案例：大型机场航站楼排水系统通气系统设计
导 读：机场航站楼造型各异，且对美观要求较高，给楼内的排水系统通气管设计带来一定的困难。首先从通气技术理论出发，分析对比不同通气方式的优缺点。再结合建筑结构形态，对比分析不同通气方式在国内大型航站楼内的应用及具体做法，最终总结出航站楼排水系统通气方式的设计原则。针对近年来国际国内疫情的情况，以成都天府国际机场T1航站楼为例，对航站楼内防疫时期的通气系统改造进行了简要阐述。
引用本文：刘光胜，谭涛，靳冲，等. 大型机场航站楼排水系统通气技术研究［J］. 给水排水，2023，49（2）：115-125.
01、 通气技术理论研究
1.1 通气管的设置形式及优缺点
通气管是建筑排水系统的重要组成部分，排水系统中各个部位的管内气压均不同，压力波动会对不同部位的排水系统产生不同的影响。若通气管设置不当，不仅影响排水管的排水能力，而且容易造成排水管内的污浊气体侵入室内，对卫生环境造成严重影响。尤其是疫情时期，还可能造成病毒的交叉传染。
为减小排水管内的压力波动，在布置排水管道的同时应设置通气管，主要作用为：①保护排水管中的水封，防止排水管内的有害气体进入室内，维护室内的环境卫生；②减小排水横支管下方立管内的负压值，增大排水立管的通水能力；③排水系统中存在污浊气体，会对管道产生腐蚀，设置通气管可将污浊气体排至室外大气，减少对管道的腐蚀，延长管道使用寿命；④设置通气管能增加排水立管的排水能力，平衡立管内的正负气压，减少气塞现象，可有效降低排水时产生的噪声。
根据《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019），常用的设有通气管的排水系统有以下几种：①仅设伸顶通气排水系统；②专用通气立管排水系统；③环形通气排水系统；④器具通气排水系统；⑤自循环通气排水系统。具体示意如图1所示。
图1 常用通气方式示意
当不能伸顶通气时，可优先考虑采用侧墙通气，其次为自循环通气。当不能按规定实施侧墙通气或自循环通气时，可在排水立管顶端设置吸气阀。根据通气口的位置不同，侧墙通气又可以分为如图2所示两种方式。
图2 侧墙通气方式示意
限制排水系统排水能力的主要因素在于系统内的气压波动。通气系统的作用，即是通过补气来减小系统的气压波动。以上几种方式，是通过不同的补气来源和不同的补气点对系统进行补气。不同通气方式的优缺点详见表1。
表1 不同通气方式的优缺点
1.2 通气方式对排水能力的影响
增大排水立管内的通水能力和防止水封破坏是建筑内部排水系统中的两个关键点，这两个问题都与排水立管内的压力相关。立管排水能力的理论依据为立管最大负压值，P1为临界值Pc时水封破坏，对应的流量Q即为立管可达到的最大排水流量。计算公式如式（1）：
式中 P1——立管内最大负压值，Pa；
ρ——空气密度，kg/m3；
Kp——管壁粗糙高度，m；
Q——排水流量，m3/s；
dj——管径，m；
β——空气阻力系数，β=(1+ξ+λLdj+K)；
ξ——管顶空气入口处的局部阻力系数，一般取0.5；
λ——管壁总摩擦系数，一般取0.03~0.05；
L——从管顶到排水横支管处的长度，m；
K——进水水舌局部阻力系数。
对某一特定排水系统，空气密度ρ、管壁粗糙度Kp、和管径dj均为恒定量，且最大负压P1为定值，因此空气阻力系数β和Q4/5成反比关系。通气方式对排水能力的影响主要是通过空气阻力系数的变化而发生作用。通气方式不同，最大负压处的补气方式和补气来源也不同，从而影响空气阻力系数也不同。
空气阻力系数中，水舌阻力系数K最大，是ξ的几十倍，其他几项往往较小。为方便计算，K值按50计，λ按0.05计，ξ按0.5计，dj按0.15计。
