门诊诊室平面布局优化的数学模型的构建.pdf

栏目独家协办 拜耳医药保健有限公司 特别策划 SPECIAL PLANNING 10 C h i n e s e H o s p i t a l s D e c 2 0 0 6 V o l 1 0 N o 1 2 门诊诊室平面布局优化的数学模型的构建 孙胜伟 吴瑞春 陈立今 徐婉瑛 张 孙胜伟 吴瑞春 陈立今 徐婉瑛 张 上海交通大学医学院附属瑞金医院 2 0 0 0 2 5 上海市卢 湾区瑞金二路1 9 7 号 关键词门诊诊室 平面布局 数学模型 摘 要在论述门诊布局的原则分析门诊布局的影响因素的基础上利用遗传算法建立了门诊布局的数学模型该模型在一定程度上 简化了门诊科室布局这样一个复杂的多目标决策问题为此类问题的解决提供了一条适宜的思路 Consulting room layout design model construction SUN Shengwei WU Ruichun CHEN Lijin XU Wanying ZHANG Kun Chinese Hospitals 2006 10 12 10 12 K e y w o r d sC o n s u l t i n g r o o m l a y o u t m o d e l A b s t r a c tT h e a r t i c l e d i s c u s s e d c o n s u l t i n g r o o m l a y o u t d e s i g n p r i n c i p l e s B a s e d o n t h e a f f e c t i n g f a c t o r s o f c o n s u l t i n g r o o m l a y o u t t h e m o d e l o f c o n s u l t i n g r o o m l a y o u t d e s i g n w a s b u i l t T h e m o d e l s i m p l i f i e d c o n s u l t i n g r o o m l a y o u t d e s i g n i n s o m e w a y a n d d i d s o m e h e l p f u l e x p l o r e s i n a n a l o g y p r o b l e m s A u t h o r s a d d r e s s A f f i l i a t e d R u i j i n H o s p i t a l S h a n g h a i J i a o T o n g U n i v e r s i t y N o 1 9 7 R u i j i n t h e 2 n d R o a d L u w a n D i s t r i c t S h a n g h a i 2 0 0 0 2 5 P R C 随 着经济的发展人口的增加老 龄社会的到来 居民预防保健意 识的增强 病人的就诊率不断提高 特 别是大型医院的门诊更是人满为患 服务的人群亦多种多样从年龄性 别文化程度行动能力各不相同有 些病人如老人 幼儿 骨折和残障人士 还不能独立就诊 必须有陪护跟随 使 得每日门诊的人流量多达万余人次 如何满足日益高涨的居民门诊就医需 求 改善就医环境新的医学模式 现 代化的医院管理对门诊空间的安排提 出了新的要求各地方先后兴建了一 些规模庞大 功能多样的门诊楼宇 门 诊楼空间的合理规划和管理直接影 响着病人就诊的满意度受到医院管 理者的高度重视 1 门诊布局的原则 一个大型综合性医院具有多达几 十个的诊疗科室每日门诊的人流量 上万人次门诊科室的布局和流线安 排决定了各科病人就诊的适用与方便 程度 因此 门诊各科室科学合理的布 局要遵循建筑适宜性 疾病关注性 学 科关联性分布均衡性流程有序性 管理规范性等一系列原则 建筑适宜性是指门诊的楼面建筑 一般应呈现出一种厅廊结合的单元 式的布局从候诊厅到各科室诊 区之间通过廊来联系各诊室的外 部由廊包围形成相对独立区域 亦即科室的专属单元厅廊结合构 成互不干扰的交通流线通道和开放宽 敞的候诊区 疾病关注性是指门诊楼面安排要 照顾到一些特殊病人的需求如儿童 病人行动不便的病人需要有优先方 便的就诊区域 学科关联性是指相互间业务联系 紧密和协作性强的科室应该尽可能安 