基于服務需求的邯鄲市醫療設施空間布局優化研究

任洪國，倪 帥，吳 巍

(河北工程大學 建筑與藝術學院，河北 邯鄲 056038)

隨著社會的發展，現有公共服務設施的供給難以滿足居民日益增長的需求.由于公共服務設施的使用效率受到布局的影響，所以公共服務設施布局的優化尤其重要[1].自1970 年以來，GIS技術和位置分配模型便被用來處理設施選址及其優化問題，尤其被廣泛運用在公共設施的選址和空間位置的布局選擇上.如2007 年，Jeong 等[2]利用網絡分析評估了城市公園的空間可達性；2010年，武文杰等[3]利用泰森多邊形，優化了北京市應急避難場所的空間和配置；2016 年，閆鳳英等[4]運用GIS 的網絡分析法對長興縣的醫療設施可達性及影響因素進行了分析；2019 年，張珊等[5]采用改進的潛能模型和兩步移動搜索法，對?？谑嗅t療設施空間的可及性進行了分析研究.目前，國內外研究主要是在收集網絡開源數據、時空大數據的基礎上，利用GIS 對公共服務設施的使用效率和可達性進行評價.現有研究著重于分析公共服務設施的供需特點，缺乏對有關公共服務設施政策和對居民未來服務需求增長量的考慮.

本文結合國家衛生健康委員會和國家統計局的相關數據，以體現醫療設施空間布局特征及服務水平為目標，構建評價指標體系；利用GIS 的位置分配模型和網絡分析，將邯鄲市主城區的醫療布局特征可視化；綜合評價、優化了醫療設施的水平和布局，提高了居民15 分鐘醫療服務圈的可及性，以期為邯鄲主城區及同類城區醫療服務設施的完善和部門決策提供參考依據.

1 位置分配模型理論和評價體系

1.1 位置分配模型理論

1963 年，Cooper[6]提出了位置分配模型理論.該理論為設施空間布局提供了一種優化方法，其基本原理是：在研究范圍內，使服務設施的區位和數量為最優解.

結合現有設施的空間分布和優化需求，依據特定優化模型的原則，讓系統從研究者限定的候選設施選址中篩選能優化設施布局的選址[7].

優化模型的選取需要結合不同設施的特點而定，醫院主要是以效率性和公平性為服務準則[8].從政府角度出發，需要以最小化的設施數量來滿足最大化的公共需求；從公眾角度出發，整體原則是需求點到供應點的總的時間成本和移動費用成本最小化.本文利用Python、ArcGIS 10.7 等工具，以“步行15 分鐘醫療服務圈覆蓋80%居民”[9]為研究目標，選取表1 中優化模型模擬優化邯鄲市的醫療設施布局.

表1 優化模型類型

1.2 評價指標體系構建

國內外關于醫療設施多以千人指標、服務半徑等作為研究指標，組成醫療設施規模及布局、服務質量和可達性等方面的研究指標體系[10-11].醫療設施配置以保障服務范圍內居民可以便捷地、相對公平地享受到優質的醫療服務為根本目標.為了滿足此目標，醫療設施配置應該從設施質量、服務水平和空間可達性3 方面入手[1].其中，設施質量指醫療資源配置；服務水平是指從使用者角度出發考慮其具體需求和選擇方式以及醫療覆蓋率的問題；空間可達性決定居民接近醫療設施的水平，三者共同影響就醫體驗.現有的設施質量、服務水平和空間可達性方面的研究指標體系如表2 所示.

表2 現有指標體系

醫療規模影響醫療機構規模，醫療布局影響醫療空間分布，二者實質上是城市規劃中醫療資源的配置.

醫療設施規模在具體空間上體現為建設用地和面積，而床位數和醫護人員的數量與建設用地和面積指標相關.薛迪[21]認為一定數量的病床數和衛生技術人員是構成醫院的2 個基本條件.

對于醫療布局的研究，在城市規劃領域人們習慣于用一定區域內衛生資源的人口比例，如每千人的床位數、醫護人員的數量等衛生服務可獲得性指標來反映醫院服務的可及性.醫院服務的可及性包含2 個維度，分別是可獲得性和可接近性，具有豐富的內涵[22].其中，可獲得性影響醫療服務與資源的規模、類別和供需關系；可接近性關聯供需雙方的空間區位、交通資源和出行總成本.兩者結合的空間概念問題即空間可達性[23].