伸顶通气与专用通气相比，前者的补气需通过水舌，后者的补气可通过结合通气管从横支管下方补气，直接补到最大负压处，K→0，因此专用通气的空气阻力系数比伸顶通气要小，排水能力则更大。
侧墙通气与伸顶通气相比，补气均通过水舌，通气管长度大致相同，管顶空气入口处均为通气帽，局部阻力系数相同。二者对排水系统排水能力的影响基本一致。
下弯侧墙通气与伸顶通气相比，虽其补气方式和补气来源均相同，但为了解决无法伸顶或侧墙通气的问题，其通气管的长度通常较长，此时其空气沿程阻力系数已不可忽视，如有的工程下弯式侧墙通气的通气管长度达到250m，此时β=1+0.5+0.05×250/0.15+50≈135。而普通伸顶通气的通气管长度往往较短，如按50 m计算，则β=1+0.5+0.05×50/0.15+50≈68，相当于下弯侧墙通气的一半。在同样的最大负压下，则Q4/5只相当于伸顶通气的1/2，Q相当于伸顶通气的42%。因此，在其他条件相同的情况下，远距离下弯侧墙通气比伸顶通气的排水能力要减少很多。
对于自循环通气的排水系统，虽补气气流可不通过水舌，K→0，但其补气来源于排水立管底部的正压，补气断面约为排水管断面的一半，且无外界空气入口，其局部阻力系数远大于0.5，比通气管长度对空气阻力系数的贡献大得多。因此，自循环通气对排水系统排水能力的影响比远距离下弯侧墙通气更大。
结合《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019），生活排水立管的最大设计排水能力如表2所示。通过对比上述表格中的数据，可以看出：对于相同管径的排水立管，专用通气或环形通气排水系统优于自循环通气，其次为仅设伸顶通气的排水系统。
表2 生活排水立管最大设计排水能力
02、 典型航站楼的排水系统通气管布置分析
机场航站楼平面面积较大，使用楼层不高（最多4层，局部夹层5层），但室内卫生间分布广，且少有上下对齐者。航站楼内卫生间排水具有排水流量大，排水路径曲折，排水出路较远等特点。通过以上分析可以看出，通气管的设置对排水系统的影响至关重要。航站楼屋盖多采用网架加金属屋面，侧墙大多采用玻璃幕墙，对室内室外的美观要求较高，给通气管的设置带来一定的困难。工程实践中，应首先对建筑形态有充分的阅读理解，然后据此选择合适的通气管形式。
由于航站楼内的卫生间洁具数量多，按照《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）4.7.3条的规定，大多排水系统均需要设置环形通气管。因此，以下分析建立在均采用环形通气的基础上，结合成都双流国际机场T2航站楼、重庆江北国际机场T3 A航站楼、青岛胶东国际机场T1航站楼、成都天府国际机场T1航站楼及长沙黄花国际机场T3航站楼的建筑形态，分析伸顶通气、侧墙通气、自循环通气、吸气阀及下弯侧墙通气在航站楼内的应用及注意事项。
2.1 典型航站楼的建筑形态
从楼层分布上来看，值机大厅、安检区及候机区一般在最顶层，到达廊和行李提取大厅在中间楼层，底层主要为设备用房及办公用房，偶有远机位候机厅设于底层。因此，旅客的主要活动区间为顶层及中间楼层，这些空间的装饰效果也备受关注。
航站楼大多采用大厅加指廊的平面布局方式，通过大厅和指廊的不同组合，呈现出造型各异的航站楼。屋面多采用曲面或斜面的金属屋面，仅少数航站楼的部分屋顶采用混凝土屋面。航站楼有以下特征：
通过以上几个机场的外观形态对比分析，发现机场航站楼有特定的共同点：
（1）屋面大多为金属屋面，屋盖采用网架结构，网架的厚度可达到3~5 m。网架的支撑体系多为大跨度结构柱，有的甚至采用异型柱。
