基于人机工程学的地下车库安全环境设计
[摘 要] 地下车库的安全环境设计,应从空气质量控制、色彩运用、灯光布置、噪声与振动的处理等方面综合考虑。一方面要考虑布置尽可能多的停车位,另一方面又要营造出与整体建筑环境相协调的性格与品质,在保证物理环境安全的同时,从心理和生理两个方面提供给使用者更加安全、舒适的地下空间。
[关键词] 地下车库;安全设计;工程学
当前,随着社会经济的发展,人民生活水平的提高和城市交通的快速发展,汽车保有量迅速增加,汽车泊位已成为当前乃至今后一段时间社会所面临的严峻问题。建设地下停车库成为各大城市争相发展的停车方式。但地下停车设施的大量兴建并未从根本上缓解停车的供需矛盾,不少数据表明,在停车位极其紧张的城市中心区,地下停车库的使用率还不到50%,主要原因是一方面在于城市汽车拥有量的增长远远大于基础设施的增长;另一方面规划不合理、设计不科学、管理不到位以及停车设施本身存在的局限性,造成了大量资源的浪费。
一、地下空间的安全环境分析
我国地下空间的挖掘运用较晚,且在近几年内发展迅速,经过一段时间的发展暴露出许多问题。如低可视性、天然光线不足、通风差、潮湿等,下面将从人的生理环境和心理环境两个方面,分析地下空间环境特性及其对人的影响,这对于进行人性化的地下车库环境设计具有重要的指导意义。
1、生理环境分析
地下空间环境在生理方面的影响是很复杂的。同时生理环境与心理环境又相互作用,相互影响,使得在地面建筑中感觉不到的生理影响被夸大,而这反过来又会加重在地下环境的不良心理反应。
(1)天然光线不足。由于地下空间处于封闭状态,天然光线严重不足,因此采光大部分需依赖人工光源照明,在这种情况下采光就成为设计地下建筑物时应考虑的重要生理指标。
(2)新鲜空气不足。无窗的地下建筑物往往很难做到自然换气,空气的流通性也差,致使新鲜空气量不足,所以必须进行适当的通风换气。
(3)室内空气污染。地下建筑室内重要的空气污染物质是从地下的土和岩石及混凝土中释放出来的放射性氡气,其他污染物的来源有汽车燃料燃烧、人的活动(吸烟、呼吸气)、建筑材料及室外污染等。它们所导致的污染气体包括一氧化碳、可吸入颗粒物、二氧化碳、氮氧化合物、二氧化硫、甲醛、臭氧及室内空气中的微生物等。地下建筑室内这些气体在空气中的浓度对人体的健康影响很大。而地下建筑由于通风不良,在相同条件下,与地面建筑室内空间相比,空气污染源的排除更困难。
(4)湿度大。夏季,在自然状态下,潮湿的外部空气在建筑物与土接触的墙壁上会被冷却,因而建筑物内湿度很高,湿度过大会促使霉菌的生长,加重人的风湿类病症。因此,地下建筑内应具有良好的控湿、除湿设备。
(5)噪音污染。噪音在地下停车库也是一个重要的污染源,主要表现为发动机运转噪音、轮胎噪音、汽车喇叭噪音以及地下通风设备噪音等。由于地下空间的封闭性,且少有降噪设计,声音难以扩散,且无法快速衰减。另一种是与外界噪声源完全隔绝,缺少正常生活中应有的声音,造成绝对安静的环境,令人不安。
2、心理环境分析
随着科学技术的进步和经济的增强,地下空间某些缺点弊端较容易得到减轻或消除,如空气质量、卫生条件、阳光导入、温度湿度、噪声等都比较容易实现,满足人们对生理的需求难度不是很大。但地下空间环境的心理环境问题,相对而言就要复杂得多。在地下空间利用中,心理环境方面的问题是最主要的障碍,主要表现为以下几个方面。
首先,日光及其变化所产生的感觉和天然光产生的与外界的接触感为人们所熟悉。而地下建筑物被封闭在地下,在于天然光线的不足,无法利用日光的变化和气候的变迁等形成时间概念,从而易引起人们的不安。
其次,地下空间缺乏人们在地面环境所熟悉的环境声、光线、自然及人文景观,会造成人们心理上的恐惧感、枯燥乏味、与世隔绝等不良反应。
第三,通常地面建筑的外部形式与内部布局是相互呼应并相互促进的,建筑的整体形式和体量能够表达建筑物的内容,并帮助人们形成有助于保持方向感的外观印象。但是在地下建筑中,由于建筑的整体体量与形态的不可见,缺乏由窗户提供的与外部有关的参考点,因此很容易使人失去空间的方向感,引起紧张、焦虑和恐惧。
最后,个人体验、宗教传统等文化背景的影响又会带给人们负面的联想,诸如:死亡和埋葬,坍塌与骚乱,潮湿与不舒适以及穴居、贫穷、地位低下、临时避难所等等。
二、地下车库设计基本原则
地下停车库作为功能性地下空间,它具有自身的特点,但无论是工程技术设计还是内部空间的组合都必须遵从以下原则。
