逆天的地下四层综合改造？国内首例地下污水厂+商场+停车库+公交站
贵阳市彭家湾五里冲棚户区改造污水处理综合工程是国内首例地下式污水厂与城市改造综合工程结合的设计案例，该工程在地下四层建筑中集地下商场、机械停车库、公交首末站、6.0×104 m3/d规模的污水处理厂为一体，地面为景观公园，总用地面积3.94ha。设计方案有效解决了旧城改造中污水治理与城建开发用地需求的矛盾，最大程度地减少了对生态环境的破坏。
作者简介：张明杰(1964-)，重庆人，大学本科，高级工程师，中国市政工程西北设计研究院有限公司西南事业部副总工程师，从事给水排水工程设计研究工作。
1.项目背景
2012年，贵阳市启动“二环四路城市带”开发建设，计划五年左右基本开发完成包括二环路和机场路、甲秀南路、花溪大道、贵黄路(艺校至清镇段)沿线区域，规划总用地105平方公里，其中新增开发改造建设用地52平方公里，形成以二环四路串联的15个功能板块“珠链式”新兴城市带，预计聚集城镇人口80万。建成后的城市带中将综合配套医院、中学、小学以及污水处理厂等基础设施建设，完成城市带重要景观节点建设与沿线棚户区、城中村改造，彻底改善城市核心区周边和入城口景观环境风貌，建成一批低碳社区、绿色社区，实施区域商业综合功能深度开发。
彭家湾片区为“二环四路城市带” 贵黄路现代商贸商务功能板块，规划用地395.76ha，规划入住人口47.4万人，根据规划要求贵阳市大型房开项目内均须新建污水处理厂收集处理区域内的污水，以减少对南明河流域截污沟的排污压力并将尾水作为河流上游的景观用水。
2.厂址与建造形式选择
污水处理厂厂址选择在五里冲中央公园处。该项目位于CBD中心，人流量车流量大、车位紧张以及须与周边环境合理的衔接等多种因素，为更有效的利用地下空间、节省宝贵的土地资源，最终确定本项目建设型式采用全地下式，集地面公园、停车场及商场、公交车首末站、污水处理厂为一体的地下四层综合工程(见图1)。
图1 综合工程竖向布置图
该地块地面公园面积3.94ha，地下综合体总建筑面积为65325.95平方米。其中地下一层为商业用房和机械停车库，商业用房建筑面积为11201.59平方米、机械停车库建筑面积为4397.6平方米;地下二层为公交首末站及其附属用房，建筑面积为21320.17平方米;地下三、四层为污水处理厂，建筑面积为28406.59平方米(包括设在地下二层综合办公用房)。
地面景观效果图见图2。
图2 地面景观效果图
3.地下一、二层布局设计商业服务用房位于该大型综合体的-1F南侧。平面内柱网间距为8~15米，为商业后期灵活布局提供了有利的条件。平面内空间层高为6米，满足一切商业用房的使用需要。平面内在中部位置设置有公交站的出入站门厅，并直通下沉式休闲广场，沿下沉式广场灵活布置设置商场出入口。
停车库设计位于该大型综合体的-1F北侧，设计为机械式双层停车库，总的设计停车位数量约为180个，为中型停车库。在西侧设置车库入口、东侧设置出口，车库进深约20米，采用中间通车道、两面垂直停车的方式，合理、高效的布置停车位。停车库内部层高为6米，满足双层机械式停车库的净高要求。
图3 地下一层平面布置
公交首末站设计位于该大型综合体的-2F，根据区域定位，该首末站属于中型站，有效配车总数为30辆。公交站严格设置车辆入口及出口，在东侧设置入口、西侧设置出口通过匝道与城市道路相连接。出入口净宽均为9米，车道坡道最大为8%。因用地紧张，在出入口段兼作污水处理厂运渣车的出入口，运渣车不通过场站内部，通过专用的坡道通往-3F。平面内柱网均为8~15米，层高7.5米。在平面适当位置布置有为公共站服务的配套服务用房，包括办公、食堂、机修等附属设施。
图4 地下二层平面布置
4.地下三、四层(污水厂)设计污水处理设计总规模6.0×104 m3/d，近期处理水量3.0×104 m3/d，远期增加3.0×104 m3/d，土建一次实施，设备分期安装。
尾水排放受纳水体为小车河，执行《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。
污水生化处理采用改良A2/O工艺、二沉池采用矩形周进周出沉淀池、污水深度处理采用高效沉淀池工艺、消毒采用紫外线消毒工艺;其中20%规模的中水再采用纤维转盘滤池+次氯酸钠辅助消毒。
污泥浓缩脱水采用“叠螺式污泥浓缩机+高压弹性压榨机”，污泥脱水至含水率≤60%。
图5 污水厂工艺流程
