港珠澳大橋珠海口岸旅檢樓A區建筑給排水工程設計案例

王希誠，管平平

(1. 華東建筑設計研究總院，上海 200002；2. 濟南市規劃設計研究院，山東濟南 250101)

港珠澳大橋連接香港、澳門、珠海三地，為大型跨界工程，根據三地的邊界管制、海關通關情況，必須設置可供三地進行查驗的口岸，以確保大橋的常規通行。因此，港珠澳大橋口岸的建設和投入使用是大橋通車的前提。口岸主要功能是滿足遠期2035年珠海與香港每天通關旅客15萬人次、通關客車約1.8萬輛及通關貨車約1.7萬輛的出入境需求和珠海與澳門每天通關旅客10萬人次、通關客車約3 000輛的出入境需求，并提供遠景拓展的可能。

港珠澳大橋珠海口岸項目屬超大型交通樞紐建筑，主要包括旅檢大樓A區、旅檢大樓B區及出境隨車人員驗放廳、珠海側交通中心、交通連廊部分，上述建筑面積之和約為390 000 m2，另加南側配套用房、貨檢區等子項，總建筑面積約為5 7 000 m2，具體如圖1所示。

圖1 珠海口岸主要建筑分布示意圖Fig.1 Distribution Diagram of Main Buildings in Zhuhai Port

其中，旅檢大樓A區建筑面積為188 540 m2，在口岸建筑群中面積最大，建筑物包括地下一層，地上三層(含3個夾層)，主要核心功能為珠港出入境旅檢大廳、候車廳、聯檢功能用房，建筑功能復雜且多樣化，對建筑給排水設計有較高的挑戰。本文對旅檢大樓A區建筑給排水系統及設計技術難點進行介紹。

1 建筑給排水系統介紹

1.1 給水系統

1.1.1 給水系統用水量計算

給水系統用水量計算參照國家相關規范[1-5]。

旅檢樓A區用水量計算如表1所示，生活最高日給水量為2 171.3 m3/d；最大時用水量為236.6 m3/h。擬從室外市政給水管網接入兩路DN200的給水管以供該子項室內生用水，室外給水管水表接入點供水壓力不小于0.25～0.28 MPa。為了充分利用市政給水管網壓力，室內給水盡量采用市政給水管網壓力直接供水，在室外給水管網壓力范圍之外的樓層，采用無負壓疊壓供水方式。經水力計算，-5.850～11.100 m層生活用水由室外市政給水管直接供水；15.000～21.500 m層生活用水由疊壓供水系統供水，水箱消毒采用紫外線，由箱式無負壓疊壓設備自帶，使得各給水分區用水點處靜水壓力保持0.20～0.45 MPa。給水系統內各用水點壓力大于0.2 MPa處設置支管減壓閥以保證各用水點供水壓力不大于0.2 MPa。為防止水質污染，綠化灌溉、車庫、垃圾間、廚房隔油間、卸貨區地面沖洗、空調機房補水、冷卻塔補水、消防水池、水箱及箱式無負壓疊壓設備補水管上，從室外給水管網的不同管段接兩路及兩路以上引入管，且與室外給水管網形成環狀管網的建筑物引入管上設倒流防止器。

表1 旅檢大樓A區生活用水量Tab.1 Domestic Water Consumption of Passenger Inspection Area A

為節約用水，建筑用水主要按照用途和管理區域進行水表計量，各建筑物進戶管、綠化灌溉、車庫、垃圾間、卸貨區地面沖洗、空調機房補水、冷卻塔補水、消防水池、水箱及箱式無負壓疊壓設備補水管上、廚房、水療、咖啡吧、廚房隔油間給水管上均采用遠程水表計量。接管公稱直徑不超過50 mm時，應采用旋翼式水表(干式)，接管公稱直徑超過50 mm時，應采用螺翼式水表(干式)，水表應水平安裝。

1.1.2 飲水及熱水系統

在旅檢大廳每隔一定距離設置飲水點，在每個飲水點處設置小型帶飲用水處理設備的飲用水機1臺以供旅客用冷、熱飲用水，飲用水水質標準按《飲用凈水水質標準》(CJ 94—2005)。在辦公區域的開水間內，設60 L、9 kW電加熱開水器1臺。

