港珠澳大桥珠海口岸旅检楼A区建筑给排水工程设计案例

王希诚，管平平

(1. 华东建筑设计研究总院，上海 200002；2. 济南市规划设计研究院，山东济南 250101)

港珠澳大桥连接香港、澳门、珠海三地，为大型跨界工程，根据三地的边界管制、海关通关情况，必须设置可供三地进行查验的口岸，以确保大桥的常规通行。因此，港珠澳大桥口岸的建设和投入使用是大桥通车的前提。口岸主要功能是满足远期2035年珠海与香港每天通关旅客15万人次、通关客车约1.8万辆及通关货车约1.7万辆的出入境需求和珠海与澳门每天通关旅客10万人次、通关客车约3 000辆的出入境需求，并提供远景拓展的可能。

港珠澳大桥珠海口岸项目属超大型交通枢纽建筑，主要包括旅检大楼A区、旅检大楼B区及出境随车人员验放厅、珠海侧交通中心、交通连廊部分，上述建筑面积之和约为390 000 m2，另加南侧配套用房、货检区等子项，总建筑面积约为5 7 000 m2，具体如图1所示。

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

其中，旅检大楼A区建筑面积为188 540 m2，在口岸建筑群中面积最大，建筑物包括地下一层，地上三层(含3个夹层)，主要核心功能为珠港出入境旅检大厅、候车厅、联检功能用房，建筑功能复杂且多样化，对建筑给排水设计有较高的挑战。本文对旅检大楼A区建筑给排水系统及设计技术难点进行介绍。

1 建筑给排水系统介绍

1.1 给水系统

1.1.1 给水系统用水量计算

给水系统用水量计算参照国家相关规范[1-5]。

旅检楼A区用水量计算如表1所示，生活最高日给水量为2 171.3 m3/d；最大时用水量为236.6 m3/h。拟从室外市政给水管网接入两路DN200的给水管以供该子项室内生用水，室外给水管水表接入点供水压力不小于0.25～0.28 MPa。为了充分利用市政给水管网压力，室内给水尽量采用市政给水管网压力直接供水，在室外给水管网压力范围之外的楼层，采用无负压叠压供水方式。经水力计算，-5.850～11.100 m层生活用水由室外市政给水管直接供水；15.000～21.500 m层生活用水由叠压供水系统供水，水箱消毒采用紫外线，由箱式无负压叠压设备自带，使得各给水分区用水点处静水压力保持0.20～0.45 MPa。给水系统内各用水点压力大于0.2 MPa处设置支管减压阀以保证各用水点供水压力不大于0.2 MPa。为防止水质污染，绿化灌溉、车库、垃圾间、厨房隔油间、卸货区地面冲洗、空调机房补水、冷却塔补水、消防水池、水箱及箱式无负压叠压设备补水管上，从室外给水管网的不同管段接两路及两路以上引入管，且与室外给水管网形成环状管网的建筑物引入管上设倒流防止器。

表1 旅检大楼A区生活用水量Tab.1 Domestic Water Consumption of Passenger Inspection Area A

为节约用水，建筑用水主要按照用途和管理区域进行水表计量，各建筑物进户管、绿化灌溉、车库、垃圾间、卸货区地面冲洗、空调机房补水、冷却塔补水、消防水池、水箱及箱式无负压叠压设备补水管上、厨房、水疗、咖啡吧、厨房隔油间给水管上均采用远程水表计量。接管公称直径不超过50 mm时，应采用旋翼式水表(干式)，接管公称直径超过50 mm时，应采用螺翼式水表(干式)，水表应水平安装。

1.1.2 饮水及热水系统

在旅检大厅每隔一定距离设置饮水点，在每个饮水点处设置小型带饮用水处理设备的饮用水机1台以供旅客用冷、热饮用水，饮用水水质标准按《饮用净水水质标准》(CJ 94—2005)。在办公区域的开水间内，设60 L、9 kW电加热开水器1台。

旅检大楼A区、B区检疫区内的淋浴间采用分散设置电加热热水器供应生活热水。

1.2 污水系统

室内排水采用生活污、废水合流制，雨水单独排放[2-3，6]。旅检楼A区生活污废水(不包括空调冷却水补水，生活用水量的90%计算)最高日排水量为1 134.5 m3/d；最大时排水量为144.6 m3/h。地面层及以上排水尽量由重力排至室外污水管道，当靠重力流无法直接排出时，排水先排入地下室污、废水集水井，再由地下室污、废水集水坑和潜水泵排至室外。

