地下空间综合利用问题的综合优化

一、地下空间利用的决策原则

建造地下空间的成本要大大高于地上空间，故原则上不宜轻易开发地下空间。

以地下车库为例，普通地下一层地下车库建安成本约2000元/m2，人防地下室约2300元/m2，地下一层加地下二层普通地下车库建安成本约2000~2200元/m2，地下层普通地下车库、地下二层人防地下室的建安成本约2000~2500元/m2。与地上建筑1000~1800元/m2（砌体结构住宅~高层剪力墙结构住宅）的建安成本相比还是很高的因此在开发利用地下空间时一定要慎重决策，最重要的是要算好经济账然而事情并不绝对，在有些情况下，建造地下空间也能获得较好的效益。因此利用地下空间建造地下储藏室、地下停车场、地下商业广场就成为开发商主动或被动的选择。

主动选择是出于利益或减损的目的，比如一二线城市中心区域，尤其是地铁上盖物业，无论建地下商业还是地下停车场，都能获得较好的收益；城市地下铁道的建造给城市中心区域及沿线站点的房产带来了增值，因此综合性写字楼的开发商都希望建造地下室并将地下室的地下商场与地铁车站联通，通过便捷的流通来增加商业机会以及加速房产的升值和销售。

再比如低密度的住宅产品，可以利用不计容积率面积的半地下室来打造一个下跃式的空间赠送给首层客户，这样的半地下室与全埋地下室相比，既可大幅降低建造成本，又能实现自然通风与采光，同时可以给客户带来实惠及不同的居住体验，也能获得丰厚的市场回报；在高品质的小区，将小区停车及车流全部引入地下，可实现人车分流，甚至从地下车库直接入户，可有效提高小区品质，促进产品溢价被动选择则是出于无奈，比如建筑物嵌固深度的要求，必须保证基础有一定的埋置深度；比如人防工程的要求，也必须要建全埋的地下室；比如车位配比要求，当地上停车无法满足要求时，必须建地下停车场；还有在特定地质条件下，不建地下室可能需要更多的地基处理费用等情况。如在地势低洼地区、河湖防洪堤岸附近地区、厚填土地区、浅层土质很差不适宜做地基持力层的地区及某些特殊情况下利用地下空间更有效益的时候，都可以利用地下空间以减少土方回填及地基处理费用。

【案例】承德某项目，场地较为平坦，东高西低，场地西侧沿河一带比沿河公路低3~5m。综合考虑小区内道路与市政道路交汇、雨污管线接驳及首层用户视野不被沿河公路遮挡等因素，将正负零标高抬高至不低于沿河公路的高度（约361.5m左右），相应室外地坪设计标高在361.0m左右，意味着室外地坪设计标高要高出自然地面标高3~5m。如果不利用地下空间，意味着场地要回填3~5m，在有建筑物的地方还要进行地基处理。但如果利用此回填高度建造地下空间，如地下车库、住宅首层下跃或地下储藏室等，不但可以省去土方回填及地基处理的费用，还可以获得销售收入。即便利用地下空间布置设备用房、社区配套用房等，也可少占地上计容建筑面积（或单建时的建筑密度）。在此情况下，利用地下空间就是比较明智的选择。见下图1。

图1 场地东西向剖面

进一步，需要确定地下空间的开发规模，结合车位配置要求及总平业态分布划定地下车库在总平面上的区位、范围及面积层数等参数，期间需考虑地下车库与主楼结合或脱开的问题，并结合人防配建要求、地质情况、主楼与车库间的埋深差异、各种可能方案间的成本对比及营销方面能否获得市场的支持与回报等进行综合比较与评估，选择最契合项目经营目标的方案作为最终的方案。这是一个高度复杂与综合的一个过程，需要做好全面详实的多方案技术经济比较。

二、地下空间利用的主要考虑因素

1.人防配建要求

对于9层及以下的民用建筑，绝大多数省市都有一个埋深3.0m的界限值，在这个界限值上下，人防配建面积会有一个较大的突变。就以承德所在的河北省的规定为例，2012年3月1日起施行的《河北省结合民用建筑修建防空地下室管理规定》有如下规定第八条城市规划区内的新建民用建筑（工业生产厂房及配套设施除外），按下列标淮修建防空地下室：

（一）十层以上或者基础埋深3米以上的民用建筑及人民防空重点城市的居民住宅楼，按地面首层建筑面积修建；

（二）除本条第（一）项规定以外的民用建筑，地面建筑面积在二千平方米以上的按以下比例修建：一类国家人民防空重点城市为百分之五，二类国家人民防空重点城市为百分之四，三类国家人民防空重点城市为百分之三，其他城市为百分之二；

