高寒地区绿色铁路站房节水系统设计

张盛楠， 王文琴， 张兴艳， 毛晓兵， 刘霄

（1.天津大学仁爱学院， 天津 301636； 2.天津大学 建筑学院， 天津 300072；3.中铁二院工程集团有限公司， 成都 610031）

1 项目概况

拟建西藏林芝铁路站房为拉林线终点站， 站址位于尼洋河西岸， 地形平坦， 交通便利， 地表为荒地， 属寒冷地区。 该地区水资源丰富， 年均降雨量为450 ～1 000 mm， 降雨时间大部分集中在每年5 ～10 月， 尤以7 ～8 月为甚， 当年9 月至次年4 月为旱季。

拟建林芝站铁路旅客站房为公共建筑， 设计使用年限为50 a， 工程等级二级， 抗震设防烈度八度， 建筑耐火等级二级， 工程所在地气候为夏热冬冷。 站房建筑长172.2 m， 宽48.2 m， 总高度为26.9 m； 地上2 层， 局部地下设置消防水泵房； 候车大厅高21.4 m， 两侧功能房屋首层高7.9 m， 二层高8.0 m（局部层高4.8 m）。 站房主要功能为客运用房、 公安用房、 设备用房、 办公用房等， 一层为候车厅部分， 二层为设备及办公用房， 水泵房设于地下一层。 该工程在满足使用功能要求的前提下注重实用、 美观， 体现生态、 绿色、 环保、 节能和可持续发展的设计理念。 结合林芝地区居民铁路旅客发送量及旅游客流铁路承担量， 预估林芝站站房最高日聚集人数为2 000 人。

2 节水规划方案

2.1 市政供水系统和排水系统设计

根据《绿色建筑评价标准》［1-2］， 应依据项目所在区域的市政给排水条件、 水资源状况等特征， 因地制宜制定区域水资源利用方案， 减少市政供水量和污水排放量。 由于拟建林芝站位于城区生活给水系统范围外， 区域内尚未建设配套的市政设施， 且项目供水规模较小， 为了节省投资且便于建设及后期管理， 并防止车站新建区域的排水污染环境， 在林芝站内设给水所及污水站各1 座。

林芝地区地表水水量受季节变化影响严重， 因此项目水源取用地下水， 取水位置位于尼洋河附近。 设取水泵房2 座， 1 用1 备， 取水规模为550 t／d。 给水处理采用一体化净水处理设备， 主要供给车站片区内的市政用水， 设计规模为500 t／d，给水处理出水满足GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》［3］。

在车站西南侧新建污水站1 座， 考虑车站片区内绿化及景观用水量所占比例较大， 故污水量按片区内用水量的40% 计， 则污水站设计处理规模为200 m3／d。 规划区内的污水经污水干管收集后， 排入污水站统一集中处理， 污水处理采用粗格栅→调节池→接触氧化池→沉淀池→消毒池的工艺， 处理出水达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 标准后排入厂址附近的尼洋河。

2.2 站房给排水系统设计

根据TB 10010—2016《铁路给水排水设计规范》［4］， 站房用水定额取20 L／（人·d）， 时变化系数为3.0， 车站最高日聚集人数为2 000 人， 则站房最高日用水量为40 m3／d， 用水时间为24 h， 平均小时用水量为1.667 m3／h， 最大小时用水量为5.0 m3／h。 本项目给水系统用水量及水压由室外给水管网满足， 结合车站总体设计标高， 确定站房给水系统不分区， 为统一水质水压供水。

旅客饮用水定额按2 L／（人·d）计， 工作人员按4 L／（人·班）计， 则设计饮用水供应量为6.4 m3／d。 在开水间设置全自动净化电开水器9 台， 每台有效容积为50 L， 每台额定功率为9 kW。 该开水器设有膜技术深度净化装置及紫外线消毒装置， 除供给开水外， 还可提供直接饮用水。

