医院建筑是提供医疗服务的场所，构建良好的室内空气环境，有利于提高医护人员工作效率和患者就医满意度。合理设计及运营医院新风保障系统，创造良好的医院环境并节约能源，是医院后勤保障中的重要课题。本文以上海市第一人民医院干保楼为例提出了基于多目标决策的新风系统位置优化选择模型,且进行了模型的求解和结果分析。

1、研究背景与意义

国内综合三级医院经常出现“门庭若市，人满为患”的场面，这种场面区别于国外医院，许多医护人员及患者在诊疗过程中普遍感觉医院内部人流量较大，空气质量较差。有学者对医院建筑内空气中的二氧化碳、挥发性有机物、苯系物等测试发现浓度均超过了相关标准规定的限值[2,3]。对综合医院门诊挂号收费处、部门候诊区和诊室的测试发现CO2日平均浓度超过《室内空气质量标准》（GB/T 18883-2002）规定的限值1000ppm[4]，空气质量不达标。由此可见，一方面从人的感官角度反映了医院室内空气质量相对较差，另一方面从客观参数的测试结果上也反映了室内空气质量较差。如今，很多大型医院都使用新风系统，它的运行效果直接影响着医院建筑的室内环境质量。尤其是功能房间，如急诊、门诊、病房等，如果空气质量不高，势必会影响到医生和病人的身体健康。

而新风系统的位置选择直接影响着新风系统的运行效果，这也是医院建筑布局规划的重要环节之一,新风系统位置一旦确定,就难以改变。这其中，涉及到能耗、净化效果、噪音、电路、管道铺设等多种因素,必须经过深入考虑、反复研究,慎重决定。

由于影响新风系统位置选择的因素很多,可以有多种可供选择的方案,要从多方案中选出最佳方案,需要借助于数学方法,常用的几种数学方法有重心法、数学程序法、线性规划一运输法、模糊综合评判等方法,这些方法有以下几个不足之处：1.定位方面的论述较少；2.目标函数考虑单一。且所建立的模型主要注重净化效果,对安装和运行成本考虑较少。这些单一目标函数的处理与新风系统位置选择的多目标原则不相适应。

近来,随着经济领域中计量方法的广泛利用和经济数学的不断发展,数学方法已成为布局规划中进行论证的重要手段之一,它为医院布局规划从以定性为主过渡到定性与定量相结合创造了条件,有助于更加科学地进行医院新风系统位置选择。多目标决策是指在多个目标间互相矛盾相互竞争的情况下所进行的决策,它有以下几个优越性：1.解决现实客观问题,采用多目标决策方法,其结果更合理更逼真,易被人们所接受；2.采用多目标决策方法,有利于促进决策的科学化和民主化使用多目标决策方法,能适应问题的各种决策要求和扩大决策范围,有利于决策者选出最优方案。在新风系统位置选择中,需考虑净化效果、安装成本和运行成本等多个目标,因此,运用多目标决策方法研究新风系统位置选择问题不仅是可行的,而且能使其更加具有实用性。

2、多目标决策概念

多目标决策是现代化管理科学的重要内容,自从50年代以来,单目标最优化方法线性规划、非线性规划、动态规划等的作用,己经得到了世界的公认,但是,社会的发展和管理的实践己经证明一一实际生活中广泛存在的是多目标决策问题,“最优化原则”是一种理想的原则,而“满意化原则”则是一种现实的原则。因此,多目标决策理论研究得到不断的深入和完善,应用范围日益广泛,其主要应用有国家发展战略规划、地区发展规划、企业经营管理、环境保护与管理、公共事业规划等。

多目标决策是指在多个目标间互相矛盾相互竞争的情况下所进行的决策,近代多目标决策理论与技术的产生和发展,最直接的原因在于作为科学决策工具的单目标数学模型忽视了客观事物普遍存在的多目标性,因而,除了简单的问题外,单目标决策很难满足个人和群体决策的要求,多目标决策有以下几个优越性：1. 解决现实客观问题,采用多目标决策方法,其结果更合理更逼真,易被人们所接受；2.采用多目标决策方法,有利于促进决策的科学化和民主化；3. 使用多目标决策方法,能适应问题的各种决策要求和扩大决策范围,有利于决策者选出最佳均衡方案。

