煤礦采空區(qū)建筑設(shè)計(jì)中的約束與創(chuàng)造應(yīng)用探討

王俊明

福建省建筑輕紡設(shè)計(jì)院，福建 福州 350000

改革開發(fā)以來，我國(guó)煤礦開采蓬勃發(fā)展，開采秩序及管理較為混亂，法無序的亂采濫挖在一些礦山及其周邊留下了大量的采空區(qū)。隨著歷史的發(fā)展，一些區(qū)域曾經(jīng)是采空區(qū)的區(qū)域現(xiàn)已成為城市的郊區(qū)或市中心，采空區(qū)成為影響城市建設(shè)與發(fā)展的主要制約因素之一，對(duì)采空區(qū)形態(tài)的研究及土地利用進(jìn)行合理的調(diào)整，完善采空區(qū)建設(shè)規(guī)范，對(duì)采空區(qū)附近相關(guān)設(shè)施進(jìn)行改善，以提供采空區(qū)的利用率［1］。

基于采空區(qū)問題的長(zhǎng)久性及復(fù)雜性，我國(guó)對(duì)采空區(qū)的治理、規(guī)劃和建設(shè)仍處于初步階段，實(shí)際案例不足。運(yùn)用大數(shù)據(jù)思維，對(duì)基礎(chǔ)資料進(jìn)行收集、分析研究，顯的尤為重要，以山東省濟(jì)南市萊蕪區(qū)為例，采空區(qū)用地作為城市用地系統(tǒng)的組成部分，需要在城市整體規(guī)劃發(fā)展戰(zhàn)略中做明確的定位。

1 項(xiàng)目概況

公園道1 號(hào)項(xiàng)目位于山東省濟(jì)南市萊蕪區(qū)，項(xiàng)目由11 棟6 層多層住宅，2 棟10 層中高層住宅，15 棟22-33 層高層住宅及1 棟5 層幼兒園組成，項(xiàng)目定位為高端住宅小區(qū)，小區(qū)東側(cè)公園自然生態(tài)保護(hù)較好，空氣清新，是一塊獨(dú)具風(fēng)格，風(fēng)景宜人的寶地。本項(xiàng)目處于采空區(qū)位置，是山東省首例在采空區(qū)上建設(shè)百米高層的住宅小區(qū)。

2 創(chuàng)造與約束之間的關(guān)系

建筑工程施工中，內(nèi)外部因素均會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)者需創(chuàng)新建筑工程方案，加強(qiáng)工程施工的整體效果。在建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)以傳統(tǒng)建筑理念為基礎(chǔ)創(chuàng)新現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)，根據(jù)不同時(shí)期的建筑文化，科學(xué)控制建筑設(shè)計(jì)約束。同時(shí)，設(shè)計(jì)也要理清創(chuàng)造與約束的關(guān)系。約束對(duì)創(chuàng)新有促進(jìn)和約束雙重作用。約束與創(chuàng)造的差異明顯，但內(nèi)部聯(lián)系也格外緊密。為了創(chuàng)作出更加優(yōu)秀的作品，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行大量的實(shí)踐和探索，推動(dòng)了現(xiàn)代建筑的形成［2］。

現(xiàn)代建筑的經(jīng)濟(jì)性、美觀性和實(shí)用性優(yōu)勢(shì)明顯，其順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展的整體趨勢(shì)?，F(xiàn)代建筑展現(xiàn)了約束與創(chuàng)造之間的聯(lián)系。無約束就無創(chuàng)造，設(shè)計(jì)人員要打破思維的局限，銳意創(chuàng)新，從而為建筑企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

3 建筑設(shè)計(jì)約束

3.1 項(xiàng)目用地的安全性論證

山東省濟(jì)南市萊蕪區(qū)公園道1 號(hào)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)位于原鄂莊煤礦礦區(qū)，分布有4 煤和7 煤采空區(qū)，建設(shè)單位委托勘察與評(píng)估單位、物探單位分別進(jìn)行了擬建場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估、工程物探及巖土工程勘察工作；并于2016 年6 月16 日及7 月8 日召開了場(chǎng)區(qū)采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的專家論證會(huì)，與會(huì)專家提出了進(jìn)一步收集和調(diào)查采空區(qū)礦區(qū)資料、合理選取空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)參數(shù)、細(xì)化采空區(qū)變形驗(yàn)算內(nèi)容和過程、加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)工作的建議，勘察與評(píng)估單位、物探單位根據(jù)專家意見補(bǔ)充完善了相關(guān)工作。根據(jù)該項(xiàng)目最終的巖土工程勘察報(bào)告及物探報(bào)告，結(jié)合最新規(guī)劃方案，形成專家意見：a、場(chǎng)地穩(wěn)定性等級(jí)為基本穩(wěn)定，場(chǎng)地工程建設(shè)適宜評(píng)價(jià)等級(jí)為基本適宜；其他場(chǎng)地穩(wěn)定性等級(jí)為穩(wěn)定，場(chǎng)地工程建設(shè)適宜評(píng)價(jià)等級(jí)為適宜；b、變形驗(yàn)算不僅要考慮采空區(qū)對(duì)建筑物的影響，后期還有地基沉降變形累加的因素，設(shè)計(jì)過程匯總應(yīng)給予足夠重視；c、萊蕪地區(qū)在采空區(qū)上進(jìn)行高層住宅建設(shè)還缺乏類似工程經(jīng)驗(yàn)，施工及使用過程應(yīng)加強(qiáng)變形觀測(cè)，并制定相應(yīng)措施。