（2）屋顶均设置有顶天窗或侧天窗。
（3）中央大厅跨度较大，室内净空高度较高，室内旅客公共空间的装修效果要求高。
（4）立面多采用玻璃幕墙，幕墙顶部采用铝板过度，一层外墙大多采用砌体墙，再用石材或金属板装饰。
一层以办公用房及设备用房为主，外墙对装饰要求相对较低，为下弯侧墙通气提供了有利条件，也成为航站楼多数排水系统的主要通气管口设置点位。其次玻璃幕墙顶部或侧天窗顶部的金属铝板装饰区，利于对通气口采用隐蔽措施，也可作为通气口的路径之一。其余则根据不同航站楼的特定形态因地制宜的选择通气方式。
2.2 伸顶通气
根据《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）4.7.2条，生活排水管道应优先采取在立管顶端设置伸顶通气管的方式。
在上述机场航站楼中，除成都双流国际机场T2航站楼有部分排水系统主要采用了伸顶通气，青岛胶东国际机场T1航站楼、成都天府国际机场T1、T2航站楼中的极少数部分排水系统采用了伸顶通气，其余航站楼及其排水系统均未采用伸顶通气管。主要原因有以下几方面：
（1）航站楼大多采用金属屋面，造型别致。而楼内卫生间较多，如果采用伸顶通气，则会在屋面分散布置较多通气管，且至少需高出屋面300mm，对屋面美观产生极大的影响。
（2）不同于混凝土屋面，金属屋面会发生温度变形，管道穿越屋面处易变形导致防水失效，造成室内漏水。
（3）航站楼的大厅或指廊的顶层往往为高大空间，通透明亮。卫生间则经常布置在房中房位置，距离屋顶有相当的高度。为保证室内装饰效果，建筑往往不允许在结构柱上有额外管线敷设，通气管难以找到合适的路径敷设至网架内再伸出屋面通气。
2.2.1 成都双流国际机场T2航站楼
由于大厅中部有较多混凝土屋顶，且该部分屋面比两侧的拱形屋面标高低，屋顶设备或管道非常隐蔽，对建筑美观影响较小，屋面分布如图3所示。因此该部分屋面下方的室内排水系统均采用伸顶通气。
图3 成都双流国际机场T2航站楼屋面分布
出屋面通气管的做法同常规建筑的伸顶通气，做法详《建筑排水管道安装-塑料管道》（19S406）第43页。管道穿屋面往往成为屋面防水的薄弱点，为了减少漏水隐患，因此需要尽可能减少穿屋面的管道数量。为减少伸顶通气管的数量，室内排水系统通气管在顶层汇合后再出屋面通气。通气系统如图4所示。
图4 成都双流国际机场T2航站楼伸顶通气系统
2.2.2 青岛胶东国际机场T1航站楼
青岛胶东国际机场T1航站楼仅在大厅与E指廊交界处设置了2处伸顶通气管，平面及系统情况见图5、图6。
图5 青岛胶东国际机场T1航站楼伸顶通气管平面
图6 青岛胶东国际机场T1航站楼伸顶通气管系统
首先，这两处排水管道通气系统设于设备平台上，平台地面标高为18.000，上方网架吊顶标高约为20.000，四周的侧墙向上延伸至网架下方吊顶完成面，形成一个封闭空间，为通气管向上敷设提供了非常隐蔽的条件，解决了通气管难隐蔽、难上屋顶的问题。
图7 青岛胶东国际机场T1航站楼伸顶通气管节点详情
其次，为了解决好屋面防水问题，在出屋面的通气管侧壁用泛水板包裹一圈，泛水板采用与金属屋面相同材质的0.5mm厚铁素体不锈钢，高度不低于400mm。泛水板下端与金属屋面严密焊接，上端设置泛水盖板，盖板与通气管之间采用密封胶密封。屋面构造层的3mm厚隔声泡棉及1.0mm厚自粘性防水卷材均沿泛水板一同设置于管道侧壁敷。同时将出屋面的通气管管材由PVC-U转换成不锈钢管，防止塑料管道因风吹日晒而变脆弱，导致漏水。航站楼伸顶通气管节点如图7所示。
2.2.3 成都天府国际机场T1航站楼
