英语原文共 25 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
复大杂医院分层设施规划方法
摘要
针对患者，人员和材料的运输过程拥有多个部门的大型复杂最大保健医院可以消费重要的资源，从而导致大量的物流成本。这些成本是很大程度上取决于不同部门和病房的分配可能连接多个医院建筑物。我们开发了一个分层布局规划方法的基础上分析组织和运营数据汉诺威医学院是汉诺威一家大型复杂的大学医院，德国。这种方法的目的是提出部门和地点的位置特定系统的建筑物，以便消耗资源这些运输过程被最小化。我们将这种方法应用于这个现实世界组织和运营数据集以及虚构的医院构建和分析算法行为和结果布局。
关键词：医院布局规划；二次分配问题；修复并优化启发式
第一章 绪论
大型医院通常由许多高度专业化的部门组成相应的病房。 这些组织单位（功能区）的分配医院建筑物确定这些功能区之间的距离和旅行时间。在医院的日常运作中，患者，医务人员和物质必须旅行或在这些功能区之间运输。 旅行造成的资源消耗并且运输过程取决于所选位置的不同医院内的设施。
分配这些设施是一个非常复杂的问题，很少在一个问题上解决正式和系统的方法。 这也是一个具有挑战性的问题数学视角，因为它包含二次分配问题（二次指派问题），这是难以解决的最优化。 此外，相当多的必须考虑重要的现实世界约束和问题方面的发展正式的医院设施布局规划方法。
为了开发这种方法，我们将问题分解成层次结构方式分为两个计划阶段。在阶段I问题中，我们将功能区分配到位置考虑各种因素，如空间要求。根据这项任务，然后我们会对所选内部位置做出更详细的决定第二阶段问题在这些地点的功能区。尽管层次分明问题分解，阶段I问题在数值上仍然难以通过解决混合整数程序的标准求解器。因此，我们也提出了一个修复和优化启发式分解方法来解决阶段I问题。然后我们将开发的设施布局规划系统应用于真实世界的数据集部门，病房和旅行强度。我们考虑一个虚构的系统连接的医院建筑物，为此可以系统地计算距离透明的态度。对于这个建筑系统，我们确定一个分配功能区将运输过程中的资源消耗降至最低。
在本文的其余结构如下。在第二章我们介绍问题更详细地讨论相关文献。 分层建模方法在第二部分进行了解释。第三章，包含修复和优化启发式为阶段I问题。真实世界组织数据集的案例研究是在第四章，结论在第四章和第六章中提供。
第二章 医院设施布置问题（HFLP）
2.1问题方面
当医院设计，扩展或重新组织时，不同的地点必须确定医院大楼内的功能区。 这是一项复杂的任务拥有众多高度专业化部门的大型最大护理医院子部门。 这项任务决定了众多医疗机构的空间位置部门例如
bull;事故和紧急情况
bull;麻醉
bull;诊断成像
bull;一般手术
bull;妇科
bull;肿瘤学
bull;...
以及其他（非医疗）服务单位的位置。 许多医疗部门有相应的病房，病人待在那里直到他们准备好离开医院。 在一家大医院里，可以分发1000多张病床在那些病房里。由于其规模和专业化程度高，如此之大医院通常也可以作为教学医院来培训未来的医生或甚至是大学的一部分或与大学有关。 在这种情况下，这些医院也提供研究和教学设施以及众多的行政和社会设备。
之间和部门之间的空间距离这些大医院的病房可能很重要。 大量的员工可以在医院的运输服务中运输病人是必需的。 此外，诸如床，食物和医疗用品等各种材料的运输，也是必要的。 运送病人的范围可以从指导人员（谁可能否则会丢失）推动轮椅或床。 作为患者的一小部分随着极度肥胖的增加，运输任务的增加部分需要两个运输服务的成员与单个肥胖患者一起运输床。此外，医务人员（医生和护士）可以在经济上花费他们工作时间的相关部分只是从一个地方到另一个地方旅行在医院内。 出于这些原因，高度异质的交通过程是医院设施布局规划中的主要关注点。
作为组织和运营方面的一个实例，我们考虑德国主要医学院之一MHH的案例。 图1展示了这家最大医院的空间规模和复杂性。 一个MHH安装了计算机化的运输工作调度系统几年前。 那些过去的运输工作的档案可以被用来确定不同功能区之间的运输强度，如功能性部门或病房。 在功能区cherif（2012年，第7页）中，有近630,000名患者记录从2011年5月到2012年4月的12个月期间的运输工作分析以确定这些运输强度。 另外，关于数据功能区cherif（2012）收集了当前使用的不同功能区的空间。 这个真实世界的数据集对于突出组织和操作非常有用由于它的大小和复杂性，HFLP的各个方面。
