探討地埋式凈水處理廠設(shè)計(jì)的新手法

張纖妍

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東廣州 510060）

0 引言

全球氣候變暖不斷地向人類敲響警鐘，已經(jīng)嚴(yán)重影響到人類的生存和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。人們高速運(yùn)轉(zhuǎn)的生活及生產(chǎn)加速了對(duì)自然資源的消耗和污染，其中淡水資源的匱乏問(wèn)題尤為顯著。綠地的保護(hù)以及提升水資源的利用成為改善生態(tài)環(huán)境的一個(gè)重要手段。使用新設(shè)計(jì)手法的地埋式凈水處理廠比以往的設(shè)計(jì)更正契合這一理念，積極改善水體質(zhì)量增加再利用率的同時(shí)，充分利用地下空間可以最大限度將地面的景觀綠地留給市民。

本文將圍繞同為日處理污水量為20萬(wàn)m3/d兩個(gè)凈水處理廠的真實(shí)案例，通過(guò)其對(duì)規(guī)劃條件的適應(yīng)性、總圖布置對(duì)市民可用綠地率的影響、廠區(qū)生產(chǎn)及市民活動(dòng)流線、采光通風(fēng)、消防等方面進(jìn)行對(duì)比分析，探討兩個(gè)種設(shè)計(jì)手法的優(yōu)缺點(diǎn)。望本文能為相關(guān)工程提供參考。

1 用地條件的適應(yīng)性

城市的快速發(fā)展使土地資源緊缺促使我們發(fā)掘地下空間，近年建設(shè)的凈水處理廠大多選擇地埋式，地面只留少數(shù)必要的附屬設(shè)施建筑。但遇到特殊規(guī)劃條件時(shí)，我們不得不思考設(shè)計(jì)手法的創(chuàng)新和靈活性。實(shí)例一的凈水處理廠采用原設(shè)計(jì)手法，以下簡(jiǎn)稱原手法項(xiàng)目；實(shí)例二的凈水處理廠采用新設(shè)計(jì)手法，以下簡(jiǎn)稱新手法項(xiàng)目。

原手法項(xiàng)目：設(shè)計(jì)規(guī)模為20萬(wàn)m3/d的凈水廠，項(xiàng)目位于廣州市，用地北側(cè)不遠(yuǎn)處為軍用機(jī)場(chǎng)，廠區(qū)處于機(jī)場(chǎng)凈空區(qū)方位內(nèi)。經(jīng)申報(bào)軍方后，場(chǎng)地距離機(jī)場(chǎng)跑道中心線120m處地面不可有凸起物，260m處限高為12m。受機(jī)場(chǎng)凈空的高度限制，場(chǎng)地內(nèi)的管理用房只能建設(shè)在距離跑道中心線260m以南。按原來(lái)的設(shè)計(jì)手法凈水處理廠的管理用房（生產(chǎn)調(diào)度中心）位置距離用地北邊的主出入口和規(guī)劃路較遠(yuǎn)處，建筑高度也受到了用地條件的限制。

新手法項(xiàng)目：設(shè)計(jì)規(guī)模為20萬(wàn)m3/d的凈水及16萬(wàn)m3調(diào)蓄設(shè)施，項(xiàng)目位于成都市的環(huán)城生態(tài)區(qū)。環(huán)城生態(tài)區(qū)內(nèi)立法保護(hù)和規(guī)劃建設(shè)，打造“八十公里環(huán)城綠廊”生態(tài)景觀。用地規(guī)劃條件的特殊性決定了地塊內(nèi)建筑容積率及景觀綠化有著極其嚴(yán)格的要求。規(guī)劃文件要求地塊地面建筑物凸出室外地坪不可高于0.5m，我們必須采用新的設(shè)計(jì)手法來(lái)應(yīng)對(duì)。把原來(lái)放置于地面的水廠附屬設(shè)施用房利用地下空間設(shè)計(jì)，使其符合規(guī)劃條件，同時(shí)積極遵循地方政府規(guī)劃城市公園城市的理念，融合環(huán)城生態(tài)帶的整體規(guī)劃；充分利用周邊中和濕地公園的景觀資源；同樣存在高度限制的用地條件，新的設(shè)計(jì)手法可以更靈活且破解限制條件對(duì)地面建筑設(shè)計(jì)的局限性。圖1為新手法項(xiàng)目鳥(niǎo)瞰圖。