成都天府国际机场T1航站楼，因其在A指廊的5层及BC指廊4层分别有一处露天平台，且为非上人屋面，为室内排水管伸顶通气提供了有利条件。在平台附近的卫生间、厨房等排水系统均优先利用这些屋面做伸顶通气。其做法与常规混凝土屋面的伸顶通气做法相同，只是需要注意将通气管尽量靠屋面中部设置，或放在柱子背面，远离旅客视线，否则影响观感。具体情况如图8、图9所示。
图8 成都天府国际机场T1航站楼屋面庭院分布
图9 成都天府国际机场T1航站楼B指廊伸顶通气平面
采用伸顶通气，除了必须解决通气管路径和屋面防水问题，还应特别注意对建筑外立面的影响。成都双流国际机场T2航站楼中间的混凝土屋面，由于比两侧屋面低，因此大量采用了伸顶通气。而长沙黄花国际机场T3航站楼，虽然有4个指廊均采用了混凝土屋面，易于解决防水问题，但是由于该屋面比较裸露，大量设置伸顶通气管对屋面美观影响较大，所以仍未采用伸顶通气的形式。
对于北方地区的伸顶通气管，因受天寒影响而部分结霜，严重时会全部结霜封闭，导致通气不畅，因此需采用相应的预防措施，如增大通气管管径，缩短通气管暴露在屋面的长度，甚至对高出屋面的管道采用保温防冻设施。
2.3 侧墙通气
鉴于采用伸顶通气的条件比较苛刻，航站楼内的排水系统大多无法采用此种方式。根据《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）4.7.2条，当伸顶通气管无法伸出屋面时，宜优先设置侧墙通气。
而要设置侧墙通气，也需满足两个基本要素，一是通气立管有合适的路径走到屋顶，二是通气管口易于隐蔽。成都天府国际机场航站楼在大厅与指廊交界处、指廊的端头设置有多处内庭院，卫生间和厨房也大量布置在附近，所以利用内庭院的有利条件设置了侧墙通气。同时大厅的房中房上方离侧天窗较近，布置在附近的卫生间或厨房排水系统也都采用了侧墙通气。
以B指廊内庭院为例，网架下方的室内空间为L5层的油烟机房，通气管从油烟机房水平敷设至檐口通气，通气口处采用镀锌钢板围合成空腔，四周密闭，向室外开敞的一面设置穿孔率大于60%的穿孔铝板。布置情况如图10所示，侧墙通气节点如图11所示。
图10 成都天府国际机场T1航站楼B指廊侧墙通气平面
图11 成都天府国际机场T1航站楼B指廊侧墙通气节点
D区大厅上方设有设备夹层，上部为网架及侧天窗，且夹层地面距屋顶网架较近。通气管在夹层内汇合后进入网架，再从侧天窗上方的檐口处伸出屋面通气，通气帽斜向上安装。室内通气管不易被旅客看到，室外通气帽也较为隐蔽，具体如图12、图13所示。
图12 成都天府国际机场T1航站楼大厅天窗处侧墙通气平面
图13 成都天府国际机场T1航站楼大厅天窗处侧墙通气节点
采用侧墙通气，需注意通气管出侧墙处应有防止雨水进入室内的挡水措施。上述案例中，通气管排出口均位于屋檐下方，可有效避免雨水通过穿墙处渗入室内。
2.4 下弯侧墙通气
当伸顶通气管无法伸出屋面，室内通气管又难以向上敷设采用侧墙通气时，可考虑采用将通气管向下弯，在一层出侧墙进行通气。此种方式增加了通气管的长度，通气阻力变大，但仍能将排水系统内的污浊气体排至大气，相比自循环通气或吸气阀仍有优势。此种通气方式已成为近期航站楼排水设计的一种主流系统，除成都双流T2航站楼因设计年限较早，未采用下弯侧墙通气，其余航站楼的绝大多数排水系统均采用了下弯侧墙通气。重庆江北国际机场T3A航站楼、青岛胶东国际机场T1航站楼及成都天府国际机场T1、T2航站楼已陆续投入使用，排水系统均工作正常，未发现不良现象，为下弯侧墙通气方式提供了很好的实践证明。
