市政綜合管廊理念在特殊功能場館中的應(yīng)用

郎路光，朱旭城，熊煥然，劉明杰，申 錢，王孝磊

（中建三局集團(tuán)有限公司 工程總承包公司，湖北 武漢 430000）

機(jī)電系統(tǒng)是建筑的筋脈和血液，使現(xiàn)代建筑各種特殊要求下的室內(nèi)熱濕、光學(xué)、聲學(xué)環(huán)境成為可能。目前大多數(shù)建筑的機(jī)電設(shè)計(jì)均需要在功能房間內(nèi)部布置大量管線、擠占室內(nèi)空間[1]；在樓層設(shè)置專用機(jī)房從而壓縮了總體功能區(qū)的面積。在大型單層場館設(shè)計(jì)中，通過消隱式機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)將以上問題的影響降至最低，具體思路是在地下設(shè)置管線夾層和管溝，不占用室內(nèi)空間和墻面，實(shí)現(xiàn)管線的隱匿和室內(nèi)空間的輕靈與極簡。

1 工程概況

圖1 濟(jì)寧市美術(shù)館實(shí)景照片

如圖1 所示，濟(jì)寧市美術(shù)館建筑功能為一座集美術(shù)陳列、培訓(xùn)、創(chuàng)作、交流學(xué)習(xí)、展品收藏、辦公以及休閑娛樂等功能為一體的現(xiàn)代化美術(shù)館。建筑主要由4 個(gè)展廳和1 個(gè)特殊展品陳列室組成，展廳和展廳之間由走道連接。工程管線綜合及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要為滿足以上功能區(qū)域使用要求，同時(shí)符合建筑空間輕靈及極簡的設(shè)計(jì)理念。

2 功能空間布局

根據(jù)消隱式建筑設(shè)計(jì)的理念，地上建筑面積受到空間布局的影響大幅縮減，美術(shù)館管線綜合系統(tǒng)及主要設(shè)備設(shè)置于地下，空調(diào)系統(tǒng)采用地送回風(fēng)技術(shù)，地坪送回風(fēng)式空調(diào)和頂出風(fēng)空調(diào)相結(jié)合，吊頂以上僅布設(shè)電氣、消防、弱電等必要的專業(yè)支管及末端。減少地上機(jī)電管線綜合設(shè)置，采用市政綜合管廊設(shè)計(jì)理念保障美術(shù)館各項(xiàng)使用功能（圖2）。

3 管線綜合及通風(fēng)系統(tǒng)方案選型

美術(shù)館屋面建筑造型設(shè)計(jì)為雙曲荷葉形造型，屋蓋采用內(nèi)外挑檐設(shè)計(jì)，屋蓋起伏綿延，最大高度13.6m，最小高度3.8m，為避免地上設(shè)置較多復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)影響地上總體建筑風(fēng)格及布局，選用地下共同管溝形式[3]，將機(jī)電系統(tǒng)功能房間及各類管線置于地下，空調(diào)系統(tǒng)采用地送回風(fēng)技術(shù)，地坪送回風(fēng)式空調(diào)和頂出風(fēng)空調(diào)相結(jié)合，形成分層空調(diào)，減少地上機(jī)電管線綜合設(shè)置，并提升大空間展廳空調(diào)效果，從而使效率最大化并節(jié)約能源（圖3）。

圖2 機(jī)電功能系統(tǒng)設(shè)置分析示意圖

圖3 美術(shù)館機(jī)電功能房間及主管線地下布置圖

本建筑主要由4 個(gè)展廳和1 個(gè)特殊展品陳列室組成，5 個(gè)主要的場館分別散落在荷葉的一圈之上，展廳和展廳之間由走道連接。展廳的空調(diào)送回風(fēng)均來自展廳的地面，地面下部有600mm 的夾層空間可作為展廳的送回風(fēng)腔體（又稱為一重床），管線夾層（又稱為二重床）是考慮到送回風(fēng)腔體過大（部分區(qū)域長度超過40m）而設(shè)置的安裝送回風(fēng)管道的夾層，二重床的高度約1.4m（圖4）。

圖4 地上建筑及地下機(jī)電空間剖面圖

走廊下部設(shè)計(jì)為設(shè)備共同溝，走廊設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，因此走道下部也設(shè)有一重床作為空調(diào)送回風(fēng)土建靜壓箱，高度約為600mm。管溝內(nèi)的管線以空調(diào)風(fēng)管為主，另有空調(diào)冷熱水供回水管、電氣專業(yè)橋架、主要的給水排水管道、消防供水管道等。共同溝在建筑地下成環(huán)敷設(shè)，寬度約為3.8m，高度4.05m，便于檢修人員自由通行（圖5）。

