地下式污水處理廠工程建筑設(shè)計要點淺析

景文 王偉

摘要：城市污水處理廠面臨來水量增加、水處理標準提升、新建擴建土地資源緊張、對周邊環(huán)境影響要求高等諸多問題，地下式污水處理廠以占地少、利用地下空間、地上可作為景觀綠化空間等優(yōu)勢得到迅速推廣。以地下污水處理廠建構(gòu)筑物為研究對象，通過研究現(xiàn)行建筑設(shè)計相關(guān)規(guī)范、分析地下污水處理廠建筑類型、建設(shè)模式，總結(jié)近年的工程設(shè)計建設(shè)經(jīng)驗和參觀考察工程實例，繼而從地面層和地下箱體兩部分總結(jié)地下污水處理廠建筑設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：地下污水處理廠； 建筑設(shè)計； 工程實例; 應(yīng)用總結(jié)

中圖分類號：TU923文獻標志碼：A

0引言

在城市迅速擴張，城市土地資源緊張的背景下，國家對城市水環(huán)境治理的要求日益提升，污水處理廠的環(huán)境問題逐漸凸顯。傳統(tǒng)污水處理廠因占地多，噪音擾民，臭氣污染環(huán)境等問題已不能滿足城市高質(zhì)量發(fā)展的要求。地下污水處理廠充分利用地下空間，防止噪音和臭氣擴散，地面部分可作為公園、廠區(qū)綠地等發(fā)揮生態(tài)效益，不影響周邊土地價值，能夠與城市發(fā)展深度融合，近年來在全國各地迅速推廣。

1地下污水處理廠類型及特點

對于地下污水處理廠概念國內(nèi)暫無權(quán)威定義，團體標準T/CAEPI 23-2019《地下式城鎮(zhèn)污水處理廠工程技術(shù)指南》中將地下式城鎮(zhèn)污水處理廠定義為：水處理構(gòu)筑物位于地面以下，設(shè)備操作層封閉，地面層進行綜合利用的城鎮(zhèn)污水處理廠，包括全地下、半地下等形式，簡稱地下污水處理廠。以此定義，傳統(tǒng)的水處理構(gòu)筑物位于地面以下，操作層未封閉位于地面上的地埋式污水處理廠（圖1）則不屬于此類。其他地下污水處理廠分類中也有將地埋式歸類為全地下單層加蓋式。建議將此處在定義中明確加以區(qū)分，地埋式污水處理廠在本文中不做討論。

1.1半地下式污水處理廠

地下箱體頂板平均標高大于規(guī)劃地面標高的地下式污水處理廠［1］。國內(nèi)多數(shù)地下污水處理廠都采用了這種半地下的形式，減少基坑開挖深度，降低工程造價，方便污泥運輸車輛操作。半地下式污水處理廠與周邊地坪標高的銜接可以通過放坡形成一個整體，通過景觀綠化和地形營造，打造與周邊融合的空間。當?shù)叵孪潴w距用地紅線較近，無法放坡的情況下，通常采用豎向綠化的形式，減少高差在視覺上產(chǎn)生的壓迫感（圖2）。

1.2全地下式污水處理廠

地下箱體頂板平均標高低于規(guī)劃地面標高或兩者標高差小于操作層平均凈高1/2的地下式污水處理廠［1］。全地下式污水處理廠箱體上方地面標高與周邊地坪標高一致或高差較小，對周邊環(huán)境影響更小，但是箱體附屬的地面建（構(gòu)）筑物如進風排風井、樓梯間每個地下防火分區(qū)均有一個，此外還有檢修吊裝孔、采光井、除臭風塔等，在地面上比較分散，應(yīng)在設(shè)計中合理設(shè)置，保證場地利用的完整性（圖3）。

1.3地下污水處理廠特點

地下污水處理廠主要的特點有：有效隔離噪音、臭氣，對周邊環(huán)境影響小；占地緊湊，地面可以開發(fā)利用，景觀效果好；箱體埋深大，建設(shè)投資費用高，施工難度大；地下箱體更慎重考慮洪水影響、雨水內(nèi)澇風險高；日常巡視相對傳統(tǒng)污水處理廠人行流線較復(fù)雜，由于地下箱體空間有限且防火分區(qū)較多，消防疏散路線也更復(fù)雜；地下空間照明通風等運行費用高。

