有一种爱在风里！达索系统助力雷神山医院建设
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自新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来，截至2月17日，全国已有3.2万余名医务人员支援湖北，同时间赛跑，与病魔较量。医者仁心，诠释了“悬壶济世，丹心厚载”这份人间大爱。
但，令人黯然的是，截止2月17日中国疾病预防控制中心发布的研究结果显示，共有3019名医护人员感染了新型冠状病毒。究竟如何为奋战在疫情前线的这些医务人员们做好防护？
雷霆万钧，神勇战疫
武汉雷神山医院，是继武汉火神山医院后，又一座针对新型冠状病毒肺炎疫情所建立的传染病医院。作为一家传染病医院，雷神山医院虽然远离武汉市中心，但周围也分布着社区、单位，甚至紧邻湖泊。医院外部，会不会对周围的社区群众造成影响？会不会对周边环境造成长久破坏？医院内部，又要如何避免被疫情感染者污染的空气所造成的交叉感染？
作为雷神山医院的设计方，中南建筑设计院股份有限公司一直把避免相关环境污染作为重点设计考量，尤其是对于院内如何避免因空气流动而造成交叉感染，最大限度地保障医护人员的工作环境安全，把院内交叉感染降到最低，更是设计考量中的重点。
图1：雷神山病房单元功能图
为此，在暖通送风排风系统设计时，达索系统联合中南建筑设计院工程数字技术中心和上海江达科技发展有限公司业务骨干组成虚拟团队，在上海超级计算中心（Shanghai Supercomputer Center）及其合作伙伴UbercomputingTech公司的支持下，紧密合作，建立BIM模型，运用达索系统领先的XFLOW软件模拟雷神山医院病房内空气流动和污染物瞬态分布，并基于XFLOW工具计算病人和医护人员位置污染物浓度与暖通布局的关系，对病房内污染物浓度控制以及后期类似医院建设提出了宝贵的建议。
XFLOW 暖通布局研究
01
中南建筑设计院股份有限公司与达索系统双方结合现场实施特点，讨论制定四种常规暖通安装方案进行瞬态XFLOW仿真计算。其中方案A为侧边送风同侧排风、方案B为侧边顶部送风对侧排风、方案C为居中送风两侧排风，方案D为居中送风顶部排风。
图2：雷神山病房暖通送排风布局
分别在病人(H=0.75m)和医生呼吸位置(H=1.5m)建立监测点，统计污染物浓度瞬态变化规律。不同暖通布局对病人和医生位置污染物浓度某瞬态时刻结果如下图所示，结果显示当前暖通设计中方案A对污染物浓度控制最好，方案B、C、D对污染物浓度控制较差。
图3：某时刻室内污染物浓度分布图
机理分析
02
分析上述不同布局方式发现方案A在病房内部形成“U”型通风环境，如下图所示气流流出送风管，碰到对侧墙壁后改变方向，最后流经两位病人后到达排风口。
图4：“U”型通风环境示意图（方案A）
室内环境流动轨迹动画如下图所示
图5：“U”型通风环境动画（方案A）
方案A布局下“U”型通风环境能够有效将病人呼出污染物送至排风口，XFLOW仿真计算的瞬态动画显示了污染物在房间内扩散过程。
图6：污染物扩散动画（方案A）
结论
03
基于XFLOW计算病房内部瞬态通风环境，展示病毒污染物在不同暖通送排风布局下浓度分布差异。当前计算结果对比显示方案A布局可以在病房内形成“U”型通风环境，污染物浓度控制效果最好。结合本次仿真结果，我们后续会给现场医护人员提出一些站位、操作等方面的建议意见，最大限度地减少医护人员交叉感染。
延展阅读：XFLOW有啥神通
04
XFlOW基于粒子的格子玻尔兹曼技术，用于高保真计算流体动力学（CFD）应用。XFLOW的先进的技术使用户能够解决复杂的CFD工作流程，例如智慧城市风场，商务楼宇暖通温控系统仿真等(动画)。本次选用XFLOW进行病房污染物分布研究正是用到了XFLOW看家本领之一。
图7：XFLOW案例 商务楼宇温控系统模拟
达索系统，与您同行
在这场举国同心的战“疫”面前，达索系统毅然肩负起社会责任，利用自身计算机建模仿真技术的特长，有效协助了雷神山医院的设计规划，为守护在一线日夜奋斗的医护工作者，提供了更有安全保障的工作环境。
截至2月16日18时，雷神山医院已收治患者近600人，已有超过1000名医务人员在雷神山医院进行工作。
最后，再次向所有奋战在抗疫工作的医护人员致敬！中国加油！武汉加油！
注释
“在为新冠肺炎患者提供诊治服务的422家医疗机构中，共有3019名医务人员感染了新型冠状病毒（1716名确诊病例），其中5人死亡，粗病死率为0.3%。可能存在非职业暴露造成的感染。“
来源：新型冠状病毒肺炎流行病学特征分析,[J],中华流行病学杂志
2020,41(2)
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