地下式污水处理厂工程建筑设计要点浅析

景文 王伟

摘要：城市污水处理厂面临来水量增加、水处理标准提升、新建扩建土地资源紧张、对周边环境影响要求高等诸多问题，地下式污水处理厂以占地少、利用地下空间、地上可作为景观绿化空间等优势得到迅速推广。以地下污水处理厂建构筑物为研究对象，通过研究现行建筑设计相关规范、分析地下污水处理厂建筑类型、建设模式，总结近年的工程设计建设经验和参观考察工程实例，继而从地面层和地下箱体两部分总结地下污水处理厂建筑设计要点。

关键词：地下污水处理厂； 建筑设计； 工程实例; 应用总结

中图分类号：TU923文献标志码：A

0引言

在城市迅速扩张，城市土地资源紧张的背景下，国家对城市水环境治理的要求日益提升，污水处理厂的环境问题逐渐凸显。传统污水处理厂因占地多，噪音扰民，臭气污染环境等问题已不能满足城市高质量发展的要求。地下污水处理厂充分利用地下空间，防止噪音和臭气扩散，地面部分可作为公园、厂区绿地等发挥生态效益，不影响周边土地价值，能够与城市发展深度融合，近年来在全国各地迅速推广。

1地下污水处理厂类型及特点

对于地下污水处理厂概念国内暂无权威定义，团体标准T/CAEPI 23-2019《地下式城镇污水处理厂工程技术指南》中将地下式城镇污水处理厂定义为：水处理构筑物位于地面以下，设备操作层封闭，地面层进行综合利用的城镇污水处理厂，包括全地下、半地下等形式，简称地下污水处理厂。以此定义，传统的水处理构筑物位于地面以下，操作层未封闭位于地面上的地埋式污水处理厂（图1）则不属于此类。其他地下污水处理厂分类中也有将地埋式归类为全地下单层加盖式。建议将此处在定义中明确加以区分，地埋式污水处理厂在本文中不做讨论。

1.1半地下式污水处理厂

地下箱体顶板平均标高大于规划地面标高的地下式污水处理厂［1］。国内多数地下污水处理厂都采用了这种半地下的形式，减少基坑开挖深度，降低工程造价，方便污泥运输车辆操作。半地下式污水处理厂与周边地坪标高的衔接可以通过放坡形成一个整体，通过景观绿化和地形营造，打造与周边融合的空间。当地下箱体距用地红线较近，无法放坡的情况下，通常采用竖向绿化的形式，减少高差在视觉上产生的压迫感（图2）。

1.2全地下式污水处理厂

地下箱体顶板平均标高低于规划地面标高或两者标高差小于操作层平均净高1/2的地下式污水处理厂［1］。全地下式污水处理厂箱体上方地面标高与周边地坪标高一致或高差较小，对周边环境影响更小，但是箱体附属的地面建（构）筑物如进风排风井、楼梯间每个地下防火分区均有一个，此外还有检修吊装孔、采光井、除臭风塔等，在地面上比较分散，应在设计中合理设置，保证场地利用的完整性（图3）。

1.3地下污水处理厂特点

地下污水处理厂主要的特点有：有效隔离噪音、臭气，对周边环境影响小；占地紧凑，地面可以开发利用，景观效果好；箱体埋深大，建设投资费用高，施工难度大；地下箱体更慎重考虑洪水影响、雨水内涝风险高；日常巡视相对传统污水处理厂人行流线较复杂，由于地下箱体空间有限且防火分区较多，消防疏散路线也更复杂；地下空间照明通风等运行费用高。

2地下污水处理厂的建设模式

根据国内目前建成与在建地下污水处理厂工程的总结归纳，主要为“地下污水处理厂+地上公园绿地”模式、“地下污水处理厂+地上商业开发和产业融合”模式两种。

2.1地下污水处理厂与地上公园绿地结合的建设模式

目前国内大部分污水处理厂地面层均用于绿化景观，如公园绿地、厂区绿化、科普展示等功能。近几年地下污水处理厂选址的场地用地性质多为复合用地，即公用设施用地绿地与广场用地复合。厂区建成后地上建设为服务周边居民的公园或防护绿地，在设计中需要重点关注地面的厂区建构筑物建筑密度、容积率、高度等一系列指标满足用地上位规划及GB51192-2016《公园设计规范》等相关规范的要求。地下污水处理厂用地性质为排水用地时，地面层一般为厂区绿化，结合污水厂处理的尾水打造水景，作为定期对外开放的科普展示空间（图4）。

