超大型公共建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計——以浦東機場衛(wèi)星廳為例
作者簡介
許棟，男，1970年出生，上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司三院綜合部總工，高級工程師，注冊公用設(shè)備工程師。主要從事大型城市綜合體、交通樞紐建筑給排水、水消防和城市水環(huán)境治理研究及設(shè)計工作。
浦東機場是我國最好的機場之一，2019年，浦東機場共保障飛機起降51.18萬架次，旅客吞吐量7,615.35萬人次，貨郵吞吐量363.42萬噸。浦東機場三期衛(wèi)星廳是國內(nèi)第一個、世界最大、覆蓋功能最全面的單體衛(wèi)星廳，2019年9月投入使用，機場容量和服務(wù)水平大幅度提高。
衛(wèi)星廳建筑剖面
給水系統(tǒng)設(shè)計衛(wèi)星廳單層平面面積巨大，樓內(nèi)的給水系統(tǒng)沿平面鋪開，輸水管道長度過長，橫向管道的水頭損失占給水系統(tǒng)工作壓力的比重較大。這不僅會造成系統(tǒng)起始端和末端壓力差過大，出現(xiàn)水泵房附近系統(tǒng)超壓而最不利點壓力卻不夠的問題，而且會造成水泵揚程過高，浪費能源。此外，衛(wèi)星廳中心商業(yè)區(qū)聚集了營業(yè)面積超過2.8萬m2的159家商戶，免稅店面積近1萬m2，約50家品牌餐飲，為旅客提供了愜意的出行體驗。給水系統(tǒng)設(shè)計在滿足系統(tǒng)安全、節(jié)能的同時，衛(wèi)生間、餐飲廚房等生活給水如何確保水質(zhì)衛(wèi)生、水量充足、水壓穩(wěn)定、供水可靠；貴賓層淋浴間的沐浴用水如何確保水溫舒適、調(diào)節(jié)方便；飲用給水如何保證衛(wèi)生安全、口感適宜；系統(tǒng)設(shè)備、設(shè)施如何做到管理維護(hù)的合理性，這些都是給水系統(tǒng)設(shè)計面對的挑戰(zhàn)。
為避免給水系統(tǒng)壓力分配不平衡造成能源浪費的問題，給水系統(tǒng)整體采用分區(qū)供應(yīng)的方式。生活用水水源由市政給水管網(wǎng)引入二路DN300給水管供衛(wèi)星廳的生活和室內(nèi)消防給水，市政供水管網(wǎng)的壓力不小于0.20 MPa。平面分區(qū)結(jié)合建筑布局，劃分為S1、S2兩個供水區(qū)域，分別設(shè)置獨立的生活給水系統(tǒng)。豎向分區(qū)劃分為高區(qū)、低區(qū)。衛(wèi)星廳的-7.50 m層、-3.75 m層和±0.00 m層為低區(qū)，采用室外給水直接供水的方式；衛(wèi)星廳4.00 m層及以上各層為高區(qū)，采用“生活貯水池（設(shè)消毒設(shè)備）→生活給水變頻泵組→各用水點”的給水系統(tǒng)。S1、S2生活水泵房設(shè)置在各自的-7.50 m層和±0.00 m層中央核心區(qū)，使每個泵房的服務(wù)半徑不超過500 m，避免了供水管道過長，水泵揚程過高，浪費能源的問題。
泵房供水區(qū)域示意圖
中水水源來自基地再生水，由再生水處理站引出一路DN300再生水管供衛(wèi)星廳沖廁用水及隔油機房、路面沖洗用水，再生水的供水壓力不小于0.25 MPa。S1、S2衛(wèi)星廳分別設(shè)置獨立的中水系統(tǒng)。中水系統(tǒng)分區(qū)及供水方式同生活給水系統(tǒng)。熱水系統(tǒng)供熱方式
熱水系統(tǒng)的供熱方式應(yīng)滿足舒適、節(jié)能這兩方面要求。衛(wèi)星廳作為超大型公共交通建筑，衛(wèi)生間和餐飲廚房在樓內(nèi)分布比較分散，設(shè)置集中式的熱水供應(yīng)系統(tǒng)存在著管線超長，到達(dá)末端用水點水溫?zé)o法保證的問題。因此，衛(wèi)生間洗手盆熱水大都采用就地設(shè)置的小型容積式電熱水器供應(yīng)。餐飲廚房預(yù)留電源，生活熱水由租戶自理。衛(wèi)星廳在貴賓層分散設(shè)置了部分淋浴間，采用即熱式電熱水器，確?？梢赃B續(xù)供應(yīng)熱水，旅客隨到隨洗。以上措施保證了熱水系統(tǒng)的舒適度要求。
