挑战“质”高难度!中建集团攻坚医疗设施建设“超级工程”

发布日期:2022-07-06
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  中建集团始终坚持把人民生命安全和身体健康放在第一位,积极投身“健康中国”建设,践行央企担当。公司2021年年报显示,在医疗设施建设领域,年度新签合同额已达2,044亿元,同比增长64%。

  锚定国家肿瘤诊疗能力提升目标,攻坚医疗设施建设的“超级工程”,近年来,中建集团参与设计、建设了全国多地的首家质子医院,让更多患者早日用上国际最先进、最精准的肿瘤放疗“利器”,为健全国家癌症防治体系、提高人民健康水平贡献中建力量。

  质子和重离子治疗是目前世界上最尖端的肿瘤放疗技术,以治癌效果好、副作用小而被誉为“治癌利剑”。如果将传统的光子放疗比作“大军压境”,那么质子和重离子治疗就像是对肿瘤细胞的定向“斩首”。当质子或重离子经由同步加速器加速至约70%的光速后,质子或重离子射线会以极快的速度、很小的放射剂量进入人体,针对肿瘤细胞进行“立体定向爆破”,减少对正常组织的损伤,也就保证了患者在治疗中和治疗后的生活质量,实现疗效最大化、影响最小化。

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  △X射线与质子束照射范围示意图

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  △质子束布拉格峰示意图(图片来源:合肥离子医学中心官网) 放射治疗中,包括光子放疗(伽马射线)、X射线放疗以及质子治疗,这些射线都有一个高剂量的峰值,被称为布拉格峰。不同于光子线等,在束流方向,质子大部分能量沉积在布拉格峰处,这种沉积能量的形式使质子射程范围外的正常组织免受辐射伤害,减少对正常组织的损伤。

  质子重离子技术含辐射等特殊性对质子重离子医院也提出了堪比核电站的苛刻建设要求,即必做好建筑的核级防护“四零一精一重”——厚大墙板零裂缝、建筑主体零沉降、建筑设备区零震动、预埋管道零堵塞,预埋件精准预留到位、以及超厚重密度混凝土浇筑。因此,质子重离子医院被看作是医疗建筑中的“超级工程”,也是代表当地医疗水平的“城市地标”。

  根据粒子治疗协作组织(PTCOG)统计,截止到2021年3月,全球仅建立了大约96家质子中心,且主要分布在发达国家。自2015年上海质子重离子医院率先建成开业后,国家卫健委批准了16家医院的质子放射治疗系统配置许可。

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  △安徽合肥离子医学中心Probeam质子治疗系统(图片来源:合肥离子医学中心官网)

  作为中国医疗建筑市场的国家队和主力军,中建集团充分发挥全产业链优势,充分应用深耕公共医疗设施建设的丰厚经验,在全国累计参与了7所质子治疗中心的设计、建设任务(其中,4家医院已获国家卫健委质子放射治疗系统配置许可,3家医院尚待批准配置许可),填补了当地的质子医院空白,服务助力地方公共医疗服务能力提升。

  匠心设计

  “量身定制”医疗建筑界“超级工程”

  在江苏,由中建上海院设计、中建八局承建的徐州质子重离子医院,建成后将成为国内第二家拥有质子重离子两种放疗技术的治疗机构。工程建设,设计先行。面对这项医疗建筑界的“超级工程”,中建上海院派出曾参与攻坚国内首家质子重离子医院上海质子重离子医院项目的设计团队。

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  △徐州质子重离子医院效果图

  依托上海质子重离子医院的设计经验,中建上海院团队明确了设计方案的两大重点:一方面是为质子重离子治疗区域提供核级防护,另一方面是为设备“量身定制”质子重离子治疗区结构和功能。

  为达到核级防护条件,中建上海院团队通过多次模拟仿真实验积累的各项指标数据,在设备机房墙体、顶板、底板部位,分别设计选用厚度为2.5米、2.5米、3米的混凝土以及钢筋混凝土屏蔽墙,用这样一层超厚的“安全壳”保障设备机房的核级防护。