2.2地下污水处理厂与地上产业融合的建设模式

根据高新技术绿色产业发展的要求，促进绿色创新链与产业协同链深度融合，打造“科创+环保+产业”模式，工业园区的地下污水处理厂可采用地下建污水处理厂，地面层打造可研、办公、生产、展示、商务配套等，打造全周期后期运营管理体系，成为零排放零污染的全新生態工业示范区。例如苏州工业园区综合污水处理厂，为国内此类建设模式的早期建设的工程项目（图5）。

3地下污水处理厂建筑设计要点

传统的地上污水厂以工艺为主导专业，而地下污水处理厂的设计相对复杂，现有规范标准不足，需要工艺、建筑、结构、暖通、景观等多专业协调完成，不能仅以工艺专业流程安置于地下的固有思路设计。

根据地下污水处理厂设计实践和项目回访，以建筑专业的角度，从地面层和地下层两个部分总结归纳设计要点。

3.1地面层

3.1.1竖向设计

地面层的地坪标高设计需要重点考虑，由于设备都均位于地下箱体中，淹水造成的经济损失巨大，地坪标高在满足城镇防洪排涝标准前提下应有所提高。厂区地面的竖向设计和雨水收集要考虑满足海绵城市建设相关要求，合理收集疏导防止淹水。地面层景观覆土标高应予以明确限制，满足地下箱体的荷载要求和抗浮要求。不得因营造景观地形减少风井百叶窗下沿到地面设计高度，不得减少疏散楼梯间到室外的高差，防止厂内雨水倒灌。

地下厂区出入口坡道应设置两道雨水沟，分别位于坡道上坡口、下坡口处，拦截顺坡道流入的雨水，最好在出入口行车通道敞口段设置钢结构玻璃雨篷，减少雨水灌入。

3.1.2地面辅助建（构）筑物设计

考虑到地下污水处理厂的运维的便利性及安全性，通常将综合楼、污泥处理设施、火灾危险性为甲、乙类的建（构）筑物（如加药间、柴油发电机房等）设置在地面层。

地下箱体的进风井、排烟井、设备吊装孔、疏散楼梯间出入口、除臭风塔等地面辅助建（构）筑物应尽量合并设计，布置平面位置和建筑风格应考虑与景观协调，尽可能控制地面以上高度，避免凌乱突兀（图6、图7）。

3.2地下箱体

3.2.1交通组织设计

地下箱体划分多个防火分区，交通流线相对地上厂区复杂，要合理设计设备材料运输车行路线、巡检和参观人行路线。

3.2.1.1车行道

地下箱体至少有两个车行道出入口，同时要规定车行的出入方向，道路的转弯半径不宜小于9.0 m，污泥脱水机房宜布置在车行道旁，根据厂区用的污泥运输车规格复核进出脱水机房的转弯半径，污泥运输车工作空间高度要考虑梁低标高、排烟管道、防火卷帘底高度限制。车行道装修面层采用彩色混凝土等与操作空间不同的地面装修材料时，要注意操作间与车行道标高高差衔接，宜等于或低于操作空间地面，并在车行道两边设置排水沟，利于冲洗和排水。

3.2.1.2人行路线

人行路线首先要满足每个防火分区内任一点至最近安全出口的直线距离不应大于60 m（丁类火灾危险级别时满足45 m），巡检路线的设计要考虑到达反硝化深床管廊底部、高效池污泥泵房、取样间等区域的合理性和便利性，注意复核顶板梁底标高和避让管线，复核最不利位置的疏散距离。参观路线不宜在操作空间设置复杂路线尤其是存在有限空间作业、有毒有害气体产生收集处，可以通过路标引导和警示标识做出明显提示。

3.2.2消防设计

3.2.2.1消防标准及消防措施

地下污水处理厂地下箱体耐火等级为一级，消防一般参照戊类厂房标准设定。在地下箱体中一般设置自动喷淋系统、火灾自动报警系统、消火栓灭火系统，配置灭火器，变配电间需设置气体灭火系统。