空間可達性的研究最早起源于古典區位論，即關注兩者的空間分布及兩者分布的匹配程度.空間可達性也稱物理可達性、地理可達性、模型可達性，是一個界定非常靈活的概念.有人認為空間可達性是空間中點之間的相互作用和影響.在服務利用率評價中，需要歸納思量供求關系變化和距離衰減規律.其研究方法有比率法和ArcGIS 技術的研究方法[24].

作為對患者進行診斷和治療的重要場所，醫療設施的作用在緊急治療層面上很重要[25].醫療設施布局的評價和優化有3 個方面：1)從醫療設施的質量出發，分析醫療資源的配置和可用性指標的利用率，并對醫療設施的千人指數、利用率等健康指標進行定量評價；2)根據醫療設施的服務水平，測算其需求特征和醫療服務圈；3)根據醫療設施空間可達性的研究，采用最小阻抗模型、最小設施點、等時圈模型等，從居民服務需求角度進行布局優化，構建醫療設施評價體系，進而從規劃角度提出布局優化建議[26-29].

本文以邯鄲市總醫院、?？漆t院和社區衛生服務中心為研究對象，建立了“城市-社區”2 級醫療衛生體系：綜合醫院；?？漆t院-社區衛生服務中心.為了符合公平和效率的原則，從醫療設施質量、服務水平和可及性角度對醫療設施進行綜合評價，并運用區位配置模型優化醫療設施布局.其評價指標體系見圖1.

圖1 醫療設施布局評價指標體系

2 基于GIS 的邯鄲市主城區醫療設施布局評價分析

2.1 研究區域概況與數據來源及處理

邯鄲市位于晉冀魯豫接壤地區，下轄1 個縣級市、6 個區和11 個縣.本文將研究范圍限定在路網發達和人口密集的城市二環內的主城區.

評價所用數據來源與處理如下：

1)利用Python 對邯鄲市主城區的行政區劃數據、醫療設施POI 點、社區POI 點、交通網絡數據進行采集，并結合研究現狀進行數據清洗，采用ArcGIS 的拓撲關系對交通網絡數據檢查和修改，確保道路網絡的連接性.

2)通過河北省醫療衛生數據和邯鄲市衛生健康委員會發布的文件并結合實際調研篩選，建立了48 家綜合醫院、26 家?？漆t院和70 家社區衛生服務中心的數據庫.

3)河北省第七次人口普查數據、統計年鑒、邯鄲市國土空間整體規劃等其他數據.

將研究范圍內的行政界限、道路交通網絡、各類醫療設施點、小區位置和人口及各類數據分布情況通過ArcGIS10.7 進行統一坐標系和圖層疊加，結果如圖2 所示.

圖2 研究區域內醫療設施及小區分布情況

以醫療設施布局評價指標體系為基礎，結合整理的數據庫對研究范圍內的醫療設施的利用率和布局采取綜合性評價.

2.2 醫療資源現狀分析

醫療資源現狀評價的2 個重要方面分別為醫療資源的配置和利用.

醫護數量和病床數決定一個地區的醫療設施規模，體現醫療設施的基本水平，一般以千人醫師數、護士數、床位數作為評價醫療配置的指標[30].由河北省統計局的醫療衛生數據得知，邯鄲市千人職業醫師2.46 人、注冊護士1.95 人、床位數5.28 張.對比表3 可知，邯鄲市人均醫療資源水平低于河北省，且河北省整體水平低于全國平均水平，尤其是在千人床位數上.綜上，邯鄲市的醫療資源配置有待提升.

表3 邯鄲市人均醫療資源

醫療資源利用率的評價指標采用年住院率、住院平均時長和病床利用率這3 項.綜合醫院、?？漆t院和社區衛生服務中心的實際床位需求，可反映居民就醫的實際需求.

