基于就诊流程差异的门诊优化仿真模拟研究.pdf

113基于就诊流程差异的门诊优化仿真模拟研究*Research on simulation of outpatient department based on differences of patients process of treatment中图分类号：TU246.1 文献标识码：A专业论文idea&criticism摘要：从各科病患就诊流程和医疗空间使用需求的角度出发，结合实地调研与人流模拟的方法，辅助优化与验证空间流程和布局，分析医院现状并生成优化方案，进而进行对比验证，使方案平面布局更合理，流程更优，提高门诊就诊效率。Abstract:From the perspec-tive of the patients treatment process and the use of medical space in each department,this paper combines the methods of field investigation and pedestri-an simulation to assist in the op-timization and verification of the spatial process and layout,and analyzes the current situation of the hospital and generates an optimization scheme,and then carries out comparative verifica-tion,to make the plan layout and process beer,and improve the outpatient service efficiency.关键词：门诊空间；布局优化；就诊流程差异；人流模拟Keywords:outpatient space;layout optimization;differences in treatment process;pedestrian simulation门诊部是医院中最重要的部门之一，因为人员多、功能杂，常出现患者长时间排队或迷路现象，导致就诊时长增加。因此，优化医院布局已成为优化医疗系统的首要任务，而验证优化效果的方法也是需要研究的重点。现有关于门诊空间的布局研究主要集中于对某个局部功能单元的优化，而本文创新性地从医学角度（病患就诊流程及基于疾病对功能科室的需求）出发，对建筑（医院整体布局）进行改进，并引入计算机人流模拟模型（Pedsim）和社会力模型理论，将实证与模拟相结合，检验优化前后方案。相比于传统的现场观察和问卷调查法，Pedsim能通过设置患者判断方式（寻路时间）和社会力大小（引力、斥力）的参数来精确模拟患者就诊过程；软件丰富的可视化效果方便观察每一患者当前的决策。本研究通过人流模拟模型结合实际数据的方式，探讨医院功能布局的优化，拓宽了现有提高医院患者就诊效率的研究视角，为设计师提供设计参考。1 研究方法1.1 研究对象本文研究对象为合肥市三甲医院安徽医科大学第二附属医院（后文简称“N医院”），院内现有14个诊区和4个医技科室。患者就诊的基本流线是：入口大厅-分诊台-相应科室楼层-挂号缴费-诊室-检验科/药房-门诊出口。复诊的流线则在此基础上减少部分流程。1.2 优化流程医院的优化流程为4个阶段（图1）：1）收集相关信息；2）分析并生成优化方案；3）搭建仿真模型；4）进行仿真模拟，验证优化效果。1.3 实地调研研究首先通过实地调研的方式，随机选择4个工作日，采集同一时段内患者人数、窗口服务时间、人流聚集情况等数据，跟踪并统计40例患者挂号、候诊、就诊所用时间，取平均值（表1），此数据将作为构建Pedsim人流模拟模型的依据。通过文献调查，结合实地调研数据绘制日均门诊量和各科室就诊流程及次数统计表（表2）。1.4 Pedsim仿真模型Pedsim是Rhino插件Grasshopper上下载量第一的行人模拟插件。该插件特别地采用曲线模拟行人路径，相比于传统的采用点间直线长度的估测方法来说，这种方式能更真实地反映人的行进模式。同时，该插件使用社会力模型模拟，能通过多个力清晰描述行人对于前进方向的主观判断，结合软件特有的时间判断和碰撞检测，能够实现比网格模型或元胞自动机模型更高的精度1。由于医院人流量大且密集，存在大量碰撞、排队等候等现象，因此高精度的Pedsim更适用于医院门诊区域的研究。2 门诊布局现状分析2.1 现状问题分析根据年门诊量和现场调查不同患者的实际就诊流程，可以统计出患者对各个科室的需求与使用频率。