1、安全性原则
安全需求是人类心理需求中的第二位基本需求,包括个人私生活不受侵犯,避免人身和财产遭受伤害和损失等。
人的安全性通常指生理安全,但随着人性化概念的提出,对各类设施在设计的过程中提出了新的要求,在这里,人的安全性由以下3个方面共同构成:物理环境的安全感;生理安全感;心理安全感。
2、便利性原则
目前,国外住区道路布置有两种形式:人车分流型、人车合流型。住区内的公共服务设施,直接关系到居民日常生活的方便程度,所以要根据区内居民的生活习惯的活动特点,采取合理的分级结构和宜人的建筑尺度,使区内的公共服务设施的服务半径最短,居民来往的活动路线最顺,并且有利于经营管理,这样才有可能创造良好的客观环境。
居住区地下车库设计中的便利性原则,首先应从总平面设计开始,优化交通规划,为居民存、取车提供便利。
3、舒适性原则
尽管各国在对舒适性的定义上有一定的差异,但从整体上来说,舒适的住区环境离不开下列几个因素:阳光充足,空气清新,无污染;安静,无噪声;丰富的绿地和宽阔的室外活动空间;识别性强的景观特征。住区地下车库设计的舒适性原则,主要是指地下停车空间内部物理环境和心理环境的维护。
三、地下车库安全环境设计
对于地下停车场的设计和建设,目前还没有一个统一的标准。但一般有两个规范要求——整体设计规范和消防设施规范。
1、空气环境设计
根据GBZ1-2002《工业企业设计卫生标准》,只要提供充足的新鲜的空气,将空气中的CO浓度稀释到《标准》规定的范围以下,HC、NOX均能满足《标准》的要求。衡量和评价地下建筑的空气环境质量的标准有两类:舒适度和清洁度。前者包括有:室内温度和湿度;后者有:一氧化碳和二氧化碳等有害气体的浓度,以及含尘量、含细菌量等。
(1)空气质量控制措施。地下车库由于自然通风差,其空气环境质量的保证,必须靠通风来解决,无论是自然通风还是机械通风,其目的主要在于排出室内的一氧化碳,当一氧化碳的含量被有效控制时,其它有害气体的浓度也将同时降低。必须设置独立的送、排风系统,将废气稀释到安全浓度。在地下车库中主要采用通风空调系统、加大通风量、提高换气率来改善室内空气质量。在保证空气清洁度的同时,还要求室内有适当风速,使人能够感觉到空气的流动,并改变地下空间气闷的感受。
通风能有效控制一氧化碳和其它有害气体的浓度,方式有自然通风和机械通风。美国加热、制冷及空调设计组织要求一氧化碳的浓度在25ppm以下,高峰值不超120ppm。
(2)温度和湿度控制措施。由于地下停车库处于岩石或土壤的包围中,具有较好的热稳定性,因此地下车库内要求温度控制在5度以上,在南方居住区一般不会有困难,若在严寒地区,由于换气次数增多和汽车出入口处大量冷空气进入而影响库内温度,设计时可以考虑供热系统,或在车辆出入口部设暖风幕等。部分工作用房可设电热器和除湿机。地下车库的采暖系统主要考虑冬季易于汽车的启动和不冰冻,一般只在严寒及寒冷地区设置,而冷却系统却无强制要求。地下停车库的热源主要来自三个方面:汽车发动机运转所产生的热,由于汽车尾气所含CO,CO所产生的温室效应而产生的热,因使用要求而设置在地下的设备运行所产生的热。故夏季停车场内的温度一般要比室外高。
改善地下空间的热湿环境,不仅要采用暖通空调专业技术措施,而且要综合各个专业知识,如地下空间合理的规划与设计、结构的防水措施等等。
2、光环境设计
在地下车库内提供充足的照明,目的是保证车辆和行人的安全,增加照明对于引导车辆、划定区域及车辆防盗是十分重要的。
照度标准是照明设计和管理的重要依据。地下车库照度设计可以根据《建筑照明设计标准》(GB50034-2004),《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16),《地下建筑照明设计标准》(CECS45)。
(1)照明设计。正常照明是地下车库照明设计的主要内容。地下车库要求达到一定的照度,光线均匀,避免眩光等。在库内不同使用要求的部位,相应有不同的照明标准。首先,体现在照明的设置,一般地下停车库灯光布置的照度标准:行车道为30Lx,停车位为20Lx,行车道的照度高于停车位,这样的照明布置起到了引导作用,让驾车人士对车道的流线不会产生误解,避免因此造成的不便与事故。同时,在车库的各出入口处适当加大照明亮度,既可起到引导作用,又可减弱从室内到室外或从室外进入室内的明暗适应。