排在距离较近的地方 分布均衡性是指楼面空间面积的 利用应该尽可能的均衡科室占用的 面积应该与其门诊量成正比不能有 资源的闲置 流程有序性是指就诊流线的安排 应该符合病人医疗流程的需要尽量 设置供各种流线使用的简洁清晰的通 道避免混用与交叉 管理的规范性是指门诊的合理布 局应该有利于门诊规范化管理的实施 保证医疗功能 医疗流程 医疗设备以 及后勤作业程序的顺畅和连续性以 提高门诊管理效率 2 门诊布局的影响因素 影响门诊各科室布局的因素很多 总体可以分为定量和定性两类因素 定 量因素如病人的数量医生的数量楼 面的面积诊室的面积与数量候诊的 座位数等定性因素如疾病谱的分布 学科关联性的强弱 人员分流的交通组 织就诊环境的通畅有序分诊系统的 标志导向等 定量因素可以用数值方法 分析计算而定性因素具有不确定 性模糊性和随机性在布局原则的指 导下 具体的科室布局及其可能产生的 拜耳医药保健有限公司 栏目独家协办 SPECIAL PLANNING 特别策划 中国医院 2 0 0 6 年1 2 月第1 0 卷第1 2 期 11 垂直和水平交通流线 会依据病人的数 量和诊室的数量等定量因素的变化而变 动因此可以通过具有优化能力算法 进行数学建模 将影响门诊科室布局的 因素集中分析 利用关键变量的调整对 布局并做出适宜的安排优化的选择 从而使门诊科室的布局和流线安排更能 满足病人需求为病人提供优质便 捷高效的门诊服务 遗传算法g e n e t i c a l g o r i t h m G A 是一种基于自然选择和遗传变异 等生物进化机制的全局性概率搜索算 法是近年来发展迅速的一种优化算 法尤其适于求解高度复杂的非线性 问题它将适者生存的自然选择和 基因遗传学原理引入数据串结构并 在串之间进行着有组织但又随机的信 息交换可以用来解决这种需要综合 考虑各因素的门诊布局的复杂问题 遗传算法的基本要素包括对问题的 数学编码 适应度函数的选择 交叉和 变异的规则等 1 3 门诊布局的数学模型 3 1 问题的前提条件 多个科室 多个诊室单元 多个楼 面决定了门诊的科室布局是一个复 杂的多目标决策项目需要考虑的问 题很多 首先 不同的科室需要的诊室 数量不同每日就医的病人数量也不 同 第二 每层楼提供的诊室单元条件 不一 候诊区域的大小不一 有的科室 候诊区可能出现人满拥挤的状态有 的科室可能候诊面积大而病人少资 源闲置 第三 不同科室之间的协作决 定了学科关联性强的科室需要排在一 起或者距离很近这些要求都需要得 到不同程度的满足 考虑到医院门诊系统容量有 限其排队系统是混合制等待制和 损失制即病人排队看病先到先服 务 但服务量有限 挂不上号或得不到 及时服务候诊环境拥挤病人会自 行离去即顾客损失所以在病人能 够等候就诊的前提下科室的平面布 局中优先需要满足的条件是尽可能地 为每个科室的等候病人提供较为舒适 的等候环境即不拥挤有座位 3 2 问题的数学编码 3 2 1 科室具有的特征 1 科室需要的诊室数 每天同时 上门诊的医生人数用 Dn来表示 2 每天来该科室就医的人数 即 日门诊量 是一个时间的函数 在每一 个时刻来就医的人数用 Pn f t 来表 示 病人到达是泊松过程 平均每小时 到达 a 人挂号时间为 8 小时则 a Pn 8 3 病人诊治时间服从指数分布 每个病人平均需要 b分钟 4 病人就诊可能有人陪护 设定 陪护率为 d所以实际的候诊人数为 d P n 3 2 2 门诊楼每层划分为若干个区 各科室专属单元其特性为 1 区中提供的诊室的数目M n 2 区中提供的候诊面积G n 3 区中能够提供的候诊座位Z n 为候诊区面积 每个座位的占地面积 Z n G n 0 5 4希望 9 0 以上的候诊病人 d P n 都有座位 d P n9 0 G n 0 5 5 能够容纳的等候的最大病人 数Wn W n G n 0 5 9 0 3 2 3 门诊楼中科室的实际排布 过程中需要满足的约束条件有 1 一层楼中的诊室需要的个数 不能超过楼中各区提供的诊室的总和 2 一个区中科室的诊室数不能 超过该区提供的诊室数 3 每一区中等候的病人和陪 护不能超过该区的候诊人数的最大 值即候诊环境不拥挤有座位 这样即形成了多目标决策的问题 其是一个对于有多个函数和多个约束 的问题求最大最小值的问题 3 3 适应度函数选择 用遗传算法来优化科室的布局安 排首先将每一个科室看作一个变量 个体然后将需要排进楼内的科室 