圖5 共同溝綜合管線圖

4 氣流分析及系統(tǒng)優(yōu)化

濟(jì)寧美術(shù)館作為展覽建筑，為保證室內(nèi)空間良好的人體舒適度，針對空調(diào)地送風(fēng)構(gòu)造進(jìn)行氣流模擬分析。送風(fēng)口風(fēng)速設(shè)定為2.5m/s，溫度設(shè)定為25℃，室內(nèi)正壓7.0Pa。選擇具有代表性的2 號(hào)展廳為例，采用CFD 數(shù)值模擬對兩種風(fēng)口設(shè)置方案進(jìn)行對比分析（新風(fēng)量一致，比較不同布置方式對室內(nèi)風(fēng)速的影響[2]）。矩形風(fēng)口氣流模擬如圖6～圖8 所示。

圖6 矩形送回風(fēng)口布局平面圖

圖7 風(fēng)速的絕對值圖（z=1.2m平面）

圖8 風(fēng)速的速度矢量圖（z=1.2m平面）

條形風(fēng)口氣流模擬如圖9～圖11 所示。

圖9 條形送回風(fēng)口布局平面圖

圖10 風(fēng)速的絕對值圖（z=1.2m平面）

圖11 風(fēng)速的速度矢量圖（z=1.2m平面）

由兩種方案風(fēng)速絕對值、速度矢量圖模擬分析結(jié)果可以看出，兩種方案中平均風(fēng)速均不大于0.2m/s，風(fēng)速流向均勻有序未出現(xiàn)紊流。但條形送風(fēng)口、回風(fēng)口的設(shè)置方案風(fēng)速絕對值更?。⒚婕?.2m 平面），1.2m 平面風(fēng)速矢量亦更加均勻，游客在展室內(nèi)感受到的風(fēng)壓更加平緩，人體舒適度更佳，由此選擇條形送風(fēng)口及回風(fēng)口布置。

5 管廊式BIM管線綜合布置技術(shù)

由于本工程部分設(shè)備機(jī)房位于地下空間，難以充分考慮其內(nèi)部設(shè)備大小、位置以及管線的布置，造成機(jī)房的平層設(shè)計(jì)及空間設(shè)計(jì)緊湊不足或空置浪費(fèi)。因此通過BIM 模型復(fù)核管線、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等空間關(guān)系，嚴(yán)密控制施工中的誤差，形成科學(xué)合理的排布方案[4]。

通過BIM 技術(shù)，將多專業(yè)圖紙三維模型進(jìn)行融合，通過碰撞檢查進(jìn)行管線的排布以及建筑空間、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸位置的微調(diào)，保證機(jī)房綜合設(shè)計(jì)滿足功能需求[5]。

5.1 凈高分析

曲面屋蓋的特殊性，使得美術(shù)館各個(gè)空間標(biāo)高需要通過模型來復(fù)核，通過各室內(nèi)空間進(jìn)行剖切，查看最大凈空情況，合理布置橋架、管線、吊頂位置，最大化增加室內(nèi)可利用凈高，拓展使用功能（圖12）。

圖12 功能房間凈高分析

5.2 地下空間管線排布

如圖13 所示，地下空間設(shè)備機(jī)房涉及送回風(fēng)、排風(fēng)、消防、強(qiáng)弱電等多種管線綜合布置，利用BIM 模型和三維實(shí)景模型的結(jié)合復(fù)核管線空間關(guān)系，根據(jù)不同排布方案創(chuàng)建不同的三維展示模型，在多方協(xié)調(diào)時(shí)進(jìn)行三維模型展示，輔助多種管線排布方案比選。立體綜合管溝式管線排布方案在豎向不同標(biāo)高設(shè)置不同種類管線，水平方向上相互交錯(cuò)，保證在各類管線能夠在要求的距離上布置向地上空間延伸，管線間互不影響。

圖13 地下空間設(shè)備機(jī)房管線綜合排布

5.3 管廊式BIM碰撞檢測分析

碰撞檢測主要應(yīng)用于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，一是對管線模型及結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查，確定受管線影響的結(jié)構(gòu)區(qū)域，以及與結(jié)構(gòu)施工過程中相互影響的管線，便于前期方案編制；二是在管線模型排布完成后，用于核查排布方案，進(jìn)一步消除錯(cuò)漏碰缺。

6 結(jié)語

在房建工程中創(chuàng)新應(yīng)用綜合管廊設(shè)計(jì)理念，將機(jī)電系統(tǒng)功能房間及各類管線置于地下管廊中。采用封閉空腔地送回風(fēng)技術(shù)，形成分層空調(diào)，采用CFD 計(jì)算分析、優(yōu)化送回風(fēng)系統(tǒng)；利用BIM 技術(shù)模擬優(yōu)化狹小腔體管廊管線綜合排布，實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)的消隱式設(shè)置。