本文不打算重新优化当前的MHH布局。如果MHH鉴于MHH目前的规模和范围，建筑物今天将进行重建建筑物的紧凑和逻辑高效的结构将是最有可能的选择。相反，我们在一个更抽象的层面上处理一般的HFLP并开发一个决策支持系统。然而，为了评估这个系统，我们使用MHH数据集通过将其与虚构的建筑系统相结合来创建测试平台。医院布局规划决策支持系统必须考虑以下因素：
组织单位在空间需求方面有所不同。到了可能的程度上，他们应该在当地集中在一个紧凑的方式尽量减少内部运输流程。
功能区可能需要特定的位置或位置，以确定具体的位置相关功能。 例如，急诊室或急诊室应由救护车进入，因此，在地面上的分配是通常必要的。 同样，具体的技术要求可能会执行或消除某些功能区分配给位置。
可能有一些考虑，禁止两个具体的直接邻居单位; 例如，最近接受手术的患者应该得到保护以免受感染。 相反，可能会出现直接的情况邻里对于操作目的是非常理想的。 例如，医疗人员可能不得不在特定的医疗之间来回移动部门的功能安装和部门的病房。
我们将在下面介绍的模型系统中解决所有这些功能。 有人可能会争辩作为交通工具，这种设施布局问题在现实中是无法解决的数据只有在医院已经运行一些时才可用时间，即在所有的设施布局决定之后。 虽然如此通常是这样，可以建立标准化的运输数据集不同类型医院的过程。 用医院分析医院的数据集类似的组织结构来获得对未来运输的估计量可能仍然有助于确定新的合理布局建议或重新设计的医院。
2.2相关文献
在研究文献中，主要讨论总体设施布局问题关于制造系统。 但是，相关的方法很高与医院各部门的分配有关。 Drira等人。 （2007）有最近对设施布局问题进行了文献回顾。 作者按照许多标准对现有文献进行分类，如静态与动态动态问题设置，连续或离散的决策变量以及类型问题的制定。 Levary和Kalchik（1985）总结了主要特征最常用的解决方案程序。 Kusiak和Heragu（1987）提出并比较设施布局问题的不同配方相应的算法来解决所提出的问题。 哈桑（1994）针对机器布局问题进行了文献综述。
设施布局问题通常包含二次指派问题。 Loiola等人（2007）调查了关于二次指派问题的文献。作者介绍了选定的二次指派问题配方并讨论用于为精确和启发式定义下界的理论资源算法。 Burkard等人（1991）总结了主要的二次指派问题并建立了一个库二次指派问题的问题实例。许多关于二次指派问题的研究都与其他领域有关比医院布局的问题。例如，斯坦伯格（Steinberg，1961）解决了这个问题在主板上放置计算机元件，Hillier和Connors（1966）进行了研究将地点分配给不可分割的设施及其与二次指派问题的关系的问题，和Burkard和Offermann（1977）考虑在计算机上分配密钥键盘。 二次指派问题提出了许多启发式方法，因为二次指派问题是其中之一NP难题中最困难的问题，并且具有广泛的应用领域。哈恩等人。 （2010,2012）采用重构 - 线性化技术来解决二次指派问题。Glover和Woolsey（1974）提出了另外的方法，Armor和Buffa（1963），F功能区lds（1983），Adams和Sherali（1986）以及Oral和Kettani（1992）。Heragu和Kusiak（1991）针对设施布局问题提出了两种线性化。Bozer等人（1994）制定了一种考虑多层楼设施的方法扩展现有的设施布局算法。 Bozer和Meller（1997）进行了比较设施布局问题的基本建模方法。 Barbosa-Po#39;voa等人。（2001）提出了一个混合整数线性模型来找到最优的二维布局。在随后的研究中，Barbosa-Po#39;voa等人（2002）将他们的模型扩展到考虑一个三维空间。
在医院规划领域已经发布了相对有限的研究报告。 Elshafei（1977）提出了定位医院的问题作为二次指派问题的部门，以尽量减少病人的总路程。哈恩和Krarup（2001）概述了1972年出现的设施布局问题的历史当设计另一家大型德国医院时，Klinikum Regensburg。该问题制定为二次指派问题，于1972年解决，并纳入二次指派问题Burkard等人的图书馆。 （1991年）。巴特勒等人。 （1992）考虑设施布局和在两阶段方法中的床分配问题。在第一阶段，一个优化解决设施布局模型，并在第二阶段进行模拟优化床分配的程序被执行。 Vos等人（2007）评估a医院建筑设计的重点在于确保设计的支持高效和有效地运作护理流程。作者在离散事件模拟中评估了不同的场景。哈恩等人。 （2010年）制定多层次空间分配问题，这在医院布局中尤为重要规划。但是，我们并不知道医院设施布局规划方法可以处理大型异构数据集以及众多现实世界正如功能区cherif（2012年）所报道的那样。请注意那些布局问题与医疗保健或紧急服务环境中的位置问题不同（参见例如Beraldi和Bruni 2009），只要在后一种情况下需求位置给定的，所产生的位置问题因此不具有二次方目标函数中的组件。
