上海疾控中心给排水和消防灭火系统设计
导 读：主要介绍了上海市疾病预防控制中心理化实验楼、微生物实验楼和P3（即BSL-3和ABSL-3）实验楼的给水系统、热水系统、消防灭火系统、排水系统、雨水系统等的设计情况和主要设计参数，并对系统技术要点如实验给排水量计算、实验纯水系统、排水预处理措施、节水与非传统水源利用、节能、消防灭火系统特殊要求、管道和设备布置、P3实验楼等进行总结，并给出了设计心得和建议。
引用本文：吴健斌. 上海疾控中心给排水和消防灭火系统设计及其技术要点［J］. 给水排水，2022，48（7）：102-109,114.
1工程概况
上海市疾病预防控制中心（以下简称“本工程”）是实施市政府卫生防病职能的公共卫生核心专业机构，是城市公共卫生服务体系和公共安全保障体系的重要组成部分。在本次新冠肺炎疫情防控期间，其业务用房的严重不足不仅制约了市疾控中心能效的发挥，也一定程度上影响了市公共卫生应急指挥中心的运行。本工程建设已关系到上海城市公共卫生的总体安全。
本工程总用地面积34 153 m²，总建筑面积117 420 m²。地上由三幢主要建筑组成，自南向北依次为综合业务楼（地上9层，建筑高度41.9 m）、微生物实验楼（地上8层，建筑高度41.9 m；其西侧P3实验楼地上7层，建筑高度37 m）、理化实验楼（地上9层，建筑高度41.9 m），总平面如图1所示。地上为实验用房、实验辅助用房、业务用房、后勤及办公用房；地下室为2层，主要为生物样本库、菌种库、应急储备库、设备机房及地下车库。另有垃圾房等零星单体。建筑高度最高41.9 m（从室外地坪至屋顶最高点）。
图1 上海疾控中心总平面
本文主要介绍微生物实验楼（含P3实验楼）、理化实验楼的给排水和消防灭火系统设计情况，涉及的实验室包括理化实验室和三级及以下生物安全实验室。
2系统介绍
2.1 给水系统
本工程的生活用水、消防用水、实验用水、饮用水、空调补给水、太阳能补水、雨水清水池补水等由市政给水管网供给；绿化浇灌、道路浇洒和地下车库地面冲洗用水采用雨水回用系统供给，水量不足时由市政自来水补充；水景补水全部采用雨水回用系统供给。实验区的生活用水、实验用水等采用分质供水，设置自来水和管道纯水两个系统。其用水标准见表1，用水量见表2。
表1 给水用水标准
表2 给水用水量
本工程市政水压约0.16 MPa，1层及1层以下（除实验区以外）用水点采用市政水压直接供给；2层及2层以上用水点采用地下室生活水池——并联分区恒压变频泵组——用水点的方式供给；生活区（综合业务楼）、实验区（理化实验楼和微生物实验楼）、P3实验楼分别单独设置水泵房、生活水池和变频泵组，其中实验区的理化实验楼、微生物实验楼、P3实验楼全部采用断流水箱加恒压变频泵组的方式供给。绿化浇灌、道路浇洒和地下车库地面冲洗用水采用雨水回用系统处理后的清洁雨水进行供给，水量不足时由市政水压供水管进行间接补水。水景补水全部采用雨水回用系统处理后的清洁雨水。综合业务楼屋顶冷却塔补水采用专用水池-加压泵-高位专用补水箱的方式供给。各给水分区最低处卫生器具配水点的最大静水压力不大于0.45MPa，除实验室工艺要求外各用水点供水压力不大于0.20MPa。
生活贮水按调节水量及事故备用水的要求贮存最高日用水量的50%，每组水池平均分为两个有效容积相当的水箱。人员饮用水采用各层设带净化装置的步进式电加热开水器或电加热饮水机的方式，水源采用自来水或桶装水，饮用水定额按2~3 L/(人·d)计。
2.2 分质供水
