城市綜合管廊通風口精細化設計技術及創新應用

王 鑫 李躍飛

中國建筑設計研究院有限公司 北京 100044

地下綜合管廊作為城市地下“生命線”，其主要部分均建設于地下，但其各類口部均須與地面聯通，口部數量是同類市政基礎設施中最多之一，因此口部設計也成為了城市精細化管理的關鍵一環。如何在保障地下“生命線”功能運行順暢前提下，做好城市“繡花”的工作，盡最大可能減小其各類出地面設施對城市景觀的影響，成為擺在市政設計工程師面前亟待破解的難題。

通風口是綜合管廊重要的組成部分，其主要功能為消除管廊內有害氣體，確保管廊內空氣質量達標，它是城市綜合管廊系統正常運營維護的重要組成部分。現有的綜合管廊通風口多參考民用或工業相關建筑設計，普遍存在通風口節點占地較大，通風口風亭外露出地面部分較高，不滿足經濟、環保、綠色等新的建構筑物理念要求，綜合管廊通風口風亭對城市道路景觀整體性造成較大的破壞，嚴重影響城市景觀風貌，同時對城市道路交通安全造成了一定的隱患；同時現澆混凝土結構的通風口，施工周期相對較長，增加了項目施工工期。隨著地下空間開發利用日益增多，城市地下管廊工程規模逐漸增大，各類口部設施帶來的問題日益突出。中央及地方近年來多次提出高質量發展、精細化治理的城市建設管理要求，住建部明確要求重點研究管廊各類口部的統籌設計和景觀美化。

隨著地下空間開發利用日益增多，城市地下綜合管廊工程規模逐漸增大，各類口部設施帶來的問題日益突出。中央及地方近年來多次提出高質量發展、精細化治理的城市建設管理要求，住建部明確要求重點研究綜合管廊各類口部的統籌設計和景觀美化，北京市、綜合管廊建設試點城市等多個地方城市也針對管廊口部優化設計進行探索創新。

在地下空間通風口部優化設計方面，國外已形成較為成熟的技術應用，國內對口部精細化設計的研究較少，只有個別城市根據當地情況也進行了探索。國外地下空間附屬設施口部精細化設計主要有一下幾種形式：（1）與其他城市公共基礎設施結合設計，如與公交站臺、路邊休息座椅結合設計；（2）與城市其他建筑單體結合設計；（3）與城市景觀結合設計，如與城市草坪結合設計；（4）采用平格柵設計，口部與路面平行。國外口部精細化設計方案較好的解決了口部設施對城市景觀和行人行車的影響，同時與城市景觀的結合設計減小了口部設施對城市整體風貌的影響。國內個別城市也對口部優化設計進行了探索創新，景德鎮將口部設計方案與陶瓷文化融合，創新了口部造型，配以青花等傳統陶瓷紋樣，形成了獨具地方特色的口部設施，探索了口部設計的景觀化；北京通州副中心綜合管廊口部采用平格柵設計，減小了出地面口部的結構大小，同時與道路隔離帶景觀花草結合設計，降低了口部設施對城市景觀的影響。雖然國內已初步開展了綜合管廊口部設施優化設計等探索創新，但與國際先進的設計理念、方法和實現路徑仍存在一定的差距，尤其在有效防澇方面有待解決。

圖1 國外設計案例

本文梳理研究了管廊通風口部設施設計具體問題，調研了我國多地管廊口部設計，對管廊通風系統進行了系統性思考研究，提出管廊通風口精細化設計理念。針對雨水、內澇倒灌等問題創新研發了一體化裝配式可關閉百葉設備，優化了口部節點工藝設計方案，并提出運維管理策略，形成了管廊通風口部精細化設計及運維管理系統化解決方案。