  质子重离子治疗区的结构和功能设计也蕴含巧思。为保证治疗过程中设备冷却水进水口温度和压力保持恒定,设计团队专项攻关小组完成工艺冷却水控制软件开发、关键元器件研制等工作,最终实现了对工艺冷却水系统的控制目标。面对治疗区必须设置自动灭火系统但不允许有水管进入的情况,团队选择设置高压细水雾系统,以“无水灭火”方式保障消防安全。

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  △徐州质子重离子医院使用的质子重离子设备(图片来源:徐州质子重离子医院官网)

  以优质设计为人民群众拓展幸福空间,中建集团充分发挥设计在建筑全产业链中的前端引领带动作用,加强设计与工程建设业务的有机协同,持续用高品质设计保障高品质建设。

  攻坚建设

  高品质履约筑牢核级防护

  工程设计与建设紧密联系、相辅相成。建设质子治疗中心的首要挑战是超厚钢筋混凝土屏蔽墙。中建集团充分发挥全产业链优势,开展行业关键技术、前沿技术攻关,联合专业实验室研发高标准工程材料,为质子治疗区提供墙体“零裂缝”的核级防护。

  “质子治疗区就像一个埋在地下的混凝土盒子。”中建一局山东肿瘤医院质子临床研究中心项目总工程师介绍,这个“盒子”由3间治疗室和一间固定束研究室组成,分隔各个治疗室的墙体最厚处达4.2米,顶板最厚处达4.5米,约相当于一般建筑的22倍。只有做到墙体“零裂缝”,才能满足防护要求。

  中建一局团队采用3D打印技术,将质子治疗区按不同区域模块等比缩小后打印出来,制作出完整的3D实体模型,通过模型拆分、反复研判,优化形成了一套科学建设方案,成功建设完成质子治疗区。在混凝土的选择上,团队联合国家级专业实验室,夜以继日取样检测、优化配比,最终确定使用一种因其极强的抗裂性和防护力而被广泛应用于核电站建设的铁矿砂重混凝土。当时,这种混凝土在国内医疗工程中的应用尚属首次。

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  △武汉协和医院质子中心项目重密度混凝土浇筑

  质子治疗区的建设还要因地制宜。在湖北武汉,协和医院质子中心项目选择将质子治疗区建设于地面,这就要求项目有更强的防护措施。针对这一情况,中建三局项目团队采用厚达6.5米的防辐射混凝土墙作为结构主体来提高防护等级。这种混凝土密度是普通混凝土的1.7倍,每立方米重达3900千克,比一般的高标号混凝土更重更密实。为达到这一合适配比,项目团队经过持续半年、近八十次的反复试验和多次场外1:1实测试验,并兼顾好重密度混凝土和普通混凝土同步浇筑的裂缝控制问题,最终实现了重密度混凝土的成功浇筑,既达到了建筑所需强度,又保持了极好的防护功能。

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  △双层综合型高支模体系

  超重超高板需要强大的支撑体系来保证稳定性。在福建莆田,中建七局承建的妈祖重离子医院工程总承包(EPC)项目的核心区域由3.5米厚顶板、4.3米厚墙体、1.55米厚底板组成,空间净高23.05米,超厚的混凝土顶板重达3200吨,施工总荷载是常规高支模要求的5倍,普通的碗扣架、钢管架架体无法满足施工要求。为此,中建七局项目团队创新采用双层综合型高支模体系,以塔吊标准节为立柱,以钢构主次梁、盘扣脚手架为支撑,降低了施工难度的同时,整体工期缩短了45天,成功突破了质子治疗中心建造的核心技术壁垒。

  破解大体积重密度混凝土材料难题,突破高大支模的稳定性等控制技术关卡,中建集团依托自身全产业链优势,高品质打造核级防护的钢筋混凝土屏蔽墙,用坚实的技术累积不断提升项目履约能力。

  科技护航

  创新建造技术赋能建设全过程

  质子治疗区单面墙厚度是传统医院的20多倍,一旦浇筑,混凝土便无法开凿。因此,墙体内部的电气导管、风管、压缩空气管、工艺冷却水管等各种管线口,以及连接墙体和质子设备的钢板安装件,都必须提前做到精准预埋。中建集团采用数字化建造和装配式建造两种技术手段,通过创新的技术应用突破管线埋设限制。

