随着我国城镇化快速发展, 可用建设用地不断减少, 需充分利用土地资源, 因此超高层建筑成为建筑发展的重要潮流与趋势。据世界高层建筑与都市人居学会统计数据显示, 截至2018年底, 全球竣工的高度在200m以上的超高层建筑数量近1500栋, 随着建筑高度增加, 建筑设计的复杂性不断加大, 超高层项目地下车库的设计难度也不断加大, 如何在满足规划要求条件下尽可能提高地下空间的综合使用效率, 需在整个设计过程中着重考虑。地下车库设计的优劣直接受建筑师设计经验和技术水平的影响, 建筑师需准确把握地下车库设计的规范性、经济性、合理性和有效性。本文结合黄金国际广场项目实践, 介绍超高层建筑地下车库设计经验。

黄金国际广场项目位于国家级特色商务中心区——济南东部CBD核心区, 交通便利, 地理位置优越。项目规划建设用地面积约2.25hm², 地块形状呈L形, 总建筑面积163384m², 其中地上建筑面积105871m², 地下建筑面积57513m²。本项目主要由1栋42层超高层塔楼 (建筑高度207.1m) 、5层商业裙房和地下车库组成 (见图1) 。其中, 地上主要功能为办公、商业、宴会厅等。地下3层主要功能为停车库、设备用房及辅助用房。经统计需设置机动车停车位1059个, 全部采用地下停车方式。规划要求地上容积率不大于4.7, 地下容积率不大于2.2。

建筑用地由北侧公园用地和南侧可建设用地2个地块组成, 地块整体地势呈南高北低, 地块最低点设计标高为101.700m, 最高点设计标高为107.000m, 高差约5.3m。场地高差大, 地块不规则, 地下车库停车数量大, 交通流线组织及地下空间功能布置难度大。南北地块之间考虑设置市政规划道路, 对地下功能空间布置和利用带来很大挑战。规划总平面如图2所示。

针对场地原始高差较大, 地下车库布置需综合考虑场地标高关系, 在满足防洪排涝、道路衔接的前提下, 采用台阶式竖向设计形式, 如图3所示, 南侧场地初定设计标高为107.900m, 北侧场地初定设计标高为103.400m。地下车库顶板结构降板0.8～2.4m。道路纵坡不小于0.3%, 最大纵坡控制在8.0%以下, 横坡为1.0%～1.5%。地表排水采用暗管排水系统, 雨污分流, 排入市政干管内。

地下车库位置应根据地形充分考虑埋深, 顶板覆土厚度应结合园林景观规划、设备管网布置等综合因素确定。总平面设计时尽量减少消防车道和扑救面面积, 有利于减少地下车库顶板荷载, 节约结构成本。若消防车道必须在地下车库顶板通过时, 应考虑设置在2根柱的中间。场地标高设定应进行土方平衡计算, 尽量减小土方开挖和回填量;基坑开挖深度控制在深基坑范围内。

地下车库平面轮廓线设计不合理会增加车库无效面积, 提高造价。该项目地下车库外轮廓线从方案设计初始就需考虑规划车位指标和场地标高。项目初期, 在满足规划车位指标前提下, 应考虑人员疏散楼梯、人防工程口、设备用房等占用车位的数量。深化设计过程中将设备用房设置在无法停车区或停车低效区:尽量利用主楼楼梯和自行车坡道作为人员疏散口。本项目地块不规整, 经初步排布计算停车位和设备用房布置, 设计考虑地下车库3层均为满铺, 地下车库轮廓尽量规整, 避免出现无效空间, 充分利用北侧公共绿化地下空间, 并满足规范退距要求。

地下车库轮廓布置原则:轮廓线应简洁, 减少折线, 减少不必要外墙, 避免出现拐角、死角等不宜布置车位的空间;轮廓线应紧凑, 避免出现多余空间, 造成无效面积;轮廓线应方正, 避免出现锐角弧线, 造成停车阻碍。

场地内共设3个地下车库出入口。办公区域地下车库主出入口布置在塔楼的东北角;商业区域地下车库主出入口布置在裙房商业的东南角兼货运通道, 货运通道及卸货区净高不低于3.60m, 满足货车进出地下车库要求。这2个主要出入口通过不同规划道路进入地块并直达地下车库, 满足不同使用功能, 同时便于运营时分区分时段管理。北侧公园用地东南角的地下车库出入口作为次要出入口, 用于高峰时段车辆分流, 满足实际使用及规范要求。东侧在裙房与塔楼连接位置设置非机动车地下出入口。

该项目地下车库停车数量为1059辆, 数量较大。流线设计是地下车库整体设计的重要部分, 其设计水平高低将直接影响地下车库车辆进出的通畅程度。因此, 必须全方位考虑流线设计方案的合理性, 以保证地下车库使用的便捷性, 提高地下车库利用率和管理效率。

