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El diseño sostenible del Hospital Comunitario Weed Army va más allá de la llamada del deber

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En las profundidades del desierto de Mojave, en la remota comunidad de Fort Irwin, en el sur de California, los soldados se preparan para ser desplegados en el principal centro de entrenamiento de combate del Ejército. Cada año, la instalación tiene la misión de recibir y entrenar rotaciones de visita de unidades de batallón y brigada, con un tamaño de entre 4.000 y 6.000 soldados.

Durante una rotación, esta población transitoria puede casi duplicar el tamaño de la comunidad del fuerte. El entorno de entrenamiento es conocido por su capacidad para utilizar sistemas tácticos y municiones, en lugar de simulaciones, creando un entorno altamente complejo, rápido y peligrosamente realista.

Aquí, a un equipo de diseño se le encomendó la tarea de planificar un hospital de misión crítica de 216.338 pies cuadrados que pudiera atender mejor las necesidades de atención médica de más de 10.000 soldados y sus familias que las instalaciones de 50 años de antigüedad a las que reemplazó.

El equipo trabajó a un ritmo acelerado a través de los requisitos de múltiples agencias interesadas para visualizar y crear el Weed Army Community Hospital - el primer hospital del Departamento de Defensa (DOD) en lograr la certificación LEED Platinum y uno que está en camino de lograr un rendimiento energético neto cero y neutro en carbono.

Altamente eficiente

A unas 40 millas de la ciudad más cercana, con el calor del sol golpeando hacia abajo, la instalación tendría que ser altamente eficiente y resistente con servicios públicos confiables para sobrevivir a las duras condiciones y a la ubicación aislada.

Los objetivos de diseño primario incluían proporcionar atención médica moderna, adaptada para apoyar a la comunidad militar remota y el entorno de entrenamiento; conservar los recursos con sistemas eficientes y confiables; y proporcionar atención médica autosuficiente con un impacto ambiental mínimo para la comunidad.

Para proporcionar una gama completa de servicios de salud de alta calidad, se evaluaron las necesidades actuales y futuras de la comunidad para llegar a un programa complementario que incluía clínicas ambulatorias de atención primaria, salud de la mujer, salud del comportamiento, cirugía, optometría y salud ocupacional. Las áreas de apoyo para el diagnóstico y el tratamiento incluyen los departamentos de emergencia, radiología y farmacia.

Las funciones para pacientes hospitalizados incluyen una sala médico-quirúrgica con 10 habitaciones para pacientes hospitalizados de una sola cama y una sala de maternidad con cinco habitaciones para trabajo de parto, parto, recuperación y posparto de una sola cama, una sala de cesáreas y una guardería.

El servicio de urgencias (SUH) cuenta con múltiples salas de examen para tratar una amplia gama de tipos de pacientes y afecciones, así como una sala de trauma. Adyacente a la entrada del SUH hay un helipuerto construido para recibir aviones militares y civiles de evacuación médica. Con el centro de trauma más cercano a más de 110 millas del Fuerte Irwin, las capacidades quirúrgicas de emergencia y urgencia eran imperativas.

A medida que el programa cobró vida, el equipo de diseño siguió las directivas militares de clase mundial, incorporando principios de diseño basados en la evidencia para mejorar la salud, el bienestar y la seguridad del personal y de los pacientes. Los espacios incluyen áreas de descanso para el personal, alojamiento para miembros de la familia, controles de pacientes, amplia iluminación diurna y distancias de viaje limitadas. Además, el equipo de diseño incorporó principios para promover un ambiente interior caluroso y conectar a los pacientes con el exterior.

Las habitaciones de los pacientes, los espacios de trabajo y las áreas de huéspedes ofrecen abundante luz natural y vistas panorámicas de las montañas y el terreno circundante. Un comedor al aire libre con vista a la cima y un jardín de sanación fueron consideraciones de diseño para reducir el estrés.

Evaluación de las opciones energéticas

Para cumplir con las expectativas del DOD y el cronograma acelerado del proyecto, un paso inicial crítico del proceso de diseño fue proporcionar conceptos para la evaluación preliminar para que los militares pudieran visualizar las opciones de diseño, considerar los datos comparativos respectivos y aprobar las decisiones. Utilizando un eficiente proceso charrette y una plataforma paramétrica basada en el modelado de información de construcción (BIM), el equipo desafió los flujos de trabajo lineales tradicionales de un programa típico, completando el diseño en el 40 por ciento del tiempo asignado habitualmente para un proyecto complejo de DOD de este tamaño.