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  △BIM+BDIP协同平台实现100%可视化

  在济南,中建一局山东肿瘤医院质子临床研究中心工程团队充分运用数字化建造技术,项目在BIM应用率88%的基础上,搭建多方协同交互、可视化的BDIP数据平台,无论是装配式机电施工穿插,还是特殊工艺交叉施工,均可做到100%可视化模拟。同时,项目团队通过“技术+人工+试验”方法,将3D激光点云扫描技术贯穿施工全过程,保证管线精准预埋。为确保万无一失,团队还制作出一个比实际建设难度更大的试验块进行反复预埋论证,为实际精准预埋奠定坚实基础。

  在安徽,中建八局在合肥离子医学中心工程则采用装配式建造手段实现精准预埋。项目团队研发大体积防辐射混凝土内管道组精确预埋和异形相交管道精准组装施工方法,通过分段制造、模块化施工等建造技术实现超密集管线精准预埋。

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  △密集管线埋设

  BIM技术、搭建设计平台、3D激光点云扫描、装配式建造方式……这些科技创新贯穿于各项工程的建设过程,中建集团把智能建造理念融入传统产业,用高水平的中国智造服务提升高质量的中国建造。

  力求精准

  精筑“无干扰环境”助力高效治疗

  质子治疗中心的设备十分“金贵”,不仅对安装精准度要求高,对治疗环境要求也十分苛刻,必须同时达到主体零沉降、设备区零震动等状态,确保质子设备在使用过程中不被外界环境干扰。

  主体零沉降状态,即质子治疗区对建筑的差异沉降变形要求须控制在每年0.2毫米内,整体倾斜允许值仅为100米以上高层建筑的1%。中建三局武汉协和医院质子医学中心工程项目团队采取提高桩基标准的方法,共打入158根深58米的、直径1米的桩基,整体可承受200米的超高层建筑的重量。而最高处只有19.2米的协和医院质子医学中心,承重力超过标准10倍,即使在外界因素产生较大变化时也能纹丝不动。

  设备区零震动状态,就是要确保治疗舱内的每秒振幅须控制在2倍头发丝的直径之内。中建一局山东肿瘤医院质子临床研究中心工程紧邻京台高速和京沪高铁,哪怕常人察觉不到的丝毫微小振动,对质子设备来说都可能是影响治疗效果的异常抖动。为达到振动速度允许值、确保质子治疗绝对精准,中建一局技术团队设计出一种“凸”型的隔振构造,质子治疗区周围预留出物理隔振设计空间,相当于为质子治疗区设置了一道坚不可摧的“护城河”。经过专业机构历时近1年的振动检测,设备区完全能达到零震动状态。目前,山东肿瘤医院质子临床研究中心即将投入临床使用,成为中国大陆首批应用于临床的肿瘤治疗质子中心,给更多肿瘤患者带来希望。

  执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越。建设者们以工匠精神控制工程误差,高质量完成质子治疗中心建设,为患者构建完美治疗环境。

  中建集团坚持以人民为中心的发展思想,完整准确全面贯彻新发展理念,持续深耕公共医疗设施建设领域,努力打造一批高标准高质量的质子重离子医院,为质子重离子医院建设提供“中国经验”,为健康中国建设作出新的更大贡献。

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  山东济南质子医院项目

  中国大陆首批即将投入临床使用的质子治疗中心项目。项目位于山东省济南市槐荫区,总建筑面积8.8万平方米,建设内容包括1栋医疗综合楼、1栋质子维护楼、1座医疗科学技术推广中心,投入使用后将成为中国大陆首批应用于临床的肿瘤治疗质子中心,成为立足山东、辐射全国、影响东北亚的肿瘤专科诊治与临床转化平台,由中建一局承建。

