市政綜合管廊理念在特殊功能場館中的應用

郎路光，朱旭城，熊煥然，劉明杰，申 錢，王孝磊

（中建三局集團有限公司 工程總承包公司，湖北 武漢 430000）

機電系統是建筑的筋脈和血液，使現代建筑各種特殊要求下的室內熱濕、光學、聲學環境成為可能。目前大多數建筑的機電設計均需要在功能房間內部布置大量管線、擠占室內空間[1]；在樓層設置專用機房從而壓縮了總體功能區的面積。在大型單層場館設計中，通過消隱式機電系統設計將以上問題的影響降至最低，具體思路是在地下設置管線夾層和管溝，不占用室內空間和墻面，實現管線的隱匿和室內空間的輕靈與極簡。

1 工程概況

圖1 濟寧市美術館實景照片

如圖1 所示，濟寧市美術館建筑功能為一座集美術陳列、培訓、創作、交流學習、展品收藏、辦公以及休閑娛樂等功能為一體的現代化美術館。建筑主要由4 個展廳和1 個特殊展品陳列室組成，展廳和展廳之間由走道連接。工程管線綜合及通風系統設計主要為滿足以上功能區域使用要求，同時符合建筑空間輕靈及極簡的設計理念。

2 功能空間布局

根據消隱式建筑設計的理念，地上建筑面積受到空間布局的影響大幅縮減，美術館管線綜合系統及主要設備設置于地下，空調系統采用地送回風技術，地坪送回風式空調和頂出風空調相結合，吊頂以上僅布設電氣、消防、弱電等必要的專業支管及末端。減少地上機電管線綜合設置，采用市政綜合管廊設計理念保障美術館各項使用功能（圖2）。

3 管線綜合及通風系統方案選型

美術館屋面建筑造型設計為雙曲荷葉形造型，屋蓋采用內外挑檐設計，屋蓋起伏綿延，最大高度13.6m，最小高度3.8m，為避免地上設置較多復雜機電系統影響地上總體建筑風格及布局，選用地下共同管溝形式[3]，將機電系統功能房間及各類管線置于地下，空調系統采用地送回風技術，地坪送回風式空調和頂出風空調相結合，形成分層空調，減少地上機電管線綜合設置，并提升大空間展廳空調效果，從而使效率最大化并節約能源（圖3）。

圖2 機電功能系統設置分析示意圖

圖3 美術館機電功能房間及主管線地下布置圖

本建筑主要由4 個展廳和1 個特殊展品陳列室組成，5 個主要的場館分別散落在荷葉的一圈之上，展廳和展廳之間由走道連接。展廳的空調送回風均來自展廳的地面，地面下部有600mm 的夾層空間可作為展廳的送回風腔體（又稱為一重床），管線夾層（又稱為二重床）是考慮到送回風腔體過大（部分區域長度超過40m）而設置的安裝送回風管道的夾層，二重床的高度約1.4m（圖4）。

圖4 地上建筑及地下機電空間剖面圖

走廊下部設計為設備共同溝，走廊設置空調系統，因此走道下部也設有一重床作為空調送回風土建靜壓箱，高度約為600mm。管溝內的管線以空調風管為主，另有空調冷熱水供回水管、電氣專業橋架、主要的給水排水管道、消防供水管道等。共同溝在建筑地下成環敷設，寬度約為3.8m，高度4.05m，便于檢修人員自由通行（圖5）。

圖5 共同溝綜合管線圖

4 氣流分析及系統優化

濟寧美術館作為展覽建筑，為保證室內空間良好的人體舒適度，針對空調地送風構造進行氣流模擬分析。送風口風速設定為2.5m/s，溫度設定為25℃，室內正壓7.0Pa。選擇具有代表性的2 號展廳為例，采用CFD 數值模擬對兩種風口設置方案進行對比分析（新風量一致，比較不同布置方式對室內風速的影響[2]）。矩形風口氣流模擬如圖6～圖8 所示。

圖6 矩形送回風口布局平面圖

圖7 風速的絕對值圖（z=1.2m平面）

圖8 風速的速度矢量圖（z=1.2m平面）

條形風口氣流模擬如圖9～圖11 所示。

圖9 條形送回風口布局平面圖

圖10 風速的絕對值圖（z=1.2m平面）

圖11 風速的速度矢量圖（z=1.2m平面）

由兩種方案風速絕對值、速度矢量圖模擬分析結果可以看出，兩種方案中平均風速均不大于0.2m/s，風速流向均勻有序未出現紊流。但條形送風口、回風口的設置方案風速絕對值更小（立面及1.2m 平面），1.2m 平面風速矢量亦更加均勻，游客在展室內感受到的風壓更加平緩，人體舒適度更佳，由此選擇條形送風口及回風口布置。

5 管廊式BIM管線綜合布置技術

由于本工程部分設備機房位于地下空間，難以充分考慮其內部設備大小、位置以及管線的布置，造成機房的平層設計及空間設計緊湊不足或空置浪費。因此通過BIM 模型復核管線、設備、結構等空間關系，嚴密控制施工中的誤差，形成科學合理的排布方案[4]。

通過BIM 技術，將多專業圖紙三維模型進行融合，通過碰撞檢查進行管線的排布以及建筑空間、結構構件尺寸位置的微調，保證機房綜合設計滿足功能需求[5]。

5.1 凈高分析

曲面屋蓋的特殊性，使得美術館各個空間標高需要通過模型來復核，通過各室內空間進行剖切，查看最大凈空情況，合理布置橋架、管線、吊頂位置，最大化增加室內可利用凈高，拓展使用功能（圖12）。

圖12 功能房間凈高分析

5.2 地下空間管線排布

如圖13 所示，地下空間設備機房涉及送回風、排風、消防、強弱電等多種管線綜合布置，利用BIM 模型和三維實景模型的結合復核管線空間關系，根據不同排布方案創建不同的三維展示模型，在多方協調時進行三維模型展示，輔助多種管線排布方案比選。立體綜合管溝式管線排布方案在豎向不同標高設置不同種類管線，水平方向上相互交錯，保證在各類管線能夠在要求的距離上布置向地上空間延伸，管線間互不影響。

圖13 地下空間設備機房管線綜合排布

5.3 管廊式BIM碰撞檢測分析

碰撞檢測主要應用于兩個節點，一是對管線模型及結構、圍護結構進行碰撞檢查，確定受管線影響的結構區域，以及與結構施工過程中相互影響的管線，便于前期方案編制；二是在管線模型排布完成后，用于核查排布方案，進一步消除錯漏碰缺。

6 結語

在房建工程中創新應用綜合管廊設計理念，將機電系統功能房間及各類管線置于地下管廊中。采用封閉空腔地送回風技術，形成分層空調，采用CFD 計算分析、優化送回風系統；利用BIM 技術模擬優化狹小腔體管廊管線綜合排布，實現機電系統的消隱式設置。