探讨地埋式净水处理厂设计的新手法

张纤妍

（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东广州 510060）

0 引言

全球气候变暖不断地向人类敲响警钟，已经严重影响到人类的生存和社会可持续发展。人们高速运转的生活及生产加速了对自然资源的消耗和污染，其中淡水资源的匮乏问题尤为显著。绿地的保护以及提升水资源的利用成为改善生态环境的一个重要手段。使用新设计手法的地埋式净水处理厂比以往的设计更正契合这一理念，积极改善水体质量增加再利用率的同时，充分利用地下空间可以最大限度将地面的景观绿地留给市民。

本文将围绕同为日处理污水量为20万m3/d两个净水处理厂的真实案例，通过其对规划条件的适应性、总图布置对市民可用绿地率的影响、厂区生产及市民活动流线、采光通风、消防等方面进行对比分析，探讨两个种设计手法的优缺点。望本文能为相关工程提供参考。

1 用地条件的适应性

城市的快速发展使土地资源紧缺促使我们发掘地下空间，近年建设的净水处理厂大多选择地埋式，地面只留少数必要的附属设施建筑。但遇到特殊规划条件时，我们不得不思考设计手法的创新和灵活性。实例一的净水处理厂采用原设计手法，以下简称原手法项目；实例二的净水处理厂采用新设计手法，以下简称新手法项目。

原手法项目：设计规模为20万m3/d的净水厂，项目位于广州市，用地北侧不远处为军用机场，厂区处于机场净空区方位内。经申报军方后，场地距离机场跑道中心线120m处地面不可有凸起物，260m处限高为12m。受机场净空的高度限制，场地内的管理用房只能建设在距离跑道中心线260m以南。按原来的设计手法净水处理厂的管理用房（生产调度中心）位置距离用地北边的主出入口和规划路较远处，建筑高度也受到了用地条件的限制。

新手法项目：设计规模为20万m3/d的净水及16万m3调蓄设施，项目位于成都市的环城生态区。环城生态区内立法保护和规划建设，打造“八十公里环城绿廊”生态景观。用地规划条件的特殊性决定了地块内建筑容积率及景观绿化有着极其严格的要求。规划文件要求地块地面建筑物凸出室外地坪不可高于0.5m，我们必须采用新的设计手法来应对。把原来放置于地面的水厂附属设施用房利用地下空间设计，使其符合规划条件，同时积极遵循地方政府规划城市公园城市的理念，融合环城生态带的整体规划；充分利用周边中和湿地公园的景观资源；同样存在高度限制的用地条件，新的设计手法可以更灵活且破解限制条件对地面建筑设计的局限性。图1为新手法项目鸟瞰图。

图1 新手法项目鸟瞰图

2 总图布置

2.1 对地面场地及绿地率的影响

净水处理厂的总平面布置主要分设厂前区及生产区。厂前区包括管理建筑、生活设施建筑、辅助生产建筑，结合道路和绿化布置花园生态型地面景观，局部可留给市民休闲使用。地下为主要的污水处理构筑物。

净水处理厂的附属设施建筑集中布置在厂前区，因受制于水厂的安全管理需封闭处理。结合景观绿篱或围墙把其与市民的活动的区域分开。厂区的附属设施建筑面积的大小参考《城市污水处理工程项目建设标准》建标〔2001〕77号[1]在保证厂前区的正常人流和货流的通行同时还需设置相关道路及绿化。因此需要封闭的区域占总用地面积较大，可开放给市民的绿地面积受到影响。如原手法项目的总用地面积为9.3万m2，厂前区需封闭面积为1.4万m2，占地总用地的15%。

新手法项目中管理用房等附属设施建筑均布置于负一层地下空间。净水处理厂与地面景观公园完全分隔离开。地面仅留必要的吊装及逃生疏散口。总用地面积为15.5万m2，除去地面必要的吊装口、通风口及逃生口等。仅占用地的1.7%，其余地面用地可以用于打造景观公园，且下沉广场也可设置景观庭院，最大限度保证绿地率，积极呼应环城生态区的打造。

2.2 厂区生产和市民活动流线

原手法项目中，厂区工作人员与市民通过厂区北边规划路进入后再分流，管理用房在厂前区围蔽处有单独进出闸口，做到了封闭管理，但前半段与市民活动流线有不可避免的交叉。其次，地下处理中心的生产车辆经规划路转入厂区内部道路后进入，厂区的内部道路有部分侵入地面公园区域需要景观围蔽，对于地面公园有一定影响。

然而，在新手法项目的设计中，管理用房的工作人员和地下处理中心的生产车辆可分别从厂区西边出入口经地下车道进入，场地北边的出入口为紧急出入口，地面车道敞口处是设置监控管理。地面景观公园的主出入口位于场地西边市政道路处，侧门位于场地北面。

因此，新手法项目的设计使地下的净水处理厂部分与市民公共流线完全分开。市民可以沉浸式享受景观公园避免了净水处理厂生产工作中造成的干扰。

3 通风与采光设计

地面建筑的通风与采光存在一定的优势，但是地下建筑也能通过不同的设计手法来解决。

如新手法项目中净水处理厂的管理用房布置于负一层，我们引入下沉式广场的新设计手法，功能房间围绕下沉广场开敞空间布置，靠近广场一侧设置玻璃幕墙，通过露天下沉广场进行自然采光，可减少日间照明系统的运用。同时，幕墙上的窗户开启便于室内引入新风。