圖1 新手法項(xiàng)目鳥(niǎo)瞰圖

2 總圖布置

2.1 對(duì)地面場(chǎng)地及綠地率的影響

凈水處理廠的總平面布置主要分設(shè)廠前區(qū)及生產(chǎn)區(qū)。廠前區(qū)包括管理建筑、生活設(shè)施建筑、輔助生產(chǎn)建筑，結(jié)合道路和綠化布置花園生態(tài)型地面景觀，局部可留給市民休閑使用。地下為主要的污水處理構(gòu)筑物。

凈水處理廠的附屬設(shè)施建筑集中布置在廠前區(qū)，因受制于水廠的安全管理需封閉處理。結(jié)合景觀綠籬或圍墻把其與市民的活動(dòng)的區(qū)域分開(kāi)。廠區(qū)的附屬設(shè)施建筑面積的大小參考《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》建標(biāo)〔2001〕77號(hào)[1]在保證廠前區(qū)的正常人流和貨流的通行同時(shí)還需設(shè)置相關(guān)道路及綠化。因此需要封閉的區(qū)域占總用地面積較大，可開(kāi)放給市民的綠地面積受到影響。如原手法項(xiàng)目的總用地面積為9.3萬(wàn)m2，廠前區(qū)需封閉面積為1.4萬(wàn)m2，占地總用地的15%。

新手法項(xiàng)目中管理用房等附屬設(shè)施建筑均布置于負(fù)一層地下空間。凈水處理廠與地面景觀公園完全分隔離開(kāi)。地面僅留必要的吊裝及逃生疏散口?？傆玫孛娣e為15.5萬(wàn)m2，除去地面必要的吊裝口、通風(fēng)口及逃生口等。僅占用地的1.7%，其余地面用地可以用于打造景觀公園，且下沉廣場(chǎng)也可設(shè)置景觀庭院，最大限度保證綠地率，積極呼應(yīng)環(huán)城生態(tài)區(qū)的打造。

2.2 廠區(qū)生產(chǎn)和市民活動(dòng)流線

原手法項(xiàng)目中，廠區(qū)工作人員與市民通過(guò)廠區(qū)北邊規(guī)劃路進(jìn)入后再分流，管理用房在廠前區(qū)圍蔽處有單獨(dú)進(jìn)出閘口，做到了封閉管理，但前半段與市民活動(dòng)流線有不可避免的交叉。其次，地下處理中心的生產(chǎn)車輛經(jīng)規(guī)劃路轉(zhuǎn)入廠區(qū)內(nèi)部道路后進(jìn)入，廠區(qū)的內(nèi)部道路有部分侵入地面公園區(qū)域需要景觀圍蔽，對(duì)于地面公園有一定影響。

然而，在新手法項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，管理用房的工作人員和地下處理中心的生產(chǎn)車輛可分別從廠區(qū)西邊出入口經(jīng)地下車道進(jìn)入，場(chǎng)地北邊的出入口為緊急出入口，地面車道敞口處是設(shè)置監(jiān)控管理。地面景觀公園的主出入口位于場(chǎng)地西邊市政道路處，側(cè)門位于場(chǎng)地北面。

因此，新手法項(xiàng)目的設(shè)計(jì)使地下的凈水處理廠部分與市民公共流線完全分開(kāi)。市民可以沉浸式享受景觀公園避免了凈水處理廠生產(chǎn)工作中造成的干擾。

3 通風(fēng)與采光設(shè)計(jì)

地面建筑的通風(fēng)與采光存在一定的優(yōu)勢(shì)，但是地下建筑也能通過(guò)不同的設(shè)計(jì)手法來(lái)解決。

如新手法項(xiàng)目中凈水處理廠的管理用房布置于負(fù)一層，我們引入下沉式廣場(chǎng)的新設(shè)計(jì)手法，功能房間圍繞下沉廣場(chǎng)開(kāi)敞空間布置，靠近廣場(chǎng)一側(cè)設(shè)置玻璃幕墻，通過(guò)露天下沉廣場(chǎng)進(jìn)行自然采光，可減少日間照明系統(tǒng)的運(yùn)用。同時(shí)，幕墻上的窗戶開(kāi)啟便于室內(nèi)引入新風(fēng)。