理化实验楼、微生物实验楼、P3实验楼采用分质供水。其中公共卫生间、茶水间、普通洗手池、实验台冷热水龙头、实验台洗眼器、紧急冲淋装置等采用自来水供水；化验龙头、实验器械用水、动物饮水、屏障区冲洗、笼具清洗等采用实验管道纯水供水，其最不利用水点最小水压根据工艺要求不小于0.20MPa。考虑将来可持续发展的需要和便于功能的转换，实验室内部所有供水、供气管道采用“功能柱”或“设备带”方式敷设，如图2所示。
图2 实验台功能柱示意
本工程实验室所需的实验纯水采用集中净化和末端净化相结合的供应方式。在微生物实验楼、理化实验楼、P3实验楼的地下室设置中央处理机房，处理工艺采用预处理+双级反渗透+EDI工艺，系统采用自来水进水至断流水箱，主机出水水质达到《分析实验室用水规格和试验方法》（GB/T 6682-2008）规定的国家分析实验室用水一级水以上标准，终端实验台取水点出水水质至少达到三级以上标准。系统设置机械循环、消毒装置、流量控制装置等保证水质。局部实验室对实验用水水质有更高要求时，在其辅助用房区域设置水处理间对实验用水进行末端二次纯化处理，或在实验台采用实验纯水机现场制取。
动物实验室屏障环境设施的净化区和隔离环境设施用水（包括动物饮用水和洗刷用水）采用管道纯水供水，动物饮用水采用末端二次净化的供应方式，在其辅助区设置制水间，水质应达到无菌要求。
2.3 热水系统
本工程热水主要供给食堂、实验室洗手和冲淋、生活区洗手和淋浴等。其用水标准见表3，用水量和耗热量见表4。
表3 热水用水标准
表4 热水用水量和耗热量
生活热水采用集中热水和分散供应相结合的方式，分区同冷水系统。食堂热水采用集中供应方式，先由集中式太阳能热水系统预热后，再由商用燃气热水炉辅助加热至使用温度。太阳能预热换热设备采用弹性管束、浮动盘管的半容积式水-水热交换器加热（间接换热）。集中热水管网敷设形式为上行下给，采用全日制机械循环同程布置，热水供水温度60℃，管网末端回水温度不低于50℃。实验室紧急冲淋成套装置采用智能恒温即热式电热水器，其进水采用自来水，供水压力不小于0.20MPa；局部值班淋浴采用容积式电热水器供给，其余洗手热水采用容积式电加热热水器（小厨宝）供给，分散布置、分散供应、按需供给。
2.4 太阳能热水系统
本工程食堂热水采用太阳能预加热。系统采用强制循环间接加热的集中集热、集中贮热、集中供热的集中式太阳能系统，集热器集中设置在综合业务楼屋顶构架上。
2.5 消防灭火系统
本工程的消防用水由市政提供二路供水条件，室外消防用水由市政水压直供，室内消防用水由消防加压泵直接抽吸市政供水。消防灭火设施配置及其用水量见表5，消防总用水量为155 L/s。
表5 消防灭火设施配置和用水量
（1）室外消火栓采用低压消防给水系统，由市政提供二路市政水压供水管进基地，市政水压直接供水。建筑消防扑救面一侧的室外消火栓数量不少于2个。
（2）室内消火栓采用临时高压消防给水系统。在楼梯出入处、前室、走道、实验室辅助清洁区等明显易于取用的地方设置DN65室内消火栓、软管卷盘和手提式灭火器组合箱进行保护，室内消火栓的设置满足每个楼层每个防火分区内的任何一点都有二股充实水柱到达，水枪充实水柱不小于13 m。
（3）除不宜用水直接扑救的重要实验设备间、P2+及以上级别生物实验室负压区、放射性实验室、动物实验室屏障环境区域、电气用房、档案室、书库等以外，车库、机房、库房、普通实验室、办公室、大厅、会议室、走道及其他公共活动场所均采用湿式自动喷水灭火系统进行保护。该系统采用临时高压消防给水系统。
