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医院高层建筑物流垂直输送自动化的技术需求

医院物流垂直输送分拣物品为药品、小型医疗器械、单据、化验标本、血液、部分后勤物资等。具有物品种类杂、形状不规则、大小差异大等特征。部分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。

系统主要技术指标要求如下：

垂直输送速度：2m/s；

垂直输送物品重量：≤100kg（一次 4 箱）；

输送高度：≤50m；

楼层水平输送：单箱；

满箱输送效率：≥150 箱 /h；

空箱回收效率：≥150 箱 /h；

运行方式：全自动。

常规物流垂直输送设备的技术局限性

医院高层建筑物流系统中的垂直输送设备是系统的关键设备之一。从输送高度、效率、低噪音、安全等方面考虑，常用的连续循环式和多进多出连续循环式两种常规垂直输送设备的技术和安全性能都达不到要求。

连续循环式垂直升降输送机在两个楼层间实现定点连续输送，出入口由输送设备自动接驳，回程时链板垂吊，占用空间小。

连续循环式垂直升降输送机

但应用到医院物流后便存在以下问题：

1.无法实现提升与多楼层分拣线接驳的复合功能。

2.高层建筑链条的自重、托盘及输送物品累计荷载大，系统惯量很大，启停困难，一般高度不超过 25m。

3.井道采用金属蒙皮贯通各层，进出口层门防火等级低，达不到消防分区隔离作用。

多进多出连续循环式垂直升降输送机可在每个楼层都设置进口和出口，各楼层的进出口互不影响。这种输送机适用于多楼层间输送交换频繁的场合，效率高，采用链条提升结构。

多进多出连续循环式垂直升降输送机结构

在输送效率和功能都满足要求的情况下，多进多出连续循环式垂直升降输送机仍存在以下几点问题：

1.惯性负载大，启停困难。楼层高时链条自重大，分布的货叉（或托盘）多，加上提升物品的总重力，荷载很大，要保证规定的安全系数，就需要选用大规格的链条，这又增加了自重，如此恶性循环，使系统惯性负载巨大，安装及启动困难。

2.多进多出采用的是“准双井道”，井道占地面积 2.6m×1.8m，占地面积是往复式的 1.5 倍左右。

3.维修困难。由于每个楼层都安装有接送物件的活动设备（伸缩或摆动），这些设备位于封闭的井道内，一旦发生故障，维修人员难以接近故障部位，即使能维修，其人身安全也得不到保障。

4.井道采用蒙皮贯通各层，达不到高度方向的消防分区隔离作用。

5.层门控制复杂。由于提升链连续不停循环运动，各层门不能采用电梯轿门自动开关门机直接带动，需要对每个层门单独控制，高层建筑层门多，层门控制系统复杂，成本高，可靠性降低。若层门常开或不设层门，不安全也不满足消防分区的要求。

6.提升链结构在高速运行的噪音比往复式的钢丝绳提升结构大。

7.安全与可靠性不及标准电梯。乘客电梯为成熟产品，可靠性很高。其安全性能经过严格型式试验，且有专业技术机构和测试环境。

8.链条长、自重和载荷大，链条磨损加快，累计伸长误差大，长期运行同步对接易出问题。

医院高层建筑物流垂直输送分拣设备的新技术方案

该方案主要由往复式垂直输送分拣设备、楼层自动接驳输送线和专用周转箱构成。周转箱是承载医用物品的载体，垂直输送设备以成熟电梯为载货平台，内嵌自动缓存输送设备。

1.技术方案介绍

以塑料周转箱为载具进行输送，输送面接口采取统一标准，周转箱上体及内部结构可以随输送物品大小和形态不同而变化。实现任意楼层间周转箱交互传输、与楼层输送线全自动接驳、全程信息跟踪监控。垂直输送设备除具有输送和分拣功能外，还具有完善的空箱回收功能，满箱与空箱输送通道彼此独立。

周转箱

这种以周转箱为标准载具，垂直输送分拣与楼层输送设备协同配合，在 WCS 的统一控制下实现完全自动化作业的物流垂直输送分拣系统简称箱式物流自动分拣系统。

垂直输送设备与楼层接驳设备交互示意图

垂直输送设备是在轿箱内嵌入双层缓存辊道输送机，输送机上层周转箱向外（各楼层）输送医用物品，下层为空箱返回线。缓存辊道输送机单次最多缓存 2箱或 4 箱医用物品，在信息系统的统一调度下，轿厢快速升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，下层接驳楼层输送来的空周转箱，实现楼层间医用品全自动垂直输送，水平交互。

缓存辊道输送机缓存4箱时还需另外配置移载机构。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目的地点。

垂直输送设备机械结构图

2.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、财务信息的收集、存储、传递、统计分析、查询及报表输出，并负责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。WCS 是医院高层建筑物流垂直输送分拣系统的核心指挥调度中心。

3.方案性能特点

制定本方案依据的原则是先进、可靠、经济实用，充分利用了乘客电梯成熟的技术平台，保持了原有机构的高安全性和高可靠性。系统特点及指标如下：

（1）取消轿厢门，只设联动的层门。从自动化方面考虑，仅设层门就可保证安全。取消轿厢门使接驳线间隔减小，有利于提高物流输送的稳定性，单层门轿厢内设备维护也方便。联动层门按新修订的 GB50016- 2014《建筑设计防火规范》要求执行，即层门的耐火极限不低于 1.00h，层门与周边固定部件间隙不超过 6mm。因垂直输送设备层门尺寸较小，间隙宜控制在3mm 以内。