据此可得，N医院的门诊空间主要存在如下现状问题。宣晓东 黄琪钶 闫梦辉 Xuan Xiaodong Huang Qike Yan Menghui宣晓东（通信作者）合肥工业大学建筑与艺术学院副教授（）。黄琪钶合肥工业大学建筑与艺术学院硕士研究生。闫梦辉 合肥工业大学建筑与艺术学院硕士研究生。DOI:10.19953/j.at.2023.04.011114优化流程1总人数数据数据名称数值采集方法40人数据数据名称数值采集方法平均半日到达患者数（人）5 156实地计数平均问诊时间（min）6抽样调查扶梯单层平均耗时（s）28平均出诊医生数（人）68平均挂号时间（min）5平均候诊时间（min）8平均每小时到达患者数（人/h）1 473半日门诊量/3.5h平均取药等候时间（min）5平均步速（m/s）1.2表 1 相关患者数据统计表（1）布局流程：从医院年门诊量分析，骨科年门诊量占比（6%）靠前，但楼层位置较高（位于四层），不利于患者就医。从科室流程统计来看，检验科作为使用频率第二高的科室（14次）却放置在距离核心交通扶梯较远的位置，不利于各楼层患者前往；CT放射科室位于门诊楼北侧的住院楼中，非常不利于患者前往。（2）设备布置：自助挂号机器数量不足，设置方位不恰当，导致排队空间不足。（3）处理速度：患者就诊耗时占比最大的是各类等候时间，而其很大程度上受各环节的办事速率影响。若能优化工作流程，提高处理速度，能大幅减少等候时间。2.2 医院门诊部优化方案根据以上列出的门诊部科室数量、相关流程以及问题分析，采用“消除、简化、整合”2的思路，对医院门诊进行优化。首先将门诊量大的科室集中于医院中部楼层，便于患者进行各类检查和取药；门诊量小的科室则选择性地放置于稍远位置。同理使用频率高的医技科室应靠近核心交通区，以缩短患者的行程。公共设施的设置根据就诊流程选择与之关系密切的诊室临近排布。其次分析就诊的耗时组成，选择占比大的部分进行优化，如针对案例中候诊、候药时间的优化，合理分配就诊时间段、加快配药速度，能大幅缩减就诊总时长。针对以上问题，对空间布局、设备布置和处理速度3方面进行了优化调整，最后得到优化布局方案（表3）。（1）空间布局：一层将药房移动至原输液区，输液区移至二层东北角；将四层骨科和一层整形外科互换位置，使骨科患者减少楼层间的交通穿行；二层检验科调整至原药房区域，成人输液移至原检验处，使常用的医技科室位于门诊楼中心，便于各层科室使用。（2）设备布置：根据大厅面积和日门诊量增加挂号机器数量，并将部分较远的挂号机调整至北侧靠近扶梯处，以符合人流的主要趋向，减少排队等候空间对于流线的干扰。修改扶梯方向，使得上下人流不会相撞。（3）处理速度：可由护士向患者提前介绍流程，指导其前往导诊台分诊再挂号，以减少挂号时间，同时在挂号时就提供预存金额建议，以减少缴费排队时间。可实行分时段就医模式，减少患者排队候诊时间。最后可以通过提高药房工作人员配药效率来减少患者取药排队时间。（1）收集相关信息（3）搭建仿真模型（2）分析并生成优化方案（4）进行仿真模拟，验证优化效果门诊布局分析各科室的重要度和之间的邻近关系人流密度图文献收集各种指示设施（导诊台等）、挂号窗口、诊室、交通扶梯等进行标记就诊次数患者移动路径患者参数布局优化方案现场调查对患者行为模板、流线类型进行设定就诊流程可视化相关结果数据各科门诊量结合规范和实际需求收集的数据转化为仿真参数门诊量距离、时间1115楼层一层二层三层四层优化前优化后科室名称缩写代号年门诊量占比科室流程功能科室使用次数（次）药房检验心电脑电CT/放射彩超心肺功能内镜输液耳鼻喉头颈科EBH165 6009.31%挂号耳鼻喉头颈科诊室检验诊室药房离开11眼科YK138 0007.76%挂号眼科诊室眼科屈光室药房离开1心血管内科*XXG210 00011.80%挂号心血管内科诊室放射心电图彩超诊室药房离开11111儿科EK250 00014.05%挂号儿科诊室放射检验诊室药房输液离开1111呼吸内科HX59 7263.36%挂号呼吸内科诊室放射检验心肺功能室诊室药房离开1111消化内科XH90 0005.06%挂号消化内科诊室检验诊室内镜中心诊室药房输液离开11111皮肤与性病科PF110 0006.18%挂号皮肤与性病科诊室检验诊室药房离开11泌尿科MN25 0001.41%挂号泌尿科诊室检验彩超诊室药房离开111骨科*GK98 8215.55%挂号骨科诊室放射/CT 诊室药房离开111妇科FK160 0008.99%挂号妇科诊室检验 B 超诊室药房离开111风湿免疫科FS25 