普天医院智能箱式物流自动化系统
随着我国新建现代化医院和医院改扩建工作的不断加快，与之配套的先进高效医院物流自动化系统越来越受到青睐。目前国内部分医院使用的物流自动化系统多为国外进口的气动物流和轨道小车物流系统。进口的医院物流系统技术成熟，但价格高、适应性较差、维护成本高。中国普天所属企业普天物流技术有限公司在充分研究国外医院物流系统技术、国内医院物流特点及流程的基础上，创新性地提出医院智能箱式物流自动化系统，并率先在全国部分三甲医院推广应用，收到良好效果。
一、国内外医院物流自动化系统概述
城市中心医院
西方发达国家的大中型医院引入医用物流自动化系统已有几十年的历史，仅欧洲就安装了上万套设备，日本三千多家医院都使用了物流自动化系统。发达国家使用的物流自动化系统主要有气动管道物流输送系统（图1，PTS，Pneumatic Tube System ）、轨道小车物流输送系统（图2，TVS，Track Vehicle System）、AGV自动导引车输送系统（Automated Guided Vehicle System）、高架悬吊推车输送系统（OMTS，Overhead Monorail Transmission System ）等，其中气动和轨道小车两种医院物流系统在西方发达国家应用比较普遍，其他形式有少量案例。
图1 气动管道物流系统（PTS）
图2 轨道小车物流系统（TVS）
国内医院除引进国外的气动物流系统（PTS）和轨道小车物流系统（TVS）外，多以人工机械为主，自动化物流系统还处于发展初期。普天物流技术有限公司依靠自身四十年的物流自动化技术积累，在充分研究吸收西方发达国家各种医院物流自动化系统技术优点的基础上，根据国内医院物流传输医用品的范围和流程，创新性地提出“医院智能箱式物流自动化系统（BCSS，Box-type Conveyor Sorting System）”解决方案，经过最近两三年的研发试验和改进提高，已形成高效、稳定、实用的系统技术，并实施了北京解放军总医院、南京鼓楼医院、福州军区总医院等五个成功案例。至此，国内医院物流已形成气动管道、轨道小车和箱式物流三大主流解决方案。
二、医院箱式物流自动化系统技术需求分析
1、输送物品种类
● 药品、大输液（量大、时间集中）
● 临时医嘱（随时输送）
● 手术器械（体积大、重量重）
● 住院部病人检验标本（组织切片、血液、粪便等】
● 住院部治疗包，一次性无菌物品
● 住院病区的后勤物资（衣物、饭菜等）
输送物品具有种类杂、形状不规则、大小差异大等特征。物品输送全过程要求保持平稳，不允许出现震荡、翻转等现象，并实现输送全程动态跟踪。
2、系统主要技术指标要求
垂直输送最高速度：2m/s
单次垂直输送物品重量：≤100kg(一次4箱)
最大输送高度：60m
满箱输送效率：≥150箱/小时
空箱回收效率：≥150箱/小时
最大楼洞开口尺寸：≤1.8m x 1.8m
层门处噪音：≤65dB
三、医院智能箱式物流自动化系统方案
智能箱式物流自动化系统主要由垂直输送分拣设备、水平输送设备、密封系列周转箱及控制信息系统四大部分组成。垂直输送分拣机解决垂直方向上的物资输送和分拣；水平输送设备与垂直输送分拣机对接，负责周转箱在楼层内的输送；周转箱是输送各种医用物品的公共载具；控制信息系统是整个箱式物流自动化系统的神经中枢，负责信息跟踪和调度监控。各部分功能结构如下：
1、垂直输送分拣设备
垂直输送分拣设备具有周转箱垂直输送，按楼层分拣及空箱回收等功能。垂直输送分拣设备的升降缓存舱分上下两层，上层缓存实箱，下层缓存空箱。缓存舱具有周转箱自动排序功能，保证先出的周转。
图3 输送机与楼层接驳设备交互
箱紧邻层门。舱室上下层缓存与楼层的双层输送线自动接驳，实周转箱在舱室和输送线的上层交互，空箱在下层交互，两个作业层彼此独立，见图3。舱室单次最多缓存四箱医用物品，在信息系统的统一调度下，缓存舱快速升降到目的层与楼面输送设备接驳，上层医用品周转箱自动送出，下层接驳楼层输送设备送来的空周转箱，实现楼层间医用品全自动输送交接。楼层接驳设备可以是楼层的工作站，也可以将工作站延伸到楼层其它地点。