2地下污水處理廠的建設(shè)模式

根據(jù)國內(nèi)目前建成與在建地下污水處理廠工程的總結(jié)歸納，主要為“地下污水處理廠+地上公園綠地”模式、“地下污水處理廠+地上商業(yè)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)融合”模式兩種。

2.1地下污水處理廠與地上公園綠地結(jié)合的建設(shè)模式

目前國內(nèi)大部分污水處理廠地面層均用于綠化景觀，如公園綠地、廠區(qū)綠化、科普展示等功能。近幾年地下污水處理廠選址的場地用地性質(zhì)多為復(fù)合用地，即公用設(shè)施用地綠地與廣場用地復(fù)合。廠區(qū)建成后地上建設(shè)為服務(wù)周邊居民的公園或防護綠地，在設(shè)計中需要重點關(guān)注地面的廠區(qū)建構(gòu)筑物建筑密度、容積率、高度等一系列指標滿足用地上位規(guī)劃及GB51192-2016《公園設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范的要求。地下污水處理廠用地性質(zhì)為排水用地時，地面層一般為廠區(qū)綠化，結(jié)合污水廠處理的尾水打造水景，作為定期對外開放的科普展示空間（圖4）。

2.2地下污水處理廠與地上產(chǎn)業(yè)融合的建設(shè)模式

根據(jù)高新技術(shù)綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，促進綠色創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)協(xié)同鏈深度融合，打造“科創(chuàng)+環(huán)保+產(chǎn)業(yè)”模式，工業(yè)園區(qū)的地下污水處理廠可采用地下建污水處理廠，地面層打造可研、辦公、生產(chǎn)、展示、商務(wù)配套等，打造全周期后期運營管理體系，成為零排放零污染的全新生態(tài)工業(yè)示范區(qū)。例如蘇州工業(yè)園區(qū)綜合污水處理廠，為國內(nèi)此類建設(shè)模式的早期建設(shè)的工程項目（圖5）。

3地下污水處理廠建筑設(shè)計要點

傳統(tǒng)的地上污水廠以工藝為主導專業(yè)，而地下污水處理廠的設(shè)計相對復(fù)雜，現(xiàn)有規(guī)范標準不足，需要工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、景觀等多專業(yè)協(xié)調(diào)完成，不能僅以工藝專業(yè)流程安置于地下的固有思路設(shè)計。

根據(jù)地下污水處理廠設(shè)計實踐和項目回訪，以建筑專業(yè)的角度，從地面層和地下層兩個部分總結(jié)歸納設(shè)計要點。

3.1地面層

3.1.1豎向設(shè)計

地面層的地坪標高設(shè)計需要重點考慮，由于設(shè)備都均位于地下箱體中，淹水造成的經(jīng)濟損失巨大，地坪標高在滿足城鎮(zhèn)防洪排澇標準前提下應(yīng)有所提高。廠區(qū)地面的豎向設(shè)計和雨水收集要考慮滿足海綿城市建設(shè)相關(guān)要求，合理收集疏導防止淹水。地面層景觀覆土標高應(yīng)予以明確限制，滿足地下箱體的荷載要求和抗浮要求。不得因營造景觀地形減少風井百葉窗下沿到地面設(shè)計高度，不得減少疏散樓梯間到室外的高差，防止廠內(nèi)雨水倒灌。

地下廠區(qū)出入口坡道應(yīng)設(shè)置兩道雨水溝，分別位于坡道上坡口、下坡口處，攔截順坡道流入的雨水，最好在出入口行車通道敞口段設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)玻璃雨篷，減少雨水灌入。

3.1.2地面輔助建（構(gòu)）筑物設(shè)計

考慮到地下污水處理廠的運維的便利性及安全性，通常將綜合樓、污泥處理設(shè)施、火災(zāi)危險性為甲、乙類的建（構(gòu)）筑物（如加藥間、柴油發(fā)電機房等）設(shè)置在地面層。

