医院建筑是公共建筑的重要组成部分，是城市重要的基础设施。为了满足民众就医需求，各地区加紧新建医院及扩张原有医院。安全要求高、舒适标准高、运行密度高的“三高”医院总建筑面积虽然只占公共建筑总面积的2.8%，但其能耗却要占公共建筑总能耗的6.2%左右。清华大学《中国建筑用能2018》显示，医疗卫生建筑能耗指数是一般公共建筑的1.0~2.3倍，达到每年108 kWh/m²。医院建筑节能降耗的迫切需求与医院建筑面积扩张及床位数需求增加导致能耗增加的矛盾日益严重。

医院总能耗的影响因素主要有建筑面积、年医疗量、年门急诊量、床位数、年床日数、年住院人数等，采用单一指标评价医院能耗具有一定的局限性^[1-3]。刘朝阳等^[4]和魏峥等^[5]进一步采用多元线性回归方法评价医院能源使用效率（以下简称“能效”）。但是统计分析类方法所建立的模型高度依赖于收集的样本，使用时不说明样本与被评价建筑之间的相似性是不合适的。此外，依据《医院分级管理标准》，我国的医院可分为三级十等：即一、二级医院分别分为甲、乙、丙3等，三级医院分为特、甲、乙、丙4等。根据医院类型，又可以分为综合医院、专科医院、中医医院等。所以，对每一类型医院都单独建立多元线性回归模型也很难做到。由于医院建筑能耗影响因素众多且复杂，直接利用一元回归及多元回归等参数化方法进行分析均有弊端。

研究引入数据包络分析（data envelopment analysis, DEA）法。DEA在一定程度上解决了上述问题，其本质是使用数学规划模型识别最优样本，基于样本数据的最优性使被评价对象与确实有效的生产前沿面进行比较，可以实现对每一个被评价对象的优化。DEA是被评价对象自我评价和相互比较的过程，各评价对象自行寻求自身效率最大化的特定权重。DEA方法的多输入、多输出特征，以及对被评价对象强大的包容性也适合于医院类型混杂的情况^[6]。因此，研究采用DEA评价医院能效，通过识别相对能效最优的医院建筑群，利用其建立生产前沿面评价医院能效。

1 基于DEA方法构建医院能效评价模型 1.1 DEA简介

DEA是由美国运筹学家Charnes等提出的一种效率评价方法，将单输入、单输出的工程效率概率推广到多输入、多输出同类单元相对效率评价中。继第一个DEA模型CCR后，针对实际工程中相对效率评价问题中可能生产集的锥形假设不满足问题，Banker等提出了规模收益可变的DEA模型BCC。

CCR和BCC作为DEA最基本的2个模型，其本质区别在于约束条件不同。约束条件实质上是对规模收益（return scale, RTS）的不同假设，RTS指定了投入-产出变化之间的“规模”关系，具体可以分为3种，即规模报酬不变、规模报酬递增及规模报酬递减。基于RTS不同：CCR被称为规模报酬不变模型，即当输入增加时输出也以同等比例增加，所得结果称为综合效率；BCC被称为规模报酬可变模型，即当输入增加时输出不一定以同等比例增加，有可能减少也有可能增加，其结果称为技术效率。综合效率与技术效率两者之比称为规模效率。DEA使用在建筑能效评价分析时，具体来说就是：CCR模型假设建筑中的能源输入和服务量输出之间显示出相同的相对百分比变化（即恒定的比例回报），BCC模型则假设建筑能源输入与服务量输出之间相对百分比变化可能存在差异。

1.2 DEA输入输出指标选取

输入输出指标选取时要满足以下3个条件：①可处置性，即输入输出要素是可支配的、受调整的；②输入消极性和输出积极性，即输入表示的是有用资源的消耗或利用，输出是有价值的输出，同时输入增加不会导致输出减少；③量纲无关性，输入输出的量纲选取不影响DEA效率，但要保证不同决策单元（decision making unit, DMU）的同一输入或输出为同一量纲。

上海市《市级医疗机构建筑合理用能指南》（DB 31/T 553-2012）（以下简称“《用能指南》”）依据单位床位面积及单位面积门急诊人次划分用能级别，综合考虑了建筑面积、门急诊人数及床位数，与其他仅采用单位面积能耗为医院用能指南^[7-8]相比能更好地反映医院用能。但是，上述指标忽视了医院作为提供医疗服务建筑的特殊性，门急诊人数及实际占用总床日数才直接影响医院的能耗。若直接建立服务量（门急诊人数、实际占用总床日数）关系，会忽略资源配置（建筑面积、床位数、在职员工数）以及医院规模经济^[9-11]的影响。因此，研究将资源配置及能耗视为有用的资源而不是有价值的输出，即选取总能耗、建筑面积、床位数及职工人数为输入指标，实际占用床日数及门急诊人数为输出指标。

