中方负责设计、安装和调试。由于在患者治疗期间质子重离子系统设备束流能量不断发生变化,故对冷却水进水口的温度和压力控制精度要求保持恒定,同时,必须确保冷却系统开机率达到99.9%,全容量水循环维持一年365天、每天24h运转。为保证质子重离子设备在负荷变化时的正常运行,设计安装单位联合有关大学、研究机构成立专项攻关小组,成功完成了工艺冷却水控制模型的搭建、控制逻辑的研究、控制软件的开发、关键元器件的研制等工作,先后完成模拟仿真实验和各项指标测试,顺利实现工艺冷却水系统的控制目标,使整个工艺冷却水系统运行的温度、压力、电导率等各项指标均符合设备供应商的更求,并得到高度评价,还取得多项专利和软件著作权。


四、精心组织,坚持最高标准和最严要求



       由于项目技术要求高,施工难度大,在项目建设过程中,我们始终坚持最高标准、最严要求,对施工环节中的每个节点加强指导和监管,确保质量、安全和进度的目标。


(一)突出科学管理,确保项目质量

       质子重离子系统设备供应商是国外某知名企业,由于设备厂商提供的详细设计配套要求仅是项目扩初设计的深度,不能达到项目施工图要求,同时,两国之间在语言、文化和管理模式等方面存在较大差异,前期沟通中也有一定的困难。为此,我们积极会同施工、设计、专业分包等单位,与设备厂商技术人员就质子重离子区域电气、IT系统、抗震和工艺冷却水设计等重点技术问题进行阶段性专题讨论,面对分歧求同存异,积极沟通,确保得到各方理解和支持;在施工过程中注重落实和配合,施工完成后,会同设备厂商对质子重离子设备的安装位置、电缆桥架、架空地板和钢结构等关键部位逐一进行了测量和图纸对照。项目建设期间,双方召开了200余次专题技术沟通会议,与设备厂商来往的针对技术问题的信函共500余封。项目建设任务圆满完成时,设备厂商技术总监用“脱帽致敬”对中方的工作给予充分肯定,认为项目建设质量和进度达到了德方技术要求,现场辐射安全防护管理比德国类似项目更规范、更严格。


(二)注重精益管理,确保项目投资效益

        在质子重离子区域相关管线走向方面需要我方配合的工作达1000余项,系统设备配套管线多而复杂。为此,我们会同设备供应商、安装公司、设计院共同研究制作了质子重离子区管线三维模拟图像,包括每个治疗室机器人成像仪的位置、治疗室入口电缆桥架、风口位置等,在高约3m、宽约2m的设备夹层,设置8层共16组电缆桥架、3层暖通风管、8层各类水管,还设1m通道,管线高度集中,排放有序,使设备供应商直观了解双方管线衔接点,避免管道、桥架走向等因素影响设备安装。由于前期合理安排各管道的位置和走向,在项目实施过程中,减少了施工重复、冗余和错误等情况,减少变更和浪费,节约了时间和造价。此外,针对重点核心区域的特殊设计要求,筹建办召开了10余次技术专题论证会,对设计方案不断进行优化完善,其中专家提出把质子重离子区域治疗室主墙由钢砖垒砌改为大块钢板拼装的技术调整,节约造价近千万元,体现了大型建设项目精益管理和精益建设的必要性和重要性。


(三)强化协作配合,确保项目进度

        除了技术难点外,项目建设工期特别紧,2009年1月23日在签订国际设备采购合同时,确定3年后(2012年1月24日)设备供应商进场安装调试,并要达到电通、水通、气通、路通、信息通,如果中方不能按时移交,将承担违约责任进行赔偿。为了确保项目质量、安全、进度,严格履行国际合同的条款,我们强化责任,要求各参建单位制定精细化的施工进度计划,配强、配足技术和施工人员,落实工程资金按时到位、材料提前到工地、施工机械及时到位。在施工关键时刻,筹建办领导和相关参建单位领导共同召开誓师大会,提出“严格管理、安全第一、质量至上、确保进度”的工作要求,从工作计划、时间节点、现场协调上进行细化,明确责任人,狠抓执行。在确保质量、安全前提下,项目进度提前5天,于2012年1月19日顺利移交设备厂商,开始质子重离子设备的安装调试工作,这中间饱含了项目筹建办和各参建单位的管理、技术和施工人员的心血和汗水。