垂直输送分拣设备采用曳引驱动，双层辊柱线构成缓存仓，并具有缓存舱内周转箱自动排序功能。采取限速器、安全钳、自动常闭层门等安全装置，确保系统安全可靠。采取的节能措施有平衡配重、制动能量回收、控制与变频一体等多项技术，实现节能目标。
2、水平输送设备
楼层的水平输送设备与垂直输送分拣设备对接，依据信息系统指令将接收的周转箱送到楼层目的工作站。楼层输送设备的技术难点是接近静音输送及持续信息跟踪检测。
水平输送设备可根据客户要求及现场条件，采用吊装或落地安装。
图4 水平输送线
方式，吊装结构不占用地面走道，甚至可成为一道风景，但成本偏高，维护不如落地安装方便。
3、塑料周转箱
以塑料周转箱为载具进行输送是最为理想的传输方案，普天物流创新性地研发出适合各种医用品输送的标准周转箱系列，外形有通用型和阶梯型两种结构，其输送接口尺寸标准统一。两种周转箱效果图见图3上部两图。周转箱内部结构随输送物品不同有多种形式，具有广泛的适应性。每个周转箱都具有唯一身份标识的RFID和条码双标签，通过信息识别和跟踪，实现任意楼层间自动交互传输、与楼层输送线自动接驳、全程信息跟踪监控的功能。
图5周转箱
4、信息控制系统
医院物流信息控制系统分为三个层次，最上层是HIS(Hospital Information System)，最下层是具体的物流设备，中间层是WCS（Warehouse Control System）。HIS医院信息管理系统包含物流信息、病人信息、财务信息，HIS系统承担这些信息的收集、存储、传递、统计分析、查询、报表输出及医院物流业务逻辑的处理。最下层是具体的物流设备，如垂直输送分拣设备、各层站输送设备、周转箱自动叠箱设备等。WCS位于HIS与物流设备之间的中间层，负责协调、调度、监控底层的各种物流设备，使底层物流设备可以执行医院物流业务流程，它是医院箱式物流自动化系统的指挥调度中心。
底层物流机械设备大都有自身的控制系统，最普遍的就是PLC。WCS通过和设备上的PLC控制程序通讯来协调多种设备的工作，对物品全程跟踪，对设备调度监控。
四、三种医院物流自动化系统优缺点对比分析
1、气动物流输送系统性能特点
气动物流输送系统俗称气动管道输送，气动传输瓶是在管道中传输的载体。一般系统由2～3套气动输送单元组成，优缺点如下：
● 单件输送重量5～7公斤，故只能传输单据、标本、X光片、处方、敷料、小型医疗器械、血液标本等；
● 输送速度5m/s～8m/s，是三种物流系统中速度最快的一种；
● 必须前一个气动载体到达目的地后，第二个才能开始输送；
● 适合谷点时段的临时处方药品输送。一般三甲医院高峰时无法使用气动管道式输送系统来完成药品输送；
● 大约能解决医院5%左右的物流运输量，起不到解决高峰时段的物流传输任务；
● 目前有近80%的系统已停用或只是维持性使用。
图6 气动传输瓶
2、 轨道小车物流系统性能特点
轨道小车物流系统设计和安装比较复杂，需要安装专用轨道和留井道间，不适合高层建筑使用，具体优缺点如下：
● 比气动管道传输量大，一条轨上可以同时有几个小车输送；
● 轨道小车装载重量≤15公斤；
● 因轨道自身原因，无法配装大容量的箱体，这一点决定了轨道车物流传输系统难以完成医院大件物资的输送；
● 系统的设计和安装比较复杂；
● 可以用来传送输液袋、血液、小型手术包，各病区治疗包等消毒物品、大量药品、实验组织样本、X光片、各类文件等；
● 系统物品的传输速度较快，平均0.5～1m/s；
● 系统依赖进口，造价较高，通常为35～40万/站点(随轨道长度，小车数量及复杂程度等因素而变)；
● 维护成本高；
● 轨道小车由于箱子的方向随输送方向而改变，故对箱子内的物品必须事先固定，不然物品会倾倒，故不能输送饭菜之类的物品；
● 输送过程中如果一辆小车出现故障，其他小车就无法就前进。
图7轨道小车物流实例
3、箱式物流系统性能特点
（1）箱式物流自动化系统特点
