Ứng dụng công nghệ và vật liệu mới cho hệ thống kỹ thuật, trang thiết bị trong không gian ngầm dân dụng

Không gian ngầm (KGN) dân dụng được xếp vào thể loại công trình đặc biệt, luôn được ưu tiên trang bị những công nghệ và vật liệu mới nhất nhằm mang lại môi trường sống an toàn, tiện nghi tối đa cho người sử dụng cũng như tiết kiệm chi phí sửa chữa nâng cấp sau này.

Rèm bẫy khói được thả xuống quanh cầu thang sẽ giữ không cho khói bốc lên trên qua buồng thang

Trên thế giới, các tiến bộ đã được cập nhật khi nâng cấp và thiết lập mới các KGN dân dụng. Điển hình trong 1 số lĩnh vực sau:

  • Phòng chống thảm họa và thoát người khi có sự cố: Ngoài hệ thống báo cháy, dập lửa như trên mặt đất, biện pháp phòng chống cháy tại KGN chủ yếu là sử dụng cấu trúc, vật liệu có bậc chịu lửa cao. Thật ra, do nguồn dưỡng khí trong KGN được kiểm soát nên đám cháy lớn dễ được chế ngự, nguy cơ chết người nhất là do khói độc. Rèm bẫy khói là thiết bị đặc thù không thể thiếu trong KGN, khi khói bốc lên cao trùng với hướng thoát hướng lên trên của con người. Khi công nghệ tự động hóa phát triển, thiết bị chữa cháy và cứu nạn bằng robot điều khiển từ xa cũng đã được nghiên cứu nhằm đáp ứng đặc điểm không gian cách ly, ngóc ngách khó tiếp cận của KGN;
  • Hệ thống kiểm soát an ninh: Kể từ khi xảy ra các vụ khủng bố trong nhà ga xe điện ngầm, người ta đã nhận ra mức độ nguy cơ rất cao của các KGN vốn khép kín. Các hệ thống kiểm tra an ninh tương tự như tại sân bay đã được đưa vào tiêu chuẩn bắt buộc cho các KGN phục vụ đông người như Ga Metro, tổ hợp ngầm dịch vụ;
  • Giao thông và tìm đường trong KGN dân dụng: Các KGN có rất ít lối tiếp cận. Để đi xuống và đi lên, thường chỉ có thể mở một cầu thang tại mỗi địa điểm. Thời gian đầu, người ta chỉ xây dựng cầu thang bộ, dù cho độ sâu phải đi xuống rất lớn. Khi phát minh ra cầu thang cuốn, chúng lập tức được lắp đặt phổ biến để dễ dàng liên hệ với KGN – kể cả khi khoảng cách không xa lắm. Nhiều nơi còn trang bị cả thang cuốn lộ thiên dẫn từ đường phố xuống lòng đất. Ở những nơi có quỹ đất trên bề mặt, thang máy theo chiều thẳng đứng cũng được lắp đặt để dành riêng cho người tàn tật. Tuy nhiên, việc buộc phải tách rời điểm đến (hoặc điểm đi) của 2 hệ thống thang chéo và thẳng đứng này không thuận tiện lắm nên thiết bị cabin trượt theo lan can cầu thang (là kỹ thuật rất mới giúp người tàn tật tiếp cận với KGN) đã được áp dụng. Ngoài tiết kiệm khoảng trống vốn hạn hẹp trên mặt đất và giảm chi phí xây dựng, nó còn tạo điều kiện để người tàn tật hòa nhập cộng đồng thay vì phải thiết lập lối xuống riêng như trước đây.
Màn hình lớn với công nghệ tương tác Video (Interactive Video wall) giúp kết nối thế giới thực với KGN

Tìm đường và xác định phương hướng luôn là vấn đề trong KGN – nơi thiếu mất hệ quy chiếu thông thường như trên mặt đất. Ngay từ đầu khi khai sinh ra thể loại KGN dân dụng, các nhà thiết kế đã rất chú ý đến vấn đề này bằng cách bố trí các sơ đồ, biển báo chỉ dẫn cũng như sử dụng các hình ảnh mang tính liên tưởng đến địa điểm trên mặt đất. Cùng với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các biện pháp chỉ dẫn đường cũng được nghiên cứu áp dụng như hệ thống tin học liên kết thẻ từ. Ngày nay, mọi chuyện đã dễ dàng hơn với chiếc Smart Phone sử dụng định vị GPS kết hợp với mạng không dây trong KGN.

Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão, rất nhiều phát minh, công nghệ mới được tìm ra mà mục đích ban đầu có thể không nhằm hướng tới việc sử dụng cho KGN. Người thiết kế cần cập nhật, tìm cách ứng dụng trong KGN dân dụng. Chúng có thể là:

  • Kỹ thuật xây dựng tầng đáy chứa nước: Do công trình nằm dưới mặt đất dễ bị nước mưa lọt xuống hoặc có thể bị nước ngầm rò rỉ, cần có khoang thu nước để bơm đi. Mặt khác, nếu xảy ra hỏa hoạn, nước từ vòi chữa cháy cũng sẽ chảy xuống dưới và được thu lại, qua hệ thống lọc thô để rồi lại được bơm lên dập lửa. Do đó, xây dựng bể chứa (1 phần hay toàn bộ diện tích) tại tầng đáy là yêu cầu bắt buộc từ lâu. Với những địa điểm có khả năng ngập úng cao, có thể áp dụng giải pháp tương tự như “Đường hầm thoát nước” tại Nhật bản để ngoài sử dụng cho công trình, còn góp phần chống úng cho cả vùng xung quanh. Dạng này cần được tính toán kết hợp, thi công cùng lúc với KGN dân dụng. Thậm chí, có thể ứng dụng công nghệ giếng xếp xe tự động để kết hợp chống úng trong 1 công trình, xây bên dưới hoặc bên cạnh KGN dân dụng. Bình thường để đỗ xe, trường hợp ngập úng sẽ đưa xe ra để chứa nước ngập – phục vụ cho công trình ngầm và cả vùng xung quanh.
  • Công nghệ quang dẫn để truyền dẫn ánh sáng mặt trời từ trên mặt đất xuống bất cứ ngóc ngách nào của KGN. Ngoài tiết kiệm điện năng, giải pháp này cung cấp nguồn sáng với đầy đủ phẩm chất và thời gian thực của ánh sáng tự nhiên. Một dự án mang tên Lowline đã dự định đưa ánh sáng tự nhiên xuống Công viên ngầm tại NewYork bằng hệ thống sử dụng sợi quang dẫn.
Sơ đồ hệ thống kiểm soát an ninh tại KGN
  • Công nghệ panel phát điện từ chuyển động của con người được phát minh tại Nhật Bản. Dòng điện được sinh ra khi các bước chân dẫm lên các tấm Panel trên đường. Nếu áp dụng trong hành lang các KGN nhiều người qua lại sẽ là giải pháp tiết kiệm điện để cung cấp ánh sáng bình thường và thoát nạn khi sự cố.
  • Vật liệu Photoluminescent thu nhận năng lượng đèn và phát sáng khi mất điện, cũng rất hữu dụng để chỉ đường trong trường hợp khẩn cấp.
  • Công nghệ tương tác đa phương tiện, sử dụng màn hình cực lớn (Interactive Video wall) để thông báo, trang trí… Và quan trọng hơn cả, nó phản ánh thế giới thực trên mặt đất, làm con người không cảm thấy bị xa cách, bớt đi các cảm xúc tiêu cực khi sinh hoạt trong lòng đất.
Hệ thống chỉ dẫn đường bằng thẻ từ được nghiên cứu áp dụng tại London, Anh

Khai thác KGN là xu hướng tất yếu của thế giới. Xây dựng không gian kiến trúc dưới lòng đất được dự báo sẽ bùng nổ trong thời gian sắp tới tại các thành phố Việt Nam. Với lợi thế đi tắt đón đầu, người thiết kế KGN nước ta rất cần cập nhật những tiến bộ mới để ứng dụng cho những công trình sắp thực hiện.

Tài liệu tham khảo:
1) Raymond Sterling & John Carmody (1993) “Underground Space Design”, New York, Van Nostrand Reinhold Publishing Company.
2) Official Plan Public Realm Policy (2012), “Design Guidelines for PATH and Other Climate-controlled Pedestrian Networks”, City of Toronto – Official Plan Public Realm Policy 3.1.1 13
3) Nguyễn Tuấn Hải (2017), “Nội thất không gian ngầm dân dụng”. Tạp chí Kiến trúc số 6/2017

TS.KTS Nguyễn Tuấn Hải

(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 07-2018)