La tecnología BIM facilitó la integración de múltiples equipos de proyecto, creando un entorno en tiempo real en el que los miembros del equipo podían trabajar en tándem para generar un entregable unificado. La capacidad de realizar controles de calidad y validación de programas, junto con un enfoque innovador de la programación, ayudó a agilizar el proceso de diseño.

Al principio del diseño del concepto, el equipo redujo una docena de configuraciones diferentes a cuatro opciones distintas, todas las cuales apoyaban el programa médico. Los modelos energéticos de cada opción se evaluaron en función de la medida en que cada diseño cumplía los objetivos de conservación de energía del proyecto. Sin este rápido proceso de toma de decisiones, se habrían perdido valiosos logros en materia de diseño y sostenibilidad.

La primera tarea del esfuerzo de diseño del concepto fue crear un modelo energético de línea de base que cumpliera con los estándares mínimos de eficiencia para comparar los ahorros potenciales de energía de las diversas estrategias y medidas de conservación consideradas en el diseño.

Durante el diseño de los sistemas arquitectónicos y mecánicos, se utilizaron tanto el modelado energético como los procedimientos de análisis de costes del ciclo de vida (LCCA) para garantizar una instalación saludable, respetuosa con el medio ambiente y rentable. Se utilizó el modelo energético para definir los patrones de consumo de energía y priorizar los esfuerzos de reducción en el diseño. La LCCA se utilizó para comparar los ahorros de una estrategia de diseño o medida de conservación propuesta con cualquier costo adicional, como el mantenimiento. El uso combinado de modelos energéticos y decisiones validadas por la LCCA adoptadas en el diseño, incluyendo HVAC eficiente, material reflectante para techos, iluminación natural, ventanas y clerestories para proporcionar iluminación diurna, dispositivos de sombreado para minimizar el calor de la radiación solar, pavimento de colores claros para reducir el efecto de isla de calor, orientación óptima de los edificios para la radiación solar y un primer piso parcialmente subterráneo.

Medidas de eficiencia energética

El modelo de energía fue utilizado por el equipo para analizar las iniciativas preliminares que equilibraban los ahorros futuros con los costos iniciales. El equipo adoptó las siguientes medidas importantes de eficiencia energética que añadieron menos del 2 por ciento al costo total del proyecto y tuvieron un retorno de la inversión de menos de 10 años:

Calderas y controles de condensación. El uso de calderas de condensación con bajas temperaturas del agua de retorno maximiza la eficiencia de la caldera al capturar eficazmente el calor latente de los gases de escape. Las calderas de condensación tienen un mayor coste inicial, pero un menor coste del ciclo de vida cuando se considera un menor consumo de energía. Esta medida también incluye la adición de motores de alta eficiencia.

Planta enfriadora. Los enfriadores refrigerados por agua con torres de enfriamiento se consideraron los más rentables durante el ciclo de vida, incluso si se considera el consumo adicional de agua y el mantenimiento.

Unidades de tratamiento de aire. Las unidades de tratamiento de aire con carcasas sobredimensionadas y velocidades de flujo bajas están diseñadas para reducir la potencia. Además, en todos los ventiladores de alimentación y retorno se especifican motores de alta eficiencia con variadores de frecuencia variable.

Diseño de iluminación. El uso de criterios de diseño refinados con fuentes de luz y controles de máxima eficacia reduce significativamente el consumo de energía. Los controles de ocupación se utilizan para apagar las luces en áreas desocupadas. Además, los niveles de doble iluminación son una opción en muchos espacios.

Fenestración. Se eligió un acristalamiento aislante de alto rendimiento para optimizar el ahorro de energía en el clima de Fort Irwin. El coeficiente de ganancia de calor solar igualó las recomendaciones de la norma ASHRAE, pero la tasa de montaje de la pérdida de calor fue el doble de la norma ASHRAE con un valor U de 0,28. El porcentaje de ventanaje se redujo con ventanas perforadas, y con enjutas y paneles metálicos en la pared de la cortina.

Aislamiento. El pago por los valores de aislamiento mejorados es mayor que el LCCA de 25 años, pero está dentro de la vida útil del edificio, y el costo adicional puede ser justificado. En R-38 para los techos, R-22 para las paredes y R-19 para los pisos, el edificio cumplió o excedió las normas ASHRAE para el clima de Fort Irwin.

Conservación del agua. La conservación del agua fue quizás la medida de eficiencia energética más importante, considerando el entorno desértico del Fuerte Irwin. La instalación de artefactos de bajo flujo redujo el uso de agua en un 30 por ciento, o cerca de 1.6 millones de galones anuales, lo que reducirá el uso de agua caliente y ahorrará un estimado de 4,314 termias por año.

