摘?要： 醫院物流智能化和自動化正加快發展，在中型箱式物流系統工程實踐中，發現高層建筑的垂直輸送分揀效率是影響醫院全系統物流效率的瓶頸。本文針對這一關鍵技術問題進行分析研究和仿真計算，創新提出“多機串行接力、隨機協同控制”的高效垂直輸送分揀新方案，有效提高了中型箱式物流系統高樓層提升的綜合效率，并經過多個工程驗證，收效良好。

關鍵詞：醫院物流、垂直輸送分揀、效率、時間、速度、距離

隨著全國城鎮化率不斷提高，城市規模越來越大，人口越來越向城市集中，給城市醫療帶來巨大挑戰，再加上新冠疫情對城市醫療資源的擠兌，使得醫院迫切需要通過創新驅動來提高服務能力和醫療資源利用率，實現跨越式發展。     

醫院智能化和自動化物流系統建設，成為醫院高效運營的重要選項和發展方向。低樓層建筑或裙樓大多規劃為門診樓和醫技樓，高層塔樓多規劃為住院樓。要實現醫院各科室、各高低樓層物流自動線全部貫通，中型箱式物流自動化系統是最好的解決方案，能夠滿足藥品、醫囑、檢驗標本、手術器械、大輸液、后勤物資等在高低層建筑間、各樓層及各科室間的互聯互通。

圖1：醫院智能化和自動化物流系統正加快建設

在大量醫院中型箱式物流系統工程實踐中，我們發現高層建筑的垂直輸送分揀效率是影響醫院全系統物流效率的瓶頸，本文針對這一關鍵技術問題進行分析研究和仿真計算，創新性地提出“多機串行接力、隨機協同控制”的高效垂直輸送分揀新方案，從而有效提高了中型箱式物流系統的綜合效率，并經過多個工程驗證，收效良好。 

一、醫院高層建筑箱式物流垂直輸送分揀系統的現狀

醫院智能箱式物流系統主要由垂直輸送分揀系統、橫向貫通線、智能站點、控制系統和監控調度系統組成，如圖2所示。物流系統的總效率，取決于垂直輸送分揀系統效率和貫通線的效率。

圖2：吉大二醫院物流自動化系統3D數模

1.貫通線

貫通線主要由輥柱機、皮帶機、轉轍機構、分流機構和合流機構等組成，如圖3所示。貫通線設計速度為0.5m/s，周轉箱長度通常為500～600mm，輸送間隔為400mm，輸送效率為1500箱/小時。轉轍機構需要多個啟停節拍動作才能完成周裝箱的換線。經過實際測試，轉轍機構完成一個周轉箱的換線動作需要3.5s，效率為1000箱/小時。轉轍機構與貫通輸送線為串聯關系，含轉轍機構的綜合輸送線效率為1000箱/小時。經過大量工程項目實際運用，貫通線的輸送效率完全滿足現有醫院使用要求。

圖3：貫通線

2.智能站點

站點設置在垂直輸送分揀機的各層出口處，由兩條具有緩存和收發輸送功能的站點終端線體組成，站點平鋪和雙層兩種結構形式，終端線體為3～5個積放段的輥筒線，如圖4所示。站點一條線體用于接收和緩存垂直分揀機送來的滿箱醫用物品，如液體、標本、藥品等；另一條用于緩存或發送空箱或標本等。工作人員將采集好的標本或空箱等放置到下層發送站臺，無需人工輸入目的地，在HIS信息系統統一調度下，滿箱的標本由站點下層的發送站臺RFID自動識別周轉箱上的信息，并由水平輸送設備和垂直分揀機自動發往目的地；并取走分揀機送到站點上層的待檢標本或其他醫用物資，實現各科室站點物資的互聯互通。

圖4：智能站點

站點的接收或發送站臺具有周轉箱智能排隊和聲光提示功能，操作人員可在站點傳輸線任意位置放置，或取走周轉箱。

樓層站點的兩條收發線體與垂直分揀機對接，對接中間有自動防火層門，既有科室與提升井道之間防火功能，又有隔音和安全防護功能。

  3. 垂直輸送分揀機

常規垂直輸送分揀機有往復式（電梯模式）和連續式（多進多出）兩種形式。樓層高度在25m以下時，一般采用連續式或往復式。連續式輸送分揀效率較高，但因自身提升鏈較為笨重，設備輸送高度受限。往復式多用于樓層間垂直輸送，或效率要求不高的低層建筑垂直輸送分揀。對于高度大于25m的高層建筑一般只能使用往復式，往復式輸送分揀機的最大問題就是輸送分揀效率低，此瓶頸影響到整個系統物流效率。