建筑的內(nèi)部走廊設(shè)置光導(dǎo)管采光系統(tǒng)改善采光問(wèn)題，使自然光高效傳遞到室內(nèi)，對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行直接利用，節(jié)能且美觀。圖2為管理用房平面圖。

圖2 管理用房平面圖

4 消防設(shè)計(jì)

4.1 下沉式廣場(chǎng)

新手法項(xiàng)目中用于疏散的下沉式廣場(chǎng)的設(shè)計(jì)，在《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2014）（2018版）[2]中有明確的規(guī)定，設(shè)計(jì)下沉式廣場(chǎng)時(shí)其開(kāi)敞空間的開(kāi)口需滿足最近邊緣之間的水平距離不應(yīng)小于13m，且室外開(kāi)敞空間不能用于其他商業(yè)或可能導(dǎo)致火災(zāi)蔓延的用途，面積不應(yīng)小于169m2。即按設(shè)計(jì)常規(guī)的軸網(wǎng)的7～8m，設(shè)計(jì)時(shí)下沉廣場(chǎng)短邊的寬度需要達(dá)到兩跨軸距才可滿足規(guī)范。

另一易被忽視的關(guān)鍵點(diǎn)是設(shè)計(jì)防火規(guī)范中提到的“開(kāi)敞空間的開(kāi)口需滿足最近邊緣之間的水平距離不應(yīng)小于13m”。13m既限制了下沉廣場(chǎng)的寬度，又對(duì)開(kāi)向下沉廣場(chǎng)的疏散門之間的距離做出限制。因?yàn)闊彷椛涫怯绊懛阑痖g距的主要因素，火焰溫度越高，輻射強(qiáng)度就越大，危險(xiǎn)性就越高[3]。所以經(jīng)熱輻射的計(jì)算13m的間距足以避免受輻射熱的影響，13m也是一、二級(jí)高層民用建筑之間的消防間距；同時(shí)我們知道下沉廣場(chǎng)的安全取決于它開(kāi)口的大小，所以13m的限制嚴(yán)格地保證下沉廣場(chǎng)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)的安全性。

4.2 消防分區(qū)允許的最大面積

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018版）》（GB 50016—2014）規(guī)定，高層消防分區(qū)允許的最大面積1500m2，單多層的2500m2；地下室防火分區(qū)允許的最大面積為500m2，如設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)可增加1.0倍，即消防分區(qū)允許的最大面積可按1000m2計(jì)算。

原手法項(xiàng)目中，管理用房的消防分區(qū)可以按單多層建筑的2500m2計(jì)算，則可每層為一個(gè)防火分區(qū)，在設(shè)計(jì)中對(duì)平面設(shè)計(jì)的限制比較小。

新手法項(xiàng)目中，管理用房設(shè)置于地下時(shí)區(qū)別于地面建筑，當(dāng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)后按1000m2一個(gè)消防分區(qū)執(zhí)行。項(xiàng)目的管理用房約為5000m2，共5個(gè)防火分區(qū)。

兩個(gè)項(xiàng)目的地下設(shè)備中心部分在設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)的情況下，每個(gè)防火分區(qū)面積不大于2000m2計(jì)算[4]。

4.3 安全疏散

地面耐火等級(jí)為一、二級(jí)的建筑，每層大于200m2時(shí)，每層2個(gè)安全出口或疏散樓梯。

當(dāng)管理用房生產(chǎn)調(diào)度中心設(shè)置與地下空間時(shí)，建筑的下沉式廣場(chǎng)設(shè)計(jì)中需滿足“下沉式廣場(chǎng)開(kāi)敞空間內(nèi)應(yīng)設(shè)置不少于1部直通地面的疏散樓梯，當(dāng)連接下沉廣場(chǎng)的防火分區(qū)需利用下沉廣場(chǎng)進(jìn)行疏散時(shí)，疏散樓梯的總凈寬度不應(yīng)小于任一個(gè)防火分區(qū)通向室外開(kāi)敞空間的設(shè)計(jì)疏散總凈寬度。”[5]不同的防火分區(qū)內(nèi)樓梯6#、8#的疏散寬度為1.2m。作為下沉廣場(chǎng)處的疏散樓梯時(shí)7#室外樓梯需直通至地面且其的凈寬度必須大于1.2m才能滿足規(guī)范要求。