对于本案及大多数多层建筑来说，有两个技术关键点或者两个关键限值需要熟练掌握并运用，其一是3.0m埋深这个限值，其二是2000m2地上建筑面积这个限值。但对于房地产开发项目而言，单个项目开发面积动辄在几万平方米、几十万平方米，地上建筑面积在2000m2以下的毕竟是少数，因此这一条基本可忽略。因此需要重点控制埋深3.0m的限值。若能将基础埋深限制在3.0m以内，则人防配建面积最多只需地上建筑面积的5%，对于层数为6层的建筑，相当于只建0.3层的人防面积，人防配建面积可减小70%。

就本案而言，地下车库无需多言，埋深肯定超过3.0m，配建人防是肯定的，配建比例也比较明确；11层与17层住宅必须按首层建筑面积配建人防，也无争议。最纠结的是6层花园洋房，要么不建地下室，要么将地下室埋深限制在3.0m以内，否则配建人防面积按首层建筑面积约为16.7%（1/6），比一类防空重点城市的5%还要高3倍左右。如下图2所示的建筑剖面图，即便主楼筏板按400mm考虑，基础埋深也为3.30.6十0.4=3.1m，刚好超过3.0m限值。如果想减少人防配建面积，则地下室层高以3.1m为宜，如此则基础埋深为2.9m，可大幅减少人防配建面积。如果只做一层地下室则原设计3.3m的层高不可取。

就本案而言，6层花园洋房每个单元的首层建筑面积为441.1m2，单元总建筑面积为987.62m2，南北两区共有67个单元，则首层总建筑面积为29553.7m2，地上总建筑面积为133170.54m2。当埋深小于3m时，即便按5%的最高标准配建人防面积，人防配建总面积也只有6658.5m2，而埋深达到3m按首层面积配建人防的人防面积总数为29553.7m2，是前者的4.44倍。

为便于比较，在假定地下空间总量不变的前提下，将配建人防集中设置在地下车库内，建成平战结合的人防地下车库，仅就人防地下车库与非人防地下车库进行比较，前者单方造价一般2300~2500元/m2，后者一般1600~1800元/m2，相差700~900元/m2左右，则整个花园洋房的人防方案对造价的影响可达数百万乃至数千万元。详见表1所示。

图2 主楼与车库剖面关系图

表1 不同人防配建方案对成本造价的影响

2.地质条件的限制

前面针对场地及其周边的地形地貌，得出了正负零及室外地坪需抬高从而利用地下空间具有合理性的结论。这是地面以上能够看得到的现状对项目决策的影响，地面以下看不到的部分，对项目决策的影响也不容忽视。

从图2的剖面图中可看出，室外地坪设计标高为361.35m，室内外高差0.6m，可推算出正负零绝对标高为361.95m。若主楼如剖面所示设一层地下室，层高3.3m，筏板厚度取400mm，则主楼基底标高为358.25m。同理假定地下车库独立柱基高度为800mm，可推出地下车库基底标高为355.05m。对照勘察钻孔柱状图（图3）可发现：车库基础底面标高与回填土底面标高接近，意味着车库基础基本可落在第二层细砂层上，该层承载力特征值可达120kPa，可直接采用天然地基；但主楼基底标高高于回填土底面标高，甚至高于自然地面标高达2.69m，意味着不但要回填2.69m，连原状的回填土层也需要挖除或进行处理，总的处理深度达3.19m，刚好相当于一层的高度。

根据建筑方案设计意图，主楼地下一层被设计为首层下跃，布置了健身房、家庭室洗衣房等功能房间，为首层用户所独享，没有地下储藏间可供上层客户分配（图4）。

在河北诸城市流行将地下室分隔成若干储藏间出售的大形势下，没有地下储藏间对客户而言多少会有些遗憾。如果增加一层地下室，地下一层仍然作为首层下跃，地下二层分隔成若干储藏间销售给上层的客户，地下一层层高仍为3.3m，地下二层层高定为2.9m，筏板加面层厚度按500mm考虑，则主楼基底标高为355.25m，再减去垫层及防水保护层的厚度，也基本可落在第二层细砂层上。还可实现与车库基础埋深大致相同，省去护坡或支护的费用。