排水系统设置主通气立管和器具通气管，保持管内压力平衡和换气，但旅检大楼A区建筑美观需要，旅检大楼A区通气立管无法伸出屋面，为满足这一需求，污水排气系统采用自循环通气，具体做法及注意事项在后面章节进行详细介绍。

1.2.1 特殊场所排水

(1)国检实验室、负压隔离室排水

对于旅检大楼A区内的国检实验室、负压隔离室等废水，需单独排放至地下室专用集水井，经处理达到处理消毒要求后，再排至室外污水管道。此内容为设计重点，后面章节将对其进行详细介绍。

(2)地下车库及消防电梯排水

地下车库排水经隔油、沉砂由分散设置在集水井中的潜水泵加压后排至室外。消防电梯井旁设置有效容积不小于2 m3集水坑和不小于10 L/s的专用消防排水泵。

(3)含油污水排放

交通中心、交通连廊餐饮厨房废水经成品一体化油脂分离器隔油处理后排放，成品一体化油脂分离器隔油，全密闭结构，无需人工对废油、废渣进行清理，油、泥可自动收集于容器内，自带提升装置，满足《餐饮废水隔油器》(CJ/T 295—2008)要求，设置于交通中心和交通连廊地下室隔油室内。

1.3 雨水系统

雨水设计排水量按珠海市暴雨强度公式计算[2-3，6]。

P=100年，暴雨强度如式(1)。

(1)

P=50年，暴雨强度如式(2)。

(2)

P=10年，暴雨强度如式(3)。

(3)

P=5年，暴雨强度如式(4)。

(4)

屋面雨水，采用虹吸雨水排水系统，设计重现期采用50年，屋面设置虹吸溢流设施，虹吸雨水系统和屋面雨水溢流设施总排水量按100年重现期考虑，后面章节将对其进行详细介绍。

旅检大楼A区楼前高架为交通枢纽建筑所独有的形式，其雨水收水兼有屋面雨水及地面雨水的设计特点。本次高架雨水设计采用重力流雨水排水系统，设计重现期采用5年，采用明沟+雨水收水口的收水形式，通过雨水悬吊管及排水立管，排放至市政雨水井中，后面章节也会对其进行详细介绍。其余建筑屋顶楼梯间小屋面及天窗屋顶雨水排水采用重力流雨水外排水方式，设计重现期采用10年。

1.4 循环冷却水系统

旅检大楼A区、旅检大楼B区合用一个循环冷却水系统。循环冷却泵设在旅检大楼A区地下室冷冻机房内，冷却塔采用SUS304或SUS316不锈钢冷却塔(玻璃钢冷却塔，支撑机构为不锈钢)，设在出境侧1#货检楼屋顶。旅检大楼A区冷却循环水系统主要设备及参数如表2所示。

表2 冷却循环水系统主要设备及参数Tab.2 Parameters of Main Equipment of Cooling Circulated Water System

冷却系统补水由设在交通连廊地下室冷却塔补水泵内的箱式无负压叠压供水设备供给。为了节省用水，将空调冷却水循环使用，仅补充少量飞溅损失，此外为保证水质，采用旁滤、除垢、加药等措施[7-8]。

2 设计难点及重点分析

2.1 防沉降措施

2.1.1 科学性和合理性分析

由于本项目的地质条件，软基处理后还会存在工后沉降，根据结构专业提供的资料，本项目的沉降量为250 mm。这会使管道扭曲甚至断裂，尤其是不允许平坡、更不允许倒坡的重力排水管道，不均匀沉降使得这部分管道的堵塞机率增大，影响正常使用甚至造成事故。为防止此类事件的发生，应在出户管接入检查井的进入点预留沉降的余地。本项目给水排水管道的出线方式主要有两种：第一种方式为不锈钢金属软管的出管，方便实用且适用性较好，不但可以抗地质沉降还具有一部分抗拉性能，但是价格较贵，需要配合专用的防沉降井使用；第二种方式为出户管安装防沉降套管配件的方式，价格便宜但适用性较差，仅适用于无压小管道使用。