组成变量的集合变量变化至少要满 足三个方面的最优1 楼面中诊室的 最大利用率2 候诊病人满意度的前 提是候诊环境不拥挤有座位3 病人 就医过程中去相关科室的方便程度 要求学科关联性强的科室就近排布 三个方面采用统一的标准以计分方 式来衡量 3 3 1 以每一层中诊室的最大利用率 将科室安排到楼面的每个区中在满 足约束条件2 的前提下如果科室 需要的诊室数和该区提供的诊室数相 当那么该区的满足度S 1 如果科室 需要的诊室数小于该区提供的诊室数 那么满足度 采用惩罚机制给出一些满足度 的规则 i f S 0 5 t h e n S 0 i f 0 5 S 0 6 t h e n S 0 4 i f 0 6 S 0 7 t h e n S 0 7 i f 0 7 S 0 8 t h e n S 0 8 i f 0 8 S t h e n t h e n S 1 0 以所有区的 作为适应度函数的 栏目独家协办 拜耳医药保健有限公司 特别策划 SPECIAL PLANNING 12 C h i n e s e H o s p i t a l s D e c 2 0 0 6 V o l 1 0 N o 1 2 返回值这个满足度的规则可以人为 的来修订 3 3 2 以一个区中候诊的病人数量 每个科室就医的人数是一个泊松分布 在某一个时间段内会达到最高点如 果在这个最高点阶段内由于科室的 安排得诊室医生数量不够会造成 就医病人的积累 如果不能缓解 那么 会造成病人的流失和病人对医院的不 满 在科室的排布上 如果病人积累数 大的科室排在一个区那么该区候诊 区的座位不够 造成候诊环境拥挤 病 人站立候诊的情况 病人人数是时间函数P n f t 医 生看病的速度单位时间医生可以看 得病人的个数人次 小时可以近似 看作常数 V H n 在满足 N W n基础上主要考虑 就医病人人数分布概率大于 0 7的时 间段评价的标准是在高峰期每个区 中的座位占有率如果候诊人数超过 座位数量1 0 那么就认为这个区严重 超员该区的科室排列不合理 将三个方面分别打分计算最高 分另外考虑三项中单项得分不能低 于一个最低分由于在各项中采用了 严重罚分的策略即超过一定标准就 给一个最低的0 分因此以0 分作为单 项的最低分如果某项为0 分那么就 否决整个排布的计划 3 4 遗传算法的执行 假设需要排进门诊楼四楼五楼2 个楼面的科室一共有外科系统和内科 系统的2 3 个科室每个楼面各有A B C D 四个区即四个科室专属单元 每一区有其相应的属性 如区中提供的 诊室数区中候诊的座位数等 如表1 四楼和五楼总共有7 9 个诊室 2 3 个 科室排列入这些诊室 实数编码的范围 是 0 7 9 随机生成2 3 个变量个体 分别设为变量 X1X2 X2 3的 3 0 个种群每个科室变量对应于自己 的特征 即需要的诊室数量 日门诊量 平均到达人数医生看病的速度等 将这些值代入适应度函数中计 算种群中每一个个体的适应度函数值 上次的适应度函数值计为f0第二次计 算的值计为 f1当 f1 f0 E 时终止计 算输出结果设定 E 1 0 2 选择操作采用轮盘赌方法将 3 0 个适应度函数值从大到小排序一些 优良的个体具有较大适应度函数值 被选中的几率就大 表1 楼面中每区的属性 区域 诊室数 候诊座位 四楼五楼 A 9 8 0 B 7 8 0 D 1 1 1 6 8 A 1 1 8 0 B 7 8 0 C 1 6 1 7 6 D 8 1 6 8 C 1 0 1 7 6 参考文献 1 丁永生 计算智能理论 技术 与应用 M 北京 科学出版社 2 0 0 4 1 2 4 收稿日期 2 0 0 6 1 0 1 2 责任编辑 张宝库 交叉操作中将选中的 3 0 个个体一 一对应的组成两组两组中对应的个 体之间进行交叉 产生的新的个体 子 代 可能比父代更优 这样就是对目标 函数进行了一次优化交叉操作的交 叉概率选择为 0 9 交叉操作不能保证对整个待选区 域进行完全搜索因此必须引入变异 操作变异率选择为 0 0 5 生成新的 种群后返回重新计算适应度函数 遗传算法执行 1 0 0 0 代2 3 个变量 的取值范围为 1 7 9 就是在4 层和5 层提供的 7 9 个诊室中选择按照每个 区中提供的诊室数的大小排列 取值在 1 9之间的处于 4楼 A区如此类推 即可完成 2 3 个科室的排布如表 2 遗传算法具有全局寻优的功能 同时在具体操作上又可以避免陷入局 部极小对于门诊的科室布