公園道1 號(hào)建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)過勘察與評(píng)估單位、物探單位、及我院地勘專家多輪的論證，評(píng)估工作程序符合有關(guān)技術(shù)要求，最終形成地質(zhì)危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告，經(jīng)專家評(píng)審，“報(bào)告”同意通過專家組評(píng)審。場(chǎng)地符合建設(shè)要求，需要采取一定的措施。

3.2 采空區(qū)上總圖的布置

當(dāng)代住宅小區(qū)的功能日漸完善，環(huán)境更加適宜，安全性逐步提高。居住與采空區(qū)相對(duì)位置不同時(shí)，則地表殘余變形值也不同，采空區(qū)邊緣的殘余變形增加較采空區(qū)的殘余變形增加量為大。建筑物體荷載布置在采空區(qū)邊緣，引起的地表殘余變形較大，而在采空區(qū)中心，由于采動(dòng)充分，壓實(shí)較好，荷載引起的地表殘余變形較小。因此，在采空區(qū)上修建建筑物時(shí)，盡量避免修建在采空區(qū)邊緣提高住宅小區(qū)的安全性。

公園道1 號(hào)建設(shè)項(xiàng)目居家環(huán)境突出以人為本的理念，講究人性化與人文化，在住宅選擇過程中，不單純追求使用功能，更多考慮居住空間的安全。考慮到以上因素，并結(jié)合采空區(qū)的位置，通過優(yōu)美的環(huán)境、合理的空間、方便的出行愉悅的心情、快樂的生活，打造健康人居，塑造綠色與舒適安全的居住空間是居住小區(qū)設(shè)計(jì)的宗旨。

3.3 采空區(qū)上單體平面的布置

從以上3.1 條項(xiàng)目用地的安全性論證，我們可以得出公園道1 號(hào)建設(shè)項(xiàng)目范圍內(nèi)，采空區(qū)的覆蓋層能夠在長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，也就是上部建筑物的地基是穩(wěn)定的，這時(shí)采空區(qū)對(duì)上部建筑的影響可以忽略不計(jì)。但實(shí)際上，采空區(qū)的地基是復(fù)雜的，也可能在建筑物的使用過程中遭受其它不利因素的影響，如地震等因素，引起場(chǎng)地的沉降變形。所以說建筑物仍存在一定的安全隱患，必須在設(shè)計(jì)過程中采取一定的措施。根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采空區(qū)上部建筑的建筑處理措施主要有以下幾種：a、建筑物體型力求簡(jiǎn)單，以矩形為宜，避免立面高低起伏；b、3 層及以上建筑物單體長(zhǎng)度以20-30 米為宜，嚴(yán)格控制建筑物的長(zhǎng)高比，單體過長(zhǎng)應(yīng)設(shè)置沉降縫；c、嚴(yán)格控制建筑物的層數(shù)和高度；d、框架結(jié)構(gòu)采用完全現(xiàn)澆，不宜采用裝配結(jié)構(gòu)［3］；

本項(xiàng)目單體長(zhǎng)度控制在30 米左右，設(shè)置沉降縫，提高單元結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度，抗震設(shè)計(jì)適當(dāng)提高；多層建筑每個(gè)樓梯位之間均設(shè)置沉降縫，沉降縫之間的間距適當(dāng)加大，按照200mm設(shè)計(jì)（圖1）；高層建筑結(jié)構(gòu)軸線之間的距離控制在2.0 米之間，沉降縫之間的間距適當(dāng)加大，按照400mm 設(shè)計(jì)（圖2）。萊蕪地區(qū)在采空區(qū)上進(jìn)行高層住宅建設(shè)還缺乏類似工程經(jīng)驗(yàn)，施工及使用過程應(yīng)加強(qiáng)變形觀測(cè)，并制定相應(yīng)措施。