（4）地下室低温库、常温库，实验大楼的大型仪器室、普通洁净室、实验室走廊、理化试验室、P2及以下实验室和辅助用房、P3实验室的公共走廊及公共辅助用房、数据中心的公共走廊等，采用充气双联锁预作用喷水灭火系统进行保护，该系统处于准工作状态时可使保护区域避免误喷、避免管道充水。火灾时由火灾自动报警系统、充气管道上设置的压力开关自动开启预作用阀组，转换为湿式系统。该系统与自动喷水系统合用加压主泵。
（5）重要的电气机房（变电所、弱电进线间、UPS电源间等）、档案室、柴发机房储油间、气体灭火机房等采用气体灭火系统，灭火介质采用七氟丙烷，大型机房采用管网组合分配式系统，小型机房采用预制柜式无管网系统。经常有人员出入的重要电气机房（消控中心、数据中心、安保监控中心）采用气体灭火系统，灭火介质采用IG-100（氮气），系统为管网组合分配式全淹没系统。
（6）除在消火栓灭火器组合箱内设置以外，在各机房、电气房、库房、设备用房、走道以及有固定人员值班的场所设置手提式灭火器；变配电所采用推车式灭火器；其类型采用磷酸铵盐干粉灭火器。所有生物安全实验室负压区、放射性实验室、动物实验室屏障环境区、洁净室、重要实验设备机房等设置手提式二氧化碳灭火器进行保护，其中实验室、动物实验室屏障环境区、洁净室等按中危险级配置，重要实验设备机房按严重危险级配置。
（7）厨房灶台操作区、烟罩设置厨房设备自动灭火装置保护。
（8）在各楼层强弱电间（不含UPS电源间）和屋顶机房内设置脉冲超细干粉自动灭火装置保护。
（9）距离室外消火栓15~40 m处设置若干套消防水泵接合器，供消防车往各消防灭火系统供水。
2.6 排水系统
（1）分质排水。本工程生活污废水、实验废水等采用分质收集、分质处理、达标排放。室外设置两道污废水管，分别收集普通生活污废水、实验污废水。
（2）生活污废水。本项目室内除降板区域和地下室生活污废水采用合流制外，均采用污废水分流制；室外采用合流制。污废水系统设置专用通气管、主通气立管。室外普通生活污废水合流经排水监测井排至市政污水管网。单独设置的普通生活污废水系统（不仅限于）有：综合业务楼生活污废水、经隔油预处理后的食堂废水、经沉砂隔油池预处理的地下车库地面废水等。
（3）实验污废水。生物安全柜废水、实验室药剂废水和实验容器前两道清洗废水定点回收、外运，由专业公司进行回收处理，生物安全柜废水采用柜下废液桶进行收集；实验室废水由管道收集进入预处理池，调节pH值6~9并相应预处理后进入本项目污水处理站；放射性废水、含氰含铬废水、含致病微生物废水、三级生物安全实验废水、高温废水等分别进行衰变、除氰除铬、消毒灭菌、降温等预处理后，排入室外实验废水收集管网，进入本项目污水处理站。
（4）实验污废水排水透气管口设置高效纳米光子净化杀菌装置。
2.7 雨水系统
（1）室外雨、污水采用分流制。
（2）屋面雨水采用压力流(虹吸)排水系统，其屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力按50年重现期的雨水量设计。基地雨水设计重现期采用5年；地下车库坡道入口、露天楼梯、下沉式广场等暴雨设计重现期按100年。
（3）基地雨水在排放至市政雨水管网前设置监测井并设置截止阀门井。
（4）本工程设置雨水回用系统。将综合业务楼屋面雨水、中心广场地面雨水和水景溢流雨水作为原水水源。经处理后的清洁雨水贮存于2个清水池，一个供室外绿化浇灌、道路浇洒、地下室车库地面冲洗使用，另一个供室外水景平时补水使用，优先供给水景补水。雨水回用系统的雨水收集池有效容积415.8 m³，同时作为海绵城市设计的重要调蓄容积。
3技术要点
3.1 实验给排水量计算