同时考虑到不同医院收治的患者病例组合指数（case mix index, CMI）不同，在一定程度上也对能耗有一定影响。在无法获得各医院CMI的情况下，假设各个医院收费符合按疾病诊断相关分组（diagnosis-related group, DRG）体系要求，将医院总收入作为输出指标之一。

1.3 DEA方法的选择

采用基础的CCR、BCC模型分别得到综合效率、技术效率，进而得到规模效率。但由于DEA模型的概念建立在经济学的基础上，当这类指标用于建筑能效评价时要重新分析其内涵。

（1）综合效率（E_C）：建立在假设所有DMU医疗技术相同，所医治病种的门急诊及住院患者数所需用能相近或相同情况下，将所有DMU与该假设下样本中能效最优（所选DMU中资源配置最优）单元所形成的生产前沿面进行比较，从而得到效率值。这一效率值达到有效（E_C = 1）时，说明该医院高效治疗患者的同时能源得到有效利用；无效（E_C≠1）时有2个可能原因，一是该医院的医疗技术不够高效，二是能源没有得到有效利用。

（2）技术效率（E_T）：建立在假设所有DMU医疗技术存在差异，所医治病种的门急诊及住院所需用能有所不同的情况下，将每个DMU与该假设下样本中有效DMU形成的生产前沿面作比较，从而得到效率值。这一效率值达到有效（E_T = 1）时，说明该医院在其资源配置利用（并非最优资源配置）下能高效治疗患者，并有效利用能源；无效（即E_T≠1时）则说明该医院的资源没有得到有效利用。

（3）规模效率（E_S = E_C/E_T）：这一效率值达到有效（E_S = 1）时，说明该医院资源配置利用（研究涉及的资源为能源、建筑可用面积、床位数、在职员工数）已经达到最优；无效（E_S≠1）时则说明该医院与其资源配置相比之下并未达到最优，包含2种情况，即规模报酬递增及规模报酬递减。

基于本研究的DMU中包括综合医院、专科医院及中医医院，3类医院的医疗技术、所医治病种的门急诊及住院患者数都存在较大差异，为了减弱这一影响，研究中加入医院总收入作为输出指标之一，假定医院收入符合DRG支付方法，在一定程度上削弱医院病种不同带来的影响，使不同类型医院的综合效率和规模效率的比较有意义。详见图 1。

2 案例分析 2.1 总体情况

以上海市29家市级医院作为评价对象，其中，综合医院11家、专科医院14家、中医医院4家，基本情况如表 1所示。与2016年相比，2018年上海市级医院面积增长10.8%，门急诊人次增加6.7%，实有床位数增加4.8%。

上海市医院总能耗主要为电能、天然气和汽油（均折算成1 000 kg标准煤）。与2016年相比，2018年上海市级医院总能耗增加了9.0%，耗电量占比由74.8%上升为78.3%。天然气占比由21.4%上升为24.9%。汽油占比稳定在3.0%~4.0%。

研究选取29家医院2018年数据进行分析，输入指标为总能耗、建筑面积、床位数、在职员工数，产出指标为门急诊人次、实际占用床日数、医院总收入。

2.2 能效分析 2.2.1 医院能效综合评估

采用CCR、BCC模型分析29家医院能源使用的综合效率、技术效率及规模效率，结果如表 2、表 3所示。从总体上看，专科医院的资源配置有效利用率要比综合医院高。结合表 4的规模报酬分析可以发现，综合医院及中医医院多数为规模报酬递减，专科医院则多为规模报酬不变。

2.2.2 医院能效无效原因分析

无效单元的松弛变量及参考单元如表 5所示（D为综合医院，S为专科医院，M为中医医院）。

表 5结果表明：提高医院无效单元能效手段1是对医院进行实地调研，发现医院内存在的不合理用能情况，降低能耗，综合医院主要适用手段1；手段2是通过增加服务量，降低单位服务量能耗，提高能源利用效率。此外，对于专科医院来说，提升收治病种难度（即提升医院总收入）也是可以考虑的方式。

从参考单元（有效单元）可以看出，综合医院和专科医院的能效评价区分度比较大，而中医医院则更倾向于综合医院分类特征。

2.2.3 医院能效对比分析

利用现阶段医院评价常用指标，并以《用能指南》为基准，对比无效单元与高频被参考的有效单元，了解无效单元无效原因及有效单元的普遍规律。

（1）综合医院能效分析。从表 5结果来看，综合医院中D-4、D-5作为有效单元多次被用于无效单元的参考，将D-4、D-5及无效单元（D-2、D-3、D-6、D-7）数据与《用能指南》进行比较，结果如表 6所示。

