西安咸阳国际机场东航站楼给水排水设计安全性探讨
导 读：西安咸阳国际机场航站楼建筑面积大、功能区域分散、用水标准高，选择适宜的供水方案及管道布置，对保障供水系统的安全性和舒适性十分重要。探讨了回用水冲厕与疫情防护措施，高大空间排水通气方式与排水安全性，金属屋面虹吸雨水设计重现期选择，天沟分缝与溢流措施，雨水立管的布置方式等内容。
关键词:航站楼；供水安全；疫情防护；通气管道；设计重现期；溢流措施
引用本文：王红炜，段坤，宋倩，等. 西安咸阳国际机场东航站楼给水排水设计安全性探讨［J］. 给水排水，2022，48（5）：102-106.
东航站楼为西安咸阳国际机场三期扩建工程，总建筑面积70.03万m²，主楼建筑屋脊高度47.5 m，由主楼、北侧3条指廊和南侧3条指廊组成，为中轴对称布置；东航站楼是重要的公共交通建筑，目标定位为大型门户枢纽型机场建筑。东航站楼整体布局如图1所示。
图1 东航站楼鸟瞰
针对航站楼建筑功能较多、工艺流程相互交融、人流密集度大的特点，通过分析航站楼供水系统的安全性、舒适性，回用水冲厕及疫情期防护措施，高大空间排水通气方式与排水系统安全性，屋面汇水区域、天沟布置与重现期选择、雨水管道与钢柱幕墙柱结合措施，提高给水排水设计安全性，创建舒适高效、绿色人文、健康安全的航旅环境，增强旅客的体验感。
设计采取“平疫结合”的设计思路，并满足绿建三星级标准和相应的节能、环保措施要求，实现了“平安、绿色、智慧、人文”的四型机场建设目标。
1供水系统的安全性、舒适性探讨
东航站楼给水、回用水引入管情况如图2所示。
图2 东航站楼给水、回用水引入管
（1）水源及引入管的可靠性。给水水源采用城市自来水，现有二路市政供水水源：咸阳市第四水厂的机场供水专线和咸阳市政管网；场区给水采用现状供水站经水池调蓄、消毒后的场区室外（生活、消防）合用管网二次加压供水，给水主管道敷设于综合管廊内，环状布置（2×DN500）。
回用水为收集飞行区和东航站区北段的雨水（雨季），经净化站处理后供应，雨水回用量不足时由场区给水补充，回用水主管道敷设于综合管廊内，环状布置（2×DN300）。
航站楼给水引入管由综合管廊接入二根给水管（2×DN300）；回用水引入管由综合管廊接入二根回用水管（2×DN200）。
给水和回用水引入管从场区各自系统的不同环状干管接入，当1根引入管发生故障时，其余的引入管仍满足100%的供水量，保证供水的可靠性。
（2）供水系统的安全性。引入管经总水表和倒流防止器，主楼的环状供水干管后，再敷设到各指廊，其中主楼、指廊的给水干管由环状管网接出，再枝状供水至各用水点。
为充分利用场区供水管网压力，采用竖向分区供水，低区采用场区的给水、回用水管网直接供水，高区采用无负压叠压装置供水。主楼地下1层（-6.50m层）南北两端分别设置一个高区泵房，各配置一套无负压叠压供水装置，互为备用，智能切换；叠压供水装置的吸水管接自低区环状管网，保证供水系统的安全性。
在场区水源可靠的条件下，选择无负压叠压供水可减小设备机房面积，节约电能。配智能化控制器，设备在线监测、显示运行数据；对于疫情防控，采用密闭罐体不受周围环境影响，配置定时消毒和水质检测措施，回用水引入管设紫外线消毒装置，发生疫情时，对原水调节池做病毒检测，必要时停止回用水的生产处理系统，清水池采用自来水应急补水，供水管道系统不变，回用水管道冲洗消毒。
（3）用水的舒适性及防护措施。饮水点集中的主楼商业区（出发层）、休闲娱乐、商务贵宾指廊采用管道直饮水系统，按区域设直饮水净化机房，采用纳滤处理工艺，保留水中对人体有益的微量元素。
主楼的商业厨房、商业服务、员工浴室和娱乐休闲的生活热水，用水点集中、需水量大，采用集中热水供应系统，热源优先采用可再生型，非采暖季采用中深层地热换热后提供的（55～65℃）热水为热源，采暖季采用市政废热水（70～130℃）为热源。换热机组采用“板式换热器+储水罐”方式，提高换热效率；另设商用容积式电热水器，用于非采暖季时段，提供高温热水（70℃），对热水系统进行杀菌消毒处理。利用可再生能源提供的生活热水占全年总热水用量比例不小于50%，满足绿建指标20%的要求。
适宜的集中热水供应系统，降低运行综合能耗，有利于绿建三星的持续运营，且可保障生活热水的安全性、舒适性。
航站楼内冲厕、室内景观绿化、机房地面和屋面天沟冲洗用水采用回用水，其中航站楼冲厕水量超过65%采用非传统水源，满足绿建指标50%的要求；回用水总用水量占航站楼总用水量的24.8%。