Las estrategias de diseño pasivo impactaron las principales opciones de diseño arquitectónico relacionadas con la concentración, orientación y ubicación de los edificios. Las decisiones sobre el agrupamiento de los hospitales se tomaron en forma temprana y reflejan el programa clínico de las zonas de pacientes hospitalizados, ambulatorios, diagnósticos y de tratamiento. Los patrones de consumo de energía difieren entre estas tres zonas, mientras que cada una contribuye al patrón de uso total.

Con el objetivo del DOD de reducir la dependencia de los combustibles fósiles, el equipo de diseño aprovechó la oportunidad de utilizar los fondos destinados a la energía renovable para ir más allá de los mínimos definidos, lo que dio lugar a la ampliación de los objetivos de sostenibilidad. El equipo del proyecto hizo todo lo posible por incorporar el énfasis del ejército en el uso responsable de los recursos fiscales y ambientales y lograr operaciones de eficiencia energética muy por debajo de la media nacional de los hospitales.

Para aprovechar al máximo los recursos naturales del lugar e impactar positivamente la vida del hospital, la generación de energía solar y las medidas de eficiencia hídrica fueron las primeras consideraciones de diseño. En última instancia, se incluyeron un sistema de calefacción de agua caliente solar térmica y un conjunto de paneles solares fotovoltaicos montados en el suelo, lo que permitió la autosuficiencia energética y se centró en los reembolsos de incentivos a las empresas de servicios públicos de hasta 1,5 millones de dólares.

Se esperaba que las estrategias pasivas y las medidas de conservación redujeran el uso de energía en un 33,2 por ciento por debajo de un diseño estándar de código mínimo. Se esperaba que estas medidas de conservación tuvieran un impacto ambiental positivo al reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en más de 4.656 toneladas métricas al año por debajo de la línea de base conforme al código y ahorrar más de 300.000 dólares al año en costos de energía. Los gastos adicionales para estas medidas ascienden a menos del 1 por ciento del presupuesto total del proyecto y se proyecta que tendrán un retorno de la inversión de menos de cinco años debido al ahorro de energía.

Antes de la fase de diseño, hubo varios cambios en la forma en que los militares veían la sostenibilidad energética en la construcción - evolucionando desde la certificación de su propio diseño y construcción, y la transición a un modelo LEED de evaluación de sostenibilidad de terceros.

Además de obtener el estatus LEED Platinum del U.S. Green Building Council, el Weed Army Community Hospital será el primer hospital militar del país en generar todas sus necesidades de energía a partir de fuentes de energía limpia y sistemas de energía renovable. La investigación ha sugerido estrategias para que los hospitales puedan reducir significativamente los gastos de energía, pero son pocos los que aún no han alcanzado el nivel de ahorro de energía que logrará Fort Irwin. Como tal, este hospital servirá de modelo para futuras instalaciones militares de atención médica.

Pruebas y verificación

En la fase de diseño se inició un enfoque de puesta en servicio del edificio total para verificar y documentar que el rendimiento del hospital y de sus sistemas cumpliera con la intención y los requisitos del cliente en cuanto al diseño. Esto implicó el compromiso temprano de una autoridad de puesta en servicio para la participación a través de las fases de prediseño, diseño, construcción, ocupación y garantía. Si bien la puesta en marcha de la construcción total es un esfuerzo de equipo, la continuidad de una autoridad de puesta en marcha de principio a fin resultó beneficiosa.

Los sistemas y equipos a ser comisionados fueron determinados durante el desarrollo del alcance del proyecto, junto con las funciones y responsabilidades del equipo de comisionado. Los sistemas encargados incluyen sistemas mecánicos, eléctricos, de fontanería, de energía renovable, de protección contra incendios y de alarma contra incendios (junto con su interoperabilidad con los sistemas mecánicos, eléctricos y de seguridad), de telecomunicaciones y distribución de datos, sistemas integrados de seguridad y determinados aspectos de la envolvente del edificio, incluidos el techo y el muro cortina.

Se completaron dos revisiones de los documentos de construcción antes de la licitación, y se proporcionaron especificaciones de puesta en servicio para su inclusión en el manual del proyecto. Durante la fase de construcción, las revisiones de presentación por parte de la autoridad de comisión ayudaron a identificar la información faltante relacionada con los requisitos de puesta en marcha y pruebas. Las listas de control pre-funcionales fueron completadas y distribuidas al equipo durante las revisiones de presentación. Las pruebas de rendimiento funcional se finalizaron durante la validación de la instalación y se distribuyeron a los operadores para su revisión y comentarios antes de la ejecución de la prueba.