2.1.2 地下室进、出管线防沉降措施

第一种防沉降措施如图2所示。《建筑给排水设计规范》一般室外检查井距离建筑基础的净距不宜小于3.0 m，根据这一设计特点，考虑在进、出户管建筑位置设置专用防沉降井，井中放置软性防水填料，可与结构同时沉降，并在结合外墙1 m处的室外水表井或阀门井设不锈钢金属软管，不锈钢套管的弯曲角度不大于6°，复核管道抗弯曲程度后显示，本方案可抗315 mm的地质沉降，满足本项目的沉降量为250 mm的要求设计[3]。此外，不锈钢套管还有抗拉的性能，可以防止室外地面下沉拉断管道，如图3所示。

图2 管道出户管防沉降示意图Fig.2 Schematic Diagram of Anti-Settlement of Outlet Pipeline

图3 金属不锈钢套管抗不均匀沉降示意及专用防沉降井剖面构造Fig.3 Indication of Anti-Uneven Settlement of Stainless Steel Casing Pipe and Section Structure of Special Anti-Settlement Well

2.1.3 非地下室进、出管线防沉降措施

图4 非地下室进、出管线防沉降措施示意图Fig.4 Schematic Diagram of Anti-Settlement Measures for Non-Basement Inlet and Outlet Pipelines

第二种防沉降措施如图4所示。排水管出户后就设一个弯头向下，弯头下有一段考虑沉降长度的直管，直管插进一个特殊的防沉降套管配件(直管可在套管内滑动)。该方法价格便宜，适合DN100以下污、废水等无压排水管道的使用，但易造成排水管埋深较大，且管道缝隙处宜渗漏。

2.2 叠压供水详述及选型计算

无负压供水设备是一种加压供水机组，直接与市政供水管网联接、充分利用原有市政管网的压力，在此基础上串联叠压供水，确保市政管网压力不小于设定保护压力(设定压力必须高于小区直供区压力需求)，在保证不影响附近用户用水的前提下实现安全可靠的供水，具有良好的节能效果。本次旅检大楼A区叠压供水设计采用调节水箱式，当市政管网的水量、水压条件能满足无负压供水要求时，直接从市政管网取水；市政管网水量、水压无法满足要求时，从调节水箱取水，其供水原理如图5所示。

图5 旅检大楼A区叠压供水原理图Fig.5 Schematic Diagram of Superimposed Pressure Water Supply

表3 旅检大楼A区卫生洁具选型Tab.3 Selection of Sanitary Ware

计算得出，Ng=226.5，q=10.23 L/s。

叠压供水系统变频泵流量Q=1.3 L/s；变频泵流量计算为Sanitar，取Q=14 L/s；叠压供水设备生活水箱，按1 h水泵流量计；有效容积取V=14 m3。

叠压供水系统变频泵扬程计算如式(5)。

H=(H1+H2+H3-H0)

(5)

其中：H1——0.00 m至最不利用水点高差0.23 MPa；

H2——自由水头0.15 MPa；

H3——根据管道水头损失0.06 MPa，倒流防止器水头损失0.05 MPa，叠压供水水头损失0.05 MPa，计算得到0.16 MPa；

H0——市政压力，0.25 MPa。

计算得到扬程H=1.22×(0.23+0.15+0.16-0.25)=0.35 MPa。

因此，本项目选用变频泵Q=7 L/s，H=35 m，N=7.5 kW，两用一备。

2.3 自循环通气排水系统

因建筑美观需要，旅检大楼A区通气立管无法伸出屋面，因此，采用自循环通气系统，系统示意如图6所示。自循环通气系统设计应符合下列要求：(1)立管顶端应在卫生器具上边缘以上不小于0.15 m处采用2个90°弯头相连；(2)通气立管宜每层用结合通气管与排水立管斜三通相连；(3)通气立管下端可在排水横管或排出管上采用倒顺水三通或倒斜三通相连。

图6 旅检大楼A区自循环通气系统示意图Fig.6 Schematic Diagram of Self-Circulation Vent System

2.4 国检实验室、负压隔离室排水

对于旅检大楼A区内的国检实验室、负压隔离室等废水，需单独排放至地下室专用集水井，经处理达到处理消毒要求后，再排至室外污水管道。消毒处理的具体措施为：氯片或其他消毒剂可人工投加在集水井内，也可向卫生器具内投加，与废水一起排入集水井，使废水与消毒剂在集水井中停留30 min及以上，总余氯量满足6.5 mg/L及以上，达到处理消毒效果后，将其排至室外污水管道。为满足消毒池通风换气的需求，在消毒池上层设置DN100的通气管，但是由于旅检大楼A区建筑美观需要，通气管无法伸出屋面，将通气管连接至室外通气井上。