圖1 多層標(biāo)準(zhǔn)層平面

圖2 高層標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

3.4 建筑的美觀性與經(jīng)濟(jì)實(shí)用性

美觀性通常指的是設(shè)計(jì)者深入研究建筑風(fēng)格，基于建筑規(guī)劃要求，打造滿足人們審美需求的建筑物。設(shè)計(jì)中需結(jié)合建設(shè)方對(duì)工程的基本要求，一方面注重工程的美觀性，另一方面還應(yīng)加強(qiáng)工程的實(shí)用性［4］。建筑物功能處理的過程中，設(shè)計(jì)人員要熟練把控空間造型技巧和色彩組合應(yīng)用。這里要求設(shè)計(jì)人員具備較高的美術(shù)素養(yǎng)，在設(shè)計(jì)中全面考量建筑派系、施工區(qū)域的文化、社會(huì)的政治和經(jīng)濟(jì)概況等多個(gè)影響因素。本項(xiàng)目采用Artdeco 風(fēng)格，使建筑的美觀性與經(jīng)濟(jì)實(shí)用性有機(jī)協(xié)調(diào)（圖3）。

3.5 工程現(xiàn)場(chǎng)自然條件

施工現(xiàn)場(chǎng)的自然條件涵蓋了氣候、地形地勢(shì)、植被覆蓋和空氣循環(huán)流動(dòng)概況等，其也表現(xiàn)在了建筑設(shè)計(jì)中墻面的保溫隔熱效、防排水系統(tǒng)的性能、結(jié)構(gòu)抗風(fēng)、抗震及光照等多個(gè)方面。設(shè)計(jì)人員要在設(shè)計(jì)中全面考量以上問題，注重設(shè)計(jì)的質(zhì)量。此外，施工現(xiàn)場(chǎng)的建筑功能環(huán)境，附近的交通環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)概況等也是不可忽視的重要因素。

4 建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)造

4.1 總平面規(guī)劃構(gòu)造

未來城市建筑發(fā)展中，集約化居住活動(dòng)是主要的發(fā)展趨勢(shì)，該方案集中了住宅、停車、社區(qū)生活服務(wù)等設(shè)施。現(xiàn)代生活標(biāo)準(zhǔn)越來越高，而綠化環(huán)境成為了居住空間設(shè)計(jì)中的重要元素。

設(shè)計(jì)中應(yīng)以基地入口或近端的三個(gè)節(jié)點(diǎn)為設(shè)計(jì)核心。小區(qū)所有住宅均要以花園為中心布置，美化居住小區(qū)的環(huán)境。再者，沿軸線延伸的方向鋪地綠化，以期控制景觀的視覺效果。小區(qū)北向和西北向的道路結(jié)構(gòu)應(yīng)與小區(qū)的道路景觀軸線貫通，并放大軸線上的空間節(jié)點(diǎn)，打造開放空間，從而為居民提供高質(zhì)量的服務(wù)。

結(jié)合公園道1 號(hào)小區(qū)的實(shí)際情況，科學(xué)配置不同類型的用地比例，確保方案切實(shí)可行，且始終堅(jiān)持統(tǒng)一規(guī)劃、分期實(shí)施和遠(yuǎn)近結(jié)合的原則，保證用地規(guī)劃布局的科學(xué)性及合理性。住宅布局中，需重視住宅的空間打造，采用對(duì)稱布局方式，限定住宅單體造型和空間，并全面結(jié)合用戶綠化環(huán)境設(shè)計(jì)，組建內(nèi)部圍合鄰里空間，利用步行綠軸串聯(lián)群組空間，進(jìn)而打造效果更加豐富且可充分體現(xiàn)人文氣息的居住環(huán)境。小區(qū)內(nèi)的安置房位于西側(cè)，其他均為商品房。設(shè)計(jì)者可利用中心花園和環(huán)形車道，將安置房和商品房充分融合，進(jìn)而提高小區(qū)住宅規(guī)劃布局的協(xié)調(diào)性。

4.2 環(huán)境與立面風(fēng)格創(chuàng)造

上世紀(jì)后期，我國(guó)科技日益進(jìn)步，生存環(huán)境也發(fā)生了較大的變化，人文主義設(shè)計(jì)理念成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，建筑環(huán)境的營(yíng)造方式也隨之發(fā)生改變。建筑設(shè)計(jì)方案不僅要保證建筑布局的合理性，凸顯小區(qū)布局與人的和諧性，還需彰顯小區(qū)的意蘊(yùn)和美感。設(shè)計(jì)中需利用自然山水意境和幾何構(gòu)圖手法，以山水為主題，采用Artdeco 建筑藝術(shù)風(fēng)格，融合建筑空間、道路空間、步行空間和水體空間，打造豐富多樣且延綿不斷的空間體系。

