随着世界经济和科学技术水平的不断发展以及地上空间的日益减少,人们将眼光转向地下空间已成为社会发展的必然趋势。所谓“地下空间的开发利用”是指对地表以下地层空间实体的有序开发和合理利用。地下工程具有许多地面工程无法比拟的优点,但也有一些阻碍其发展的因素和必须解决的关键技术问题。文章对城市地下空间开发利用三项关键技术进行初步探讨。
开发利用城市地下空间将成为21世纪建筑行业的着眼点,随着不断地摸索和新技术的开发,城市地下空间的开发将日趋成熟和先进,为人类的生产生活带来巨大的方便与惊喜。根据地下环境的特殊性,关于内部防灾、通风和空调、采光及照明这三项基本的关键技术是不可或缺的,并且应该继续探索和完善,使其能更好的应用于城市地下空间的开发利用中。
一、内部防灾技术
1.内部灾害的主要类型和原因
按照灾害的不同类型，地下空间内部灾害大致可分为以下几类：(1)火灾:电气故障、违章操作、用火不慎、防火系统不健全等。(2)爆炸:易燃气体泄露、感知迟缓、报警延迟等。(3)缺氧中毒事故:感知迟缓、报警和救援延误。(4)淹:相邻施工现场发生水害后因无阻隔,水进入地下空间,外门因内部空气超压无法开启排水。
综合各种灾害的原因大致可分为三个方面:设计问题、设备问题、管理问题。平时管理不善导致设备遇灾后失灵,感知迟缓,疏散和救援困难等都是引起灾害的重要原因。对于这些问题,必须给予高度重视,采取有效措施,防止灾害发生、把灾害损失降到最少。
2.内部灾害防治综述
对于不同类型内部灾害的防治大致相同,可分为以下几个方面:尽量杜绝灾害源,比如限制易燃易爆物品,严格控制装修材料的性质,限制明火的使用等。还要加强感知系统灵敏度以及保证通信设备的畅通。并且完善内部自救系统和指挥管理系统。
二、通风与空调技术
1.地下工程两种通风方式。地下工程的通风按驱使空气流动的动力不同,可分为自然通风和机械通风。自然通风是指风压和热压作用下的空气运动,具体表现为通过墙体缝隙及窗体的空气流动。根据自然风压的形成原理和实际工程环境中自然风压的计算,可以通过设置竖井和平风道对地下建筑进行自然通风。在设计过程中应充分考虑建筑的方位、朝向、门窗开启程度、自然风向以及季节性对自然风的影响等诸多因素。由于自然通风的不稳定性,只有摸清它的规律性才能将其作用发挥到最大。另一种地下工程中常用的通风方式为机械通风。机械通风是利用通风机的运转给空气一定的能量,造成通风压力以克服地下空间通风阻力,使地面空气不断地进入地下,沿着预定路线流动,然后将污风再排出的通风方法。使用的扇风机按其构造原理可分为离心式与轴流式两大类。通风机设在入风口一侧,向地下空间内送风,成为压入式送风;通风机设在出风口一侧,从工程向外抽风,称为抽出式通风。为造成工事的正压,风机和过滤装置应设置在入风口一侧,由通风机向工事做压入式通风,供房间、车间等人员呼吸用。某些单独房间必须排出废气时可以设置抽出风机。为保持地下工程内有一定正压,抽出风量必须小于压入风量。目前,综合考虑优缺点,地下工程常采用两种通风方式相互辅助共同作用的形式。
2.地下工程通风系统布置。要注意因地制宜决定通风系统。根据情况决定通风方式、风机位置、分区划段、网路联接等。减少串联风路,广泛利用并联风路可以减少通风距离,降低通风阻力。若工程由长风道组成的风道网,应采用分区通风。在划分通风区时更要注意大小适宜合理,重视节约。对于进风系统和排风系统的各个组成部分都要谨慎科学地进行设计安排。
3.地下工程空调技术。地下建筑的明显优势是冬暖夏凉,具有热稳定性,可使室温不致有很大波动。但湿度环境却存在较大的问题。若通风除湿措施不当,会使地下空间相对湿度超过允许范围。相对湿度过高,人体散热困难,会让人产生闷热和不适,还会促进霉菌的增长,当人员拥挤时还会导致空气中二氧化碳、一氧化碳、灰尘、异味的增加,危害人体健康。为增加地下空间舒适度并解决除湿问题,最基本的手段就是采取空调技术。常用的空调系统形式主要分为:集中式全空气一次回风系统、集中式全空气一次回风系统、风机盘管系统。由于地下空间和室外存在很大温差,在加大新风量的同时会消耗巨大的能量,所以要采用一定节能措施,在新风与排风之间加设能量回收设备,采用节能装置对地下空间能量的回收与资源可持续利用具有重要意义。
三、采光及照明技术
1.天然采光。天然采光不仅仅是为了满足照明和节约能耗,更重要的是为了满足人们对自然光、空间方向感、白昼交替等自然信息感知的心理要求,从而减轻或消除人员的压抑和恐慌。相比于人工照明,自然采光具有许多优越性。天然采光的方式主要有被动式采光法和主动式采光法两类。被动式采光法主要取决于采光窗的种类,可归纳为侧窗和天窗。侧窗及高侧窗采光法主要用于半地下室地下空间、山坡上的台阶式地下建筑、覆土及窑洞式建筑侧墙采光及竖井侧窗采光等。天窗采光,又称顶部采光,是将在房间或大厅的顶部开窗,将天然光引入室内。著名的蒙特利尔“地下城”,日本神户地下城等都广泛应用了这项技术。主动式采光法需要主动太阳光系统将自然光通过导管、孔道等传递到地下空间。原理是根据季节和时间计算出太阳位置变化,利用集光、传光和散光等装置与配套的控制系统将自然光传送到需要照明部位。
2.人工照明。纵然天然采光具有诸多优点,但地下空间很难完全利用天然采光来满足地下各个部分的照明需要。所以要运用人工照明技术来进行补充。在采用人工照明技术时应综合考虑照度、均匀度、色彩适宜度等因素,力争创造出符合人视觉特点的光照环境。