实验建筑给排水量的大小是影响制水机组规格、污水处理设施规模等各方面内容的主要因素，从而影响造价。本工程在实验室工艺未介入前，以实验室单联化验水嘴为假设应用对象，根据建筑面积进行实验给排水量估算。
（1）实验给水（即纯水）量计算的相关计算参数见表6，计算结果见表7。
表6 实验纯水量计算参数
表7 实验纯水量
（2）在实验操作过程中，大部分纯水和实验器具前两道冲洗废水在进行实验后由专用废液桶进行回收，实验排水若按给水量的90%计，计算结果明显偏大，本工程实验排水量计算按小时使用次数的方法进行计算，其相关参数见表8，计算结果见表9。
表8 实验排水量计算参数
表9 实验排水量
实验室工艺进场后，设计根据实际平面布置进行给排水量复核，计算结果可以满足要求。
3.2 实验纯水系统
本工程的实验纯水主系统采用集中制备方式，其工艺采用预处理+双级反渗透+EDI工艺，其主要工艺流程见图3。整个系统设置紫外线消毒、流量平衡阀、机械循环装置等保证水质的措施，见图4。
图3 实验纯水系统工艺流程
图4 实验纯水系统原理
3.3 排水预处理措施
本工程存在较多需要预处理的污、废水，结合环评、射评等要求，将此类污、废水排入室外管网前采取预处理措施，见表10。
表10 排水预处理措施
注：表中主要处理工艺须根据环评要求和实测水质进行最终确定。
3.4 节水与非传统水源的利用
本工程设置雨水回用系统。综合业务楼与相距最近的P3实验楼、微生物实验楼外墙之间最小净距离27m（见图1），实验楼屋顶排风口距离综合业务楼外墙最小净距离超过28m，满足《生物安全实验室建筑技术规范》（GB 50346）规定的20m防护安全距离的要求。将综合业务楼屋面雨水、中心广场地面雨水和水景溢流雨水等远离实验楼区域、较为优质、安全的雨水作为原水水源。实验楼屋面设置大量的排风、空气处理等设施，为避免生物安全隐患，其雨水不得回收。
本工程绿化浇灌、道路广场浇洒、地下车库地面冲洗、水景补水（即杂用水）的年用水量2 447.5 m³/年，杂用水采用雨水回用的量为2 090.8 m³/年，年回用雨水量占杂用水总量的比例为85.4%。设置的雨水收集池有效容积415.8 m³，同时能满足海绵城市对雨水调蓄池容积不小于300 m³的设计要求。
3.5 节能
本工程食堂热水日用水量24 m³/d，按上海市《公共建筑绿色设计标准》（DGJ 08-2143-2018）规定，在集中热水系统中采用太阳能系统对生活热水进行预热，并由燃气热水炉辅助加热，节约能耗。
3.6 消防灭火系统特殊要求
（1）实验辅助库房按仓库危险Ⅰ、Ⅱ级场所中混杂储存仓库危险级Ⅲ级场所物品设计，消防用水量按喷水强度16 L/(min·m²)、作用面积240 m²设计，储物高度保证1.5<hs< span="">≤3.0 m，计算消防用水量80 L/s，火灾延续时间2 h。
（2）地下室低温库、常温库，实验大楼的大型仪器室、普通洁净室、实验室走廊、二级及以下实验室和辅助用房、三级实验室的公共走廊及公共辅助用房、数据中心的公共走廊等采用充气双联锁预作用喷水灭火系统保护，计算消防用水量27 L/s（为同危险级湿式系统的1.3倍）。普通实验区采用该系统保护的原因是考虑实验时可能存在的误操作引起喷头破裂，此时实验用药剂、试剂可能处于开瓶等暴露状态，系统过早的喷水可能造成药剂、试剂外泄而引起环境污染和人身伤害问题。另外，局部实验室可能存在功能调整等发展要求，装修时也存在引起喷头破裂的可能性。
（3）所有生物安全实验室负压区、放射性实验室、动物实验室屏障环境区、洁净室等的手提式灭火器，灭火介质采用二氧化碳。
