Адаптация больниц для борьбы с пандемией

В условиях пандемии инфекционных заболеваний в медицинских учреждениях возникает много новых проблем. Персонал, посетители и пациенты с различными заболеваниями находятся в одном месте и возникает дополнительный риск инфицирования. Больницы, чьей задачей является борьба с заболеванием, могут, наоборот, стать очагами заражения.

В марте этого года при поддержке компании Dassault Systèmes было создано сообщество Open COVID-19 Community для объединения инициатив по поддержке борьбы с пандемией. Сообщество открыто для широкой общественности и наших сотрудников. Например, один из наших коллег присоединился к сообществу из личных соображений: его близкий человек (бабушка) заразился COVID-19 и попал в больницу. Он не мог навестить ее из-за введенных в больнице ограничений, и он решил помочь повысить безопасность сотрудников больниц, пациентов с другими заболеваниями и посетителей. Этот специалист обратился к своим коллегам, так началось их совместное сотрудничество с больницей коммуны Маранж-Сильванж во Франции, чтобы помочь ей усовершенствовать подходы к соблюдению правил физической дистанции.

Всем было ясно, что необходимо разделить зоны лечения пациентов с COVID-19 и других пациентов. Однако обеспечить физическую дистанцию в месте, которео изначально для этого не предусмотрено, невероятно сложно.

Какое же решение предложила эта группа специалистов-добровольцев? Они предложили изменить направление воздушных потоков.

Из своего опыта работы в больнице Лэйшэньшань в городе Ухань (Китай) эксперты знали, что им может помочь гидродинамическое моделирование (CFD) в программе SIMULIA для изолирования зон лечения пациентов с COVID-19 и другими заболеваниями. В рамках первого этапа анализа этой проблемы команда оценила концентрацию зараженных частиц (0-10 % объема воздуха). Эта модель четко показала, что естественная траектория движения воздуха лежала от зон для пациентов с COVID к незараженным помещениям. В результате в какой-то момент «чистые» зоны тоже могли стать зараженными. Таким образом, учитывая базовые аэродинамических свойств помещений путём моделирования можно сравнительно легко оценить траекторию распространения вируса в помещениях, коридорах и на этажах.

Однако точно задать контурные условия для такой модели непросто. Сделав необходимые предположения и проведя расчёты, группа исследователей сформировала ряд важных гипотез.

Исследователи начали с поиска простого пути для определения границ области низкого давления в безопасном секторе. Было найдено простое решение: сократить вентиляцию на 50% в незаражённых помещениях, а в заражённых оставить 100%. Реализовать это было несложно: в каждом секторе отрегулировали вентиляцию и в некоторых из них поставили защитные экраны.

На основании предоставленных больницей данных моделирование потоков воздуха в новой конфигурации осуществлялось с учётом следующих допущений:

  • Во всех помещениях имеется система вентиляции, которая выводит воздух с каждого этажа больницы через одно большое вентиляционное отверстие.
  • Свежий наружный воздух поступает в больницу через окна (а не через специальные входные вентиляционные отверстия). На каждом окне снаружи установлен упрощённый заборник воздуха. Эти граничные условия позволяют оценить объем свежего воздуха, поступающего в помещение.
  • В моделировании 32 пациента «кашляли» в течение одной секунды в различное время. При этом весь воздух вокруг них считался заражённым и подлежал вентиляции, что является, безусловно, оценкой сверху количества заражённых частиц, которые на самом деле присутствуют в палате (на самом деле их меньше).

Анимированное отображение движения частиц подтверждает, что при такой конфигурации риск заражения значительно сокращается. Большая часть загрязнённого воздуха оказывается локализована в непосредственной близости к зоне лечения пациентов с COVID.

Работа получила положительные отзывы от руководства больницы. Объяснение сотрудникам больницы роли аэродинамики в распространении вируса и мер противодействия позволила разработать простое решение по уменьшению инфекционной опасности. Наши эксперты взаимодействуют с национальными производителями средств измерений, чтобы путём фактического контроля проверить результаты моделирования распределения воздушных масс.

Подробнее результаты моделирования продемонстрированы в информативном видео:

И ещё одна хорошая новость: бабушка нашего коллеги чувствует себя хорошо и поправляется после непростой победы над коронавирусом.