建筑的内部走廊设置光导管采光系统改善采光问题，使自然光高效传递到室内，对太阳光进行直接利用，节能且美观。图2为管理用房平面图。

图2 管理用房平面图

4 消防设计

4.1 下沉式广场

新手法项目中用于疏散的下沉式广场的设计，在《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）（2018版）[2]中有明确的规定，设计下沉式广场时其开敞空间的开口需满足最近边缘之间的水平距离不应小于13m，且室外开敞空间不能用于其他商业或可能导致火灾蔓延的用途，面积不应小于169m2。即按设计常规的轴网的7～8m，设计时下沉广场短边的宽度需要达到两跨轴距才可满足规范。

另一易被忽视的关键点是设计防火规范中提到的“开敞空间的开口需满足最近边缘之间的水平距离不应小于13m”。13m既限制了下沉广场的宽度，又对开向下沉广场的疏散门之间的距离做出限制。因为热辐射是影响防火间距的主要因素，火焰温度越高，辐射强度就越大，危险性就越高[3]。所以经热辐射的计算13m的间距足以避免受辐射热的影响，13m也是一、二级高层民用建筑之间的消防间距；同时我们知道下沉广场的安全取决于它开口的大小，所以13m的限制严格地保证下沉广场在火灾发生时的安全性。

4.2 消防分区允许的最大面积

根据《建筑设计防火规范（2018版）》（GB 50016—2014）规定，高层消防分区允许的最大面积1500m2，单多层的2500m2；地下室防火分区允许的最大面积为500m2，如设置自动灭火系统时可增加1.0倍，即消防分区允许的最大面积可按1000m2计算。

原手法项目中，管理用房的消防分区可以按单多层建筑的2500m2计算，则可每层为一个防火分区，在设计中对平面设计的限制比较小。

新手法项目中，管理用房设置于地下时区别于地面建筑，当设置自动灭火系统后按1000m2一个消防分区执行。项目的管理用房约为5000m2，共5个防火分区。

两个项目的地下设备中心部分在设置自动灭火系统的情况下，每个防火分区面积不大于2000m2计算[4]。

4.3 安全疏散

地面耐火等级为一、二级的建筑，每层大于200m2时，每层2个安全出口或疏散楼梯。

当管理用房生产调度中心设置与地下空间时，建筑的下沉式广场设计中需满足“下沉式广场开敞空间内应设置不少于1部直通地面的疏散楼梯，当连接下沉广场的防火分区需利用下沉广场进行疏散时，疏散楼梯的总净宽度不应小于任一个防火分区通向室外开敞空间的设计疏散总净宽度。”[5]不同的防火分区内楼梯6#、8#的疏散宽度为1.2m。作为下沉广场处的疏散楼梯时7#室外楼梯需直通至地面且其的净宽度必须大于1.2m才能满足规范要求。

露天的下沉广场视为安全区域作为主要的疏散口。根据防火规范要求每个防火分区须有两个安全出口，防火分区A1-5均设置一个安全出口开向下沉广场进行疏散，第二个安全出口则借用其他防火分区或者专用疏散楼梯间。

4.4 难题解惑

当下沉广场四周的办公室都为争取最好的日照设置玻璃幕墙且幕墙上设置有开启扇时，这个情况是否需要参照消防规范中的13m间距来实行吗？如果实行，当下沉广场的短边宽度正好为13m时，下沉广场的位于短边方向房间的窗户开启会非常受限。在《建筑防火——地方标准·答疑汇编（600问）2021年1月版问题》第492条中的答复给我们解决了疑惑：“同一区域内不同防火分区通向下沉广场的门窗之间的距离应该满足《建筑设计防火规范（2018版）》（GB 50016—2014）中6.13、6.1.4的有关规定。”根据规范的叙述，设计时当两个防火分区相邻的地方设置2.0m的防火墙，转角处设置4.0m的防火墙，且避开防火墙处开设窗户即满足规范，不需要按13m控制窗户开启间距。

5 工程造价

工程造价中地面较地下建筑工程造价低，地下建筑因基坑、支护等造价较高，几乎是地面建筑的1倍。

新手法项目中地下管理用房的造价却与原手法项目中造价相仿，其原因就是这个项目的管理用房调度中心正好坐落在该项目的调蓄池上部可利用空间。不需要单独做地基处理且柱子也是利用调蓄池中的柱子节省了相当大的一部分开支。

6 工作人员巡检流线的便捷性

原手法项目中工作人员日常需从位于调度中心的中控室或各班组办公室步行至最近直通地下厂区的楼梯间后再进入各生产区。

新手法项目中当调度中心和厂区同设置于负一层时，地下专用车道可连接调度中心和生产厂区，可以便捷进入厂区，免受天气影响。也可利用地下厂区车道驾驶专用车辆对各生产区进行多人巡检。

7 结语

通过对两个实例的对比，可以了解到设计净水处理厂的两种不同手法在对适应用地条件的限制、总图布置对市民可用绿地率的影响、消防、造价等方面都各有优缺点。工程设计中可以更灵活按需去选择设计手法，实现水体质量增加和提升再利用率，同时最大限度让地面景观绿地留给市民。