图3 地勘钻孔柱状图

图4 原方案地下一层平面图

分析到此，情况变得复杂而精彩。其复杂之处在于，在各种可能方案中，没有哪一个方案具有压倒性优势，可以轻松做出决策；精彩之处在于，完美的决策需要建筑、结构市场、营销、成本、工程等多个专业的完美配合，是专业能力与跨专业协作能力的精彩呈现，能够通过周密详实的技术经济比较而最终做出最佳决策的团队，一定是一个精明强干，战斗力、竞争力极强的团队。遗憾的是，这样的人才并不多，能将这样一些人才汇聚在一起的企业就更少，而能将这样的人才汇聚在一起又能完美协作的团队就更罕见。很多时候虽然知道如何决策关系重大，但基于各种主客观条件，也就到此止步不前，不再去进行技术经济分析，用数据、用一系列量化指标去作为决策依据，而仅仅是定性分析后凭主观判断去做决策，往往会造成很大偏差甚至决策失误就本案而言，从减少人防配建面积角度分析，以做一层地下室且将基础埋深限定在3.0m以内为优，这一点不难实现，只要将原地下一层层高从3.3m降低到2.9m就可实现。但从地形与地质方面分析，则做两层地下室为宜，既可省去回填及地基处理的费用，还可实现与车库埋深大致相同，省掉了护坡与支护费用，降低施工难度。同时增加的地下二层可分隔成储藏间销售给上层的客户。

根据地区销售经验，地下储藏间每平方米售价在1300元以上，增加一层地下室的单方造价约1600元（因无土方开挖，相当于在地面建设，故单方造价按下限取值），而建层地下室时有3m深左右的回填土及其地基处理费用，约250~350元/m2，则多建一层地下室的效益与单层地下室基本持平。在施工方面，建地下二层的工期要比一层地下室方案地基处理的工期多7天左右，但二层地下室方案可实现主楼与车库基本持平，底板防水与结构施工要方便一些。在效益相差不大的情况下，就要依据营销方面来做决策，如果地下储藏间好卖，而且能促进销售，就采用两层地下室方案，如果地下储藏间滞销，则建议采用一层地下室方案。

3.不同结构单元间埋深差异的影响

在主楼与地下车库直接相连的整体设计中，主楼与车库的基础埋深很难统一在一个标高，大多数情况是车库的埋深大于主楼的埋深。尤其对于18层以下的住宅，按最小嵌固深度只需设一层地下室，基础埋深采用3600mm即可满足嵌固深度的要求，最大不超过4000mm。但车库即便采用无梁楼盖时的最小层高也要3300mm，而车库顶板一般均有覆土绿化及敷设市政管线的要求。现在的设计院，尤其是北方的设计院，随意加大覆土厚度，仅仅为覆土内综合布线的方便，动辄就要求1500~2000mm厚的覆土（某些城市的绿地率计算对覆土厚度有特殊要求的除外）。假设覆土厚度以1500mm计算，再加上基础自身的高度，一层普通地下车库的埋深一般要在5500mm以上，也就是说与具有单层地下室的主楼相比至少有1500mm的高差，而当车库顶板采用梁板式结构时，普通地下车库的埋深一般在6000mm左右，与主楼的高差一般在2000mm左右。当为小高层或多层洋房时理论基础埋深与车库埋深相差更多。针对此种情况，从大的方面，解决方案有三种：

方案一：主楼与车库脱开的方案，如廊坊香邑廊桥项目及保定紫郡项目均采用此种方案，因主楼与车库脱开一定距离，无论施工阶段的放坡开挖还是使用阶段的工作状态，主楼与车库都是彼此独立的结构单元，互不影响，既可以同期施工，也可以分期施工方案二：主楼与车库基础做平的方案，即主楼与车库的埋深大致在同一高度，一般是将室内地面取平。这种方案又分三种情况：

1）主楼地下室层高加大的方案，如图5所示

图5 高碑店香邑溪墅蔷薇园

2）主楼地下室回填至所需层高的方案，如图6所示。

图6 高碑店香邑溪墅玫瑰园

3）主楼地下室做成两层的方案，如图7所示。

方案三：主楼与车库的埋深各取所需，通过结构手段解决高低差的问题方案一、二均属建筑解决方案，或者说建筑结构整体解决方案，方案三则为结构解决方案。无论采用哪个方案，都需要在建筑方案阶段进行比选和决策。尤其是方案一，对总平面及竖向设计的影响都很大，因此其他专业的介人及方案比选工作必须前置，需要从建筑功能及营销需要、实施成本及施工便利等多个方面去进行综合的对比分析，从中选取既满足功能需要且综合造价又最低的方案，既要避免功能不足，比如方案一主楼车库脱开的方案会减少地下停车数量，能否满足地下停车配比需要是需要重点考虑的内容；也要避免功能过剩，比如增加一层地下室变成储藏间的销售问题，若产品滞销或收不回成本，就属功能过剩；同时还要考虑施工的可实施性及便利性等问题。因此这是一个需要重点进行评估和决策的阶段，需要建筑、结构、施工、成本、营销等的及早介入及深度参与，才能做出正确的决策。而方案一旦确定，就不宜再更改，更改的代价也会很大。

