某海洋館給排水及消防系統設計探討

江錦前

（福州市建筑設計院有限責任公司，福州 350011）

1 引言

海洋館作為一種展示海洋生態的場所， 越來越受到大眾的關注和青睞，要想為大眾提供自在舒適的觀賞體驗，必須做好海洋館的設計工作。 海洋館建筑的設備空間大約占總建筑面積的10%，除了一般建筑需要的消防、配電、照明等系統外，最主要的設備系統是水處理系統（包括維生系統），在海洋館設計過程中，這是尤為重要且特殊的一個環節。 對此，本文結合某海洋館設計項目，對其涉及的給排水、消防、維生系統的設計進行詳細探討。

2 工程概況

項目位于吉安市高鐵站前新區伯安大道和廣場北路交叉口西北角地塊。 海洋世界建筑面積20 431.96 m2，總共3 層。1 層、2 層為主要展覽空間，3 層為生活用房。 1 層主要排布了熱帶雨林館（兩層通高）、珊瑚礁魚館、極地館、海底世界（隧道）以及海洋科普館；2 層則容納了淡水魚區、熱帶雨林、夢幻水母館以及海豚劇場；3 層主要為飲食區和員工活動空間。 建筑整體采用鋼掛鋁板和鋼掛玻璃作為立面結構形式， 創造出“鸚鵡螺”的曲線造型。 吉安海洋世界主題效果圖如圖1 所示。

圖1 吉安海洋世界主體效果圖

3 給排水及消防系統

3.1 生活給水量的確定

本項目為多層公共建筑，主要用水點包括展廳、觀賞區、劇場觀眾及職員、其他工作人員以及冷卻水補水。 因各種魚群展館及科普館等建筑定性為展覽性及觀賞性區域，因此，此部分給水按照GB 50015—2019 《建筑給水排水設計標準》[1]表3.2.2 中的展覽館用水標準確定用水定額， 包括員工和觀眾兩部分用水。 表演劇場根據最大觀賞人數及劇場演職人員數量分別取不同的用水定額，主要用水量見表1。

表1 海洋館給水用水量計算

水源利用方面，應充分利用市政自來水的水源和水壓，否則由于海洋館內各展館公區用水及海洋生物需調配海水等要求，采用水箱和變頻泵加壓供水時，水箱容量較大，泵房面積占地較多且不節能。 在不同進水池的進水管設置中，應按單池單立管的布置原則盡量不共用供水立管或橫干管， 降低因進水故障導致水池無法補水的風險，保證海洋生物的生命安全。

3.2 消防系統的確定

3.2.1 消防系統設計參數

本項目消防流量按展覽、觀演建筑設計，建筑體積＞50 000 m3，劇院觀眾廳座位數632 個，根據GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》[2]（以下簡稱為 “《消水規》”）中表3.3.2 及表3.5.2 中的取值，選定室外消火栓系統設計流量Q1為40 L/s， 室內消火栓系統設計流量Q2為20 L/s。另根據GB 50084—2017 《自動噴水滅火系統設計規范》[3]（以下簡稱為“《噴規》”）中附錄A 所列場所，選定本項目為中危險I 級，按照《噴規》5.0.1 條和5.0.2 條的設計基本參數，結合海洋館最大凈高11.0 m 處的海洋大廳的實際情況， 估算出噴淋設計流量約為35.6 L/s，最終選取噴淋設計流量Q3為40 L/s。

根據《消水規》3.6.2 條的規定，選取室內和室外消火栓系統火災延續時間t1為2 h；根據《噴規》5.0.16 條的規定，選取自動噴水滅火系統火災延續時間t2為1 h。

綜上，可以求得消防水池總量V：

式中，3.6 為將單位L/s 轉換為m3/h 的轉換系數。

3.2.2 水池的布置

海洋館中的水生物種類繁多， 對水質和水量的需求各不相同。 經與工藝和運營方的多次溝通，本項目需在3 層分別設置3 個容量均為120 m3的淡水池、魚類海水池和海獸海水池，在滿足海洋館日常運行的水量需求以外， 還能為1 層、2 層各魚類展館及表演池等提供穩定的供水壓力。 海洋館消防水池、海水池、淡水池分布示意圖如圖2 所示。

