探討地埋式凈水處理廠設計的新手法

張纖妍

（廣州市市政工程設計研究總院有限公司，廣東廣州 510060）

0 引言

全球氣候變暖不斷地向人類敲響警鐘，已經嚴重影響到人類的生存和社會可持續發展。人們高速運轉的生活及生產加速了對自然資源的消耗和污染，其中淡水資源的匱乏問題尤為顯著。綠地的保護以及提升水資源的利用成為改善生態環境的一個重要手段。使用新設計手法的地埋式凈水處理廠比以往的設計更正契合這一理念，積極改善水體質量增加再利用率的同時，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m3/d兩個凈水處理廠的真實案例，通過其對規劃條件的適應性、總圖布置對市民可用綠地率的影響、廠區生產及市民活動流線、采光通風、消防等方面進行對比分析，探討兩個種設計手法的優缺點。望本文能為相關工程提供參考。

1 用地條件的適應性

城市的快速發展使土地資源緊缺促使我們發掘地下空間，近年建設的凈水處理廠大多選擇地埋式，地面只留少數必要的附屬設施建筑。但遇到特殊規劃條件時，我們不得不思考設計手法的創新和靈活性。實例一的凈水處理廠采用原設計手法，以下簡稱原手法項目；實例二的凈水處理廠采用新設計手法，以下簡稱新手法項目。

原手法項目：設計規模為20萬m3/d的凈水廠，項目位于廣州市，用地北側不遠處為軍用機場，廠區處于機場凈空區方位內。經申報軍方后，場地距離機場跑道中心線120m處地面不可有凸起物，260m處限高為12m。受機場凈空的高度限制，場地內的管理用房只能建設在距離跑道中心線260m以南。按原來的設計手法凈水處理廠的管理用房（生產調度中心）位置距離用地北邊的主出入口和規劃路較遠處，建筑高度也受到了用地條件的限制。

新手法項目：設計規模為20萬m3/d的凈水及16萬m3調蓄設施，項目位于成都市的環城生態區。環城生態區內立法保護和規劃建設，打造“八十公里環城綠廊”生態景觀。用地規劃條件的特殊性決定了地塊內建筑容積率及景觀綠化有著極其嚴格的要求。規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計手法來應對。把原來放置于地面的水廠附屬設施用房利用地下空間設計，使其符合規劃條件，同時積極遵循地方政府規劃城市公園城市的理念，融合環城生態帶的整體規劃；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，新的設計手法可以更靈活且破解限制條件對地面建筑設計的局限性。圖1為新手法項目鳥瞰圖。

圖1 新手法項目鳥瞰圖

2 總圖布置

2.1 對地面場地及綠地率的影響

凈水處理廠的總平面布置主要分設廠前區及生產區。廠前區包括管理建筑、生活設施建筑、輔助生產建筑，結合道路和綠化布置花園生態型地面景觀，局部可留給市民休閑使用。地下為主要的污水處理構筑物。

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

新手法項目中管理用房等附屬設施建筑均布置于負一層地下空間。凈水處理廠與地面景觀公園完全分隔離開。地面僅留必要的吊裝及逃生疏散口?？傆玫孛娣e為15.5萬m2，除去地面必要的吊裝口、通風口及逃生口等。僅占用地的1.7%，其余地面用地可以用于打造景觀公園，且下沉廣場也可設置景觀庭院，最大限度保證綠地率，積極呼應環城生態區的打造。

2.2 廠區生產和市民活動流線

原手法項目中，廠區工作人員與市民通過廠區北邊規劃路進入后再分流，管理用房在廠前區圍蔽處有單獨進出閘口，做到了封閉管理，但前半段與市民活動流線有不可避免的交叉。其次，地下處理中心的生產車輛經規劃路轉入廠區內部道路后進入，廠區的內部道路有部分侵入地面公園區域需要景觀圍蔽，對于地面公園有一定影響。

然而，在新手法項目的設計中，管理用房的工作人員和地下處理中心的生產車輛可分別從廠區西邊出入口經地下車道進入，場地北邊的出入口為緊急出入口，地面車道敞口處是設置監控管理。地面景觀公園的主出入口位于場地西邊市政道路處，側門位于場地北面。

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

3 通風與采光設計

地面建筑的通風與采光存在一定的優勢，但是地下建筑也能通過不同的設計手法來解決。

如新手法項目中凈水處理廠的管理用房布置于負一層，我們引入下沉式廣場的新設計手法，功能房間圍繞下沉廣場開敞空間布置，靠近廣場一側設置玻璃幕墻，通過露天下沉廣場進行自然采光，可減少日間照明系統的運用。同時，幕墻上的窗戶開啟便于室內引入新風。