太陽能熱水系統(tǒng)原理圖
太陽能集熱器作為太陽能熱水系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，同時又是整個系統(tǒng)中所占空間最大的部分，它在建筑中的布局將直接影響整個系統(tǒng)與建筑的結(jié)合效果。設(shè)計采用玻璃金屬真空管太陽能集熱器，集熱效率高，可減少集熱器面積。如下圖所示，衛(wèi)星廳太陽能集熱器設(shè)在第二層混凝土次屋面上，集熱器支架與屋面的連接構(gòu)造簡便，系統(tǒng)管線隱蔽，對建筑立面無影響，且便于上人安裝維護(hù)。為避免集熱器眩光對航線以及飛機起降產(chǎn)生影響，對集熱器表面采取了亞光處理。
衛(wèi)星廳太陽能集熱器
飲用水供應(yīng)一個人性化的航站樓給水系統(tǒng)設(shè)計中，飲用水的供應(yīng)是不可或缺的。為滿足旅客在候機過程中的飲水要求，在公共區(qū)域內(nèi)每隔一定距離設(shè)置飲水點。在每個飲水點處設(shè)置小型帶飲用水處理設(shè)備的飲用水機一臺以供旅客取用冷、熱水，飲用水水質(zhì)達(dá)到《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 94－2005）的要求。為避免誤操作燙傷旅客，要求熱水龍頭必須標(biāo)識清晰，且只能放水，不能直接飲用，并帶有熱水鎖定鍵保護(hù)裝置。在熱水龍頭的設(shè)置高度上，須考慮設(shè)在兒童不宜接觸的位置。
衛(wèi)生潔具的選用
衛(wèi)生間設(shè)計及潔具選擇，是機場人性化服務(wù)的重要直觀感受。如何體現(xiàn)時尚化、人性化，并且兼顧公共場所的衛(wèi)生安全，減少細(xì)菌傳播，是設(shè)計的關(guān)鍵點。衛(wèi)生潔具全部選用節(jié)水型產(chǎn)品，采用節(jié)水型衛(wèi)生器具比采用傳統(tǒng)的衛(wèi)生器具節(jié)水約20%~30%。洗手盆采用自動感應(yīng)式洗手龍頭，并盡可能采用臺下盆，便于臺面清理。小便器和大便器的選擇上，采用自動感應(yīng)式自閉沖洗閥，并盡可能采用后出水式（掛式）。后出水式小便器和大便器由于掛在墻上，視覺感觀上較下出水式更為輕便，且可以減少衛(wèi)生間的清潔死角，更適合在人員密集的機場內(nèi)采用。
水表的設(shè)置
衛(wèi)星廳面積巨大、用戶及用水點數(shù)量眾多、位置分散，為了達(dá)到節(jié)水和便于管理的目的，衛(wèi)星廳用水主要按照用途和管理區(qū)域進(jìn)行水表計量，下列位置均設(shè)置數(shù)字式水表，并納入能耗監(jiān)測系統(tǒng)：衛(wèi)星廳總體給水、中水引入總管上；生活水箱、中水水箱、屋頂消防水箱的進(jìn)水管上；各給水、中水系統(tǒng)向分區(qū)的總管上；每個餐廳廚房、咖啡廳給水管上；每個隔油機房、衛(wèi)生間的給水、中水管上；卸貨平臺、垃圾房的中水管上等。
室外排水系統(tǒng)設(shè)計
由于室外排水系統(tǒng)原則上應(yīng)采用重力流系統(tǒng)，排水管道需要放坡，對于超大面積的單體建筑而言，排水管線超長、管道的埋深會很大，容易與其他地下構(gòu)筑物標(biāo)高發(fā)生沖突。衛(wèi)星廳S1和S2地下有捷運通道穿越，受通行車輛高度制約，捷運通道的頂板無法做降板處理；中部有南進(jìn)場路東線、西線地道和兩根雨水排水箱涵穿越，因此，排水管道路線設(shè)計受到地下構(gòu)筑物的影響不得不中斷。此外，由于浦東機場是人工填海出來的陸地，地質(zhì)條件差，軟基處理后還會存在工后沉降，所以室外檢查井必須采取防沉降措施。
浦東機場衛(wèi)星廳各層介紹
