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上海国家会展中心如何解决大之难

发布时间:2016-07-08 09:43

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给水系统之难
国家会展中心(上海)整体高度仅43 m,在普通项目设计中,一般的给水系统只需要“底部直供+上部变频”即可满足要求,但在本项目中,需要考虑的问题因为其大而变得多了起来,主要有以下。
1.1供水区域的划分
 根据规划,在项目建成后,将由扩建的徐泾水厂和长桥水厂通过环状管网共同对地块供水,地块周边四条道路的市政给水管网分别为3路DN500和1路DN300,在供水规划范围内的最不利点市政供水压力为0.16 MPa。
考虑到地块的消防给水需求,项目从4条道路上分别接出2路市政给水引入管(地铁站用水单独从市政接出及计量,不在本文讨论范围内),经倒流防止器和水表计量后,在红线内形成大环。对于超大地块来说,随着地块面积的增大,生活用水量相应增大,而消防用水量并不同比例增加,因此生活给水和消防给水合用室外环网是合理的。市政水压直供的范围仅限于底层和地下室生活给水部分,而2层及以上则由水泵变频加压供水。
本项目的生活给水,包括了常规的生活给水和展览工艺给水,二者水质要求相同,给水泵房考虑合建;但工艺给水的水压需求和用水特点则与常规的生活给水有所不同,生活给水变频泵和工艺给水变频泵考虑分设。
项目共设计了13个生活泵房。其中,办公和酒店有地下室,相对独立,且使用情况较为稳定,分设独立使用的生活泵房非常合适。
四叶草的4片叶子构成的展厅是整个项目的主体,每片叶子中间由通道隔开分为2个相对独立的单元,利用展厅辅房在每个单元各设1座泵房。这样设计的好处是:可根据展会使用展厅的情况,灵活开启相应的设施;展厅加压给水系统管线基本在室内,便于管线布置;加压给水系统规模得到控制,水头损失亦在可控范围内;水箱的储水容积相对较小,便于水质控制。
对于3个小展厅,并未设置专用的泵房。北侧展厅NH是位于地面的单层展厅,生活给水由市政直供,工艺给水由临近的3H展厅泵房供水。东西两个位于16 m高的上层小展厅EH、WH,卫生间设于两侧角落,距离大展厅上层较近,因此分别从南北两侧贴邻的展厅上层接来;而展览工艺给水点布满展厅地面,则由4.1H、8.1H展厅一侧的工艺给水管供给。
最后,在中心圆楼和8座钻石楼所组成的商业部分区域,设计了相对集中的1个泵房,供给所有商业区域约15万m2的生活用水。主要基于以下考虑:只有圆楼有地下室,便于设置大型水池;商业部分相对集中,泵房供水总管在8 m平台下形成环状,放射状向各栋钻石楼和圆楼各单元供水,供水半径差距不大,供水压力相对平衡;商业部分业态变化会随着发展经常改变,留有余量的泵房、供水管网的设计,有利于调节各业态用水量,应对可能发生的各种变化。
1.2展厅用水量标准的确定
《建筑给水排水设计规范》(GB 50015—2003,2009年版)表3.1.10规定,展厅的用水量标准是3~6 L/m2,这个标准包括了观众用水量和展览工艺用水量,同时根据其表后的解释,该用水量标准不含工作人员(包括参展商)用水量。按面积计算的用水量,其本质还是用水的人。因此,确定一个展厅的使用人数,是选择合适用水量定额的关键。
超大超高的展厅,为搭建各种大面积、炫酷的特装展提供了大显身手的舞台,展会的布置更注重展商的展示需求和观众的观展体验,展厅不再是单纯的迷宫型、集市般密集排列的标摊,因此展厅的人员密度会有降低的趋势。经过各专业共同分析判断,设计最终确定了展厅的使用人数,该数值统一作为本项目各专业各类设计与计算的基础,经运营一年后历次大展检验,实际观展人数未超过该值。
1.3工艺给水和展位箱设计