1 現行管廊通風口部設計

1.1 管廊通風系統

綜合管廊內空間屬于地下封閉空間，通風條件差。為保證管廊內各種市政管線在適宜的環境中正常運行，保證進入管廊巡視的維護人員在安全衛生的環境中工作，需要對管廊進行通風換氣，以排除其內部廢氣、余熱。當管廊內發生火災時，通風系統應能協助控制火勢蔓延。在火災后，通風系統應能及時排除管廊內積聚的有毒煙氣。

管廊通風系統的主要功能包括以下幾個方面：

1）保證及時排出管廊內各種管線的余熱；

2）排除H2S，CH4等有毒有害或易燃易爆氣體；

3）為檢修人員提供新鮮空氣，保證氧氣體積分數不低于19.5%；

4）發生事故時能實現密閉，并實現滅火后的強制通風排煙。

1.2 現行管廊通風口部設計方案

管廊通風設計主要依據GB50838—2015《城市管廊工程技術規范》規定進行設計，主要規定摘錄如下表所示：

表1 通風系統設計規定

根據標準的規定，現行管廊通風口部常規設計如下圖所示：

圖2 現行設計案例

現行綜合管廊通風系統及通風口部常規設計較為簡單，通風量計算參數選擇較為保守，尤其是在計算廊內管線散熱量過程中，散熱功率取值偏大，導致正常散熱通風量比事故工況下6次換氣次數計算得來的通風量還大，在限定出風口風速為5m/s的條件下，直接導致了通風口部通風面積較大。在通風口地面以上部分的設計有效通風面積較小，如圖4所示，結構尺寸較大，而通風口面積很小，未能有效利用風亭。現行設計以滿足管廊使用功能為優先，風亭設計簡單，導致形成了“炮樓”林立的現象。

圖4 隆興路改造前后對比

1.3 現行設計存在的主要問題

（1）一些通風口結構尺寸過大，不符合當下建筑節能、綠色環保等新理念，同時較大的通風口位于馬路綠化帶中影響城市交通視線，造成一定的安全隱患；

（2）一些通風口設計較為簡單粗放，景觀效果差，影響了城市景觀，破壞了預期整體城市風貌，與建設美麗城市、人民日益增長的精神文化需求不符；

（3）普遍采用現澆混凝土結構，整體施工周期長，同時也不便于后期地面進出等運營維護。

2 通風口部精細化設計研究

我國城市地下綜合管廊通風口出地面風亭設計，依據現行《城市綜合管廊工程技術規范》GB 50838-2015的相關規定，需滿足：1）廊內通風進排風組織；2）不同工況計算通風量需求；3）出風口風速要求；4）城市防洪要求；5）需采取防止地面水倒灌措施；6）需采取防止小動物進入的措施等；7）滿足通風設備進出的最小尺寸要求等多方面的功能要求，同時，規范要求綜合管廊工程規劃與建設應與地下空間、環境景觀等相關城市基礎設施銜接、協調。為解決現行標準規定下通風口部設計存在的問題和隱患，本文主要從風量核算、工藝設計、景觀設計等三個方面進行了精細化設計研究。

2.1 風量核算精細化

本文風量核算在標準規定的條件下，通過詳細調研、管廊現場運行實測、相關專業深入研究等方式，重新測定了不同規格、不同電壓的電力電纜的平均發熱功率，降低了因電纜發熱導致的過高的排除余熱風量[2]。風量計算過程中還采用通風散熱公式考慮了通過廊壁傳熱散失的熱量[3]，進一步減小了廊內排除余熱風量。

2.2 工藝設計精細化

2.2.1 風口百葉設備創新設計

為消除通風口“炮樓”，減小通風口結構體積，本文采用平格柵設計，通風口出地面高度統一為高出設計地面300mm。平格柵設計帶來問題在于防雨防倒灌能力降低，為此，本文創新研發了可開閉式防雨百葉，及相關運維策略，可防小到大雨，以及城市內澇。