3 一种分层建模方法
3.1概念的起点：二次指派问题
为HFLP开发一个正式的决策支持系统，我们假定计划的或者计划的给出现有建筑物或建筑物系统。在这些建筑物内，空间区域这将是家功能区的必须确定。在我们的情况下，功能区尤其是医疗部门与他们的功能安装和病房。空间区域是分开的进入地点。不同位置k和l之间的距离表示为dkl。同样，每单位时间发生运输数量为mij的运输过程在不同功能区之间i和j（在任一方向）。考虑运输是足够的与i \ j的关系，因为交通的方向是不相关的。正式模拟HFLP的一个自然起点是二次指派问题（见Koopmans，和贝克曼1957）。 二次指派问题旨在分配功能区; j 2 I到位置k; l 2K使得每个功能区被分配到恰好一个位置，而每个位置最多只有一个功能区，并且总运输成本被最小化。中央如果功能区 i被分配给位置k，则决策变量Xik等于1，否则等于0。该二次指派问题可以表述如下：
由于产品Xik，二次指派问题是一个二次问题。Xjl中的决策变量目标函数。 它可以通过引入一个新变量来线性化e Xikjl。 如果将功能区 i分配给位置k并将功能区 j分配给该二进制变量，则该值等于1位置l。 它替代产品Xik。Xjl在目标函数中，随后变为
通过这种线性化，可以使用标准的混合整数线性规划（MILP）求解器
理论上可以解决二次指派问题。 但是，问题仍然难以解决。即使是小的情况。变量的数量e Xikjl和约束的数量（6）在处理相对较小时迅速变得过大问题实例。 另外，二次指派问题并没有开始接近现实世界分配医院的功能区的复杂性。 但是，二次指派问题是有用的从概念上开始正式考虑层次结构中的复杂性问题分解。
3.2分层问题分解
大型最大护理医院通常分布在各个建筑物上，每个建筑物都是其中可能有几个级别。因此，两个位置k和l之间的距离既有水平分量又有垂直分量（dHkl和dVkl）。这些组件由楼层和电梯或楼梯的位置定义，如如图2所示。距离反映了给定或计划的结构建筑物，并在我们的建模方面外生给出。在第二部分介绍的二次指派问题的基本版本中。 3.1，我们假设每个位置理论上可以容纳每个功能区并且每个功能区被分配给a最多一个位置。实际上，不同功能区的空间要求是医院可以相差10倍，即功能区的相对较小部分可以占总空间需求的相当大部分。因此，一个大的功能区可能需要多个（可能相邻的）位置，而其他位置可能拥有多个小型功能区。因此，我们假设一个功能区我可以组成多个功能区元素。这种功能区元素的空间需求e的功能区我不应该超过候选地点Ki的大小安置相应的功能区。 功能区cherif（2012）对MHH的分析表明大量的功能区在空间上相对较小与地点可用空间有关的要求。对于每一个功能区，只需要定义一个这样的功能区元素，因为单个位置足以容纳该功能区。
图2
第二阶段的问题然后考虑第一阶段的计划结果并对待每一个地点分开。这个阶段的目标是放置可能的多个功能区分配给该位置内某个位置的元素。为了解释这个方法，我们考虑位置5的情况，功能区元素3 = 2,5 = 1和6 = 1如图4所示。我们假设每个位置的空间区域可以被划分成矩形光栅元素，这可能反映了该技术的构造建造。 功能区的可能多个元素e的空间需求被分配给给定的位置被转换成光栅元素的数量功能区的那些元素所需的。在图4中，需要八个光栅元件功能区元素3/2和5/1，而功能区元素需要六个光栅元素6/1。在第二阶段问题中，这些必需的光栅元素必须放置在内目前考虑的地点5.在这个问题上，我们的目标是凝聚力每个位置内的光栅元素。此外，需要使用的功能区大多数电梯应该靠近电梯。这些功能区表现很高来自其他地点的功能区的交通强度。以下两节详细描述两个阶段的模型。模型包含元素在Bouml;hme（2013）开发。
图3
图4
3.3阶段I：将功能区的元素分配给位置
使用表1中给出的符号，我们现在如下定义阶段I模型：
受限于
目标函数（7）旨在最小化考虑到两者的总运输时间位置之间的距离以及功能区之间的传输数量。它进一步惩罚任何超出旅行时间限制。约束（8）是空间容量约束的位置。约束（9）用于将功能区 i的每个元素e 2 Ei分配给可以容纳该功能区的集合Ki中的一个位置。超过最大值在约束（10）中检测可容忍的旅行时间。当一对eth;
全文共8032字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[12912]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