0001.41%挂号风湿免疫科诊室放射心电图彩超诊室药房离开1111产科CK60 0003.37%挂号产科诊室检验、B 超、心电诊室药房离开1111肾脏内科SZ37 0002.08%挂号肾脏内科诊室检验彩超诊室药房离开111肝病科GB20 0001.12%挂号肝病科诊室检验放射诊室药房离开111内分泌科NFM70 0003.93%挂号内分泌科诊室检验放射诊室药房离开111神经内科SJ50 0002.81%挂号神经内科诊室脑电图检验 CT 诊室药房离开1111整形外科ZX60 0003.37%挂号整形外科诊室药房离开1口腔科KQ60 0003.37%挂号口腔科诊室药房离开1普外科PW90 0005.06%挂号普外科诊室检验放射诊室药房离开111总计1 779 147100%191431106212表 2 N 医院年门诊量和各科室就诊流程及次数统计表注：*标记处为下文模拟实验选取的科室表 3 N 医院门诊布局优化前后方案3 门诊空间的仿真模拟验证3.1 构建仿真模型的前提设定（1）根据社会力模型的特点，患者受到他人，以及墙体、设施等障碍物的综合作用力。为方便计算，将患者简化为二维圆形，并根据人体尺寸，将圆形直径设为0.4m3。（2）假设在基本流程中，均按照最短路径到达各自目的地，仅在一层分诊台向护士问询，没有来回徘徊或迷路等情况，也不考虑中途缴费的情况。（3）假设每个医护人员的服务效率相同。（4）患者就诊按照进入医院的先后顺序进行，忽略过号、插队等更改顺序的情况3。门诊门厅门诊门厅妇产科妇产科阳光庭院上空阳光庭院上空阳光庭院上空阳光庭院上空阳光庭院上空阳光庭院上空检验科检验科成人输液区外科外科呼吸消化科呼吸消化科耳鼻喉科耳鼻喉科收费挂号收费挂号挂号收费挂号收费挂号肿瘤、专家门诊肿瘤、专家门诊联合会诊、网络会诊联合会诊、网络会诊骨科休息平台上空休息平台休息平台休息平台上空泌尿科泌尿科外宾病房外宾病房内分泌科内分泌科整形外科收费挂号收费挂号输血科输血科心血管科心血管科内镜中心内镜中心门诊中庭上空门诊中庭上空门诊中庭上空门诊中庭上空门诊中庭上空门诊中庭上空超声、心脑电检查科超声、心脑电检查科皮肤科皮肤科皮肤性病科皮肤性病科门诊药房成人输液区口腔科口腔科门诊药房血液净化中心血液净化中心儿科儿科入口出口急诊大厅急诊大厅整形美容科骨科阳光庭院阳光庭院医院街医院街116一层每层扶梯耗时：28s1药房复诊4乘扶梯上下楼四层候诊时间：520min（站点）挂号2挂号时间：35min就诊时间：410min35（站点）骨科诊室候诊时间：510min就诊时间：410min问询（兴趣点）候药时间：610min入口出口趣放射二层乘扶梯（站点）3.2 构建Pedsim仿真模型并设置参数在Rhino中导入医院平面，再将表1里相关的数据转换为仿真参数导入至Pedsim Pro1.1中，设定好相关影响因素，包括出入口、障碍物（墙体和设施）、起止点（医院入口和出口）、兴趣点（挂号机、等候座椅、导诊台等）等。3.3 模拟流程和患者行为方式设置 根据优化方案，选取诊室从四层改为一层的骨科和常使用检验科且门诊量大的心血管内科作为研究对象，对比优化前后就诊流程的差异来检验优化效果。病人就诊模拟过程为设置起始点、兴趣点、目标点，作为人的行为方式准则导入核心程序，由程序自动生成到达目标点的最短路径（图2）。模拟过程中，虚拟患者如果在由起始点到达目标点期间发现兴趣点，并能避开障碍物（墙体和固定设施）和其他虚拟患者且时间判断符合设定，便会前往兴趣点。程序运行过程中，虚拟患者按次序到达各个目标点。以骨科为例，就诊的行进路线和相应在程序中设置的点如图3所示。最后由系统记录下设定好的时间段内，每个模拟患者的行为数据，并进行可视化表达。3.4 Pedsim仿真模型运行Pedsim仿真模型主要通过记录虚拟患者在医院平面上的轨迹，计算患者路径长度、就诊耗时，生成聚集度、热力图。运行Pedsim Pro1.1模拟软件，输出数据。现实中运行软件3.5h，将各虚拟患者数据导入Excel进行计算，得出高峰时间门诊空间中骨科和心血管内科患者的路程长度和耗时的平均值。3.5 真实度检验为了证明此模拟模型真实有效，首先在模型中模拟出挂号至一层诊室门口的路径，然后笔者实地步行同样的路径作为对比验证数据，现场耗时51.23s，模拟耗时51.8s，行走数据基本匹配，模拟数据中主要以步行数据为主，因而能够证明该模型真实有效。4 模拟结果与对比分析4.1 患者密度对比患者流线密度图主要反映了在仿真期间患者在空间中行走的平均密度，及每个患者最常通过的路径节点。通过优化前后密度图的对比来验证优化效果。