以一个双层展厅下层为例,展厅的尺度为108 m×270 m。在建筑设计主导下,各专业评估后确定,大展厅不设置地下室,不设置通行式综合管廊,而是在底层沿展厅内侧设计一圈1 800 mm(b)×2 000 mm(h)机电综合主管沟,并参考国际通用的标准展览工艺设计,结合18 m的桁架跨距模数,在展厅内平行于短边方向每隔9 m设置一道600 mm×900 mm次管沟。次沟中间断开用于通道,两端与主沟相连并以0.5%的坡度从中间往两边坡向主管沟。展厅内工艺用水由生活给水泵房内工艺用水变频泵接来,以DN100给水主管线布置于主沟内,并成环布置,DN50支管敷设于次沟内,支管上再每隔9 m开出DN25给水管道接至水气展位箱。“展规”7.1.2条建议的预留接口间距为10 m,考虑到标准摊位3 m×3 m的模数,9 m的间距更利于标准化设计。
本项目的一个特殊设计,是考虑到某些展览(如橡塑展)对工艺给水有特殊的水量和水压要求,在每个单元底层距离泵房较近的第一条次沟内,将给水管支管管径由DN50放大到DN100,预留接口的口径由DN25放大到DN50,以满足特殊需求的展览工艺用水,在水压不足的情况下,展商经申请批准后,可设局部增压泵,从所预留的接口吸水供其工艺用水使用。
考虑到上层展厅布置用水展览的概率小于底层,经业主确认,上层展位箱的布置密度采用27 m×36 m的间隔布置。上层展厅不设地沟,仅在地面上预留出洞口用于设备安装,因此工艺用水管线布置在一层展厅顶部,再由DN25给水管接至上层展位箱,管线大小与走向与底层保持一致。洞口采用钢制防火底箱封堵。
经安装与实际使用的检验,次沟和展位箱尺寸可以满足展览使用需求,但如次沟宽度从600 mm放大到700 mm,会更方便。
1.4水质防污染措施
因展厅多、面积大,并非每个展厅都会长期满负荷使用,同时,每个展会因其性质的不同,不一定都会用到工艺用水,观众和展商人数的波动会很大,其配套的商业用水量也会根据参展人数的变化而变化。展厅及其配套设施的用水特点是用水不均匀。为此,保证任何时候的给水水质,防止水质污染和恶化,是项目给排水设计需要着重面对的问题。
除按规范采取的必要措施外,在本项目设计中所采取的水质防污染措施包括:
(1)展厅水箱容积控制。按满足规范及自来水公司要求的最低储水量计算。水箱根据泵房面积分为2个,每个再分2格,并相互连通。可根据展会排期,关闭其中的一个或几个分格,按需储水。
(2)所有储水箱均设有水箱自洁机。
(3)水泵出水管上均设有紫外线消毒器。
(4)展览工艺用水与展厅生活给水共用水箱分设水泵供水。
(5)在每条展览次沟起端给水管上,设有倒流防止器。
(6)每条工艺给水支管均设有坡向末端的2‰坡度,每个末端展位箱均可作为放水点,定期放空支管内的存水保证水质。
(7)商业部分预留了较高的餐饮比例,水箱储水容积较大,考虑租户入驻时间不同步、商业人流量随开闭展波动大的因素,将储水池分为4格,根据展会排期预报可关闭其中的一格或几格,减少存水停留的时间。
(8)酒店生活给水做深度处理、分质供水。
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室外排水系统之难
由于室外排水系统原则上是重力系统,对于超大面积的单体建筑来说,排水管线超长、放坡、与市政管线对接等各种困难是无法回避的。同时,为保证2号线徐泾东站的不间断运营,保证隧道区间和站厅顶部荷载的稳定,排水(含雨水)管道路由和场地地面标高设计受到的局限就更多。由于所有功能在建筑和结构体系上都是连为一体的,看似脱离的展厅之间、展厅和外侧的汽车坡道之间,还存在着看不见的结构拉梁挡住排水管的出路。建筑设计在展厅两侧必须布置卫生间,而长达270 m的中间通道两端,是办公楼和中心圆楼的地下室,排水管线路由被彻底封死,加压提升在所难免。整个地块南侧是10万m2的地下室(车库为主),其中大部分是人防区域,地铁以南的中间部位商业和展厅排水,都需要经过这大片地下室才能排到南侧市政道路上。这些难点的破解,是室外排水系统设计的关键。