圖3 一體化裝配式可開閉通風百葉

該設備除滿足管廊基本的通風需求外，針對防雨防洪需求，在全國首次創新提出“防、排、堵”理念，針對小雨到大雨，乃至暴雨、臺風等極端天氣變化，以及防雨、防內澇等不同應用場景，精細化了通風百葉功能。

“防”——根據地區氣候狀況、城市地形特征等因素，確定通風口出地面高度（300-500mm），小雨或有少量地面積水情況下可防倒灌；采用可開閉式百葉，中到大雨情況下可關閉百葉，防止雨水進入管廊，雨水可通過設備兩側的雨水導流裝置流入周邊綠地。

“排”——小雨情況下，百葉處于完全開啟狀態，部分落入管廊夾層的雨水收集池，通過排水導管排至管廊內排水溝，進而通過廊內集水坑排出管廊；中到大雨情況下，百葉處于完全關閉狀態，通過百葉和機械裝置其他縫隙滲入的少量雨水通過上述同樣的方式排出管廊，雨水從無序進入管廊轉變為有序收集排放。

“堵”——暴雨、城市內澇情況下，采用專用柔性防水蓋板，利用防水蓋板外部水壓和內部氣壓壓差，將洪水“堵”在通風口外。

2.2.2 工藝方案精細化設計

工藝方案的精細化設計應在滿足標準規定前提下，實現通風口部設計隱形化，功能精細化。

隱形化設計采取的主要措施為取消防洪線以上風亭，改為頂部平格柵，徹底消除通風口“炮樓”。

為保障管廊安全運行，口部安全管理注重防入侵、防跌落、防危險品投入等功能。同時注重工藝設計的通達性，避免出現完全封閉空間，便于運維管理人員巡檢、維護通行。

2.3 景觀設計精細化

景觀改造目的主要是使管廊出地面口部與城市區域整體風帽保持一致，實現管廊通風口部的景觀化和隱形化。

景觀精細化設計主要有以下三種策略：

（1）采用藝術手法對通風口進行處理；

（2）使用材料對通風口進行景觀化處理；

（3）利用植物對通風口進行景觀化處理。

景觀設計中，在材料和植物選擇方面應遵循以下幾個原則：

（1）通風口外裝飾的材料選擇受場地空間的影響需滿足輕薄、易施工的裝飾材料；

（2）裝飾質感和風格應符合通風口附近的整體環境氛圍；

（3）裝飾材料應有一定的耐久性，整合考慮日后的維護和景觀效果的持久性；

（4）針對道路生態空間的惡劣性，選用景觀植物需有良好的適應性，耐寒耐干旱耐土壤瘠薄；

（5）選用綠期長的常綠灌木和較長綠期的觀賞草類植物豐富景觀效果；

（6）植物需要發揮遮擋、軟化構筑物邊角的作用。

3 通風口部精細化設計探索實踐

本文研究成果成功示范應用于河北省石家莊市正定新區，并經過實際運行檢驗，改造效果良好。

示范應用項目通過技術研發團隊前期詳細調研，通風量核算，工藝分析，景觀優化等，確定實施方案，以滿足城市防洪要求和防止地面雨水倒灌為底線，保障最新規范中有關管廊通風的功能要求，消減風亭建筑體量，大大降低風亭高度，美化融合地面設施與兩側景觀，并創新采用一體化裝配式通風口，大大了縮短改造工期，便捷了改造施工，滿足原設計的運行維護要求。

4 結論與建議

本精細化設計技術研究及探索集合暖通、景觀、結構等多專業技術創新了城市地下管廊口部設計形式，在保證管廊通風功能和安全運行的前提下，實現了管廊通風口隱形化、景觀化，美化了城市景觀，同時具備防洪、防止雨水倒灌的功能，既滿足管廊通風口設計的各項要求，又符合城市高質量發展和精細化治理的要求。本科技成果注重細節提升，其探索實踐和創新示范為城市管廊口部精細化設計提供了可復制可推廣的經驗，具有重要的現實意義和社會效益。