● 适合标本、药品、文件、X光片、器械、中心配液、被服、中心供应物品等绝大多数医用物品的输送；
● 输送能力：（150箱+150箱）/小时（高层建筑）；
● 单次输送量大、基本不受体积限制、周转箱使用存放方便、物品始终保持水平放置；
● 箱式物流系统的主要设备都是经过长期验证，可靠性很高；
● 箱式物流系统为国产设备，维护方便；
● 与国外气动管道和轨道小车两种系统相比，成本优势很大；
● 工作站占地空间较大，出入口设备1.2米×0.8米。
（2）节能设计
本系统设计时明确提出节能降耗的要求，采纳以下综合技术提高节能效果。
● 驱动技术采用国际上比较先进的永磁同步曳引技术；
● 控制与变频一体简化提升系统作业流程，改善用电质量；
● 采用制动电能回馈技术吸收刹车能量，回馈电网；
● 平衡重的重量等于缓存舱重量加上仓内输送设备总重量，再加上额定输送物品一半重量；
● 高速缓存舱上下运行时，会遇到较大空气阻力，垂直输送设备需要将一部分电能消耗在此。因此，适当改进轿顶，减少风阻，达到节能效果。
采取以上综合措施后，节能效果可达25％以上。
（3）噪音
箱式物流系统要符合医院安静环境要求，从周转箱到垂直提升分拣设备采取多项综合降噪措施，收到明显效果，达到箱式物流系统在运行和停机状态，医院工作人员和病人感觉不到噪音有什么明显差异。噪音指标如下：
机房内（置顶）噪音值≤75dB
轿厢内噪音值≤55dB
开关门噪音值≤65dB
五、物流垂直输送分拣设备的消防要求
医院高层建筑消防对物流设备有严格的要求，垂直输送分拣设备的各项消防要求参照电梯标准。
1、井道
医院高层建筑物流垂直输送设备的井道由无孔的墙、底板和顶板围成。井道墙由耐火建材砌成，防止火灾发生时串层蔓延。井道结构应符合国家建筑规范要求。
井道除具有防火隔离作用外，还应具有良好隔音效果，使医院环境达到GB/T 50378-2006《绿色建筑评价标准》。
2、垂直输送分拣设备层门的耐火完整性与耐火隔热性
层门是物流垂直输送分拣设备不可分割的一部分。从消防角度看，它是垂直输送分拣设备与建筑的结合面，起到工作区与井道的防火隔离作用，防火功能要求与电梯层门执行相同的标准。新颁布的GB50016-2014《建筑设计防火规范》6.2.9条规定“电梯层门的耐火极限不应低于1.00h”，这是强制性条款，因为电梯井是一个上下贯通的具有烟囱效应的井道，若火及烟气从电梯层门处进入电梯井，很有可能造成火灾垂直蔓延到其它层。因此，垂直输送分拣设备层门与无前室的电梯层门一样，具有较高的耐火隔热性。按新标准层门1h耐火隔热性要求，层门本身的构造、层门厚度等都需要改进设计，且耐火试验必须达标。
3、层门防烟要求
物流垂直输送分拣设备层门除耐火性能要求外，另一个难点是对开门的缝隙泄漏有苛刻的要求。GB/T24480-2009《电梯层门耐火试验》中对层门耐火性能检测要求还包括漏气量的判定，这一要求大大提高了物流垂直输送分拣设备层门的防火性能，如要求层门对开间隙、门扇与立柱和门楣之间的间隙不超过6mm。
4、层门系统性防火试验
层门做试验时一般都没有完全模拟实际状态安装，如未安装电系统等；且对于辐射热值的要求也不够具体，因此只考虑了层门是否有蹿火的可能，却没有考虑是否能够引燃轿厢内的其他可燃物，如周转箱、电线电缆、润滑油等，这一点对高层建筑垂直输送设备的层门显得尤为重要。因此新的层门耐火性能检验标准，提升了层门对防火的要求，也使防火隔热电梯层门的开发与应用有了明确目标。
六、市场前景展望
医院智能箱式物流自动化系统（BCSS）已在中国人民解放军总医院、南京鼓楼医院、福州军区总医院等多个现代化的三级甲等医院实际应用，系统可靠，使用方便，大幅提升了医院物流的自动化和智能化程度，客户十分满意。系统输送分拣效率、可靠性以及自动化程度均达到预期设计目标，综合性能指标与国外常用的气动管道物流系统和轨道小车物流系统相比优势明显。医院智能箱式物流系统的研发与应用，对推动我国医院物流发展，缩小与欧美及日本发达国家的差距起到积极作用。