2.1排水流域的划分
破解排水系统之难,首先要做的是摸清市政配套规划情况,划分排水流域。
4条周边道路,其中东侧的涞港路上是没有市政重力污水管的,即污水出路只能在其他的3条路上;而雨水管网4条路上都有。由于地铁站及区间段的存在,在红线内所有雨污水管都无法直接跨越,必须分向南北两侧。另一难点是,由于地铁站早已存在,其上方的地面标高被限制在-0.8 m(相对标高,以展厅、商业等室内底层地坪标高为±0.00 m,本节下文同),其他室外场地标高多在-0.2 m左右,处于排水管线起坡点的中心圆楼,其出户管绝对标高已经比展厅等区域压低了至少0.6 m。因此,规划每个排水点都以最短的路线排至市政道路,是排水系统设计首先要破解的难点。设计对雨污水流域进行了总体规划(见图6)。
2.2重力排水困难的解决办法
2.2.1提前规划和要求降板区域,充分利用明沟排除雨水
建筑设计之大,造成了排水管线的超长,而穿越大面积地下室,如果没有提前的降板规划,对排水设计来说将是致命的。本项目在初步设计起始阶段,就已经根据排水系统的流域划分和管线路由确定了降板的范围。根据排水管起始点埋深和坡度,考虑结构埋地的拉梁所占用的高度,从排水安全、保证地下室净高、结构经济合理、方便维修等几方面,确定降板区域的高度、宽度。图7是从中心圆楼至南侧盈港东路排水管必经之路所做的降板设计示意。
设计规划了3个降板区。靠内侧两段,近起坡点,但起坡段恰是地铁站和区间段地面标高较低(-0.8 m)的位置,因此这两段降板区板顶标高分别做在-1.8 m和-2.5 m(两边不对称)。之后经过的,是G区人防地下室区域,此处降板范围大,由北向南需要贯通。考虑结构设计和施工方便,整段降板区宽度为地下室两排柱子之间,长度约为180 m,8.4 m净宽。按污水管3‰的坡度计算, 放坡高度需要0.54 m,如果做成斜板,坡度较小不方便施工,效益有限,在保证下方高度满足建筑要求的前提下,降板区域做成统一高度,板面标高设计为-3.0 m,更为简洁合理。
充分利用素土场地和降板区设计雨水沟,也是破解雨水排水难题的重要手段。在两个展厅单元之间有长270 m宽27 m的通道,单展上方的步道和双展上方的车道均为露天,属于室外区域。这部分的雨水距离地面8 m或16 m,无法穿越展厅排放,只能落到通道的地面。
设计在展厅之间(无地下室)做了1 200 mm宽的雨水沟,深度从起坡的500 mm至终点1 200 mm,通道上方的雨水通过管道埋地接入这条大明沟。在办公楼(酒店)和展厅之间的通道下方,是办公楼(酒店)地下室区域,因其地下室功能复杂,无法做深降板排出展厅通道污水,只能做浅降板使雨水能重力排出。此处设计了一条板面标高-1.8 m的降板带,一半用于设雨水沟,与展厅中间通道雨水沟形成T字形排水沟,向两侧排出中间通道汇来的雨水,另一半,用于直埋通道一侧的展厅卫生间排水管重力排水出户。这条大明沟,在运营后的历次大雨考验中,都发挥了重要作用,展厅室内地坪和中间通道仅0.15 m高差,但未出现过内涝事故。图8为雨水沟示意。
2.2.2加压提升
经过比较,设计方案确定为在每个办公楼(酒店)和展厅通道T字形交界处的地下室设一间污水泵房。通道两侧卫生间均先走无地下室的通道下方,通过2条污水总管进入地下室污水泵房集水井。污水经提升后再利用降板区覆土排至下游污水管。为防止污水坑水泵损坏而导致无法排水,进入污水坑的排水总管上设有超越管线,在超越管上加设了闸阀,当水泵故障时,可关闭进入集水井的阀门,污水通过超越管溢流至下游污水管,此时通道内的污水管内会有较高水位的积水。
