随着苏州轨道交通1号线、2号线的开通,3号线、4号线、5号线的相继开工建设,轨道沿线的地下空间也就顺理成章地被大量开发利用起来,城市地下空间的利用作为城市设计的一部分,日益成为开发热点,其功能日益复杂化。现在的地下空间和以前那种上部建筑下的地下室不可同日而语,其不再是上部建筑的附属物,而是与上部市政道路、轨道交通站点、公共交通枢纽等复杂衔接的地下商业综合体建筑。地下空间不仅仅是土地资源的再利用,同时还承担了缓解地面交通巨大压力的重要功能。本文以苏州太湖新城核心区地下空间为例,借鉴苏州星海广场地下空间,苏州高铁站地下空间等项目的设计经验,针对其给水及消防设计特点进行研究与梳理。

　　 苏州市太湖新城核心区地下空间工程位于太湖新城中央商务区中轴大道、太湖大堤及绿化带下方。以地铁4号线溪霞路站为中心,北侧离车站300m,南侧离车站500 m,全长900 m,共3层,占地约为10.2hm²(不包括地铁站),总面积约为30.9万m²,具体见文献[1]。

　　 本工程给水按用途分为:厨房用水、盥洗用水、空调补水、消防补水、冲厕用水、硬质铺地及车库冲洗用水、水景补水、绿化浇灌水等。厨房用水、盥洗用水、空调补水等用水水源采用城市自来水,由室外市政给水管网直供,以4号线栖霞路轨道站点为界,南、北区各从中轴大道引入1根DN150管道,并分别设置生活水表及井。

　　 冲厕、硬质铺地车库冲洗、景观补水、绿化浇灌等用水采用雨水、蒸汽冷凝水处理后的非传统水源,由非传统水源回收机房的变频泵组加压后供给。

　　 2.1 给水水量(见表1)

　　 2.2 非传统水源利用

　　 本工程主要是商业和餐饮,优质杂排水水量较少,位置分散,优质杂排水收集及提升距离远,管线和设备方面将增加大量投资,并且运行过程不节能,和绿色建筑节能原则相悖;综合考虑,本项目采用处理难度更小的雨水及蒸汽冷凝水作为利用对象。

　　 雨水回用用首先是充分利用场地空间,结合总图景观设计,确定雨水入渗范围,将除机动车道外的道路广场等均设计成透水地面,并尽量加大绿化面积使雨水尽可能入渗,对雨水进行引导、调蓄和净化,降低径流污染。再者是雨水的人工回用。苏州春、夏、秋三季雨水相对充足,收集大平台及广场的雨水,冬季采用能源站的蒸汽供暖,冷凝水量为6.2m³/h,换热后水温约25℃(年可回收水量约3 600m³),可补充冬季雨水的不足部分。由于本工程上部为市政道路及有轨电车轨道,室外可设置雨水回收池的地点很少,最终选定利用项目中间位置下穿地下空间的汽车坡道下侧空间设置雨水回收水池及水处理机房。水池容积为800m³,机房内设置雨水处理设备及变频加压设备,供给至回用水用水点。

　　 2.3 热水系统

　　 地下空间项目地面多为道路或绿化景观等,太阳能板设置在道路上是不可能的,而若设置在绿化景观上,景观设计根本无法接受,所以必须另辟蹊径寻找其他的可再生能源。最终选用空调专业蒸汽冷凝水(80~85℃)利用板式换热器和5m³承压热水储罐为厨房提供预热热水,辅助热源为各商户自设的燃气热水器,既最大限度利用了廉价的余热,又方便后期的计量和管理。而且由于后期商户进驻时间的差异性及餐饮类型的不确定性,采用辅助热源设置在后端的加热方式,可避免不必要的资源浪费,真正做到充分实效节能。

　　 本工程小时耗热量235kW,最高日生活用水量7.3m³;预热后生活热水供水温度为40~45℃,二次加热后温度不小于60℃。冷水补水设置专用消毒设备,热水采用同空调系统同时使用的全日制机械循环系统,共设2台热水循环泵,互为备用;热水循环泵的启、闭由设在末端的电接点温度表来控制,具体原理见图1。