另外，新标准对层门的隔热和漏气量两项指标都有明确要求。普通层门都是非隔热型，层门周边缝隙也较大，基本上只考虑它的完整性，因此，新提出的“防火隔热电梯层门”比原来标准提高了不少，成本也有较大幅度提高。

（2）楼层门洞依据输送线体尺寸设计的比较小，轿厢内的输送线与楼层输送线平齐后，层门自动打开，周转箱送出层门后自动关闭，轿厢才能升降。层门的开合与轿厢的升降有严格的逻辑关系，如层门没关好，轿厢不能升降。

（3）井道由耐火建材砌成，防火井道能有效防止火灾发生时串层蔓延。

（4）垂直输送设备是按信息系统的指令实现智能化输送。

（5）技术参数：

周转箱尺寸（长×宽×高）：665mm×455mm×350mm；

载荷：200kg（辊道输送机 120kg，医用品 80kg）

垂直输送速度：2.5m/s；

井道尺寸要求：1.6m×1.3m（双缓存道宽 1.8m）；

输送效率：210 箱/h；

噪音：机房内噪音值≤75d B；

轿厢内噪音值≤55d B；

开关门噪音值≤65d B。

从以上技术参数看出，该方案完全满足医院物流分拣输送技术需求指标，垂直输送总载荷远小于乘客电梯的额定荷载，且适应50m 高度以下的多层和高层建筑的医院物流需求。

垂直输送设备安全监管等问题探讨

各地技术监督部门对垂直输送设备有不同的认识，不少业主对外形及主体结构貌似电梯的垂直输送设备普遍提出安装许可问题，致使很多项目无法按计划施工与投产。

以电梯提升技术为基础，主体结构与电梯相似的医院高层建筑垂直输送设备，经常会遇到地方技术监督部门按特种设备要求生产安装许可、甚至限制使用等处理。

设备供应商去申请生产许可，又没有部门受理，致使业主和设备供应商都无所适从，项目无法按计划施工与投产，给业主和设备供应商造成不必要的损失，也严重影响了医院物流的技术进步和发展。通过咨询地方质量技术监督局、国家质量技术监督局、国家电梯标准化委员会，得到的答复如下：

1.是否归属特种设备——电梯

经咨询国家电梯标委会，高层垂直输送分拣设备不属于国家质检总局 2014 年发布的《特种设备目录》范围，属于非标物流自动化设备。故无需按机电类特种设备—电梯办理相关资质。

2.特种设备安全法第十六条是否适用本设备

2013 年 7 月发布的“中华人民共和国特种设备安全法”第十六条规定，特种设备允许采用新材料、新技术和新工艺。但应当向特种设备安全监督管理的部门申报，由该部门委托安全技术咨询机构进行评审。

安全法十六条是指原特种设备主要用途和功能不变的条件下，实施的技术改进，而本文的垂直输送分拣设备是非标类物流自动化设备，其用途与功能不再是载客的乘客电梯，所以不需要按特种设备—电梯的规则实行许可。

3.其他安全措施

从安全和用途综合考虑，垂直输送设备安全性能至少应达到GB25194- 2010《杂物电梯制造与安装规范》的标准要求。

高层建筑垂直输送分拣设备是以乘客电梯为平台，安全标准符合 GB7588- 2003《电梯制造与安装安全规范》，各项安全指标均高于杂物电梯的规范要求。垂直输送分拣设备取消轿厢门，只保留层门。层门大小只需留够含输送周转箱的接驳设备的立面尺寸即可。

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，垂直输送分拣设备是以乘客电梯为设计标准，乘客电梯的各项消防要求即为垂直输送设备的消防要求。

1.井道

医院高层建筑物流垂直输送设备的井道由无孔墙体、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/T50378-2006《绿色建筑评价标准》。

2.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。因此，在建筑中所处位置及防火功能要求应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》（2015 年 5 月 1 日起实施）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，应该具有较高的耐火隔热性。

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。此容许间隙是标准规定的最大间隙值，设计生产时要尽可能减小间隙。另外，随层门尺寸减小，此允许间隙值也要随之减小。

层门做试验时一般都没有完全模拟实际状态安装，如未安装电控系统等，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。

节能设计

本产品设计时明确提出节能降耗的要求，使用或计划采纳以下综合节能措施来提高节能效果：

（1）驱动技术上采用国际上比较先进的永磁同步曳引技术；

（2）控制与变频一体简化提升系统作业流程，改善用电质量；

（3）采用制动电能回馈技术吸收刹车能量，回馈电网；

（4）平衡重的设计重量等于轿厢重量加上轿厢内置输送设备总重量，再加上额定输送物品一半重量。

采取以上综合措施，节能效果可达 30％以上。

医院高层建筑箱式物流自动化系统已在全国多个现代化的三级甲等医院得到实际应用，输送分拣效率、可靠性、自动化程度均达到预期设计目标，客户十分满意。对推动我国医院智能物流的发展、缩小与发达国家的差距起到积极作用，对其他行业高层建筑物流自动化应用也有重要参考价值。