给排水地下水厂建筑设计探讨

给排水地下水厂建筑设计探讨

闫光超

身份证号：370832198911181717

摘要：给排水水厂是市政基础设施中重要的建设项目之一，受城市规划发展和水处理工艺技术进步的影响，建设地下水厂成为新的发展方向。地下水厂的建设能够释放地面土地价值，节约用地；同时为城市留白增绿，营造生态公园小环境，助力城市更新、提升城市环境品质。而地下建筑的防火设计条件和消防救援条件较地上建筑差，地下水厂的消防设计关乎生产和工作人员安全，是市政工程设计人员关注的重点之一，本文探讨地下水厂建筑消防设计中的相关问题，旨在促进地下水厂建筑设计的进一步完善和提高。

关键词：地下水厂 平面布置 泵站设计 防火分区 安全疏散

一、地下水厂的防火分区面积限制问题

火灾危险性类别为戊类的地下水厂，其一个防火分区的最大允许建筑面积为1000平方米；而且地下厂房每个防火分区必须至少有1个直通室外的独立安全出口。现行《建筑设计防火规范》GB50016-2014(2018版，下文简称建筑设计防火规范或建规）中第3.1.1条和第3.7.3条这两条条文要求与地下水厂建筑面积规模较大之间的矛盾使得地下水厂的设计出现一定的困难。

设计人员常常希望能考虑水厂火灾安全危险性低而突破防火分区面积和安全出口的数量，这在现行规范条件下是行不通的。我们可以从工程实际出发，积极探讨地下水厂合理的防火设计要求，对规范修编提出建议；同时，在现行规范条件下从方案阶段采取一定的措施优化平面布置。设自动灭火系统使防火分区面积增加一倍，核算地下水厂中水池等水体面积，将其从防火分区面积中扣除，这些可以释放每个防火分区的建筑面积，但还没有起到优化方案的作用。在地下水厂实际工程设计案例中，地上楼梯间单体数量多，布置形式单一，不利于地面的景观设计，这些问题到施工图审查阶段已很难挽回，违反强制性条文的问题也会引起重大修改，所以，应当从方案阶段入手，至少可以从以下三方面进行平面优化。

(一)采用下沉广场联系地下水厂的各个防火分区，各防火分区向下沉广场疏散，既可以解决地下厂房安全疏散问题又可以丰富水厂总平面的空间设计，通过下沉广场和地下构筑物覆土改造局部地形，厂区内起伏的地形更有利于营造丰富多彩的景观设计。一般给水、再生水或污水厂的厂区占地面积大，当地下建筑埋深不高时，下沉广场两端完全有条件以缓坡的形式与厂区道路相连，此下沉广场可以做到消防车可到达，还可兼做设备运输通道，一举多得，下沉广场联系地下水厂的各个防火分区示意图见图1。

图1下沉广场联系各防火分区示意图

(二)当水厂地下建筑埋深较大，用地面积有限，不便于采取下沉广场的形式时可以采用地下建筑中部布置避难走道的方式减少直通地面的楼梯间的数量，当然，避难走道的防火措施一定要满足《建筑设计防火规范》第6.4.14条的要求，充分保证避难走道的安全性。避难走道两端的疏散楼梯可以上部开敞，在满足自然排烟的条件下可以结合地面景观设计为建筑小品。避难走道连接地下水厂的各个防火分区示意图见图2。

图2 避难走道联系各防火分区示意图

(二)利用楼梯间组合设计减少地面建筑单体的个数。两个防火分区不能共用一个疏散楼梯间，但可以在两个防火分区相连的防火墙处设置两部楼梯间，组合布置，尽量减少出地面的建筑单体数量，组合布置的极端情况是设置为剪刀楼梯的形式，剪刀梯的两个楼梯分隔部位要达到两个防火分区之间防火墙的耐火极限。利用剪刀梯连接地下水厂的两个防火分区示意图见图3。

图3 剪刀楼梯联系两个防火分区示意图

二、地下水厂中泵房建筑的安全疏散问题

泵站是常见的给排水工程附属设施，不同于民用建筑的消防水泵房和生活给水泵房附建于建筑的地下室，市政工程中的泵站通常为独立的单体工程。主泵机组的台数不同，确定泵站规模大小不同，受用地条件影响或工艺布置要求泵站的建筑形式也有不同。泵站的建筑设计功能单一，且属于戊类火灾危险性厂房，看似简单，却因为有地下建筑形式和地下地上连通的开敞式建筑形式，常常容易违反《建筑设计防火规范》第3.7.2-4条超过400平方米而设置了一个安全出口；违反第6.4.4-1条地下或半地下建筑其疏散楼梯间未采用封闭楼梯间；违反第3.7.4条戊类地下厂房内任一点至最近安全出口的直线距离超过60米等防火规范条文。具体问题分析如下文：

（一）小型泵站的设计常常纠结于执行《建筑设计防火规范》第3章厂房的规定还是执行第5章民用建筑中设备用房规定的问题。因为地下厂房设置一个安全出口的最大建筑面积是50平方米，而民用建筑地下设备用房设置一个安全出口的最大建筑面积是200平方米，地下厂房的安全出口数量是强制性条文规定，见《建筑设计防火规范》第3.7.2-5条。对此我认为，厂房内无固定工作人员和值班人员，只有检修、巡查人员，使用性质与民用建筑的地下设备用房类似，与《建筑设计防火规范》第5.5.5条的条文解释的内容一致，可以参照第5.5.5条的建筑面积进行设计。