加压提升排水面临的最大问题是污水井接纳的卫生间很多,排水量较大,而使用人员又比较杂,难以控制,导致污水管内会出现无法预见的杂物,堵塞管道、缠绕水泵,在集水井积存垃圾,造成排水泵发生故障。在运营过程中,即使展厅客流饱和,排水量也未达到水泵的排水能力,仍偶有溢水事故发生。设计对策包括:
(1)源头控制,加强卫生间管理,避免保洁人员将垃圾丢入坐便器和洗涤池冲走进入污水管线;卫生间内的垃圾桶不要采用使用不便的脚踏式开盖的垃圾桶,致使使用者顺手将杂物丢进坐便器,建议采用无盖垃圾桶,及时清理。
(2)进入集水井前,在通道增设格栅或滤篮,污水先经拦截后再进入井内,减少垃圾缠绕水泵,同时需要物业加强清理。
(3)选用防缠绕的带有粉碎装置或专用切割系统的潜水排污泵,不应选用靠叶轮本身作为切割装置的排污泵;更不应选用主要用于沉砂井的带搅匀装置的潜水泵,因搅匀装置本身很容易缠绕垃圾进而烧坏电机。
(4)降低污水泵启泵水位,完善集水井内的报警信号,预留足够的应急处理时间。
2.2.3与市政管线设计单位的充分对接
在设计阶段与市政管线设计单位的充分对接,是使设计顺利进行的保障。由于国家会展中心(上海)项目设计及其外部各种市政配套设施的设计与施工基本同步进行,在设计阶段,当其中某方因各种情况不可避免发生修改时,相关单位及时跟进修改,可以使许多矛盾提前消化,减少施工阶段的返工。
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展厅屋面和园区雨水排水系统之难
3.1展厅屋面雨水排水系统
展厅屋面上巨大叶片的雨水排水,是本项目给排水设计的又一难点。
超大型屋面采用虹吸式雨水排水的做法已经成为惯例。考虑到展厅的安全,设计将天沟安排在辅助用房上方,这样可使雨水斗、尾管及大部分悬吊管都不进入展厅,保证展厅的安全。但汇合在中间通道上空的雨水,因其水量集中且巨大,即使中间通道的大明沟也无法接纳。最终,每个单元展厅靠通道一侧天沟,分设13根DN300的悬吊管(含溢流系统),横穿展厅顶部桁架排出。
关于展厅虹吸雨水系统具体的设计,将在本专栏后续文章中做专题介绍,本文不再赘述。
3.2园区雨水排水系统
园区雨水排水系统面临的难点是:过万m2的露天中心圆广场周边被建筑物包围,下面是地铁站和区间段,是多路排水系统的起点,地势却是最低的,如何保证安全?因保证功能要求,整个园区地面高度硬化,径流系数居高难下,如何保证超大面积地块上园区排水安全?
不间断运营中的地铁站周边的雨水控制,应按地铁部门的要求,对其上方的恒载进行严格控制,采用保守的设计参数计算管网和调蓄设施,以确保安全为首要任务;在有条件的位置,适当放大雨水管网的管径,并充分利用水位信号和气象预警信号,提前对蓄水池和管网进行预排空,可有效提高防涝能力;在海绵城市理念下灵活运用“渗、滞、蓄、净、用、排”等各种技术措施,最大限度降低园区内径流系数,最大限度防涝减灾。更具体的设计,将在本专栏另一篇后续文章中专题介绍。
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结语
国家会展中心(上海)项目建筑功能多,体量超大,占地面积大,给排水系统相对复杂,系统的安全性要求高。项目从2011年11月方案中标开始设计到2014年11月试展、2014年底全面建成、投入使用,仅短短3年。在设计之初找准难点和关键点,找到对策,是使项目在整体设计方面不发生重大问题、少返工、跟上快速的节奏、顺利推进的保障。本文试图对项目的给排水设计做简要总结,为今后类似项目设计提供经验教训。
本文来源:http://www.strongsc.com/

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