3.2.2.2消防分区

地下污水处理厂的水处理构筑物面积大、设备和管道为不燃材料、其他可燃物少，防火空间划分在规范中缺少针对性的条文指导。常规做法是按照GB50016-2014（2018版） 《建筑设计防火规范》3.3.1条和3.3.3条即每个防火分区最大可按照建筑面积为2 000 m2设计。但是规模大的地下箱体按照此规范划分，仍然划分为过多防火分区，对厂区运行产生不利影响。根据2021年1月1日施行的T/CECS729-2020《城镇地下式污水处理厂技术规程》中5.4.2条：“地下厂操作层设备用房的消防设计按照GB50016-2014（2018版）《建筑设计防火规范》有关规定，生物反应池、二沉池等池顶操作层防火分区可按照工艺要求确定，敞开水面面积可不计入相应防火分区允许建筑面积，但每个防火分区内任一点至安全出口的直线距离不宜大于60 m。”这一条在GB50016-2014（2018版）《建筑设计防火规范》［2］局部修订征求意见稿也提出过。但是目前防火分区超出2 000 m2的地下厂区需要进行消防专项论证会以确定安全性。此外，消防分区的划分应注意结合预处理、生物处理、深度处理、污泥处理等不同污水处理单元，保证不影响厂区运行、设备吊装检修。合理的消防分区划分也应该兼顾除臭通风设计，进水泵房、格栅、沉砂池、储泥池、污泥脱水机房都是恶臭污染物浓度较高的区域，要进行密封加盖并且合理划分封闭空间，保证换气的排风量和微负压状态以防臭气逸散到整个操作空间。

3.2.3装修材料

地下厂区操作空间各设备用房使用的装修材料需要符合GB50222-2017《建筑内部装修设计防火规范》［3］规定，疏散楼梯间和前室、消防水泵房、排烟机房、进风机房、配电间、气体钢瓶间等，其内部的顶棚、墙面、地面均井采用A级装修材料；其他设备间如果无窗（如仪表间、鼓风机房）则需要将装修材料燃烧性能提高一级（已明确采用A级的部分除外）。

其余部分则按照6.0.1规定，满足装修材料燃烧性能顶棚A级、墙面A级、地面B1级。未有特殊规定的地面可以采用燃烧性能B1级的环氧砂浆面层，便于日常冲洗。此外，加药间及储药区域要针对药品性质考虑防腐装修材料，鼓风机房等噪音较大设备间除针对设备加隔音罩以外，要选用燃烧性能符合标准的穿孔板吸声墙面顶棚材料。

3.2.4箱體防水

根据GB 50108-2008《地下工程防水技术规范》第3.2.1条要求所示，地下厂区负一层（设备操作层）防水等级为一级，负二层水处理池体防水等级为二级。箱体顶板防水层要使用耐根穿刺防水卷材，顶板防水卷材与侧壁、底板选用卷材要考虑搭接固定的相容性，尽量选用相同材质的卷材，避免不同材质用钉固定造成的孔洞和破裂，影响防水效果。底板选用卷材要重点交代卷材与桩头处理的节点做法，侧壁一级、二级防水交接处节点要明确做法。此外，地下箱体顶板应采用结构找坡利于顶板排水。

3.2.5其他设计要点

在地下污水处理厂运行过程中，主要存在几点问题：

（1）生物池顶板考虑维护管理的需求，需要在每条渠道上设观察窗，便于观察水下设备的运行情况，方便检修维护。

（2）预处理区、膜池、反硝化深床滤池等池体，池顶电缆桥架、工艺管道、吊车、进排风管道较多，日常巡检存在交通不便的问题，设计时要考虑尽量优化路线。

（3）地下厂内由于起吊设备清洗、污泥运输等都会造成臭气逸散，加上潮气较重，对设备和栏杆的腐蚀比较明显，增加送风量的同时也要定期对栏杆补刷防腐涂料。

4结束语

通过分析近年部分有代表性的地下污水处理厂工程的建筑设计要点，有助于设计人员在相关规范尚不完善的情况下，对地下污水处理厂有更全面的认识。随着科学技术的不断发展，污水处理效果更好、流程更短、占地更省的新污水处理工艺一定会不断发展与完善；地下污水处理厂与环境、科技产业的融合一定会到达新的高度，更好地促进经济、社会和环境的可持续发展。

参考文献

［1］中国工程建设标准化协会，城镇地下式污水处理厂技术规程：T/CECS729-2020 ［S］。北京：中国计划出版社，2020.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部，建筑设计防火规范：GB50016-2014（2018版）［S］.北京：中国计划出版社，2019.

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部，建筑内部装修设计防火规范：GB50222-2017 ［S］》北京：中国计划出版社，2017.

［4］周友飞，朱晓风.上海泰和全地下污水处理厂消防系统设计探讨［J］.中国给水排水，2018，34（12）.

［5］庄修伟.地下式污水处理厂规划设计的三种形式及其优缺点分析［J］.特种结构，2021，38（04）.

［6］刘世德，王泽明，刘茜，等.地下式污水处理厂关键节点及设计对策［J］.地下空间与工程学报，2021，17（S1）.

［作者简介］景文（1988—），女，硕士，高级工程师，研究方向为风景园林和工业建筑；王伟（1986—），男，硕士，高级工程师，研究方向为给排水。