下面以77.6m提升行程的高層建筑為例，分析影響往復式垂直輸送分揀效率的主要因素。往復式垂直輸送分揀機轎廂設計4工位，每次提升輸送2個滿周轉箱，留2個接空箱工位，如圖5所示。分揀機從底層直接提升至頂層，分揀機及站點接口設備運行參數，如表1所示。表1中的“一傳輸”是指站點緩存位至層門的距離，“二傳輸”是指轎廂內工位輥筒段的長度。

圖5：轎廂雙層4工位

根據以上兩表垂直分揀機和站點交接設備的運行參數，整理出垂直輸送分揀機從一層至頂層的完整循環的時間統計，如表3所示。

從表3看出，一個垂直輸送循環耗時124.3s，每小時循環次數3600s÷124.3s=29次。轎廂4工位，上升和下降各輸送2個滿箱和2個空箱。由此得出垂直輸送分揀機的效率P：

P=4×29=116箱/小時

經過以上普通往復式垂直輸送分揀機（電梯模式）的效率分析計算，總結出影響垂直輸送分揀效率的主要因素如下：

（1）分揀機上升和下降的時間占總時間的77%，提升效率隨提升高度的增加而降低。井道越高，效率越低。

（2）周轉箱進出轎廂的開關門時間占總時間的10%。這是由于普通垂直分揀機采用門刀形式驅動層門，只能在轎廂完全停穩后才能啟動開門程序。

經過諸多項目實際運行情況和計算結果驗證，樓層越高往復式垂直輸送分揀機提升效率越低，高層輸送分揀機的效率是制約醫院中型智能箱式物流系統發展和推廣應用的主要瓶頸。

二、智能箱式物流系統的效率需求分析

以安徽省的懷遠縣人民醫院為例，醫院建筑由兩棟18層樓（內科、外科）和兩棟低層門診樓和醫技樓組成。醫院規模為1400張床位，其中北區內科大樓有702張床位，南區外科大樓有730張床位。箱式物流自動化系將4棟樓全部貫通。物流系統主要由LT1和LT2兩臺高層垂直輸送分揀設備、LT3和LT4兩臺低層垂直輸送分揀設備及LT5層面垂直輸送設備組成，圖6為該院智能箱式物流系統3D圖，圖7為懷遠縣人民醫院物流貫通線。

圖6：懷遠縣人民醫院物流自動化系統組成3D圖

圖7：懷遠縣人民醫院部分物流貫通線

1.醫用物資供應時段需求

該院醫用物資需求時段如下：

（1）藥品及輸液高峰時段：上午8:00～10:00與下午13:00～15:00；

（2）消毒供應高峰時段：上午9:00～10:00與下午14:00～15:00；

（3）標本供應高峰時段：上午9:00～10:00；

（4）被服及后勤物資供應高峰時段：下午15:00～17:00；

（5）其他時間根據醫患需求分散輸送。

2.醫用物資日需求量及對分揀機輸送效率需求分析測算

以下統計表是2022年8～10月各垂直輸送分揀機對應科室平均每天高峰時段周轉箱輸送量的統計數據，以及提升效率需求進行的分析。

（1）LT1垂直輸送分揀機的物資輸送量需求

1號垂直輸送分揀設備（LT1）位于北區內科樓內，起于地下一層庫房站點，止于十七層樓頂，主要用于庫房、核醫學科、透析中心、日間病房、產科及六層到十七層病區的物資交互。各科室床位數共計約702張，高峰時段對輸送物資藥品、輸液、標本、消毒供應及后勤物資的需求統計，如表4所示。

上午9:00～10:00為藥品輸液、消毒供應和標本重疊輸送峰值輸送效率為：      

Pm1=(76+36+82)=194箱/h；

下午14:00～15:00為藥品輸液和消毒供應重疊輸送峰值，輸送效率為：

Pm2=（76+36）=112箱/h

由此可知，LT1輸送峰值效率為194箱/h。

（2）LT2垂直輸送分揀機輸送量需求

2號垂直輸送分揀設備（LT2）位于南區內科樓內，起于一層急診病房站點，止于十七層樓頂，主要用于急診病房、兒科、ICU、新生兒及六層到十七層病區的物資交互。各科室床位數共計約730張，輸送物資范圍有藥品、輸液、標本、消毒供應及后勤物資，需求量見表5。