污水厂平面功能分区根据工艺流程，设置预处理区、二级处理区、深度处理区、污泥处理区、公用建筑区、车行道及管廊区，各分区具有相对独立性和完整性。污水厂设置一条双向6.0m的单车道供运输使用，综合用房可直接通往负三层、负四层，便于生产管理或参观人员的出行。箱体总长161.05米、总宽104米，面积1.54公顷(见图6、图7)。
图6 地下三层平面布置
图7 地下四层平面布置
5.交通组织该项目使用功能众多，人员与车辆流动频繁，必须合理、有序的组织与疏导交通。
综合体内主要人流分为三股：公园休闲人流、商业用房人流、公交场站客流、办公人流。主要出入口与南面延安南路紧邻的下沉式休闲广场及下沉式广场与地面公园之间采用室外大台阶相连，做到了休闲人流与其他人流的有效分隔。办公与公交客流均有单独的出入口，车流均位于东西两侧，严格做到基地内的人车分流，保证了优越的休闲公园品质。
综合体内主要车流分为三股：污水厂运渣车、公交车及小型机动车。在平面及车流交通组织中，根据三股车流的使用频率，将频率较小的运渣车与公交车混用入口，在节约用地的同时，也保证了正常的使用需求。用地西侧设两个机动车入口，其中一个为机动车停车库专用，另一个作为公交车、运渣车使用。用地东侧分别设停车场出口及公交车、运渣车出口，由于地形高差大，两出口汇合后通过匝道与中山中路相接。
6.关于地下式污水厂设计的几个问题探讨
6.1地下箱体平面布置一般为矩形或近似矩形。
总体布置上明确功能分区，各构筑物之间布置紧凑，构筑物间尽量采用渠道连接，充分利用地下空间，减少箱体占地面积，节省工程造价。
6.2工程安全措施
在易发生事故的处理单元，充分做好工程设计预防措施。如：
1)任何情况下不能被淹没。粗细格栅易发故障导致污水发生满溢事故，在格栅旁增设人工格栅，在紧急状态下启用，防止污水从格栅前溢出。
2)消除有毒有害气体。加强通风、除臭等措施，并设置有毒有害气体检测仪(H2S检测仪)。
6.3污水泵站是否必须单独设置
《室外排水设计规范》(GB 50014-2006)中5.1.3条：抽送产生易燃易爆和有毒有害气体的污水泵站，必须设计为单独的建筑物，并应采取相应的防护措施。
地下式污水厂各构筑物需组合在一个箱体内，污水泵站难以做到与其他构筑物有一定的间距，但可作为一个单独的防火分区采用防火墙隔离。
6.4消防与防火分区面积划分
地下式污水厂消防需考虑的问题：1)交通组织与运输;2)安全疏散与消防车道;3)防火墙及防火分区面积;4)消防给水及灭火器配置;5)通风;6)电气及自控系统。
设计当时指导消防设计的规范为《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)。对于地下式污水厂，对应条款是执行第3章厂房和仓库中的相关内容，主体是地下厂房，生产的火灾危险性为戊类，地下式厂房防火分区的最大允许建筑面积≤1000m2。 值得注意的是，2014版“防火规范”(2015年5月1日施行)在第3.3.1条款中的表下增加了一条注6，即：厂房内的操作平台、检修平台，当使用人数少于10人时，平台的面积可不计入所在防火分区的建筑面积内。虽然新旧规范对防火分区面积没有变化，但如何计算其面积却有本质的变化，极大地影响着防火分区的划分。污水处理厂内有许多大面积的操作平台巡检走廊、检修平台等空间，因为平时没人使用，仅在巡检时有人工作，主要为生产服务的工艺设备而设置，所以这些平台可不计入防火分区的建筑面积。
该项目因功能复杂，叠合公交首末站及商业用房，因此在施工图阶段由省消防主管部门组织召开了该项目特殊消防设计专项评审，专家组意见包括：1)污水处理厂的防火设计可参照戊类工业厂房的防火设计要求确定;2)污水处理厂的防火分区可以按照实际的设备用房的建筑面积计算(非设备用房空间不计入防火分区面积)，每个防火分区建筑面积不应大于1000平方米;3)在人员疏散系统完全独立、污水处理厂与公交首末站及商业用房实行严格防火分隔的条件下，现叠合建设方案可行。
6.5结构伸缩缝
超长的地下构建筑物往往需要设置伸缩缝，由于止水带在施工时易破损、后期老化易出现漏水的现象，故提倡尽可能不设缝。采用加强带+补偿收缩混凝土的方式能有效的解决混凝土早期的温度和收缩应力，不会产生温度裂缝，降低漏水的风险。
正常使用期间，地下构筑物处于温度相对恒定的工作状态，温差非常小，不易产生温度裂缝，即使后期出现渗水现象，用混凝土表面堵漏剂也易于解决。