地下箱體的進風井、排煙井、設(shè)備吊裝孔、疏散樓梯間出入口、除臭風塔等地面輔助建（構(gòu)）筑物應(yīng)盡量合并設(shè)計，布置平面位置和建筑風格應(yīng)考慮與景觀協(xié)調(diào)，盡可能控制地面以上高度，避免凌亂突兀（圖6、圖7）。

3.2地下箱體

3.2.1交通組織設(shè)計

地下箱體劃分多個防火分區(qū)，交通流線相對地上廠區(qū)復(fù)雜，要合理設(shè)計設(shè)備材料運輸車行路線、巡檢和參觀人行路線。

3.2.1.1車行道

地下箱體至少有兩個車行道出入口，同時要規(guī)定車行的出入方向，道路的轉(zhuǎn)彎半徑不宜小于9.0 m，污泥脫水機房宜布置在車行道旁，根據(jù)廠區(qū)用的污泥運輸車規(guī)格復(fù)核進出脫水機房的轉(zhuǎn)彎半徑，污泥運輸車工作空間高度要考慮梁低標高、排煙管道、防火卷簾底高度限制。車行道裝修面層采用彩色混凝土等與操作空間不同的地面裝修材料時，要注意操作間與車行道標高高差銜接，宜等于或低于操作空間地面，并在車行道兩邊設(shè)置排水溝，利于沖洗和排水。

3.2.1.2人行路線

人行路線首先要滿足每個防火分區(qū)內(nèi)任一點至最近安全出口的直線距離不應(yīng)大于60 m（丁類火災(zāi)危險級別時滿足45 m），巡檢路線的設(shè)計要考慮到達反硝化深床管廊底部、高效池污泥泵房、取樣間等區(qū)域的合理性和便利性，注意復(fù)核頂板梁底標高和避讓管線，復(fù)核最不利位置的疏散距離。參觀路線不宜在操作空間設(shè)置復(fù)雜路線尤其是存在有限空間作業(yè)、有毒有害氣體產(chǎn)生收集處，可以通過路標引導和警示標識做出明顯提示。

3.2.2消防設(shè)計

3.2.2.1消防標準及消防措施

地下污水處理廠地下箱體耐火等級為一級，消防一般參照戊類廠房標準設(shè)定。在地下箱體中一般設(shè)置自動噴淋系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、消火栓滅火系統(tǒng)，配置滅火器，變配電間需設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)。

3.2.2.2消防分區(qū)

地下污水處理廠的水處理構(gòu)筑物面積大、設(shè)備和管道為不燃材料、其他可燃物少，防火空間劃分在規(guī)范中缺少針對性的條文指導。常規(guī)做法是按照GB50016-2014（2018版） 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》3.3.1條和3.3.3條即每個防火分區(qū)最大可按照建筑面積為2 000 m2設(shè)計。但是規(guī)模大的地下箱體按照此規(guī)范劃分，仍然劃分為過多防火分區(qū)，對廠區(qū)運行產(chǎn)生不利影響。根據(jù)2021年1月1日施行的T/CECS729-2020《城鎮(zhèn)地下式污水處理廠技術(shù)規(guī)程》中5.4.2條：“地下廠操作層設(shè)備用房的消防設(shè)計按照GB50016-2014（2018版）《建筑設(shè)計防火規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，生物反應(yīng)池、二沉池等池頂操作層防火分區(qū)可按照工藝要求確定，敞開水面面積可不計入相應(yīng)防火分區(qū)允許建筑面積，但每個防火分區(qū)內(nèi)任一點至安全出口的直線距離不宜大于60 m?！边@一條在GB50016-2014（2018版）《建筑設(shè)計防火規(guī)范》［2］局部修訂征求意見稿也提出過。但是目前防火分區(qū)超出2 000 m2的地下廠區(qū)需要進行消防專項論證會以確定安全性。此外，消防分區(qū)的劃分應(yīng)注意結(jié)合預(yù)處理、生物處理、深度處理、污泥處理等不同污水處理單元，保證不影響廠區(qū)運行、設(shè)備吊裝檢修。合理的消防分區(qū)劃分也應(yīng)該兼顧除臭通風設(shè)計，進水泵房、格柵、沉砂池、儲泥池、污泥脫水機房都是惡臭污染物濃度較高的區(qū)域，要進行密封加蓋并且合理劃分封閉空間，保證換氣的排風量和微負壓狀態(tài)以防臭氣逸散到整個操作空間。