消毒池大样如图7所示。

图7 消毒池大样图Fig.7 Detail Drawings of Disinfection Pool

2.5 屋面虹吸雨水设计

本项目属于超大型交通枢纽建筑，为保证内部较大的使用空间，采用大屋盖面结构，且大屋盖下与楼内建筑脱开。因此，对于旅检大楼A区大屋面雨水排水设计来说，主要的设计难点为屋顶面雨水瞬时流量巨大，如采用传统的重力式雨水系统，需设置较多的雨水斗和排水立管，但是因为大屋盖下与楼内建筑脱开，雨水立管需考虑沿着较少的柱子或幕墙构造柱内敷设，难以满足排水要求。因此，传统的重力排水方式不适用于本项目大屋面的排水，本项目采用虹吸雨水排水系统。虹吸雨水系统的原理为当屋面上的水位达到一定的高度时，通过汽水分离的雨水斗，隔断空气进入，从而使系统排水管道出现满流状态，从而形成虹吸，在抽吸作用下，雨水以较高的流速排至室外。

旅检大楼A区的虹吸系统设计采用珠海市50年重现期，5 min降雨强度q=720.13 L/(s·ha)，虹吸溢流系统设计采用珠海市100年重现期，5 min降雨强度q=780.05 L/(s·ha)，屋面径流系数为1.0。本次虹吸雨水斗选用不锈钢材质，空气挡罩采用铝合金材质，雨水管采用高密度聚乙烯管。

图8 旅检大楼A区屋面虹吸雨水分区示意图Fig.8 Schematic Diagram of Roof Siphon Rainwater Zoning of the Building

旅检大楼A区虹吸系统汇水总面积约为67 658.2 m2，共采用36个虹吸系统，10个虹吸溢流系统，总计采用虹吸雨水斗DN75型2个、DN100型48个、DN150型40个，其屋面汇水分区的划分如图8所示，以中轴为界，汇水分区名称呈上下对称。

以A1、A2、A3分区为例子，此3个分区分别按照P=50 a的设计重现期进行虹吸雨水系统设计，并采用P=100 a的设计重现期进行校核计算，三区共用一套溢流雨水系统，其计算如表4所示，系统设计原理如图9所示。

虹吸系统包括由天沟内虹吸雨水斗开始，其虹吸排水悬吊管、立管、水平干管至地面一层排出等一系列设计与计算均由专业公司完成。根据《建筑给水排水设计规范》(GB 50015—2003)(2009年版)，虹吸雨水排水管属于满管压力流，当其出口水流速度大于1.8 m/s时，应采用消能措施。因此，屋面虹吸雨水系统、雨水溢流系统等应经室外消能井处理后接入室外雨水管道，然后汇总排放至周边市政雨水管。

2.6 楼前高架雨水设计

旅检大楼A区楼前高架雨水，采用重力流雨水排水系统，设计重现期采用5年，径流系数Ψ=0.9，降雨历时t=5 min，暴雨强度q=560 L/(s·ha)。旅检大楼A区楼前高架雨水，经高架收水口、明沟收集后分别排入市政雨水管，其设计系统示意如图10所示。

表4 旅检大楼A区A1、A2、A3分区虹吸雨水设计原理图Tab.4 Schematic Diagram of Siphon Rainwater Design in A1, A2, A3 Area

图9 旅检大楼A区屋面虹吸雨水分区示意图Fig.9 Schematic Diagram of Roof Siphon Rainwater Zoning

图10 楼前高架雨水排水系统示意图Fig.10 Schematic Diagram of Rainwater System of Elevated Boardwalk

3 结语

港珠澳大桥珠海口岸工程属于超大型交通枢纽建筑，设计团队需面对系统复杂、技术难度大、设计周期要求较短、满足建筑美观等诸多难题，因此本工程设计难度较大。本文对本建筑给排水系统的设计和技术难点进行介绍，以便为同类型建筑的设计积累经验并提供参考，供业内同行分享。