应急照明是指正常照明因故熄灭的情况下,提供暂时继续工作,保障安全或人员疏散用的照明。应急照明设计是地下车库照明设计的重要组成部分,关系着在火灾时能否快速而安全地将处于危险中的人员疏散到安全的地方。按照《汽车库,修车库,停车场设计防火规范》GB60067-97第9-0-5条规定:“火灾应急照明灯宜设在墙面或顶棚上,其地面最低照度不应低于0.5LX。疏散指示标志宜设在疏散出口的顶部或疏散通道及其转角处,且距地面高度1M以下的墙面上。通道上的指示标志,其间距不宜大于20M。”
光源选择在设计时应最大限度地利用自然光。地下车库一般是自然采光和人工照明相结合方式,采用可开闭式天窗、中庭大型天窗、下沉式广场、采光井等辅助性自然采光措施。
一般来说,白色光会使混凝土的建筑显得较为刻板,而黄色光则显得较温暖,停车间可以采用高压钠灯,而人行走廊则采用荧光灯或金属卤化物灯。
要避免眩光。眩光是指在视野中出现的高亮度或不均匀的引起烦躁和刺痛的光源。可以采用以下措施以降低眩光:限制光源亮度;合理分布光源;改变光源和工作面的位置;合理的照度;照度均匀度;照明的稳定性等。
(2)色彩环境设计。选择适当的色彩,构成良好的色彩环境,可以达到以下效果:增加明亮程度,提高照明效果;标志明确,识别迅速,便于管理;注意力集中,减少事故;舒适愉快,减少疲劳;环境整洁,层次分明,明朗美观。
为消除地下空间给人们带来的闭塞、沉闷的感觉,将楼地面以上800mm高范围内的墙面及柱子表面刷成蓝色涂料;为避免人们在地下室迷失方向,并及时找到安全出口,在不同区域交界处和行车道等司机视线容易到达的地方,设置明确的反光指示标牌,加强平面流线的引导作用。在立柱的四角及墙角,安装橡胶防撞护角,对行驶的车辆起到警示和路标的作用。
引导标识不仅在复杂的、人流活动密集的区域充当着重要的指示作用,同时它还对紧急情况下疏散人群,引导人群合理流动有特殊意义;所以为了改变目前标识设计的不统一,同时还要考虑好引导标识和其他商业标识之间的关系,合理配置标识的疏密程度、间距、标识的整体、单体设计和无障碍化的问题,这样才能为出行者的出行提供安全保障。
3、降噪声和振动设计
对噪声环境的设计主要考虑的标准有:GBZ1-2002《工业企业设计卫生标准》,GB3096-1993《城市区域环境噪声标准》和GB10070-88《城市区域环境振动标准》。
(1)降低噪声的措施。
第一,汽车噪声。地下停车库,由于汽车启动或者变速、急停车等原因,产生发动机的噪声和轮胎与地面的摩擦噪声,而车库进出口距离居民住宅较近,如果没有采取有效的噪控措施,噪声将影响旁边居民的正常作息。综合考虑地下停车库降噪要求、相邻居民楼窗户的采光要求和进出车道的净空高度要求,可以采取在停车库进出车道上空增设透明吸隔声弧型顶棚;在车道两侧墙面上增设吸声板,对地面做浮筑地面。
第二,通风系统噪声。在地下车库一般都用大量轴流风机将新风从地面层导入地下层,地下层的空气再排出地面,之间通过排风竖井。由于轴流风机工作时发出很大的噪声,而且风机噪声还随着风量和风压的增大而提高。对此噪声处理措施:合理的降低风压、风量和风速;采用双速风机。
第三,消声、隔声及隔振。大多数地下停车库通风系统中设置有消声器,这就需要设计人员根据实际条件通过计算选取合适长度、数量的消声器。
风机房由多种不同隔声性能的隔声物件(如门、墙、楼板等)组成,具有一定的隔声作用。向建筑专业提出设置风机房,就是将风机传出的噪声进一步降低。
风机和风管的振动是造成机械噪声的主要来源,风机底部采用钢筋混凝土基础,基座下设置减振器。设备和管道内的介质以及固定管道的构件均能传递振动和辐射噪声,因此管道的隔振是通过挠性接管和悬吊或支承的减振器来实现达到消声吸声的良好目的。
(2)防止寂静。这种情况可以通过播放背景音乐来解决,音乐能够缓解人的精神疲劳,轻松的古典音乐、和谐自然的声音能达到放松精神的效果。
综上所述,地下空间的有序开发利用,对于缓解土地资源的紧张有着不可轻视的作用。地下车库的设计是一门综合性极强的课题,在注重功能的同时,也不应忽略对建筑艺术和技术的追求。一方面要考虑布置尽可能多的停车位,一方面又要营造出与整体建筑环境相协调的性格与品质,亦即要做到寓建筑于环境之中,这些都不是互相排斥的,而是相辅相成的。
[作者简介]
张素丽(1966-)女,浙江温州人,高校讲师,主要从事安全工程研究.