患者经过得越多密度越高，颜色越偏红；密度越低，越偏蓝3。从患者流线密度图（表4）可以看出，优化后交通空间人员数减少，等待者主要集中在候诊区域。原方案中围绕一层扶梯和入口处密度最高，据程序运行观察，扶梯处空间拥挤，人流量大，上下扶梯的人流容易相撞；改进后的方案将功能科室安排在低层，挂号临近诊室排布，密度集中于候诊区域，使交通区域的密度降低，减少拥挤；就诊路径由多层间穿行变为一层内通行，减小交通区域的压力，方便患者行动。科室骨科（节选部分）心血管内科（节选部分）优化前一层：入口-扶梯-CT/CT-扶梯-离开二层：入口-挂号-诊室-检验-扶梯二层：扶梯-复诊-药房-扶梯优化后一层：入口-挂号-诊室-CT二层：入口-挂号-诊室-检验-扶梯二层：扶梯-复诊-扶梯表 4 优化前后患者流线密度图对比Pedsim 模拟患者就诊的流程图骨科就诊模拟流线示意图 23程序设定起始点兴趣点目标点障碍物（墙体和固定设施）核心程序人行为方式准则就诊流程点医院入口问询台多个挂号机候诊区座位诊室医技功能区医院出口时间设定（timer）模拟患者的行为记录患者行为轨迹可视化患者就医相关数据统计23117表 5 现有布局和优化后布局的数据对比骨科患者优化前优化后对比数据一层流程四层流程二层流程乘坐扶梯总计一层初诊流程一层复诊流程总计优化数值优化比例入口-扶梯/扶梯-CT/CT-复诊扶梯-诊室-扶梯/复诊-扶梯扶梯-药房-离开3 次入口-诊室-CTCT-复诊-药房-离开平均路程长度（m）34.3424.7227.0180.1166.1755.0352.32107.3558.8235.40%平均耗时（s）49.5440.4940.690220.6365.2458.62123.8696.7743.90%等候与工作总耗时（min）2117190571917362136.80%心血管内科患者优化前优化后对比数据一层流程二层流程三层流程二层流程乘坐扶梯总计一层流程二层流程三层流程二层流程一层流程乘坐扶梯总计优化数值优化比例入口-问询-扶梯诊室-检验-扶梯扶梯-心电图-扶梯扶梯-复诊-药房-离开4 次入口-问询-扶梯诊室-检验-扶梯扶梯-心电图-扶梯扶梯-复诊-扶梯扶梯-药房-离开4 次平均路程长度（m）19.2179.4361.6769.24106.8336.3519.2155.8661.6719.7931.72106.8295.0541.312.30%平均耗时（s）24.3890.2975.25194.57120504.4924.3878.6375.2538.2440.89120377.39127.125.20%等候与工作总耗时（min）23120160692251888061811.60%参考文献胡明伟，黄文柯.行人交通仿真方法与技术M.北京：清华大学出版社，2016.1231513表格来源作者自绘图片来源作者自绘注释Pedsim官网https:/王珊，于航，王进.基于 ESIA 法的门诊公共空间就诊流程路径优化设计 J.中国医院建筑与装备，2019，20（12）：4649.王冰冰，薛聪聪，王珊.基于排队论和Anylogic 仿真的三甲医院门诊采血区设计指标研究 J.建筑学报，2020（S2）：185189.4.2 患者就诊流程路程与用时对比患者就诊流程路程和用时的比较反映了模拟仿真期间，每个模拟患者就诊流程的平均距离以及整个流程所耗费的时间。通过优化前后数据的对比来验证优化策略效果（表5）。优化后，相应路程和耗时都有明显减少。另外在工作和候诊流程中，增加挂号和取药窗口等提升工作速度的方式，能明显缩短等待时间。对就诊流程优化前后进行配对t检验，检验结果为P值=0.0000.05，因此可认为患者流程优化前后的差别有统计学意义。根据模拟结果以及数据对比可以看出，通过3种层级的优化，各个模拟患者就诊时间和路程都有一定程度的减少，科室的分布和行人密度的分配更加均匀，就诊路线得以优化，表明改变科室布局的方案对提高患者就诊效率有效。5 结论研究证明了采用观察跟踪法结合Pedsim模拟的方法，对N医院的门诊空间进行的布局优化及验证是合理可行的。但局限于患者行为模式较少，且没有将护士和医生的行走行为考虑在内，因此研究难免不够全面。尽管如此，这种基于不同科室病患就诊流程差异，进行系统、量化的优化方法，仍然为改善医院门诊部患者的就医环境和就诊流程，提供了更准确的数据信息，作为研究医院优化的新角度，对其系统布局优化和验证提供了可行方法。*本研究得到国家自然科学基金项目（52178012）、教育部人文社会科学研究青年项目（20YJC760119）、中央高校基本科研业务专项（PA2021KCPY0038）资助。