站房最高日排水量取最高日用水量的85%，为34 m3／d。 室内标高±0.000 及以上污废水采用重力自流排出， 水泵房污废水经潜污泵提升排出。

2.3 节水器具

采用节水器具是绿色建筑节水设计不可缺少的重要方面， 本项目中卫生器具及配件的选型均符合现行行业标准CJ／T 164—2014《节水型生活用水器具》［5］的要求。 本项目中所用卫生洁具采用密封耐用、 性能优良的陶瓷制品， 公共卫生间采用感应式水嘴， 蹲式大便器采用脚踏式， 坐式大便器采用低水箱型， 冲洗水箱的有效容积不大于6 L， 小便器采用感应式冲洗阀。 项目设计卫生洁具及配件的用水效率等级均达到二级。

2.4 避免管网漏损措施

本项目室内生活给水管采用PPR 管， 室内重力流排水管采用阻燃型硬聚氯乙烯管， 潜污泵的压力排水管道采用热浸镀锌钢管， 外墙以外的埋地管采用铸铁管。 生活给水管道采用热熔连接， 阀门采用铜质截止阀（＜DN 50 mm）或铜质闸阀（≥DN 50 mm）， 耐压不小于1.0 MPa， PPR 给水管接电开水器处采用长度不小于0.4 m 的金属管过渡； 生活热水管上采用球磨铸铁闸阀， 管道耐压不小于1.0 MPa； 重力流排水管道采用承插连接， 压力排水管采用沟槽式或法兰连接， 阀门采用铜芯球墨铸铁外壳闸阀， 耐压不小于1.6 MPa。 室外埋地管采用橡胶圈柔性接口。

本项目均采用耐腐蚀、 耐久性好的管材、 管件， 密闭性能好的阀门、 设备， 且管件与管道配套提供， 可有效避免管网漏损。

2.5 节水灌溉

本项目绿化灌溉采用非传统水源进行微喷灌，节省水资源的同时还可以防止再生水中的微生物在空气中传播， 安装雨天关闭系统和湿度传感器等根据气候变化的调节控制器。 喷灌安排在早晨和风力小时进行， 以减少水分过量蒸发和径流造成的水资源浪费。

2.6 非传统水源利用

由于本项目为最高日聚集人数2 000 人的铁路站房， 具有稳定的生活污废水， 且项目所在区域雨水资源丰富， 年平均降雨量为450 ～1 000 mm， 尤其是每年的6 ～9 月， 降雨量可占全年降雨量的75% 以上， 根据《绿色建筑评价标准》［1-2］中对于非传统水源利用的要求， 本工程收集站房盥洗水及屋面雨水作为非传统水源， 经处理达标后回用。

2.6.1 雨水资源及处理工艺

林芝站主要雨水来源有主广场雨水、 透水道路雨水和屋面雨水。 主广场和透水道路雨水收集和处理难度较大， 因此不做雨水收集处理工艺， 仅结合场地条件布置下凹式绿地、 渗透铺装等绿色生态透水措施， 以增加雨水渗透量， 降低地表径流。 项目站房屋顶面积大， 屋面集水面积可达2.39 hm2， 且屋顶采用混凝土和金属材质， 对雨水污染少， 通过屋面收集的雨水易于处理。 因此通过屋面雨水系统收集雨水， 作为非常规水源用于站房的冲厕、 道路冲洗、 绿化及景观用水。 通过广场、 道路的雨水渗透和屋顶雨水回用等多种措施， 雨水可全部就地入渗或蓄留， 有效降低市政雨水管网和水体的负荷。

林芝地区降雨量的分布极不均匀， 80% 以上的降雨量集中在5 ～9 月的雨季， 其中7 月降雨量占全年降雨量的19.6%， 站房屋面可收集雨量由下式计算：

式中： Way为年可收集雨水量， m3； ψc为径流系数， 本项目中该屋面区域平均径流系数取0.85；ha为常年降雨厚度， mm， 为692.7 mm（计算结果见表1）； F 为计算汇水面积， hm2， 取2.39 hm2。

该站房屋顶每月降雨厚度及可收集雨量计算结果见表1。 经计算， 林芝站房屋顶年雨水收集量为8 443.32 m3。

表1 林芝地区月降雨量及月集雨量Tab. 1 Monthly rainfall and monthly rainfall gathering in Linzhi Area