3.2.3裝修材料

地下廠區(qū)操作空間各設(shè)備用房使用的裝修材料需要符合GB50222-2017《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》［3］規(guī)定，疏散樓梯間和前室、消防水泵房、排煙機房、進風機房、配電間、氣體鋼瓶間等，其內(nèi)部的頂棚、墻面、地面均井采用A級裝修材料；其他設(shè)備間如果無窗（如儀表間、鼓風機房）則需要將裝修材料燃燒性能提高一級（已明確采用A級的部分除外）。

其余部分則按照6.0.1規(guī)定，滿足裝修材料燃燒性能頂棚A級、墻面A級、地面B1級。未有特殊規(guī)定的地面可以采用燃燒性能B1級的環(huán)氧砂漿面層，便于日常沖洗。此外，加藥間及儲藥區(qū)域要針對藥品性質(zhì)考慮防腐裝修材料，鼓風機房等噪音較大設(shè)備間除針對設(shè)備加隔音罩以外，要選用燃燒性能符合標準的穿孔板吸聲墻面頂棚材料。

3.2.4箱體防水

根據(jù)GB 50108-2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第3.2.1條要求所示，地下廠區(qū)負一層（設(shè)備操作層）防水等級為一級，負二層水處理池體防水等級為二級。箱體頂板防水層要使用耐根穿刺防水卷材，頂板防水卷材與側(cè)壁、底板選用卷材要考慮搭接固定的相容性，盡量選用相同材質(zhì)的卷材，避免不同材質(zhì)用釘固定造成的孔洞和破裂，影響防水效果。底板選用卷材要重點交代卷材與樁頭處理的節(jié)點做法，側(cè)壁一級、二級防水交接處節(jié)點要明確做法。此外，地下箱體頂板應(yīng)采用結(jié)構(gòu)找坡利于頂板排水。

3.2.5其他設(shè)計要點

在地下污水處理廠運行過程中，主要存在幾點問題：

（1）生物池頂板考慮維護管理的需求，需要在每條渠道上設(shè)觀察窗，便于觀察水下設(shè)備的運行情況，方便檢修維護。

（2）預(yù)處理區(qū)、膜池、反硝化深床濾池等池體，池頂電纜橋架、工藝管道、吊車、進排風管道較多，日常巡檢存在交通不便的問題，設(shè)計時要考慮盡量優(yōu)化路線。

（3）地下廠內(nèi)由于起吊設(shè)備清洗、污泥運輸?shù)榷紩斐沙魵庖萆ⅲ由铣睔廨^重，對設(shè)備和欄桿的腐蝕比較明顯，增加送風量的同時也要定期對欄桿補刷防腐涂料。

4結(jié)束語

通過分析近年部分有代表性的地下污水處理廠工程的建筑設(shè)計要點，有助于設(shè)計人員在相關(guān)規(guī)范尚不完善的情況下，對地下污水處理廠有更全面的認識。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，污水處理效果更好、流程更短、占地更省的新污水處理工藝一定會不斷發(fā)展與完善；地下污水處理廠與環(huán)境、科技產(chǎn)業(yè)的融合一定會到達新的高度，更好地促進經(jīng)濟、社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

［1］中國工程建設(shè)標準化協(xié)會，城鎮(zhèn)地下式污水處理廠技術(shù)規(guī)程：T/CECS729-2020 ［S］。北京：中國計劃出版社，2020.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，建筑設(shè)計防火規(guī)范：GB50016-2014（2018版）［S］.北京：中國計劃出版社，2019.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范：GB50222-2017 ［S］》北京：中國計劃出版社，2017.

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［5］莊修偉.地下式污水處理廠規(guī)劃設(shè)計的三種形式及其優(yōu)缺點分析［J］.特種結(jié)構(gòu)，2021，38（04）.

［6］劉世德，王澤明，劉茜，等.地下式污水處理廠關(guān)鍵節(jié)點及設(shè)計對策［J］.地下空間與工程學報，2021，17（S1）.

［作者簡介］景文（1988—），女，碩士，高級工程師，研究方向為風景園林和工業(yè)建筑；王偉（1986—），男，碩士，高級工程師，研究方向為給排水。