下弯侧墙通气的排水系统，其通气管与排水立管在顶部相连，通气管下端在1层天棚内横向敷设至外墙通气。系统如图14所示。通气口主要是利用1、2层之间的过渡区外墙装饰设置通气空腔，空腔四周封闭，仅正面或下方采用穿孔铝板，维持与室外大气相通。空腔可视为通气管的放大段，为保证通气效果，空腔的截面积及装饰板的开孔总面积均应不小于通气管断面积。
图14 成都天府国际机场T1航站楼A指廊下弯侧墙通气系统
根据外墙做法的不同，通气空腔的做法稍有差别，重庆江北国际机场T3 A航站楼及青岛胶东国际机场T1航站楼均是在一层吊顶内凹形成通气空腔，空腔外侧采用穿孔铝板或铝合金百叶，保证与大气相通。侧墙通气节点情况如图15所示。
图15 重庆江北国际机场T3 A航站楼下弯侧墙通气节点
成都天府国际机场T1航站楼和长沙黄花国际机场T3航站楼则利用2层楼板出挑，各类管线在板下沿外墙敷设，再用铝板做装饰面层。在有通气口的地方，两侧用实心铝板封闭即形成了通气空腔，空腔下方采用穿孔铝板或铝合金格栅吊顶，保证与大气相通，具体情况如图16所示。
图16 成都天府国际机场T1航站楼下弯侧墙通气节点
采用下弯侧墙通气时，应注意通气口离门窗洞口的距离不宜低于4 m，防止臭气返逸至室内。同时注意避开暖通新风井和新风口，防止臭气通过新风系统被送入楼内各空间。
此外，因通气管内水汽较多，遇到室外冷空气后易凝结，形成凝结水。伸顶通气及侧墙通气，凝结水均可返流入污水管内排走。而下弯侧墙通气，为防止污水在堵塞时流入一层通气管内，不能在底层设置结合通气管，导致冷凝水不能返流入污水管内排走。因此，1层吊顶内的通气管应按向外的坡度敷设至外墙，在出外墙前设置单独的冷凝水排水管，将冷凝水引至室外污水管网。为防止凝结水外溢污染外墙，通气管出外墙后应设置向上的通气帽。在北方寒冷地区，为防止通气管冬季的霜封现象，应在出外墙前将通气管放大一级，同时增加空腔容积和装饰板开孔面积，并尽量缩短通气管出外墙的长度，空腔内的通气帽采用适用于寒冷地区的伞形通气帽。
大型航站楼往往中央大厅跨度较大，中间区域的卫生间排水系统通气管从任意方向敷设至外墙的距离均较远。且楼内各种机电管线及行李平台错综复杂，通气管在吊顶内敷设时，应特别注意避免上翻下弯，形成局部低点，凝结水不断积存且无法排出，最终影响通气效果。
通过前面1.3节的分析，下弯侧墙通气由于通气管较长，对排水系统的排水能力影响较大，工程应用中应计算复核后使用。
2.5 自循环通气
根据《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）4.7.2条，当伸顶通气管无法伸出屋面，且无法实施侧墙通气时，宜优先设置自循环通气。
通过前面的通气管理论分析，在均采用环形通气或专用通气的情况下，自循环通气比伸顶通气的排水流量小，而航站楼的旅客卫生间洁具数量多，排水流量大，采用自循环通气时，必然加大排水管径。同时，由于自循环通气不与大气相通，排水系统管道内的腐蚀气体无法释放到大气中，长期积存容易造成管道腐蚀。因此，航站楼内采用自循环通气的案例非常少，在本次收集的案例中，仅有重庆江北国际机场T3A航站楼的AB指廊采用了自循环通气。成都双流国际机场T2航站楼也有部分排水系统采用了自循环通气，但同时配合采用了吸气阀，将在后续章节介绍。
由于A指廊一层主要为贵宾包厢，外立面采用玻璃幕墙，对美观要求较高，难以设置伸顶通气或侧墙通气。因此，根据平面功能布局，在贵宾区附近共有10套排水系统采用了自循环通气，其余排水系统则利用设备机房或办公用房等砌体墙采用了下弯侧墙通气。B指廊有1套排水系统因在国际贵宾厅附近，无法设置侧墙通气，同样采用了自循环通气，其余排水系统则均采用了下弯侧墙通气，详见图17。