供水系统的管网末端均设置在线水质监测装置，对浊度、余氯、pH等水质指标进行监测，设备机房设置定期紫外线灯照射和地面冲洗消毒措施。
2高大空间排水系统通气方式与排水安全性探讨
2.1 高大空间排水系统通气方式
航站楼建筑的通高空间多，跨度大，用水功能区分散，内装效果不允许管道贴柱敷设，屋面装饰层拒绝管道穿越，防止屋面漏点和影响“第五立面”效果，这样排水系统无法设置伸顶通气管；另一方面航站楼外墙基本为玻璃幕墙，造成通气管道出外墙位置也受限制。
为保证排水畅通，不产生负压影响，减小排水管水封波动，避免管道内有害气体进入室内，设置合理的排水管道通气方式，保证室内环境及人文体验至关重要；对自循环通气管道系统和侧墙通气管道系统方案进行比选。
（1）方案1：采用自循环通气管道系统。航站楼按服务区域设置卫生间，排出横干管敷设距离较长。卫生间排水分为正常使用和航班到达时旅客集中使用两种情况；当旅客集中使用时，排水横干管容易出现超标排水状态，管道内容易产生负压，破坏卫生器具和地漏的水封，使得有害气体溢出，危害室内环境；若放大排出管径，当正常排水量时，容易堵塞管道，又增加了管材造价（见图3a）。
将接底部排出横干管的自循环通气管道延伸至室外检查井，相当于加大室内通气管道的断面（见图3b），且不影响排出横干管的设计及管径计算。根据《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）第4.7.11条：自循环通气排水系统宜在其室外接户管的起始检查井上设置管径不小于DN100的通气管，通气管口应高出地面不小于2m。
图3 自循环通气管道示意
航站楼周边为旅客出入口、车行道路或高架桥，起始检查井上设置通气管会影响通行空间和周边景观环境，很多采用自循环通气的排水系统，后期施工都没有设置起始检查井的通气管，造成管道内有害气体进入室内。这种自循环通气排水系统与室外大气没有连通，若发生疫情期，管道内带有传染病菌气体可能会溢至室内，引发公共安全问题。
（2）方案2：采用侧墙通气管道系统。利用航站楼到达夹层的装饰外墙、空侧露台侧墙和内庭院外幕墙，设置侧墙式防风型通气帽，通气管道系统直接与室外大气连通，排水管道系统内不会受排水量变化而形成负压破坏水封，排水管道系统内的有害气体可以通过侧墙式通气帽排至室外大气（见图4）。
图4 侧墙通气管道
设计采用方案2，设置侧墙式通气帽，解决受航站楼功能及大空间装饰限制，无法设置伸顶通气管和室外起始检查井设地面通气管困难及影响公共环境的问题。
航站楼功能区域多，用水点分散，另外医疗废水处理、隔油装置等需要设单独通气管，造成通气管数量多、距离长、汇合通气管管径大。对此，需要建筑配合通气管的路由，如侧墙通气与内庭院幕墙结合装饰，屋面挑檐的一体化设计，满足装饰美观，保证通气效果。
2.2 排水系统安全性措施
公共卫生间洗手盆排水补充地漏存水弯的水封，管道间、医疗间、空调机房采用可开启式密闭地漏，管道井、消防排水采用间接排水方式。
厨房含油废水经器具隔油器和自动油脂分离装置二级处理，减少环境影响；急救室等医疗废水按区域收集，由专用医疗密闭装置消毒处理，无超标排放。
室外设置的通气管严禁布置在空调的新风进风口，以防有害气体通过空调送风系统进入室内；医疗密闭装置、油脂分离器的通气管单独引至室外通气。
所有排水系统均设置与室外大气相通的侧墙管道通气系统，消除各类排水管道内有害气体进入室内传播病毒的渠道，保证排水系统安全，也为旅客提供健康舒适的环境。
3金属屋面虹吸雨水系统安全性探讨
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3.1 虹吸雨水设计重现期的选择
航站楼屋面总面积约28.6万m³，主楼屋面为双屋脊，中间下凹的弧形金属屋面，指廊屋面两边找坡，屋面坡度均大于2.5%，根据屋面建筑构造和排水安全性，采用虹吸雨水排水系统。屋面剖面如图5所示。
图5 主楼屋面天沟接管剖面
《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）第5.2.5条：满管压力流（虹吸式）排水系统雨水排水管道工程的设计重现期宜采用10年。《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》（CECS183∶2015）第3.1.2条：设计重现期应根据建筑的重要性和溢流造成的危险性确定，宜采用10年；当坡度大于2.5%的斜屋面或采用内檐沟集水时，设计雨水流量应乘以系数1.5。除南北两个连接体及露台外，航站楼屋面坡度均为大于2.5%的斜屋面。