图7 保定万和城北区

4.其他值得利用的地下空间

也有一些地下空间，不加以利用就浪费了，而且实施成本也很高，但若加以利用，增加不多的成本就可以实施，属于那种性价比很高、不用白不用的地下空间

【案例】河北邢台某项目主商业的地下二层在南、北、西三侧均比首层及地下一层向外扩出，扩出部分原定为4.95m厚覆土。优化建议将4.95m的覆土改为1.5m的覆土，并将剩下3.45m的空间加以利用，作为仓库卖给商户，增加的投入不多，但经济效益显著；图8~图10为A轴以南原方案地下二层、地下一层及首层局部平面图，从图中可看出，除从首层地面下到地下一层的自动扶梯外，地下一层相比地下二层是收进的，故该收进区域地下二层顶板有4.95m厚的覆土，见图11剖面。

优化建议认为4.95m厚的覆土不但导致地下空间严重浪费，而且附加荷载太大，结构成本会大幅上升，且较大的梁高会进一步导致地下二层车库层高的加大。因此建议将4.95m厚的覆土空间加以利用，将4.95m厚覆土减薄至1.5m并增加地下一层。

图8 原地下二层局部平面图

图9 原地下一层局部平面图

图10 原首层局部平面图

图11 原地下一层4.95m覆土方案剖面图

通过对A轴以南部分进行加层前后的结构计算与对比分析（为简化结构建模及使工程量对比更简单直观，忽略了此处的自动扶梯），并通过PKPM系列软件 STATS施工图算量软件进行自动配筋及算量，在相同设计参数、相同配筋参数及相同算量参数的前提下，加层方案的总用钢量为118t，仅比原4.95m覆土方案110t增加8t，单位面积用钢量则大幅降低，地下一层含钢量为57.42kg/m2，地下二层含钢量为32.19kg/m2，两层相加也仅比原方案的83.78kg/m2多出5.83kg/m2，但使用面积却增加了1328m2。

图12 优化后地下二层1.50m覆土方案剖面图

因板跨不大，故对新旧方案的结构顶板均采用主梁加大板结构，图14为结构平面布置图，计算结果对比见表2、表3。

图13 用于工程量比较的结构几何模型

原地下一层4.95m覆土方案钢筋用量 表2

优化后地下二层1.50m覆土方案钢筋用量 表3

图14为优化后的地下一层平面布置方案，图中粗虚线为插入的原地下一层及其车道的轮廓线，图中阴影部位为新增的地下一层面积，合计1373 + 1388 + 612 =3373m2，至少可增加1700万的营销收入。

图14 新增地下空间的平面位置示意

在施工图设计阶段，施工图设计团队对建筑方案进一步优化，将覆土厚度由优化意见中的1.5m降为1.25m，因此荷载进一步降低，结构实施成本也随之进一步降低，同时新增地下空间的层高相应增加250mm，达到了3.84m，这样就更好用了，作为商业用途都可以。见图15。

图15 施工图设计团队的继续优化剖面图

5.地下空间利用问题的管控思路

管控的切入点关键在于开发决策及设计控制。

开发决策：旨在通过分析住宅项目本身的情况（住宅形式）、分析各种地下空间形式的经济性等级。在既定配置量的前提下尽可能利用由于结构原因必然存在的地下空间、从而尽可能少地设置地下空间量，在既定地下空间量的前提下尽可能采用最经济的地下空间形式。

设计控制：在排除相对较不经济的地下空间形式之后，通过对最常用的单层全地下空间所涉及的多个方面进行仔细严格的权衡。在既定地下空间量和最常见的地下空间形式（单层全地下）的前提下，对地下空间本身进行经济性优化。

对住宅楼地下室的设置建议见表4。

住宅楼地下室的设置建议 表4

住宅楼地下室的设置建议 表4（续）

6.对车库形式的设置建议（表5）

车库形式的设置建议 表5