（4）根据《生物安全实验室建筑技术规范》（GB 50346）规定，本工程P3实验室仅设置二氧化碳手提式灭火器保护（P2+参照P3）。
（5）P3实验楼专用消防电梯集水井废水纳入室外实验污废水收集管网，进入污水处理站处理后外排市政污水管网。其余消防排水纳入室外雨水收集管网，根据环评要求，在排入市政雨水管网前设置旁通管接至污水处理站，并设置启闭电动阀，平时常闭，火灾事故时由污水处理站处理后排放。雨水排出口设置监测井定期检测雨水排放的水质。
3.7 管道和设备布置
（1）给水、排水、消防管井各自独立设置，其中排水管井尽量设在避开人员密集区域的公共部位。
（2）管道实验纯水制水机组分成两组布置，如图3所示，保证供水的安全性，同时可根据用水量变化采取不同的运行方式，以节约能源和耗材。
（3）实验区给水系统应注意以下技术要点：①自来水、纯水系统的供水干管和纯水回水干管设置在辅助区域走道技术夹层内，每组实验室按单元在引入实验室前的辅助区域设置自来水、纯水、纯水回水检修阀门，并在自来水、纯水的单元供水管设置倒流防止器和压力表等配件。②自来水、纯水管路应涂上明显、易于区分的颜色，或采用挂牌方式注明管道内流体种类、用途、流向等。③实验室内水源不可接错，实验龙头和需纯水的实验器具水源接自纯水系统；冷热水混合龙头水源接自自来水，加热采用台下容积式电热水器；洗眼器、冲淋装置水源接自自来水。
（4）本工程的实验龙头采用下悬的“U”型安装方式，设专用回水管同程布置，保证管网水质的同时，使未有效回水的“死水区”最小化，节约水资源。该布置方式也有利于实验室的可持续发展，在平面布局变化或新增用水点时便于接管。其原理见图5。
图5 实验纯水管路原理示意
（5）实验区排水系统应注意以下技术要点：①实验区排水系统中，公共卫生间排水管和实验排水管分别独立设置。②本工程的实验性质较为明晰，理化实验楼、微生物实验楼、P3实验楼各自独立，其排水系统也各自独立。各自的实验排水在出户前进行预处理，每种实验废水的主要预处理设备分为两组并联运行，实现有效停留、处理、监测、加药，交替式排放，如图6所示，系统不出现敞开式溢流，避免可能存在的有害实验物质对环境的污染和维护人员的伤害。③实验污废水排水透气管口设置高效纳米光子净化杀菌装置，如图6所示。④实验区仅在必要处设置可开启式密闭地漏。⑤实验区排水设施有效水封高度采用100mm。⑥动物房排水横管直径比常规大一档。⑦实验室按单元设置排水支管，排水支管接入横干管时采用阶梯式落水以防止回流和相互间串流，落水高差不小于250 mm，如图7所示。⑧每个实验楼层单独设置一根排水立管，排水互不影响，检修维护不影响毗邻楼层。
图6 实验排水系统原理示意
图7 实验排水管接管示意
(6)理化实验楼、微生物实验楼、P3实验楼的屋面雨水，各自独立设置雨水消毒池，消毒预处理后排至市政雨水管网，排放前设水质监测井。
3.8 P3实验楼
P3实验室的安全等级较高，本工程在设计中除了以上涉及的技术要点以外，主要还包括以下特殊的技术要点：
(1)生活贮水箱和实验纯水箱均单独设置（断流水箱）。
(2)P2+及以下实验室排水为单独系统，由B1层废水处理间进行出户前预处理，如图6所示；P3实验室排水为单独系统，由毗邻的下层水处理间进行高温灭活杀菌作为出户前预处理，如图8所示。
图8 P3实验排水管接管示意
（3）P3实验室单元排水支管设置阀门，如图8所示，排水设施水封高度采用150 mm。
（4）P2+、P3实验室仅设置二氧化碳手提式灭火器保护，公共部位设置充气双联锁预作用喷水灭火系统保护。