旅檢大樓A區、B區檢疫區內的淋浴間采用分散設置電加熱熱水器供應生活熱水。

1.2 污水系統

室內排水采用生活污、廢水合流制，雨水單獨排放[2-3，6]。旅檢樓A區生活污廢水(不包括空調冷卻水補水，生活用水量的90%計算)最高日排水量為1 134.5 m3/d；最大時排水量為144.6 m3/h。地面層及以上排水盡量由重力排至室外污水管道，當靠重力流無法直接排出時，排水先排入地下室污、廢水集水井，再由地下室污、廢水集水坑和潛水泵排至室外。

排水系統設置主通氣立管和器具通氣管，保持管內壓力平衡和換氣，但旅檢大樓A區建筑美觀需要，旅檢大樓A區通氣立管無法伸出屋面，為滿足這一需求，污水排氣系統采用自循環通氣，具體做法及注意事項在后面章節進行詳細介紹。

1.2.1 特殊場所排水

(1)國檢實驗室、負壓隔離室排水

對于旅檢大樓A區內的國檢實驗室、負壓隔離室等廢水，需單獨排放至地下室專用集水井，經處理達到處理消毒要求后，再排至室外污水管道。此內容為設計重點，后面章節將對其進行詳細介紹。

(2)地下車庫及消防電梯排水

地下車庫排水經隔油、沉砂由分散設置在集水井中的潛水泵加壓后排至室外。消防電梯井旁設置有效容積不小于2 m3集水坑和不小于10 L/s的專用消防排水泵。

(3)含油污水排放

交通中心、交通連廊餐飲廚房廢水經成品一體化油脂分離器隔油處理后排放，成品一體化油脂分離器隔油，全密閉結構，無需人工對廢油、廢渣進行清理，油、泥可自動收集于容器內，自帶提升裝置，滿足《餐飲廢水隔油器》(CJ/T 295—2008)要求，設置于交通中心和交通連廊地下室隔油室內。

1.3 雨水系統

雨水設計排水量按珠海市暴雨強度公式計算[2-3，6]。

P=100年，暴雨強度如式(1)。

(1)

P=50年，暴雨強度如式(2)。

(2)

P=10年，暴雨強度如式(3)。

(3)

P=5年，暴雨強度如式(4)。

(4)

屋面雨水，采用虹吸雨水排水系統，設計重現期采用50年，屋面設置虹吸溢流設施，虹吸雨水系統和屋面雨水溢流設施總排水量按100年重現期考慮，后面章節將對其進行詳細介紹。

旅檢大樓A區樓前高架為交通樞紐建筑所獨有的形式，其雨水收水兼有屋面雨水及地面雨水的設計特點。本次高架雨水設計采用重力流雨水排水系統，設計重現期采用5年，采用明溝+雨水收水口的收水形式，通過雨水懸吊管及排水立管，排放至市政雨水井中，后面章節也會對其進行詳細介紹。其余建筑屋頂樓梯間小屋面及天窗屋頂雨水排水采用重力流雨水外排水方式，設計重現期采用10年。

1.4 循環冷卻水系統

旅檢大樓A區、旅檢大樓B區合用一個循環冷卻水系統。循環冷卻泵設在旅檢大樓A區地下室冷凍機房內，冷卻塔采用SUS304或SUS316不銹鋼冷卻塔(玻璃鋼冷卻塔，支撐機構為不銹鋼)，設在出境側1#貨檢樓屋頂。旅檢大樓A區冷卻循環水系統主要設備及參數如表2所示。

表2 冷卻循環水系統主要設備及參數Tab.2 Parameters of Main Equipment of Cooling Circulated Water System

冷卻系統補水由設在交通連廊地下室冷卻塔補水泵內的箱式無負壓疊壓供水設備供給。為了節省用水，將空調冷卻水循環使用，僅補充少量飛濺損失，此外為保證水質，采用旁濾、除垢、加藥等措施[7-8]。

2 設計難點及重點分析

2.1 防沉降措施

2.1.1 科學性和合理性分析

由于本項目的地質條件，軟基處理后還會存在工后沉降，根據結構專業提供的資料，本項目的沉降量為250 mm。這會使管道扭曲甚至斷裂，尤其是不允許平坡、更不允許倒坡的重力排水管道，不均勻沉降使得這部分管道的堵塞機率增大，影響正常使用甚至造成事故。為防止此類事件的發生，應在出戶管接入檢查井的進入點預留沉降的余地。本項目給水排水管道的出線方式主要有兩種：第一種方式為不銹鋼金屬軟管的出管，方便實用且適用性較好，不但可以抗地質沉降還具有一部分抗拉性能，但是價格較貴，需要配合專用的防沉降井使用；第二種方式為出戶管安裝防沉降套管配件的方式，價格便宜但適用性較差，僅適用于無壓小管道使用。