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  广东深圳质子肿瘤治疗中心项目

  深圳市重大民生工程,拥有全国质子医院内尺寸最大、重量最重的防辐射钢板墙。项目位于广东省深圳市龙岗中心城南区,是深圳市十二项重大民生工程项目,总建筑面积3.5万平方米,设置300个床位。项目建成后可为深圳和周边地区肿瘤患者提供比肩国际水准的治疗服务,对提升深圳医疗服务辐射力和国际影响力具有重大意义,由中建二局承建。

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  湖北武汉协和医院质子医学中心工程

  华中第一所在建质子医院,混凝土防辐射墙体厚达6.5米,项目位于湖北省武汉市东西湖区,是华中第一所在建质子医院,总建筑面积2.55万平方米,建筑高度19.2米,分为非质子区及质子区。项目建成后,将快速带动和提升湖北省乃至华中地区的肿瘤诊疗水平,填补中南地区质子治疗的空白,由中建三局承建。

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  福建莆田妈祖

  重离子医院工程总承包(EPC)项目

  亚洲第八个、中国第三个以重离子为特色的肿瘤治疗中心,双层综合型高支模巧破施工难题,项目位于福建省莆田市湄洲湾北岸经济开发区,其中一期主要建设重离子医院、硼中子治疗中心及其他配套基础设施,二期工程主要建设肿瘤研究中心、质子治疗中心及其他配套基础设施。该项目是亚洲第八个、中国第三个以重离子为特色的肿瘤治疗中心,是国内首个集重离子、硼中子、质子及常规化疗为一体的综合性肿瘤治疗医院,由中建七局承建。

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  安徽合肥离子医学中心工程项目

  国内首个引进成熟“一拖五”多室质子治疗系统及自主研发为一体的无创治疗恶性肿瘤的医疗中心,项目位于安徽省合肥市高新区,总建筑面积约3.3万平方米,地下一层,地上四层,为国内首个引进成熟“一拖五”多室质子治疗系统及自主研发为一体的无创治疗恶性肿瘤的医疗中心。项目建成后每年可以帮助数千患者摆脱病痛,为我国核医疗长远发展和创新型国家建设提供有力支撑,由中建八局承建。

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  合肥超导回旋质子治疗系统工程

  国内全装配式防辐射混凝土结构在正式生产厂房的率先应用,项目位于安徽省合肥市高新区,是作为自主研发超导回旋质子治疗系统测试、总装、集成、调试等工作的生产厂房。超导回旋质子治疗系统围护结构区域为目前国际上最紧凑的超导质子加速器区域,同时也是国内全装配式防辐射混凝土结构在正式生产厂房的率先应用,建成后将弥补国家质子医疗领域的研发空白,由中建八局承建。

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  四川肿瘤诊疗中心质子治疗中心项目

  以质子治疗为核心的肿瘤治疗集群规划设计,项目位于四川省成都市天府新区,总建筑面积约26.5万平方米(其中质子治疗中心1.4万平方米)。项目整体规划以质子治疗为核心打造的大规模肿瘤治疗集群,包括质子治疗中心、肿瘤放疗中心、放射影像中心、核医学中心、放免实验室等肿瘤治疗相关的大型诊疗用房。项目分三期建设完成,其中质子治疗中心为二期建设内容,建成后将成为西南三省一市一区(云、贵、川、重庆、西藏)首家质子治疗中心,由中建西南院设计。

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  江苏徐州质子重离子医院项目

  同时拥有质子重离子两种放疗技术的治疗机构,项目位于江苏省徐州市新城区,占地面积82亩,项目总用地面积5.6万平方米,总建筑面积13.6万平方米,其中地上建筑面积9.8万平方米,地下建筑面积3.8万平方米,设置治疗床位400张。医院选用日立质子重离子一体化系统,可同时开展质子和重离子肿瘤治疗,由中建上海院设计,中建八局承建。

  人民至上,生命至上。中建集团坚持以专业筑品质,以高标准、严要求,匠心打造医疗卫生样板工程,全面助力织密国家公共卫生防护网,筑牢人民健康安全线,持续为健康中国建设作出新的更大贡献。(企业文化部,中建一局,中建二局,中建三局,中建七局,中建八局,中建西南院,中建上海院供稿)

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