解決上述問題，首先必須摸清衛(wèi)星廳周邊可供接駁的大總體管線資料，盡可能地加以利用，采用“多點分散”的排水策略。室外雨水排出口一共有8個，其中1#、2#、7#、8#雨水排出口設(shè)置在S1、S2南北指廊的端部，排入附近大總體雨水排水管網(wǎng)；3#~6#雨水排出口設(shè)置在中指廊附近，排入兩根雨水排水箱涵內(nèi)。室外污水排出口一共有3個，其中1#污水排出口設(shè)置在S2南指廊的端部，2#~3#污水排出口設(shè)置在中指廊處，排入附近大總體污水排水管網(wǎng)。這樣設(shè)計既可縮短排水管線、減小管道埋深，又可將總的排水負(fù)荷比較均勻地分散到各路排水管線上，縮小排水管道管徑，便于與大總體排水管線接駁。
室外排水布置圖
在規(guī)劃設(shè)計排水管道的管線時，還需注意對室內(nèi)雨污水排出管的影響。在中指廊兩條雨水排水箱涵之間區(qū)域、S1和S2北指廊端部區(qū)域等，受地下構(gòu)筑物的影響，無法設(shè)置室外雨、污水管道。因此，室內(nèi)的衛(wèi)生間應(yīng)避免在上述區(qū)域附近設(shè)置，屋面虹吸雨水排水系統(tǒng)需設(shè)懸吊管，轉(zhuǎn)接到設(shè)有室外雨水管道的一側(cè)接出。其次，管線鋪設(shè)控制在靠近衛(wèi)星廳外墻10 m內(nèi)，盡量避免設(shè)在10~22 m的服務(wù)車道下面。這樣既可避免管道及檢查井長期受車輛重壓而損壞，又可避免由于管道維護(hù)影響服務(wù)車輛的通行，還可避免雨污水井蓋與路面不平而引起的車輛顛簸。
為了防止室外檢查井沉降，需對室外檢查井下方釆用壓密注漿進(jìn)行土體加固，加固平面范圍為檢查井基礎(chǔ)底板外邊外擴(kuò)0.5 m，加固深度為基礎(chǔ)底板底以下5 m。
餐飲廚房排水系統(tǒng)設(shè)計
浦東機場衛(wèi)星廳聚集了約50家品牌餐飲，為了避免各餐廳廚房因共用排水管道和隔油處理設(shè)備，而引起相互干擾且責(zé)任分辯不清的情況，此次衛(wèi)星廳按每個餐廳廚房單獨配置隔油處理設(shè)備考慮，單獨設(shè)置排水管道和設(shè)備機房，廚房與隔油處理設(shè)備按一對一配置。此設(shè)計雖有利于餐飲租戶自行管理，但這些近50個隔油處理機房，要設(shè)置在原本設(shè)備機房面積就已很緊張的-7.50 m層和±0.00 m層是非常困難的。隔油機房需遠(yuǎn)離生活水泵房、辦公室等衛(wèi)生要求較高的地方，同時每個隔油機房的面積要盡可能地小，以便于建筑的平面布置。
為了解決上述問題，設(shè)計采用了成品一體化油脂分離設(shè)備，其設(shè)備內(nèi)部設(shè)有固體殘渣攔截、加熱、油水分離裝置，大大減少了機房的面積。對于位于中間部位的隔油機房內(nèi)，由于不能靠重力直接排至室外總體排水管道的排水，還需在一體化油脂分離器之后增設(shè)一體化提升裝置。整個隔油處理和提升設(shè)備都采用全密閉結(jié)構(gòu)，大大降低了異味擴(kuò)散。成品一體化油脂分離設(shè)備無需對廢油、廢渣進(jìn)行人工清理，廢油、廢渣可自動收集于容器內(nèi)，簡化了日常維護(hù)工作、減少了對周圍環(huán)境的影響。
此外，衛(wèi)星廳內(nèi)餐飲大多都設(shè)在最上面幾層的出發(fā)層和貴賓層，與設(shè)在-7.50 m層和±0.00 m層的隔油機房相距較遠(yuǎn)，而且上下位置不能完全對齊，廚房排水管道需要鋪設(shè)很長一段距離才能接到隔油設(shè)備，而且轉(zhuǎn)彎較多。排水離心鑄鐵管與塑料排水管相比，管道保溫性能差，含油廢水冷卻速度較快，油污容易黏在管壁上，引起管道堵塞。因此，此次衛(wèi)星廳餐飲廚房排水管采用了耐高溫排水塑料管道，改變了以往浦東機場航站樓廚房排水使用排水離心鑄鐵管的歷史。
屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計
為了滿足現(xiàn)有塔臺通視要求以及建筑內(nèi)部功能空間需求，衛(wèi)星廳屋面設(shè)計采用三層跌落、中心區(qū)高、指廊端頭低的設(shè)計。屋面最高點為39 m（S1），南指廊最低點為12.4 m，北指廊最低點為15.35 m。作為屋面主體的下兩層屋面采用鋼筋混凝土屋蓋、最上層屋面采用金屬屋蓋形式。衛(wèi)星廳屋面匯水面積巨大，總和為18 7940 m2。
衛(wèi)星廳屋面構(gòu)造示意圖