（二）对于主体建筑位于地下、仅疏散楼梯出地面的地下泵站，当建筑面积不大于200平方米时设置一个直通室外的疏散楼梯间，疏散楼梯间的形式根据室内外高差是否大于10米来选择采用防烟楼梯间或封闭楼梯间，不可采用敞开式楼梯间，否则违反现行《建筑设计防火规范》第6.4.4-1条规定。独立建设的小型泵站通常150平方米左右，要求其执行第3.7.2-5条“地下或半地下厂房每层建筑面积不大于50平方米” 而设置2个安全出口是不合理的。当独立建设的地下泵房建筑面积小于500平方米时，依然可以参照《建筑设计防火规范》第5.5.5条2个安全出口的其中之一可利用直通室外的金属竖向梯。如上处理泵房的安全出口看似与建筑设计防火规范有一定的出入，但是因为第3.7.2-5条没有对地下厂房的火灾危险性进行区分，而第5.5.5条有与戊类厂房类似性质的地下设备用房可以参考，对于平常只有检修、巡查人员使用的地下泵房而言，这个方案既能满足安全疏散的要求，且更符合工程实际情况。考虑到泵站设计一定配建有变配电室，泵站的用电负荷决定了配电室的容量，具体工程情况各有不同，通常0.4KV和10KV级别的变配电室采用无含油电气设备，火灾危险性类别属于戊类，泵房与变配电室组合建造时还应充分考虑变配电室的人员使用情况，严格地规范支持还需要室外给排水设计规范对建筑设计防火规范的补充，在泵站类建筑的火灾危险性和人员使用情况等数据调查基础上做出严谨科学的判定。

（三）给水、排水水厂中的泵房通常规模较大，由于设备吊装、更换等工艺需要，上部吊车桁架与地下设备连通在一个高大空间中，采用地下和地上连通的高大厂房形式。这一类泵房防火设计关注的问题是防火分区面积超限和是否必须设立封闭楼梯间的问题，产生这两个问题的根源是该类泵房是否属于地下或半地下建筑。按照《建筑设计防火规范》第2.1.6条半地下室、地下室的定义，房间地面低于室外设计地面的平均高度大于该房间平均净高的三分之一即达到半地下室条件，由此推断这一类泵房肯定属于地下或半地下建筑，防火分区面积执行《建筑设计防火规范》第3.3.2条不设自动灭火系统时最大允许建筑面积是1000平方米，疏散楼梯执行第6.4.4-1条地下、半地下建筑的疏散楼梯间应采用封闭楼梯间或防烟楼梯间。

地下和地上连通的建筑在计算防火分区面积时应按上下层连通的建筑面积叠加计算，地上层的疏散走道应计入防火分区面积，地上部分的检修平台应视具体情况确定是否计入防火分区面积，当地上占用面积较大时，整体建筑的防火分区面积往往超过1000平方米。大型泵房应当按照现行《建筑工程建筑面积计算规范》核算厂房的建筑面积，超过1000平方米时，由于设备布置和工艺需要确实从空间上划分两个防火分区有困难，应该采取局部设置自动灭火系统的方式满足防火分区面积的要求。在实际工程案例中，泵房的建筑面积和防火分区面积概念是模糊的，当防火分区面积超限时也没有采取上述防火设计措施。如果改变此类泵房地下（或半地下）戊类厂房的性质，或者对此类泵房防火分区面积给予适当放大，需要室外给排水设计规范和建筑设计防火规范进一步的条文支持。泵房上层平面示意图见图4。

图4 泵房上层平面示意图

该类泵房的地下平面有条件时应当设置直通室外的封闭楼梯间，如果因为检修、巡视方便，设置敞开的钢梯连通地下和地上部分，这些钢梯不能作为地下部分的安全出口，首层对外平开的门才是地下部分最终的安全出口，所以要核实地下厂房任一点至最近安全出口的直线距离不应大于60m，需要注意钢梯作为疏散通道应当满足一定的疏散宽度要求，并且计算疏散距离时需计算钢梯的折算长度，折算方法参照《建筑设计防火规范》第5.4.11条注：室内楼梯的距离可按其水平投影长度的1.50倍计算。

结语

上述问题为给排水地下水厂建筑设计中需要关注的问题，涉及消防安全和市政公用设施的使用安全。消防安全性是市政基础设施工程施工图审查的重要内容之一，希望通过本文的梳理和讨论，能够促进地下水厂设计人员的思考，综合考虑该类建筑工艺使用功能要求和消防设计的协调一致，既满足室外给排水专业设计标准，又要密切关注建筑通用标准和防火设计标准，在总平面布局、平面布置、防火分区、安全疏散等方面合规设计，提升给排水地下水厂的安全质量和设计质量。

参考文献：

1. 倪照鹏 刘激扬 张鑫《建筑设计防火规范》实施指南 [M]北京 中国计划出版社 2020

2.王宝刚，国外小城镇建设经验探讨 [J]. 规划师. 2003