1)醫療資源利用指標計算.因為邯鄲市統計數據的缺乏，所以入院人數、平均住院時長、病床利用率采用河北省的平均水平(見表4)，其中住院率為入院人數和總人口(7 591.97 萬人)之比，因此，綜合醫院、?？漆t院、社區衛生服務中心患者每年住院率依次為10.21%、0.86%和0.12%.

表4 醫療資源指標表

2)實際床位需求量計算.醫療機構的工作量和病床的利用情況體現在實際床位需求量上，其計算公式[18]如下：

實際床位需求量=(人口數×居民年住院率×

結合表4 可求得綜合醫院的最低病床需求為1 469 張，千人床位6 張；?？漆t院的最低病床需求為46 張，千人床位0.2 張；社區衛生服務中心因為量太小，忽略不計.綜上所述，邯鄲市需求的床位最低總量為1 515 張，千人床位數需求總量為6.2 張.對比表2 的人均醫療資源數據可知，邯鄲市千人床位數的實際需求得不到滿足.

2.3 醫療設施服務水平的網絡分析

居民就醫需求和醫療服務供給相互影響.通過對就醫需求量和15 分鐘醫療服務圈的服務供給兩者的研究，可以得知現有醫療資源能否滿足居民的就醫需求.

1)就醫需求量分析.患病需求總量與患病需求密度是反映醫療需求的2 個重要指標，其計算公式[18]分別如下：

其中，Q為2 周內各社區的患病總需求；C為各社區總人口；α為2 周患病率，取22.9%[31]；D為各社區醫療需求密度；k為社區占地面積.利用ArcGIS 生成、計算得到的患病需求量和需求密度在研究小區范圍內的分布見圖3 和圖4.由圖3 和圖4 可知，患病需求量與需求密度的存在差異性，以區域范圍內東北、西北方向尤為顯著，并且這2 個區域的醫療設施相對較少，特別是?？漆t院.

圖3 患病總需求量

圖4 醫療服務需求密度

2)15 分鐘醫療服務圈分析.患者就診的便利性與醫療設施的分布有關.文獻[9]提出，“2030年基本形成15 分鐘醫療衛生服務圈”.結合研究區的醫療設施布局特點，讓居民步行15 分鐘就能到達方便的醫療點是本文的主要研究目的.

本文基于研究區路網、高德路徑導航及歷史路況等，計算得到步行15 分鐘等時圈，與研究區域內的小區圖層做疊加(見圖5～圖7)，并統計其服務人口數、服務面積、服務率(見表5)來分析3類醫療設施能否滿足80%居民的15 分鐘就醫需求.由圖5～圖7 可知，在15 分鐘步行圈中，綜合醫院覆蓋率為86.15%，?？漆t院為49.93%，社區服務中心為99.51%(見表5).綜合醫院和社區衛生服務中心覆蓋率達到了80%要求，而?？漆t院的覆蓋率較低，尚有50.07%的居民就醫需求得不到滿足.因此，本文重點對?？漆t院的布局進行優化.

表5 醫療設施覆蓋率

圖5 綜合醫院服務圈

圖7 社區衛生服務中心

圖6 ?？漆t院服務圈

3 “15 分鐘健康服務圈”導向下醫療設施空間布局優化研究

3.1 位置分配模型

首先，根據邯鄲市國土空間整體規劃、醫療設施空間的覆蓋現狀和路網特征，確定新增?？漆t院設施點；其次，建立以15 分鐘出行時間作為阻抗中斷要素的道路網絡最小化阻抗模型，求得滿足出行成本最小的?？漆t院數量；再次，通過最小化設施點模型，求得最大覆蓋范圍內的?？漆t院數量；最后，通過等時圈模型驗證分析，得出滿足?？漆t院優化布局的最優解.

1)最小化阻抗模型.以15 分鐘步行時間作為阻抗因素在ArcGIS 中建立?？漆t院的最小化阻抗模型(見圖8).在此基礎上擬依次增加1～11候選位置，分別得到最小化阻抗圖(見圖9)，統計其服務人口，匯總結果見圖10.由圖10 可知，最少需要增加9 家?？漆t院才能滿足“步行15 分鐘醫療服務圈覆蓋80%居民”的目標，服務人數占總人數的80.21%；增加10 家?？漆t院覆蓋率為81.95%；增加11 家覆蓋率為83.02%.