表 6显示：D-4、D-5的单位面积能耗仅能满足合理值，但是达不到先进值，而D-2、D-3单位面积能耗较低，且满足先进值；D-6虽然单位面积能耗满足合理值，但是单位门急诊能耗是11家医院中最高的；D-7则不仅单位面积能耗不满足要求，单位门急诊能耗、床位能耗均普遍偏高。D-2、D-3、D-6、D-7均被视为无效单元。这里要重点分析无效单元D-11，表 6显示，D-11单位门急诊能耗、单位床位能耗都是11家综合医院最低的，达到了先进值。但是，研究发现其建筑面积规模指标不能满足《综合医院建设标准》（建标110-2018）要求的1 200~1 500床及以上的医院建筑面积应达112 m²/床的指标，医疗环境无法保证。结合表 6中D-11是通过增加服务量来提高能效的，这是不提倡的手段，只能通过调研医院能耗使用的方式来提升能效。

由此可见，与定额能效评价相比，DEA模型结合多输入多输出参数，从多方面考虑医院用能水平，在一定程度能识别建筑用能中通过降低舒适性等方式的“伪”节能。

（2）专科医院能效分析。表 5显示，专科医院中S-7、S-14作为有效单元被多次用于无效单元的参考，将S-7、S-14及无效单元（S-6、S-8、S-9、S-11、S-12、S-13）数据与《用能指南》进行比较分析，结果如表 7所示。

有效单元S-7、S-14的单位面积能耗、单位门急诊能耗、单位床位能耗相差较大，如果以《用能指南》作为评价标准，则前者达到先进值，后者则未能达到合理值。

3 讨论与总结 3.1 规模效率影响综合医院综合效率提升

从总体上看，专科医院的资源配置有效利用率要比综合医院高，综合医院及中医医院多数为规模报酬递减，专科医院则多为规模报酬不变。

影响综合医院综合效率的主要是规模效率，综合医院中规模效率有效占比仅为18%，且呈现规模报酬递减的占了82%。这说明现阶段影响综合医院综合效率提升的主要问题是资源未能得到有效利用。研究涉及的资源有能源、建筑面积、床位数及职工数。现实中，上海市医院床位一位难求（研究发现综合医院床位利用率在80%~118%，仅有1家医院低于100%），医师、护士工作负荷较大，未能达到有效利用的资源主要指的是能源和建筑面积。分析其可能原因：一是综合医院^[12]和专科医院^[13-14]的建设要求以及医疗职能不同，综合医院除了医疗外，还承担科研、预防、教学功能，所以建筑规模较大，而科研及实验区域并不参与医疗救治，无服务量产出；二是近几年综合医院的建筑面积和床位数都在扩张，规模过大在一定程度上不利于资源集中，如需要多区域设置大型医疗设备以减少患者的移动、医护人员跨区域医疗等，不仅降低了设备使用效率及人员工作效率，同时增加了能耗。由此可见，建设医院前应科学设定规模大小，避免规模过大导致效率低下。

既有医院建筑如何提高能效，可以从技术效率分析中找到答案。研究表明，29家医院中19家技术效率有效，其中：7家综合医院，占综合医院总数的63%；9家专科医院，占专科医院总数的64%；3家中医医院，占中医医院总数的75%。因此，上海市29家市级医院能源利用有效比例超过半数，达到66%。研究对于34%能效较低的无效单元，通过技术效率无效单元松弛变量分析，得到无效单元目标能耗值，再对比无效单元与高频被参考的有效单元，探究无效单元无效原因及有效单元的普遍规律。

3.2 DEA法适用于建筑能效评价

单位面积能耗、单位门急诊能耗、床均能耗等单一评价指标对能效分析角度不同，导致结论也存在矛盾，如单位面积能耗极高的医院床均能耗极低。同时，由于不同专科医院医疗业务本身差异较大，单位面积能耗、单位门急诊能耗、单位床位能耗差异较大，只根据单一指标评价能效评价专科医院能效不能正确评价医院的能效情况。而DEA模型通过自我评价和相互比较，各DMU自行寻求自身效率最大化的特定权重，将每一个DMU与其自身最优生产前沿面进行比较，该方法适用于医院这类个体差异较大的情况，从多方面综合考虑影响因素。DEA模型通过识别最优模型，通过被评价对象自行寻求自身效率最大化的特定权重来得到评价模型，所有医院最终与最优模型进行比较，能有效评价医院的能效。

3.3 提高病种收治难度是提升医院综合效率方式

从松弛变量分析可以发现，综合医院提升能效主要靠建筑节能手段，而专科医院除了节能外，提升收治病种难度也是手段之一。这与近几年政策对医院发展从规模扩张转向提质增效的模式是一致的，而优化病种结构就是一个重要抓手，使病种难度与资源消耗相匹配是提升医院综合效率的方式之一。

· 作者声明本文无实际或潜在的利益冲突