Las reuniones semanales sobre el progreso de la puesta en marcha ayudaron a mantener la coordinación entre todos los miembros del equipo y ayudaron a identificar y hacer un seguimiento de los problemas que podrían afectar la funcionalidad del sistema y la programación del proyecto. Durante las últimas etapas de la instalación de los sistemas, se llevó a cabo la verificación de campo de las listas de comprobación pre-funcionales completadas.

A medida que el equipo pasó al período de pruebas funcionales de seis a siete meses, los sistemas se probaron primero a nivel de componentes, luego a nivel de sistemas y, finalmente, a nivel de interoperabilidad de los sistemas. El esfuerzo de prueba culminó en una prueba final de sistemas integrados, donde el servicio de energía normal fue desconectado por el proveedor de servicios públicos y el equipo buscó la pérdida involuntaria de función en los sistemas del edificio.

Al entrar el equipo en el período de pruebas funcionales, el contratista general, con la supervisión ejercida por la autoridad encargada de la comisión, finalizó el programa de capacitación del grupo de operaciones del hospital, los programas y programas asociados y los recursos de personal de capacitación. Comunicaron los resultados al equipo del proyecto y al grupo de operaciones del edificio del hospital para su revisión.

En los tres meses anteriores a la ocupación, se llevaron a cabo extensas sesiones de capacitación sobre los sistemas del edificio y se revisaron los manuales de operación y mantenimiento para confirmar el material de referencia para apoyar la operación y el mantenimiento adecuados de la instalación.

Un mes antes de la ocupación, se realizaron extensas pruebas de los sistemas de seguridad de la vida y de su interoperabilidad con los sistemas mecánicos, eléctricos, de iluminación y de seguridad. La interoperabilidad del sistema de protección infantil con la alarma contra incendios y los sistemas de seguridad se probó varias veces durante las dos últimas semanas del proyecto.

El equipo logró la prueba de repetibilidad, un paso necesario para que el Comando Médico del Ejército lograra la ocupación de los edificios. Después de la ocupación, se completaron pruebas adicionales relacionadas con el sistema fotovoltaico y la planta de calderas de calefacción. Finalmente, la autoridad de comisión trabajó estrechamente con el grupo de operaciones del hospital para asegurar que los requisitos de O&M de la instalación fueran bien entendidos. Este apoyo al grupo de operaciones del hospital continúa hoy en día.

La autoridad de comisión regresó al hospital dos veces durante el primer año de operación para evaluar la funcionalidad durante la ocupación y realizar pruebas de seguimiento. Ellos han permanecido en contacto con el grupo de instalaciones, monitoreando su progreso en el aprendizaje de la instalación y asistiendo cuando ha sido posible.

El Hospital Comunitario Weed Army aprobó recientemente la primera evaluación completa de la Comisión Conjunta con calificaciones excepcionales, un gran logro para una instalación tan compleja situada en un entorno extremo.

Un entorno de este tipo requiere una vigilancia operacional constante para proteger la instalación de los efectos de la inestabilidad energética, así como de los impactos negativos de la calidad del agua y su potencial para impactar en sistemas mecánicos complejos. Los servicios públicos de los edificios deben funcionar correctamente y estar en concierto entre sí.

A medida que las instalaciones se vuelven más complejas, aumenta la dependencia de los complicados sistemas de control automatizados, lo que exige tanto la integración para compartir información como la interoperabilidad para un funcionamiento adecuado. La carga de una integración adecuada recae en gran medida en los operadores de las instalaciones.

La validación por parte de Commissioning de la intención del diseño y los requisitos del cliente ponen los toques finales a este increíble viaje para llevar atención médica de clase mundial a la comunidad de Fort Irwin y ha ayudado a hacer del Weed Army Community Hospital un lugar muy popular en la instalación.

Experiencias positivas

Desde su apertura, ha habido un aumento en las experiencias positivas de tratamiento de salud, con pacientes que han expresado su amor por la nueva instalación debido a la gran naturaleza del edificio, los espacios cómodos y el enfoque en el bienestar del personal y de los pacientes.

Hasta la fecha, el Weed Army Community Hospital ha recibido numerosos premios locales y nacionales, incluyendo el Premio de Honor del Jefe de Ingenieros por Diseño Conceptual por demostrar una innovación excepcional en el diseño de instalaciones médicas militares.

El año pasado, el hospital recibió el Premio al Mérito del American Institute of Architects (AIA) de Orlando (Florida) por su ejemplar "arquitectura construida" y, de nuevo, en 2018, ganó el Premio al Mérito de la AIA por su sostenibilidad. El hospital también fue reconocido por el U.S. Green Building Council, Capítulo de Los Ángeles, como el Proyecto Municipal del Año y por su certificación LEED Platinum durante la Conferencia y Expo Municipal de Edificios Verdes de 2019