衛(wèi)星廳屋面雨水采用虹吸式雨水排水系統(tǒng)，設(shè)計重現(xiàn)期采用50 a，虹吸雨水系統(tǒng)和屋面雨水溢流管道系統(tǒng)總排水量按100 a重現(xiàn)期考慮。雨水管最終排至室外雨水系統(tǒng)。
金屬屋面虹吸雨水系統(tǒng)
衛(wèi)星廳中心區(qū)金屬屋面和第二層混凝土次屋面距室外雨水井較遠(yuǎn)，由于各層平面不一致，大量的虹吸雨水立管在高位經(jīng)橫管逐步轉(zhuǎn)至幕墻，沿幕墻與立柱間下落，底層無幕墻部分采用室外清水掛板包裹，最大限度保證建筑立面的統(tǒng)一。由于幕墻與立柱之間空隙只有300 mm，加之考慮安裝和維修的要求，每根立柱與幕墻之間最多可以設(shè)置兩根雨水立管，且管徑不應(yīng)大于DN100。此外，由于下面兩層的鋼筋混凝土屋面中心區(qū)高、指廊端頭低的設(shè)計，其天溝以大于1.6%的坡度坡向指廊端頭，最上層雙曲面金屬屋面天溝坡度≥4%，必須考慮每個虹吸雨水斗所承擔(dān)的雨水量均衡，防止天溝內(nèi)的雨水集中流向天溝標(biāo)高低的下游。以上難點的破解，是屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。
雨水立管在柱與幕墻之間安裝示意圖
設(shè)計將混凝土天溝內(nèi)的虹吸雨水斗靠近柱子邊設(shè)置，同一條天溝內(nèi)斗與斗之間間距為18 m（同柱子間距一樣）。天溝內(nèi)坡度為1.6%，為了確保雨水能依自由水頭均勻分配至各雨水斗，如按規(guī)范要求需要設(shè)置下沉小斗達(dá)800個以上，會增加土建的施工難度和工程造。因此，設(shè)計采用了在雨水斗后面設(shè)置200 mm高的擋板，以保證每個虹吸雨水斗所承擔(dān)的雨水量均衡，防止天溝內(nèi)的雨水集中流向標(biāo)高低的下游。最上層金屬屋面天溝約每隔30 m需設(shè)有變形縫，變形縫將整個金屬天溝分為若干段，由于天溝坡度較大(坡度≥4%)，需在每段金屬天溝的最低處設(shè)置集水槽和虹吸雨水斗。
混泥土屋面天溝擋板節(jié)點圖
由于混凝土屋面同一條天溝內(nèi)虹吸雨水斗之間的高差為18 m×1.6%=288 mm，不能滿足《建筑屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》（CJJ 142—2014）第6.1.14條“同一系統(tǒng)的雨水斗宜設(shè)置在同一水平面上，且用于排除同一匯水區(qū)域的雨水。”的要求，所以同一條天溝內(nèi)不同高度的虹吸雨水斗需單獨設(shè)一個系統(tǒng)，單獨設(shè)雨水立管，用于排除各自匯水區(qū)域的雨水。由此，每個系統(tǒng)所承擔(dān)的雨水量不大，確保了雨水立管管徑不大于DN100，滿足了雨水立管在立柱與幕墻之間的安裝要求。
金屬屋面集水槽節(jié)點圖
結(jié)論衛(wèi)星廳建筑功能多樣、體量超大、占地面積巨大的超大型公共建筑，給排水系統(tǒng)相對復(fù)雜，系統(tǒng)的安全性要求高，在設(shè)計之初找準(zhǔn)難點和關(guān)鍵點，有的放矢，提出對策，是項目順利推進(jìn)的保障。
機場衛(wèi)星廳的給排水系統(tǒng)，在系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)備選擇及器具安裝等宏觀、微觀各方面，均應(yīng)注重節(jié)能概念與人文關(guān)懷。
超大型公共建筑的排水系統(tǒng)，仍應(yīng)堅持重力流原則，必須結(jié)合項目實際情況，做適當(dāng)?shù)呐潘窂揭?guī)劃。
超大型建筑的屋面雨水排水，一般需采用虹吸雨水系統(tǒng)，其中各雨水斗之間的水量平衡、雨水立管的巧妙安排等細(xì)節(jié)處理，在設(shè)計中應(yīng)給予充分的重視。
總之，機場衛(wèi)星廳給排水系統(tǒng)在滿足系統(tǒng)運行安全的同時，尚需滿足旅客使用的便捷性以及管理維護(hù)的合理性，以此詮釋機場航站樓給排水系統(tǒng)設(shè)計的真諦與意義。