　　 以往大型地下空间项目较少,国家相关规范所涉及较少或不够明确,所以各个地下空间的设计方法不尽相同,通常总是认为相同规模、相同使用功能下,高层建筑火灾危险性更高,消防主要靠自救。地下空间火灾有以下特点:(1)地下建筑火灾时热烟很难排出,散热缓慢,内部空间温度上升快;(2)可燃物燃烧不充分,发烟量大,火灾造成的危害更为严重;(3)由于地下建筑基本是个封闭体,易燃易爆的物品发生爆炸时,泄爆的能力差;(4)自然照明差,火灾烟气也是往上扩散,人的逃生方向与烟的自然扩散方向一样,地下工程发生火灾时.会造成严重缺氧,对人的危害大,比地面建筑人员疏散困难;(5)探测火情困难,灭火指挥决策困难,通讯指挥困难,难以展开扑救活动。基于地下空间工程上述的主要特点,其消防难度比高层建筑有过之而无不及,在消防水系统上必须要采用有别于普通多层地面建筑的消防水量和措施。

　　 新版《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014,以下简称“新建规”)及《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB 50974—2014,以下简称“水消规”)均把地下空间作为一个单独的建筑类型给予了定义,并且消防用水量明显高于老版规范,这样的提高是和地下空间的特点相吻合的。

　　 本工程消防水池及泵房为室内消火栓系统、自动喷水灭火系统共用,设置在B2层(标高-9.7m),有效容积为612m³,满足2h室内消火栓和1h(超市仓储1.5h)自动喷水灭火系统用水量及1h窗式喷淋系统用水量要求。屋顶消防水箱有效容积为50m³,设置在观湖景观大平台下方,为消火栓系统、自动喷水灭火系统共用;水箱旁设置消火栓及喷淋稳压设备各1套。消防系统用水量见表2。

　　 鉴于该项目面积较大,两端水平距离1.5km,并被地铁站点隔成南、北两区,结合工程其他实际特点及专家对初步设计的评审意见,采用南、北二区分设消防泵站且相互联通的设计方案,南北区消防设施配备相同。以下重点介绍南区的室内、外消火栓系统。

　　 南区室外消火栓系统完全利用市政消火栓;项目的室外地面即是市政道路,道路旁设置了DN300市政给水管道及市政消火栓,因此对后期市政给水设计单位提出的室外消防要求,在本地下空间主要出入口附近设置了室外消火栓10套以满足本工程室外消防要求。

　　 南区室内消火栓系统采用传统的消防泵+屋顶消防水箱的临时高压供水方式。整个南区内共用一个室内消火栓系统,系统内部不分区,泵房内设置室内消火栓主泵2组,(1用1备,Q=144m³/h,H=50m),室外设地上式消防水泵接合器,结合室外消火栓位置设置在地面主要出入口40m范围内,共6处,每处1组。

　　 与同样高度的地面建筑相比,地下空间通常感觉更为压抑,网格、格栅吊顶在地下空间应用非常普遍,自动喷水灭火系统的喷水强度应相应增加,按中Ⅱ危险等级1.3倍来确定,设计喷水强度为10.4L/(min·m²),自动喷水灭火系统水量经过逐点法计算后采用40L/s,K=80的喷头保护面积及喷头长边分别应控制在7.7m²、3.2m之内;在局部喷头间距受其他设备干扰而必须加大时应改用K=115喷头,各个功能区自动喷水灭火系统水量见表2。由于地下空间内部空间温度上升快,均采用热敏性能明显高于标准响应喷头的快速响应喷头,可在火场中提前动作,做到灭火迅速,使灭火的难度降低,最大限度地减少人员伤亡和火灾烧损与水渍污染造成的经济损失。

　　 本工程B1层商业及B2、B3层车库均设置自动喷水灭火系统,泵房内设置喷淋泵2组(1用1备,Q=216m³/h,H=50m),在室外分两处设地上式喷淋水泵接合器4组。为减少B1层商业的管线,自动喷水灭火系统环状管网在B2层车库顶部敷设,沿途接入设置在B2层车库内的报警阀间(共6处);南区共设置湿式报警阀47组。