由于回用雨水部分用于绿化微喷灌， 灌水器孔径小， 易堵塞， 因此收集屋面雨水并将初期雨水弃流后， 还应对雨水进行净化处理， 通过沉淀和过滤分别去除雨水中的大颗粒泥沙和细小颗粒杂质， 通过消毒去除水中的微生物后进入储水池备用。 雨水处理回用技术路线如下： 屋面雨水→初期径流弃流→雨水调节沉淀池→过滤→消毒→储水池。

2.6.2 再生水水源及处理工艺

本项目铁路站房的排水主要为盥洗水和冲厕水。 站房盥洗水污染程度较轻， 水量稳定， 处理成本低， 根据《绿色建筑评价标准》［1-2］及《绿色建筑评价技术指南》［6］， 此类优质杂排水可作为非传统水源经处理后再生利用， 有效减少市政供水量和污水排放量。 站房冲厕水经室外化粪池处理后， 排入室外污水管网。 故本项目拟选用站房盥洗水为再生水原水。 站房最高日用水量为40 m3／d， 最高日用水量折算成平均日用水量的折减系数取0.67， 按给水量计算排水量的折减系数取0.85， 站房盥洗水约占站房日用水量的40%， 经计算可得再生水原水量为40×0.67×0.85×40%＝9.112 m3／d。

再生水原水为盥洗水， 较为清洁， 且水量较小，考虑到MBR 技术出水水质较好、 运行稳定、 操作管理简单、 占地面积小［7-8］， 因此选用以MBR 为核心的处理方案， 再生水处理工艺流程为： 原水→格栅→调节池→MBR→消毒→储水池。

2.6.3 非传统水源回用对象及用水量

本项目中非传统水源主要用于绿化浇洒、 道路浇洒、 站房冲厕等不与人体直接接触的用水项目中， 且优先考虑绿化用水。

本项目车站绿化面积为11 581 m2， 景观设计选种植物为冷季型， 根据GB 50555—2010《民用建筑节水设计标准》［9］选取草坪灌水定额为0.015 m3／m2， 按照二级养护， 灌水次数和灌水周期以及月绿化用水量见表2。

表2 绿化用水计算Tab. 2 Water consumption for greening

本项目路面为水泥沥青路面， 根据GB 50555—2010［9］， 取浇洒道路用水定额为0.20 L／（m2·次）， 车行基地道路面积为46 047 m2， 计算得每次浇洒道路用水量为9.21 m3／次， 年均浇洒次数为30 次， 则年用水量为276.28 m3／a， 月均用水量为23 m3／月。

站房最高日用水量为40 m3／d， 最高日用水量折算成平均日用水量的折减系数取0.67， 冲厕用水约占站房日用水量的60%， 盥洗用水约占站房日用水量的40%， 经计算可得该项目站房冲厕用水量为16.08 m3／d， 盥洗用水量为10.72 m3／d， 则月冲厕水量为482.4 m3／月， 月盥洗水量为321.6 m3／月。

表3 非传统水源水量统计Tab. 3 Nontraditional water consumption

本项目非传统水源总用水量统计见表3。

2.6.4 非传统水源利用方案及水量平衡

以非传统水源用水量最多的5 月为例， 非传统水源利用方案及水量平衡如图1 所示。

图1 非传统水源利用方案及5 月水量平衡Fig. 1 Scheme of nontradational water source utilization and monthly water balance of May

3 结语

林芝站绿色铁路站房在设计过程中， 以绿色建筑评价标准体系中节水与水资源利用指导为框架，进行了较为合理的节水系统规划设计。

在绿色站房节水系统设计过程中， 除采用节水卫生器具和灌溉方法、 优质阀门和管材等措施， 还应提高雨水、 再生水等非传统水源的使用率。 本项目所在区域虽位于川藏线高寒地区， 但雨水资源较为丰富， 且有稳定的盥洗污水， 因此设计了站房内雨水渗透、 回收利用系统和再生水回用系统， 将处理达标后的非传统水源用于绿化灌溉、 道路浇洒、站房冲厕等不与人体直接接触的用水项目中， 并对非传统水源的利用进行了水量平衡分析， 以保证各系统协调运作。

本项目设计基本满足绿色建筑二星级标准对节水和水资源利用的要求， 可供寒冷地区绿色铁路站房节水系统设计借鉴。