上午9:00～10:00為藥品輸液、消毒供應和標本重疊輸送峰值時段，效率需求為：      

Pm2=(78+41+94)=213箱/h；

下午14:00～15:00為藥品輸液和消毒供應重疊輸送峰值，輸送效率為：

Pm2=（78+41）=119箱/h；

由此可知，LT2輸送峰值效率為213箱/h。

（3）LT3垂直輸送分揀機輸送量需求

3號垂直輸送分揀設備（LT3）位于門診醫技樓內，起于二層中控維護室站點，止于四層樓頂，主要用于介入中心、住院藥房和靜脈配置的物資交互。輸送物資范圍有藥品、輸液、標本、消毒供應及后勤物資，需求量如表6所示。

上午9:00～10:00為藥品輸液、消毒供應和標本重疊輸送峰值時段，輸送效率需求：      

Pm3=(210+3)=213箱/h；

由此可知，LT3輸送峰值效率為213箱/h。

（4）LT4垂直輸送分揀機輸送量需求

4號垂直輸送分揀設備（LT4）位于門診醫技樓內，起于一層輸液大廳站點，止于四層樓頂，主要用于檢驗科、手術室的物資交互。輸送物資范圍有藥品、輸液、標本、消毒供應及后勤物資，需求量如表7所示。

與前面計算方法相同，LT4峰值時段效率需求Pm4=(55+19+176)=250箱/h。

（5）LT5垂直輸送分揀機輸送量需求

5號垂直輸送分揀設備（LT5）位于門診醫技樓內，起止于四層，連接中心供應一個站點，主要用于收發中心供應的消毒物品和一次性物品等。LT5高峰時段輸送需求量統計，如表8所示。

LT5峰值時段效率需求Pm5=99箱/h。

（6）效率需求總結

從以上懷遠縣人民醫院的數據統計分析和計算結果看出，兩棟18層高樓的垂直輸送分揀設備中LT2峰值時段效率需求最高，達到213箱/h；兩棟低層樓中的LT4峰值時段效率需求最高，達到250箱/h。按此效率要求，低樓層垂直分揀機可采用多進多出垂直分揀機；但對于兩棟高層樓的垂直分揀機效率要求則無法滿足，而多進多出垂直分揀機效率滿足，但最大提升高度不夠；普通直通式垂直分揀機效率差異太大。

三、醫院高層建筑箱式物流垂直輸送分揀系統效率瓶頸的解決方案

針對高層建筑常規垂直輸送效率與醫院實際輸送峰值需求的巨大差異，貴陽普天物流技術有限公司經過研究對比和仿真驗證，提出“多機接力式高效垂直輸送分揀系統”的創新解決方案。

該方案是在井道內安裝多臺子垂直分揀機（如圖8），每臺子分揀機輸送高程在8～12m，子垂直分揀機與子垂直分揀機間周轉箱接力傳遞，子垂直分揀機交出周轉箱后就可返回接下一箱，多臺子分揀機通過智能感知、多機串行接力、隨機協同控制的方式緊張有序工作，實現總體效率的大幅提升。無論樓層多高，此方案均能保證較高的提升效率。

圖8：接力式垂直輸送分揀機

此外，對全部自動層門進行了改進，將普通方案的門機打開層門改進為每層門單獨配置驅動電機，實現在轎廂到達前提前打開層門，節約開關門耽誤的時間，進一步提升輸送效率。

本創新技術方案在懷遠縣人民醫院進行了實施驗證，在每個高層垂直輸送分揀機井道里安裝了6臺子垂直分揀機，每臺子提升機升程為10m，轎廂雙層4工位，這6臺子提升機串行接力、協同控制實現周轉箱的升降輸送分揀。懷遠縣人民醫院高效接力垂直子分揀系統參數，如表9～表11所示。

從空間維度看，各子垂直分揀機是接力增高，解決了高層和超高層升程問題。從時間維度看，各子垂直分揀機都是在并行工作，原來一臺直通垂直分揀機由多臺子垂直分揀機替代，效率大幅增加。層門驅動的改進，對效率提升也有一些效果。綜合以上技術創新，使懷遠縣人民醫院高層垂直分揀機系統的垂直輸送效率達到289箱/h，大大超過高層實際213箱/h的需求。

四、結論

通過對醫院高層建筑垂直輸送分揀機效率研究計算、仿真分析及在懷遠縣人民醫院的應用效果看，多臺接力垂直輸送子分揀機系統的創新方案有效地突破了高層建筑垂直輸送效率低的瓶頸問題，保證了醫院箱式物流自動化全系統的輸送分揀高效率，滿足了現代醫院高樓層物流自動化和智能化的物資輸送分揀新要求。該系統在懷遠縣人民醫院投產2年來，運行穩定，效率富裕度大，客戶滿意度高。