多目标决策问题的数学模型包含三个组成要素决策变量,指决策者为实现规划目标采取的方案、措施,是问题中要确定的未知量目标函数,指问题要达到的目的要求,表示为决策变量的函数约束条件,指决策变量取值时受到的各种可用资源的限制,表示为含决策变量的等式或不等式。一般可以用下面的模型描述：

对于这样一个多目标决策问题的求解,就是要决定每一个决策变量取什么值以使目标函数取得满意解。由于多目标决策问题的各种目标都是从不同的侧面来反映同一事物各种特性的,很难用其中一个指标来代替它。因此这类问题无最优解。所以在处理多目标问题时多采用非劣解和选优解两个概念。在所有非劣解中,按照一定的法则选择一个比较好的解,作为决策,这个解称为“选优解”。确定非劣解的过程是决策的分析过程,而在非劣解中选择选优解的过程则是决策的决定过程。

3、新风系统位置优化选择的多目标决策模型建立

3.1目标函数

3.2约束条件

3.3其他约束

在新风系统位置选择的具体操作过程中，还有很多约束条件此模型未能列出，如温度，湿度等。

4、算例分析

本文以上海市第一人民医院干保楼一层急诊大厅为例进行算例分析,来进行模型的求解和结果分析。上述多目标模型为多目标0-1整数规划模型,对于一个具有n个变量的0-1规划问题,它的解是由n个取0或1的元素所构成的向量组成,其组合数为2n。在较大时,用枚举法和隐枚举法求解都存在一定的难度,本文中取n=23,因此,采用搜索算法求解此多目标一整数规划问题。

搜索算法的计算步骤如下：

Step1：输入个初始数据，迭代次数t=0；

Step2：随机产生决策向量，由0，1元素组成；

Step3：如果迭代次数小于设定的最大次数，在所记录的决策向量中选取非裂解，提供给决策者选择满意解，结束；否则，继续下一步；

Step4：将Step2产生的决策向量带入各约束条件，判断该决策向量是否为可行解，若是，求得个目标值，记录决策向量及目标值，转Step2；否则，转Step2；

算法流程：

本文根据上面的算法,在假定了一组约束条件的上下限的情况下得出的非劣解,如下表所示：

表4.1     多目标解集表

根据此求解结果,可以选出6个非劣解,分别对应不同的位置选择方案,各解得到的候选位置数目不完全相同,位置组合也不同,但对目标函数的影响各有千秋,每一个都不比其他的更好,决策者可根据具体情况,结合各非劣解的各个目标值的大小,进行决策。如认为这6个方案的安装成本目标和运行成本目标都可以满足要求,此时追求净化效果目标最大,可选择方案1或方案5；如认为安装成本目标更重要,可能会选择方案2或方案6；如更看重运行成本目标,可能会选择方案3或方案4。

这里作者经过自己的分析判断,选择方案5为满意解,并将其绘制在建筑图示之中,如图4.1红色部分所示。

图4.1 位置选择图

5、结论与展望

本论文以上海市第一人民医院干保楼为例利用多目标决策法进行工业厂址选择,可以得出如下结论：

1.以净化效果、安装成本、运行成本为目标,以影响新风系统位置选择的众多因素为约束条件,建立多目标决策模型用于新风系统位置的优化选择,丰富了定量研究医院设计规划的理论方法；

2.应用系统方法的多目标决策理论,运用搜索算法进行多目标模型的求解,所求得的非劣解具有多方案特点,决策者可根据自己的喜好选择满意的方案,提高了布局规划和决策的科学性。

由于资料和水平的限制,本文的研究仅仅是一个开始,相信在不久的将来以多目标方法进行医院设计规划方面的研究会有较大的发展。由于时间和实践条件的限制,本论文尚存在许多不足：影响医院新风系统位置优化选择的因素因子多种多样,考虑的因子不够全面,如没有考虑工艺要求和设备投资等；建议在以后的医院设计规划的技术方法研究中进一步完善多目标决策模型在位置选择中的应用,从而提高位置选择的可行性和可操作性。

本文作者：上海市第一人民医院   周磊  施慧  吴锦华