地下车库流线规划设计要结合平面设计, 综合人流、车流方向等因素合理布局。车库平面布置时的车行流线、人行流线组织应尽量平直通畅、避免交叉, 同时便于汽车停放。为保证车辆进出更加方便, 地下车库流线应尽量简单规整, 可使用单向环路流线设计方式, 保证内部车辆行驶的畅通性, 提高地下车库利用率。地下车库出入口位置与外部道路要连接顺畅, 并且不能干扰到基地内其他车辆行驶, 也要避开人行道交叉位置。地下车库出入口、消防车道也应与人流不产生干扰, 货流应设在较隐蔽的位置, 以免影响建筑整体美观。

在确定地下车库轮廓后, 制定地下柱网基本尺寸很关键, 根据项目实际情况, 选取合理的柱网体系, 并解决地上和地下的柱网关系。目前地下车库常用的方案有大柱网和小柱网, 从车位使用效率来说, 大柱网效率更高;从成本控制角度, 小柱网形式的车库成本较低。商办空间一般是大开间, 柱网相对规整。商办车库与住宅地下车库最大的差别在于日均车流人流较多, 且用户往往不熟悉车库, 综合权衡后考虑设置大柱网, 柱网规格采用8.4m×8.4m, 便于与商办衔接。留出人行区域, 实现局部人车分流, 大大提高车库安全性及办公、购物体验。

项目在设计之初就拟定了BIM技术预案, 利用BIM技术在三维模型中植入各专业数据信息, 在设计上实现可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性。不仅最大程度减少图纸的错、漏、碰、缺, 而且经过优化, 对管线、设备进行综合排布, 使管线、设备整体布局有序、合理、美观, 最大程度利用建筑使用空间, 降本增效 (见图4) 。该项目地下3层层高4.00m, 地下2层层高3.80m, 地下1层层高4.00～7.30m (地下夹层层高3.50m) , 综合考虑车位、结构、设备管线所占空间, 排列紧凑, 避免浪费空间, 并利用数字技术对建筑环境进行全生命周期管理。

合理降低地下室层高的技术措施包括:合理选用地下室底板构造做法, 根据实际构造计算车库层高;小管让大管, 有压管让无压管, 水管让风管;考虑到地下室主梁与顶板的距离, 为减少桥架和风管翻弯, 采用喷淋主管贴梁敷设, 位于最上层;风管按设计标高及走向不轻易改变;为保证地下室最低标高要求, 所有桥架与水管遇到风管时均上翻避让。喷淋主管下方敷设桥架路由, 给水及消火栓管道位于桥架下方, 当桥架与桥架、水管与水管相遇避让时, 以少数管道避让多数管道为原则, 尽量减少翻弯;电气照明灯具遇风管避让。

防火分区设置应考虑以下几点:防火分区面积按规范上限设置;防火分区分隔应循防火隔墙最短、防火卷帘最少原则;防火分区的划分应利用主楼楼梯和自行车坡道作为疏散口, 尽量减少室外楼梯;各防火分区尽量利用汽车坡道, 从防火角度看, 防火分区划分越小, 越有利于保证建筑物的防火安全。如果划分过小, 势必会影响建筑使用功能。防火分区面积大小确定应考虑建筑物的使用性质、重要性、火灾危险性、建筑物高度、消防扑救能力及火灾蔓延速度等因素。

该项目地下建筑面积为57513m², 地下室共设置23个防火分区, 均设自动灭火系统, 其中车库防火分区13个, 防火分区面积不大于4000m²;设备用房9个, 防火分区面积不大于2000m²;非机动车库1个, 防火分区面积不大于1000m²。车库防烟分区不大于2000m²。

为更好地满足超高层建筑各项使用功能, 在地下1层设置物业、员工餐厅, 常规需设置消防水池及泵房、生活泵房、变电室、柴油发电站、冷冻机房、雨水收集池、补风、排风机房等设备用房。本着提高地下车库停车效率的目的, 在项目前期应征询设备专业的要求及建议, 合理布置设备用房。应将设备用房尽量布置在无法停车或停车效率不高的区域。设备布置一定要紧凑, 水池水箱尽量设置在坡道下方或其他受限制空间。

地下车库设计是超高层建筑设计研究的重大课题, 需结合项目实际情况, 合理规范地下车库功能布局, 优化地下车库各项功能设计;既要着力于提高停车效率, 又要便于人员使用与维护管理;并考虑地下车库设置的合理性、实用性和安全性, 以实现经济和社会效益最大化, 真正体现以人为本的建筑设计理念。