五、回顾性思考



       回顾质子重离子医院项目的筹建过程,我们深深体会到,上海坚持以“十年磨一剑”的恒心与意志,在大量缜密考察调研、科学严谨论证的基础上,建设质子重离子医院项目,彰显了严谨务实的工作理念和作风。医院经过5年的运行,临床技术应用已处于国际领先,但由于项目技术论证、施工和设备安装调试周期较长,质子重离子系统设备又属国内首次引进,在项目筹建过程中还有很多值得思考和完善的地方。

(一)对系统设备运行问题预估不足

        质子重离子系统设备最核心的加速器系统设备,由离子源、束流传输段、射频系统、同步环、治疗室等10余个子系统组成,涉及1000多个重要部件,技术要求复杂,运行难度高。筹建办与设备供应厂商签订设备合同,同时也签订了15年设备维护服务合同,当时参照普通医疗设备约定了每年设备开机率的要求,但对设备系统故障发生停机时间和次数没有明确规定。由于质子重离子系统设备的唯一性和无可替代性,医院在实际运行过程中,一旦设备发生故障,特别是加速器、射频系统、离子源等重要系统故障,修复时间无法预估,对患者治疗和医院运行造成较大影响。

(二)系统设备持续研发能力滞后

        质子重离子系统设备运行寿命预计20年,服务协议约定期限为15年。在项目建设期间,受欧债危机的影响,国外设备厂商停止了质子重离子系统设备的再研发和投入,且明确表示医院系统设备服务协议到期后不再继续维保。随着全世界质子重离子放疗技术的不断应用,各国都将系统设备创新研发纳入国家战略,通过政府支撑持续推进质子重离子系统设备的改造升级。医院引进的质子重离子系统设备具有机器人影像验证、呼吸门控和笔形扫描等最先进的技术,但由于设备厂商对系统设备方面的研发停滞,10年前引进设备时的技术优势逐渐丧失,这制约了医院的可持续发展。根据项目立项时市领导的要求,在质子重离子系统设备引进、安装、调试和应用过程中,要另外组建一支物理科研、工程技术团队全过程参与,这个团队的任务是引进、消化、吸收、研发。经过5年运行,医院临床应用水平已达到国际领先水平,完成了设备引进和临床技术消化,后续设备系统的吸收、研发和创新迫在眉睫。


(三)新技术在项目建设过程中的运用

       工程建设项目具有高度复杂性,须要对很多资源进行整合。在本项目建设过程中,我们在部分重要阶段和区域制作了三维模拟图像,在减少施工重复、冗余和错误等方面看到了成效。为提高工程建设质量,减少变更和浪费,在重要的、技术复杂的、大型的综合医院建设项目上推行项目管理全过程信息化,在设计阶段就把项目主要参与方集合在一起,利用BIM技术进行虚拟设计、建设、维护和管理,从而对项目进度、质量、安全、费用实施全过程动态管理,突出精益管理和精益建设的理念,实现全过程的工程信息管理,乃至建筑生命周期管理,是医院项目建设的发展方向。



六、结束语


       该项目的质子重离子系统设备是我国首次引进这种设备,它是国际上先进的肿瘤放疗技术。项目筹建过程中,我们严把设备引进的技术先导、自主抉择关;项目建设注重科学化、专业化、精细化的管理,针对项目特殊性,在项目建设各环节提出具有可操作性的措施和方案,使项目能够顺利推进,满足设备厂商的技术要求。在市委、市政府的关心和支持下,成功引进质子重离子系统设备,全面建成上海市质子重离子医院,不仅造福肿瘤患者,为推进这一高端放疗技术在国内的推广应用奠定重要基础,同时也使我国站在肿瘤放疗领域的世界制高点,并掌握全球“话语权”。

原文作者:

王岚 诸葛立荣 郭小毛 蒋国梁 吕力琅 陈建平

上海市质子重离子医院 上海 201315

资料来源chae杂志,因版面有限,特略去参考文献。


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