圖8 最小化阻抗模型

圖9 擬增11 個?？漆t院最小化阻抗模型

2)最小化設施點模型.在ArcGIS 中，建立?？漆t院的最小化設施點模型(見圖11).由圖11 可知，邯鄲市主城區需11 家?？漆t院才能滿足“步行15 分鐘醫療服務圈覆蓋80%居民”的目標，比最小化阻抗模型分析的結果多2 家.

圖11 最小化設施點模型

由最小化阻抗和最小化設施點模型的分析結果得知，最少需要9 家?？漆t院才能滿足15 分鐘醫療服務圈需求.

3.2 等時圈分析驗證

等時圈是指從某點出發，充分考慮路線的可行性，在特定時間內，以某種交通方式能到達的距離的覆蓋范圍.

本文利用ArcGIS 計算從中點到周圍其他任意點的時間，對各點的時間做插值，對柵格提取等值線，同時強制行走路線為路網，疊加歷史路況和平均步行速度(5 km/h)，建立了15 分鐘服務圈.參考最小化阻抗模型新增9 家?？漆t院的結果，發現新增4 家可基本完成小區周邊覆蓋.本次選取了4 家和5 家新增點作為驗證，見圖12～圖13.考慮到服務交叉，重新進行位置分配，并優化選址位置，即盡量將新增?？漆t院設置在路網交叉的交通便利處，同時結合居民出行的實際行為特征，將位于服務圈邊緣與路網交叉處附近的小區也計算在覆蓋范圍內(見圖14).

圖12 新增4 家?？漆t院的服務圈

圖13 新增5 家?？漆t院的服務圈

圖14 服務圈邊緣處的小區

綜上所述，通過15 分鐘等時圈模型對最小阻抗模型和最小化設施點結果進行驗證優化后，發現新建5 家?？漆t院為最優服務圈狀態.考慮空間配置最優以及新區2023 年預計投入使用的邯鄲市第一醫院新院區，南部?？漆t院可采取擴建方式，不需要新增，重點針對東北和西北2 個住宅密集區，各新建2 家?？漆t院，共需要新增4家?？漆t院即可滿足居民的15 分鐘醫療圈需求，其服務人口及覆蓋率情況見表6.

表6 新增4～5 家?？漆t院覆蓋率

4 結語

面對井噴式公共衛生事件的爆發，居民的服務需求和當地醫療資源的供給難以平衡.醫療資源的短缺造成居民不光就醫距離增大，而且增加了交叉感染的風險，違背了傳染病醫學就近治療的基本要求，所以醫療設施的空間布局優化，是改善醫療體系、滿足居民服務需求的必要環節.邯鄲市主城區醫療設施整體上能滿足居民服務半徑的需求，但其在資源配置、服務水平、布局的均衡性上還存在問題.利用最小化阻抗模型、最小化設施點模型和等時圈模型對醫療設施布局的優化驗證建議如下：

1)盤活存量資源，優化設施配置.通過對醫療資源的利用和現有綜合醫院的改擴建，調整資源結構和優化設施布局.如增加醫院的床位數，擴大醫療隊伍.市中心醫院、市第一醫院可以根據就診量適當擴大規模，存在交叉覆蓋的綜合醫院，可考慮將部分醫院向復興區轉移，消除醫院冗余現象.

2)加強可持續建設，完善醫療服務體系.?？漆t院的建設成本、維護成本、醫廢處置成本較高，常態化病床空置率也高，所以?？漆t院的可持續性發展有很大難度.因此，?？漆t院可以依托三甲綜合醫院的托管、集團模式并以“大?？?、小綜合”為發展目標，建立可持續發展機制.如針對東北和西北2 個住宅密集區，通過新建2 家?？漆t院，完善以市為核心的醫療衛生服務體系建設.

3)改善交通網絡體系，提高醫療設施可達性.醫療設施可達性對居民的就醫成本具有明顯的影響.高效率的綜合交通網絡能夠縮短就醫距離，影響居民患病后的就醫主動性.通過合理改善城市的交通網絡體系可提高醫療設施的可達性水平，實現“步行15 分鐘醫療服務圈覆蓋80%居民”的目標，提高城市適災能力.