露天的下沉廣場(chǎng)視為安全區(qū)域作為主要的疏散口。根據(jù)防火規(guī)范要求每個(gè)防火分區(qū)須有兩個(gè)安全出口，防火分區(qū)A1-5均設(shè)置一個(gè)安全出口開(kāi)向下沉廣場(chǎng)進(jìn)行疏散，第二個(gè)安全出口則借用其他防火分區(qū)或者專用疏散樓梯間。

4.4 難題解惑

當(dāng)下沉廣場(chǎng)四周的辦公室都為爭(zhēng)取最好的日照設(shè)置玻璃幕墻且幕墻上設(shè)置有開(kāi)啟扇時(shí)，這個(gè)情況是否需要參照消防規(guī)范中的13m間距來(lái)實(shí)行嗎？如果實(shí)行，當(dāng)下沉廣場(chǎng)的短邊寬度正好為13m時(shí)，下沉廣場(chǎng)的位于短邊方向房間的窗戶開(kāi)啟會(huì)非常受限。在《建筑防火——地方標(biāo)準(zhǔn)·答疑匯編（600問(wèn)）2021年1月版問(wèn)題》第492條中的答復(fù)給我們解決了疑惑：“同一區(qū)域內(nèi)不同防火分區(qū)通向下沉廣場(chǎng)的門窗之間的距離應(yīng)該滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018版）》（GB 50016—2014）中6.13、6.1.4的有關(guān)規(guī)定?！备鶕?jù)規(guī)范的敘述，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)兩個(gè)防火分區(qū)相鄰的地方設(shè)置2.0m的防火墻，轉(zhuǎn)角處設(shè)置4.0m的防火墻，且避開(kāi)防火墻處開(kāi)設(shè)窗戶即滿足規(guī)范，不需要按13m控制窗戶開(kāi)啟間距。

5 工程造價(jià)

工程造價(jià)中地面較地下建筑工程造價(jià)低，地下建筑因基坑、支護(hù)等造價(jià)較高，幾乎是地面建筑的1倍。

新手法項(xiàng)目中地下管理用房的造價(jià)卻與原手法項(xiàng)目中造價(jià)相仿，其原因就是這個(gè)項(xiàng)目的管理用房調(diào)度中心正好坐落在該項(xiàng)目的調(diào)蓄池上部可利用空間。不需要單獨(dú)做地基處理且柱子也是利用調(diào)蓄池中的柱子節(jié)省了相當(dāng)大的一部分開(kāi)支。

6 工作人員巡檢流線的便捷性

原手法項(xiàng)目中工作人員日常需從位于調(diào)度中心的中控室或各班組辦公室步行至最近直通地下廠區(qū)的樓梯間后再進(jìn)入各生產(chǎn)區(qū)。

新手法項(xiàng)目中當(dāng)調(diào)度中心和廠區(qū)同設(shè)置于負(fù)一層時(shí)，地下專用車道可連接調(diào)度中心和生產(chǎn)廠區(qū)，可以便捷進(jìn)入廠區(qū)，免受天氣影響。也可利用地下廠區(qū)車道駕駛專用車輛對(duì)各生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行多人巡檢。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)兩個(gè)實(shí)例的對(duì)比，可以了解到設(shè)計(jì)凈水處理廠的兩種不同手法在對(duì)適應(yīng)用地條件的限制、總圖布置對(duì)市民可用綠地率的影響、消防、造價(jià)等方面都各有優(yōu)缺點(diǎn)。工程設(shè)計(jì)中可以更靈活按需去選擇設(shè)計(jì)手法，實(shí)現(xiàn)水體質(zhì)量增加和提升再利用率，同時(shí)最大限度讓地面景觀綠地留給市民。