由于海洋館先天的水量和位置條件需求， 綜合消防水池的容量及尺寸，在設計上考慮將消防水池和淡水池、海水池一起設置在3 層，利用大屋面的弧形效果，形成一條的水池帶，本項目采用的設計方案主要考慮到以下3 點。

1）這種將水池抬高上置的形式，可利用3 層生活區的空余面積，為1 層的海洋大廳、鯨魚池和2 層的表演池及觀賞區騰出更多的展示空間。

2）各個水池集中布置于3 層，避免開挖地下室。 由于1 層有多個大型海洋魚類展館及水池，若要開挖地下室，對地下室頂板的整體荷載要求較大，且1 層排出管非常多，覆土厚度也要相應增加。 因此，綜合考慮將各供水水池置于高處，可節約整體造價的同時縮短施工工期。

3）淡水池和海水池可利用自然重力供水，供水水壓穩定，無須增壓提升設備，可減少設備因海水腐蝕產生的隱患，同時降低后期維護管理成本。

3.3 屋面虹吸雨水系統

本建筑屋面主體為中空網架結構， 采用鋼掛鋁板和鋼掛玻璃作為立面結構形式，創造出“鸚鵡螺”的曲線造型。 屋面最高點23.600 m，最低點15.096 m，東西方向跨度63.6 m，南北跨度30.8 m，鑒于屋面整體面積較大（約10 175 m2），且弧形網架玻璃頂存在高低錯落的交界面，若排水溝的前后高差太大，則無法形成虹吸效應，因此，考慮在交界面的底部分散設置排水內檐溝和虹吸雨水口， 內檐溝起點和終點標高與弧形構架首末端標高相適應，每條檐溝的前后高差不超過1.2 m，在每段檐溝的末端設置高度350 mm 的反口，便于在暴雨情況下上游雨水可溢流至下游排走。

本工程屬于重要公共建筑，設計重現期為10 a，弧形構架交界處采用內檐溝排水，局部平屋面女兒墻上設置了溢流口，因此，屋面雨水總排水能力設計重現期應按50 a 設計。每條檐溝末端設置一個直徑為100 mm 的溢流孔洞，孔洞上安裝鋼套管，溢流口底部高出完成面300 mm，這樣既滿足規范關于屋面雨水排放的溢流要求，又不影響整體觀感。

4 維生系統的初步設計

4.1 維生系統的組成

維生系統是海洋館、水族館的核心技術，維生系統是否健全直接關系到海洋館的展示效果和動物的健康， 直接關系到海洋館運營的成敗。 大多數海洋館或水族館的維生系統一般包含5 個組成部分，即進水過濾系統（含海水配置及軟化處理）、生物蛋白分離系統、生化過濾系統、溫控供水系統以及廢水回收處理（或排放）系統，在個別大型展館還配備有海水反沖洗系統。 其中，蛋白分離、曝氣氧化以及溫控系統，一般由專業廠家與運營方協同配合深化設計，在一次施工圖設計中，需重點考慮進水過濾系統和廢水回收系統的給排水管道預留以及點位布置。 海洋館維生系統工藝流程如圖3 所示。

圖3 海洋館維生系統工藝流程示意圖

4.2 維生系統管道預留

不同海洋生物所需的生活條件不盡相同， 需要嚴格按照建筑剖面所標注的標高及運營方的管理要求進行設計。例如，小型海洋生物（海龜、企鵝、海獅等）的生活池，水位一般控制在1.5～2.2 m，預埋的泄水管及溢流管管徑一般在DN100～DN150；若是大型海洋生物（鯊魚、白鯨等）的生活池，則需預埋DN200及以上的排水管道，并且分散多點布置，減少排水時的管道泄水壓力。此外，設于1 層的維生系統之間需要通過一些管道連通（DN300 及以上）接入不同的海水池內，需配合一定覆土厚度，以滿足走管要求，這些在施工圖上未表達的都需要和各專業以及運營方相互配合明確。 海龜池排水管預埋剖面圖如圖4 所示。

5 結語

海洋館是一個體量龐大且設備、工藝非常復雜的建筑，給排水設計作為其中比較特殊且重要的環節， 需要花費大量的精力去思考和優化，不僅要滿足現行的規范要求，而且要能發揮出海洋館獨有的水文特色和環境功能， 為顧客營造出舒適的體驗感受。