图17 重庆江北国际机场T3A航站楼A指廊自循环通气系统
A设置自循环通气系统时，由于其排水能力有限，应特别注意复核排水流量是否足够。其次，由于需要在排水出户管上采用倒斜三通与通气立管相连，因此需特别注意埋地出户管的埋深。
2.6 吸气阀
根据《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）4.7.2条，当排水系统伸顶通气管无法伸出屋面，且无法实施侧墙通气或自循环通气时，可采用吸气阀。
吸气阀利用重力压差原理进行工作，当排水系统中产生负压时，吸气阀吸入空气，正压时密封不逸出。因此，设置吸气阀时，仅能保护排水系统的水封不被负压破坏，仅适用于排水系统产生负压处，不适用于正压处。
在众多的航站楼案例中，仅有成都双流国际机场T2航站楼的部分排水系统采用了吸气阀。为弥补吸气阀不能释放排水立管底部正压的缺陷，在排水立管底部采用了自循环通气。系统如图18所示。
图18 成都双流国际机场T2航站楼典型自循环通气+吸气阀系统
设置吸气阀的排水系统，阀瓣老化可能导致吸气阀无法工作，不但不能保护水封，还可能造成排水系统中的污浊气体逸出，污染室内空气环境。因此，排水通气系统应优先考虑其他通气方式，如确有困难，方可采用吸气阀。
03
天府国际机场通气系统改造简述
天府国际机场为应对国外疫情蔓延以及成都世界大运会期间的疫情防控要求，并根据相关政策、口岸办会议纪要及海关文函要求对T1航站楼进行局部改造，改造完成后与原口岸负压隔离设施合并归口岸统一运营管理，本次改造主要有以下几点：①旅客出港流程与进港流程应进行物理隔离；②为满足联检部门的相关工作需求，尽量减少旅客与工作人员的非必要接触，入境旅客的查验及管控尽可能采用远程流调控制的方式；③空调改造为全新风运行；④机场为入境航班的旅客设置隔离等待区域；⑤入境航班机组人员设置专门快捷通道进行流行病学调查、核酸检测和查验；⑥改造范围内使用的卫生间作消毒处理后排放进污水管网。
本次土建改造范围及涉及卫生间通气、一体化消毒设施通气改造点位如图19所示。
图19 改造点
改造同时执行《口岸负压隔离留验设施建设及配置指南》（SNT 5296-2021）和《医学隔离观察设施设计标准》（TCECS 961-2021）两本新规，新增隔离设施排水通气和原口岸负压隔离设施排水通气均单独设置，并将通气管口设置在屋顶通风良好的不上人场所，改造区域原排水系统采用下弯侧墙通气系统，无法满足规范要求，改造为了向上至内庭院的侧墙通气系统。
本次改造，生活污水通气及污水处理设施通气均采用伸顶侧墙通气并辅以空气消毒后高空排放，并采用了目前传染病医院污水通气消毒普遍采用的纳米光子高效杀菌净化装置进行消杀，能有效消灭95%以上的细菌、病毒微生物。见图20、图21。
图20 L5层通气管及消毒装置平面布置
图21 L5层通气管系统
04
结论及建议
通过理论分析，在同样设有专用通气或环形通气的条件下，伸顶通气的排水能力优于远距离侧墙通气的排水能力。因此设计中应优先考虑采用伸顶通气，其次是侧墙通气，再次是下弯式侧墙通气。自循环通气由于与大气不通，通气效果受影响，排水流量也较小，在确有困难无法采用伸顶或侧墙通气时，可配合吸气阀同时采用自循环通气。
航站楼作为城市的地标性建筑，旅客流量大，受关注度高，因此对卫生及美观要求较高。设置通气管时，应结合建筑外观形态，在考虑美观的同时，选择合适的通气形式。优先利用建筑的局部混凝土屋面设置伸顶通气，其次结合室外中庭、侧天窗等设置侧墙通气，最后利用首层办公或机房的外墙设置下弯侧墙通气。通气口处的节点应与建筑或幕墙专业积极配合，既保证通气效果又兼顾美观。