Artdeco 設(shè)計(jì)風(fēng)格以流暢且銳利的線條，美感較強(qiáng)的幾何造型及簡(jiǎn)潔的色素，充分彰顯了造型的動(dòng)感特質(zhì)。在設(shè)計(jì)的過程中合理應(yīng)用統(tǒng)一、簡(jiǎn)單且較為抽象的幾何抽象風(fēng)格，其是現(xiàn)代形式主義的啟盟，具有較大的影響力，表達(dá)了高層次人群的藝術(shù)追求。

高層住宅修長(zhǎng)且挺拔，高層住宅建筑主要采用黃棕色真石漆為顏料，樓層局部采用深棕灰色，展現(xiàn)了建筑群穩(wěn)重大氣的風(fēng)格，凸顯出建筑的時(shí)代感。商業(yè)主要采用棕黑色石材。設(shè)計(jì)中穿插使用了木色百葉和立面線框。多層建筑中主要采用黃棕色真石漆，樓層局部采用深棕灰色點(diǎn)綴。一層采用棕褐色的石材，一層采用淺棕褐色的真石漆，木色百葉和立面線框的交錯(cuò)使用，展現(xiàn)了明亮溫馨的色彩，同時(shí)也使建筑更具生機(jī)和活力，打造了更加優(yōu)美的小區(qū)環(huán)境，全面展現(xiàn)出小區(qū)的特色。

4.3 地下室防火墻處變形縫防火做法構(gòu)思

采空區(qū)是由人為挖掘或者天然地質(zhì)運(yùn)動(dòng)在地表下面產(chǎn)生的“空洞”，當(dāng)建筑物蓋在采空區(qū)上時(shí)，由于地下有曾經(jīng)被挖空過的歷史，采空區(qū)上的建筑都比非采空區(qū)更容易造成建筑物在使用過程中產(chǎn)生的不均勻沉降。原有變形縫之間的構(gòu)造做法為：變形縫之間填充阻火帶，面層不銹鋼蓋板飾面。由于采空區(qū)上的建筑更容易產(chǎn)生不均勻沉降，變形縫容易錯(cuò)開，使變形縫的防火阻隔失效，導(dǎo)致火災(zāi)時(shí)不能有效阻擋火災(zāi)從一個(gè)防火分區(qū)蔓延至另一個(gè)防火分區(qū)。

為此，我們針對(duì)采空區(qū)的特殊性及使用安全性設(shè)計(jì)以下做法：在兩個(gè)防火分區(qū)的變形縫位置外伸1.0 米防火墻，變形縫中間填充1.0 米長(zhǎng)的防火巖棉，當(dāng)采空區(qū)會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，兩道防火前相互錯(cuò)開之后，由于設(shè)置了外伸1.0 米防火墻，防火分區(qū)之間的變形縫還有一定的交錯(cuò)空間，交錯(cuò)空間內(nèi)均填滿防火巖棉，變形縫的防火構(gòu)造措施仍滿足防火要求，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，變形縫仍可以有效阻擋火災(zāi)從防火分區(qū)A 蔓延至防火分區(qū)B。本技術(shù)方案（圖3），能有效阻擋火災(zāi)防火分區(qū)之間火災(zāi)的蔓延，適應(yīng)采空區(qū)上建筑之間變形縫的防火做法，大大提高防火分區(qū)的安全性，能有效地把火勢(shì)控制在一定的范圍內(nèi)，減少火災(zāi)損失，同時(shí)也為人員安全疏散、消防撲救提供有利條件。

圖3 采空區(qū)變形縫防火構(gòu)造

5 結(jié)語

綜上所述，目前在建筑設(shè)計(jì)中，約束與創(chuàng)造得以廣泛應(yīng)用，二者的應(yīng)用極大地提升了建筑設(shè)計(jì)的水平，雖然采空區(qū)對(duì)建筑物的影響很大，但是只要在工程設(shè)計(jì)、施工及使用過程中分別采取可行的措施，采空區(qū)的地基的影響是可以有效消除的。在設(shè)計(jì)之初度采空區(qū)進(jìn)行可靠的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，對(duì)采空區(qū)有充分認(rèn)識(shí)之后，再采取可行的設(shè)計(jì)方法。我們需在建筑設(shè)計(jì)發(fā)展中科學(xué)把控二者之間的關(guān)系，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方案，完善建筑布局，使采空區(qū)的影響降到最低，以此滿足社會(huì)的不斷發(fā)展對(duì)土地大量的需求。