2.1.2 地下室進、出管線防沉降措施

第一種防沉降措施如圖2所示。《建筑給排水設計規范》一般室外檢查井距離建筑基礎的凈距不宜小于3.0 m，根據這一設計特點，考慮在進、出戶管建筑位置設置專用防沉降井，井中放置軟性防水填料，可與結構同時沉降，并在結合外墻1 m處的室外水表井或閥門井設不銹鋼金屬軟管，不銹鋼套管的彎曲角度不大于6°，復核管道抗彎曲程度后顯示，本方案可抗315 mm的地質沉降，滿足本項目的沉降量為250 mm的要求設計[3]。此外，不銹鋼套管還有抗拉的性能，可以防止室外地面下沉拉斷管道，如圖3所示。

圖2 管道出戶管防沉降示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Anti-Settlement of Outlet Pipeline

圖3 金屬不銹鋼套管抗不均勻沉降示意及專用防沉降井剖面構造Fig.3 Indication of Anti-Uneven Settlement of Stainless Steel Casing Pipe and Section Structure of Special Anti-Settlement Well

2.1.3 非地下室進、出管線防沉降措施

圖4 非地下室進、出管線防沉降措施示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Anti-Settlement Measures for Non-Basement Inlet and Outlet Pipelines

第二種防沉降措施如圖4所示。排水管出戶后就設一個彎頭向下，彎頭下有一段考慮沉降長度的直管，直管插進一個特殊的防沉降套管配件(直管可在套管內滑動)。該方法價格便宜，適合DN100以下污、廢水等無壓排水管道的使用，但易造成排水管埋深較大，且管道縫隙處宜滲漏。

2.2 疊壓供水詳述及選型計算

無負壓供水設備是一種加壓供水機組，直接與市政供水管網聯接、充分利用原有市政管網的壓力，在此基礎上串聯疊壓供水，確保市政管網壓力不小于設定保護壓力(設定壓力必須高于小區直供區壓力需求)，在保證不影響附近用戶用水的前提下實現安全可靠的供水，具有良好的節能效果。本次旅檢大樓A區疊壓供水設計采用調節水箱式，當市政管網的水量、水壓條件能滿足無負壓供水要求時，直接從市政管網取水；市政管網水量、水壓無法滿足要求時，從調節水箱取水，其供水原理如圖5所示。

圖5 旅檢大樓A區疊壓供水原理圖Fig.5 Schematic Diagram of Superimposed Pressure Water Supply

表3 旅檢大樓A區衛生潔具選型Tab.3 Selection of Sanitary Ware

計算得出，Ng=226.5，q=10.23 L/s。

疊壓供水系統變頻泵流量Q=1.3 L/s；變頻泵流量計算為Sanitar，取Q=14 L/s；疊壓供水設備生活水箱，按1 h水泵流量計；有效容積取V=14 m3。

疊壓供水系統變頻泵揚程計算如式(5)。

H=(H1+H2+H3-H0)

(5)

其中：H1——0.00 m至最不利用水點高差0.23 MPa；

H2——自由水頭0.15 MPa；

H3——根據管道水頭損失0.06 MPa，倒流防止器水頭損失0.05 MPa，疊壓供水水頭損失0.05 MPa，計算得到0.16 MPa；

H0——市政壓力，0.25 MPa。

計算得到揚程H=1.22×(0.23+0.15+0.16-0.25)=0.35 MPa。

因此，本項目選用變頻泵Q=7 L/s，H=35 m，N=7.5 kW，兩用一備。

2.3 自循環通氣排水系統

因建筑美觀需要，旅檢大樓A區通氣立管無法伸出屋面，因此，采用自循環通氣系統，系統示意如圖6所示。自循環通氣系統設計應符合下列要求：(1)立管頂端應在衛生器具上邊緣以上不小于0.15 m處采用2個90°彎頭相連；(2)通氣立管宜每層用結合通氣管與排水立管斜三通相連；(3)通氣立管下端可在排水橫管或排出管上采用倒順水三通或倒斜三通相連。

圖6 旅檢大樓A區自循環通氣系統示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Self-Circulation Vent System