　　 地下空间还有一个重要的消防场所就是下沉式广场。为了解决地下商业空间行走顾客的心理感受,减少地下、地上的视觉差异,下沉式广场被地下空间项目大量使用。再者下沉式广场也是提供休息和停留的公共场所;是景观设计的重要节点;是消防时人流疏散重要空间。对于水专业而言要解决的问题主要有2个:一个是下沉广场本身的水消防问题,另一个是防火分区面向下沉广场处的玻璃窗的保护问题,具体部位见图2。

　　 “新建规”5.3.6条及6.4.12条对用于防火分隔的下沉式广场进行了较为细致的规定。对于不满足防火分隔要求的下沉式广场规范尚未有明确规定,与消防部门商讨后应参照“新建规”5.3.2条及5.3.6条的要求来设置水消防设施,即图2中在部位1设置消火栓系统,部位2采用耐火完整性不低于1h的非隔热性防火玻璃墙时,设置窗式喷淋系统进行保护,回廊顶部即部位3设置闭式自动喷水灭火系统。

　　 窗式喷淋系统喷水强度0.5L/(s·m),采用K=80窗式专用喷头,喷头间距控制在1.8~2.5m。本工程单个防火分区需要保护的非隔热性防火玻璃墙最大长度为38m。由于用水量不大(见表2),故与自动喷水灭火系统合用消防加压设施,由自动喷水系统管道就近接入窗式喷头,安全可靠又节省造价。

　　 厨房火灾通常是烹饪设备上的高燃点食用油燃烧而起,本工程每个商业厨房内均设置了厨房设备专用自动灭火装置,它是与厨房内通常设置的消火栓、自动喷水灭火系统等灭火系统保护对象不同且相对独立的专用消防系统。其具有烹饪设备、排烟罩、排烟管同时灭火的功能,并具有与自动灭火装置联动的自动燃料切断、厨房电源切断、风机关闭等装置并将信号传至消防控制中心。该装置采用无毒无害的厨房设备专用灭火剂,具有自动、手动控制和机械应急操作3种启动方式。自动控制具有延迟喷放功能,延迟时间不大于30s,确保有效灭火又防止误喷。

　　 另外为确保整个地下空间消防的安全性,其他专业也作了很多相应的配套措施,如南、北区及地铁站点的消防控制中心均相互连通,并应保证火灾时能实现信息的互通等。其他消防如灭火器配置等均按规范设置,不再赘述。

　　 “新建规”、“水消规”对地下地下建筑的防火分区、下沉广场、用水量等整体做出了一些规定,但对水消防部分的规定不够详尽,随着各个城市地下空间开发的力度不断加大,迫切需要一个专门针对地下建筑的设计规范能在防火、给排水、可再生能源等方面给予更适合的规定,让这种高效运用土地的开发形式走得更远。下面是笔者的一些建议:

　　 (1)部分地方法规过分强调采用太阳能而忽略条件不同下使用其他可再生能源如空气能的可能性,笔者认为像地下空间这种特殊形式的建筑,其热水需求由于客观条件的限制不必过于强求太阳能的利用,可采用更适合地下空间恒温特点的空气源热泵热水机组,将外机结合排风口、楼梯或车辆出入口设置,充分利用地下空间的恒温效果,使空气能发挥更高的效能。

　　 (2)应改变以往单纯以高层、多层的单一建筑分类原则,超大型地下建筑,乃至地面多层超大型商业综合体等大体量建筑无论是从火灾危险性还是疏散及扑救难度均不亚于高层建筑,其在消防设施的配备上及火灾延续时间上都应相应提高至与高层建筑相当为宜。

　　 (3)作为非防火分隔的下沉式广场与室内的防火分隔、地下出租车候车区与停车区的分隔等处和“新建规”5.3.6条中步行街与店铺分隔极为相似,笔者认为亦能采用耐火完整性不低于1h的非隔热性防火玻璃墙+窗式喷淋系统保护的形式,为建筑提供分隔的灵活性、实用性。

　　 (4)地下建筑的特殊空间,如与地铁、公交或周边建筑的连接通道等重合节点,应对水消防设施的配备进行分析,合理利用主体消防设施延伸至节点位置,让消防系统无缝对接。