建筑的內部走廊設置光導管采光系統改善采光問題，使自然光高效傳遞到室內，對太陽光進行直接利用，節能且美觀。圖2為管理用房平面圖。

圖2 管理用房平面圖

4 消防設計

4.1 下沉式廣場

新手法項目中用于疏散的下沉式廣場的設計，在《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）（2018版）[2]中有明確的規定，設計下沉式廣場時其開敞空間的開口需滿足最近邊緣之間的水平距離不應小于13m，且室外開敞空間不能用于其他商業或可能導致火災蔓延的用途，面積不應小于169m2。即按設計常規的軸網的7～8m，設計時下沉廣場短邊的寬度需要達到兩跨軸距才可滿足規范。

另一易被忽視的關鍵點是設計防火規范中提到的“開敞空間的開口需滿足最近邊緣之間的水平距離不應小于13m”。13m既限制了下沉廣場的寬度，又對開向下沉廣場的疏散門之間的距離做出限制。因為熱輻射是影響防火間距的主要因素，火焰溫度越高，輻射強度就越大，危險性就越高[3]。所以經熱輻射的計算13m的間距足以避免受輻射熱的影響，13m也是一、二級高層民用建筑之間的消防間距；同時我們知道下沉廣場的安全取決于它開口的大小，所以13m的限制嚴格地保證下沉廣場在火災發生時的安全性。

4.2 消防分區允許的最大面積

根據《建筑設計防火規范（2018版）》（GB 50016—2014）規定，高層消防分區允許的最大面積1500m2，單多層的2500m2；地下室防火分區允許的最大面積為500m2，如設置自動滅火系統時可增加1.0倍，即消防分區允許的最大面積可按1000m2計算。

原手法項目中，管理用房的消防分區可以按單多層建筑的2500m2計算，則可每層為一個防火分區，在設計中對平面設計的限制比較小。

新手法項目中，管理用房設置于地下時區別于地面建筑，當設置自動滅火系統后按1000m2一個消防分區執行。項目的管理用房約為5000m2，共5個防火分區。

兩個項目的地下設備中心部分在設置自動滅火系統的情況下，每個防火分區面積不大于2000m2計算[4]。

4.3 安全疏散

地面耐火等級為一、二級的建筑，每層大于200m2時，每層2個安全出口或疏散樓梯。

當管理用房生產調度中心設置與地下空間時，建筑的下沉式廣場設計中需滿足“下沉式廣場開敞空間內應設置不少于1部直通地面的疏散樓梯，當連接下沉廣場的防火分區需利用下沉廣場進行疏散時，疏散樓梯的總凈寬度不應小于任一個防火分區通向室外開敞空間的設計疏散總凈寬度?！盵5]不同的防火分區內樓梯6#、8#的疏散寬度為1.2m。作為下沉廣場處的疏散樓梯時7#室外樓梯需直通至地面且其的凈寬度必須大于1.2m才能滿足規范要求。

露天的下沉廣場視為安全區域作為主要的疏散口。根據防火規范要求每個防火分區須有兩個安全出口，防火分區A1-5均設置一個安全出口開向下沉廣場進行疏散，第二個安全出口則借用其他防火分區或者專用疏散樓梯間。

4.4 難題解惑

當下沉廣場四周的辦公室都為爭取最好的日照設置玻璃幕墻且幕墻上設置有開啟扇時，這個情況是否需要參照消防規范中的13m間距來實行嗎？如果實行，當下沉廣場的短邊寬度正好為13m時，下沉廣場的位于短邊方向房間的窗戶開啟會非常受限。在《建筑防火——地方標準·答疑匯編（600問）2021年1月版問題》第492條中的答復給我們解決了疑惑：“同一區域內不同防火分區通向下沉廣場的門窗之間的距離應該滿足《建筑設計防火規范（2018版）》（GB 50016—2014）中6.13、6.1.4的有關規定?！备鶕幏兜臄⑹?，設計時當兩個防火分區相鄰的地方設置2.0m的防火墻，轉角處設置4.0m的防火墻，且避開防火墻處開設窗戶即滿足規范，不需要按13m控制窗戶開啟間距。

5 工程造價

工程造價中地面較地下建筑工程造價低，地下建筑因基坑、支護等造價較高，幾乎是地面建筑的1倍。

新手法項目中地下管理用房的造價卻與原手法項目中造價相仿，其原因就是這個項目的管理用房調度中心正好坐落在該項目的調蓄池上部可利用空間。不需要單獨做地基處理且柱子也是利用調蓄池中的柱子節省了相當大的一部分開支。

6 工作人員巡檢流線的便捷性

原手法項目中工作人員日常需從位于調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的樓梯間后再進入各生產區。

新手法項目中當調度中心和廠區同設置于負一層時，地下專用車道可連接調度中心和生產廠區，可以便捷進入廠區，免受天氣影響。也可利用地下廠區車道駕駛專用車輛對各生產區進行多人巡檢。

7 結語

通過對兩個實例的對比，可以了解到設計凈水處理廠的兩種不同手法在對適應用地條件的限制、總圖布置對市民可用綠地率的影響、消防、造價等方面都各有優缺點。工程設計中可以更靈活按需去選擇設計手法，實現水體質量增加和提升再利用率，同時最大限度讓地面景觀綠地留給市民。