按西安暴雨强度及屋面雨水设计流量公式计算，10年重现期计算的设计流量乘以系数1.5与重现期取62年的设计流量值相当，按20年重现期计算的设计流量乘以系数1.5已超过重现期取100年的设计流量值。
综上，对于坡度大于2.5%的斜屋面，考虑到雨水汇集迅速，雨水量大的特点，设计雨水流量应乘以1.5倍系数；若设计重现期取值过大，相应的雨水管道系统设计容量大，雨水排水管道系统一直处于重力流与间歇性压力流的非满管压力流状态运行，形成虹吸排水的响应时间长，不能快速形成虹吸排水，影响雨水排水管道系统安全运行，对金属屋面造成很大的事故隐患。
当屋面无外檐天沟或无直接散水条件且采用溢流管道系统时，总排水能力不应小于100年重现期的雨水量；而虹吸雨水系统设计重现期不是取值越大越安全，应根据建筑的重要性、溢流方式和屋面坡度等因素综合考虑，本次雨水设计重现期采用10年。
超过设计重现期的雨水量，由屋顶天沟内的溢流虹吸式雨水斗及独立溢流管道系统排出，屋面雨水排水和溢流排水的总排水能力按100年重现期设计，为保证主楼屋脊天窗和下凹屋面的安全，此区域的总排水能力按120年重现期设计。
3.2 屋面天沟分缝原则与溢流措施
《屋面工程技术规范》（GB 50345-2012）第4.9.8条要求：金属檐沟、天沟的伸缩缝间距不宜大于30m。由于金属屋面太大，天沟伸缩缝长度若按不超30m划分，则屋面汇水区域和相应的虹吸雨水管道系统特别多，雨水管道布置与排出管设计都很困难。
经金属屋面工艺配合、屋面专项论证、结合同类机场屋面天沟的施工案例考察，屋面天沟分缝原则为“天沟伸缩缝长度可按不超60m计，其中屋脊天窗和下凹屋面处按不超45m计”；考虑金属屋面长期受室外温度变化影响，伸缩缝之间不设溢流连通管，每个汇水区域设独立虹吸溢流排水管道系统，以保护屋面安全。
《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》（CECS183∶2015）第3.6.8条：溢流管道系统不应直接排人室外雨水管网。指廊屋面的虹吸溢流雨水管可直接排至室外散水，主楼屋面的虹吸溢流雨水管受室内功能空间和室外下沉庭院限制，不能直接排至室外散水。
经过论证，采用在室外设置地面雨水口方式，虹吸溢流雨水管接入雨水口，屋面溢流管道排水通过雨水口溢流至地面，保证溢流雨水能安全排出。
3.3 雨水管道敷设与安装探讨
由于需求航站楼建筑空间整体通透，保留Y型钢柱造型不装饰，外墙为玻璃幕墙。因此，雨水立管不能贴结构柱外敷设，造成虹吸雨水管道布置困难，影响雨水管道系统安全。
经调研，国内已有航站楼、会展中心项目采用雨水立管敷设于钢结构柱内的工程案例。参考此方案，并通过与结构专业、配合计算，允许雨水立管敷设于Y型钢柱内，但对每组钢柱敷设立管数量和最大管径提出控制要求；同时邀请虹吸雨水专项施工安装商对雨水立管埋入结构钢柱内的工艺做法做了深入探讨，论证敷设条件、施工措施，确定雨水立管敷设于Y型钢柱内的可行性。
Y型钢柱分枝柱内的雨水管预制在枝柱内，立柱内雨水管与钢结构工艺分段施工，雨水立管进出Y型钢柱处均设不锈钢金属波纹管，补偿伸缩变形要求；雨水立管底部设立管检查口，钢结构工艺考虑检修口预留措施。
配合幕墙工艺，确定敷设于幕墙柱内的雨水立管的管径和安装条件，后期与幕墙工艺一体化施工，虹吸雨水管采用加厚型不锈钢管，焊接连接现场隋性气体保护，按施工规范要求做探伤检测、灌水试验和压力测试，以保证敷设于钢结构柱和幕墙柱内管道的安全。
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结 语
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航站楼建筑体量大，功能复杂，通过反复的给排水方案比较和论证，选用适宜的分质供水方式、可靠的侧墙式通气形式、水封强化措施以及安全可靠的雨水排水系统和敷设方式，既满足了绿色建筑指标的要求，更保证了旅客用水的安全性和舒适性。同时兼顾了疫情防护、环境健康、建筑功能及装饰效果的要求，对其他大空间建筑的给排水设计也有一定的借鉴意义。