2.4 國檢實驗室、負壓隔離室排水

對于旅檢大樓A區內的國檢實驗室、負壓隔離室等廢水，需單獨排放至地下室專用集水井，經處理達到處理消毒要求后，再排至室外污水管道。消毒處理的具體措施為：氯片或其他消毒劑可人工投加在集水井內，也可向衛生器具內投加，與廢水一起排入集水井，使廢水與消毒劑在集水井中停留30 min及以上，總余氯量滿足6.5 mg/L及以上，達到處理消毒效果后，將其排至室外污水管道。為滿足消毒池通風換氣的需求，在消毒池上層設置DN100的通氣管，但是由于旅檢大樓A區建筑美觀需要，通氣管無法伸出屋面，將通氣管連接至室外通氣井上。

消毒池大樣如圖7所示。

圖7 消毒池大樣圖Fig.7 Detail Drawings of Disinfection Pool

2.5 屋面虹吸雨水設計

本項目屬于超大型交通樞紐建筑，為保證內部較大的使用空間，采用大屋蓋面結構，且大屋蓋下與樓內建筑脫開。因此，對于旅檢大樓A區大屋面雨水排水設計來說，主要的設計難點為屋頂面雨水瞬時流量巨大，如采用傳統的重力式雨水系統，需設置較多的雨水斗和排水立管，但是因為大屋蓋下與樓內建筑脫開，雨水立管需考慮沿著較少的柱子或幕墻構造柱內敷設，難以滿足排水要求。因此，傳統的重力排水方式不適用于本項目大屋面的排水，本項目采用虹吸雨水排水系統。虹吸雨水系統的原理為當屋面上的水位達到一定的高度時，通過汽水分離的雨水斗，隔斷空氣進入，從而使系統排水管道出現滿流狀態，從而形成虹吸，在抽吸作用下，雨水以較高的流速排至室外。

旅檢大樓A區的虹吸系統設計采用珠海市50年重現期，5 min降雨強度q=720.13 L/(s·ha)，虹吸溢流系統設計采用珠海市100年重現期，5 min降雨強度q=780.05 L/(s·ha)，屋面徑流系數為1.0。本次虹吸雨水斗選用不銹鋼材質，空氣擋罩采用鋁合金材質，雨水管采用高密度聚乙烯管。

圖8 旅檢大樓A區屋面虹吸雨水分區示意圖Fig.8 Schematic Diagram of Roof Siphon Rainwater Zoning of the Building

旅檢大樓A區虹吸系統匯水總面積約為67 658.2 m2，共采用36個虹吸系統，10個虹吸溢流系統，總計采用虹吸雨水斗DN75型2個、DN100型48個、DN150型40個，其屋面匯水分區的劃分如圖8所示，以中軸為界，匯水分區名稱呈上下對稱。

以A1、A2、A3分區為例子，此3個分區分別按照P=50 a的設計重現期進行虹吸雨水系統設計，并采用P=100 a的設計重現期進行校核計算，三區共用一套溢流雨水系統，其計算如表4所示，系統設計原理如圖9所示。

虹吸系統包括由天溝內虹吸雨水斗開始，其虹吸排水懸吊管、立管、水平干管至地面一層排出等一系列設計與計算均由專業公司完成。根據《建筑給水排水設計規范》(GB 50015—2003)(2009年版)，虹吸雨水排水管屬于滿管壓力流，當其出口水流速度大于1.8 m/s時，應采用消能措施。因此，屋面虹吸雨水系統、雨水溢流系統等應經室外消能井處理后接入室外雨水管道，然后匯總排放至周邊市政雨水管。

2.6 樓前高架雨水設計

旅檢大樓A區樓前高架雨水，采用重力流雨水排水系統，設計重現期采用5年，徑流系數Ψ=0.9，降雨歷時t=5 min，暴雨強度q=560 L/(s·ha)。旅檢大樓A區樓前高架雨水，經高架收水口、明溝收集后分別排入市政雨水管，其設計系統示意如圖10所示。

表4 旅檢大樓A區A1、A2、A3分區虹吸雨水設計原理圖Tab.4 Schematic Diagram of Siphon Rainwater Design in A1, A2, A3 Area

圖9 旅檢大樓A區屋面虹吸雨水分區示意圖Fig.9 Schematic Diagram of Roof Siphon Rainwater Zoning

圖10 樓前高架雨水排水系統示意圖Fig.10 Schematic Diagram of Rainwater System of Elevated Boardwalk

3 結語

港珠澳大橋珠海口岸工程屬于超大型交通樞紐建筑，設計團隊需面對系統復雜、技術難度大、設計周期要求較短、滿足建筑美觀等諸多難題，因此本工程設計難度較大。本文對本建筑給排水系統的設計和技術難點進行介紹，以便為同類型建筑的設計積累經驗并提供參考，供業內同行分享。