结合北京奥运主场馆鸟巢浅谈普通体育场的给排水设计 10页

'结合北京奥运主场馆鸟巢浅谈普通体育场的给排水设计刘文国家注册给排水工程师（三磊建筑设计有限公司，北京）摘要：2008北京奥运会的主场馆鸟巢“国家体育场”于2005年6月30日完成全部施工图设计，设有：生活给水系统、生活热水系统、直饮水系统、中水回用系统、生活排水系统、虹吸雨水排水系统、冷却循环和补水系统、雨洪利用系统、场地给排水系统、消火栓系统、湿式自动喷水灭火系统、预作用自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统、局部气体灭火系统。其设计内容非常全面，基本涵盖了建筑给排水专业的所有内容，在各系统环节中用到的设备材料也非常先进。本人也与近期参与设计了两座援外体育场项目，但相比国家体育场的建设规模，本人参加设计的两座援外体育场系统就简单多了。本文结合国家体育场，谈谈普通体育场设计中给排水专业的常见问题。关键字：供水方式、草坪浇灌、局部热水、中水，饮水龙头、通气管、盲管排水、内环沟、外环沟、自动喷淋1体育场给排水设计概况体育场建筑一般由露天的场地，环形跑道，包围看台，看台建筑内的运动员、裁判、观众功能用房这几部分组成，看台分有罩棚和露天观众席两种。给排水专业的设计有以下几大特点：赛时人多、草坪的日常养护喷灌，用水量大；卫生间设置的多且散；看台往往呈坡状，卫生间上下对不齐，管道敷设量大，通气复杂；运动员淋浴、裁判、贵宾室等用热水部位多且散；观众看台需设直饮水；草坪有必要设自动喷灌；为了避免赛事受到降雨的影响，场地有必要设盲管排水等。笔者近期参加了两座援外体育场项目，一座是援多米尼克国家体育场，为8000座板球场（后加入国际板球联赛ICC场馆）；另一座是援巴哈马国家体育场，设计15000座，预留扩建15000座，为标准田径足球比赛场（国际田联赛事标准）。两座体育场都在加勒比海一带，典型的热带海洋性气候地区，是国家外交意义重大的援建工程。援多米尼克国家体育场看台建筑由分开的西看台、东看台、运动员及贵宾楼、新闻中心四部分组成，除东看台1-1/10- 层外，其它均3层，无地下室。援巴哈马国家体育场看台建筑由分开的西看台、东看台、南、北体育器材室四部分组成，除西看台5层外，其它均1层，无地下室。由于受援国人口少，同时结合到投资的经济性，设计都采用了西看台有罩棚，东看台无罩棚的格局；援多米尼克国家体育场设计建设宗旨一切从简实用，援巴哈马国家体育场设计建设档次要稍高一些。援多米尼克国家体育场于2005年5月完成施工图设计，已于07年竣工交付使用。援巴哈马国家体育场于2005年12月完成初步设计，后几经波折，直到2007年9月才完成最后一版施工图设计，中间还经历了新《建筑设计防火规范》GB50016-2006的实施，增补几大系统比如自动喷淋，巴哈马国家体育场2009年7月10日正式开工建设，已于2011年6月5日通过商务部专家组的竣工验收交付巴国。2给水系统2.1给水水源援巴哈马国家体育场所在地为一珊瑚礁岛国，该国经济较发达，人民生活水平较高，却淡水资源匮乏，市政给水管网不太完善，仅在体育场北侧有一路DN100mm市政供水管，压力0.14~0.28Mpa。表1援巴哈马国家体育场生活用水量用水量用水时间用水项目用水量标准使用人次时变系数最高日最大时平均时h333m/daym/hm/h观众3L/人·场149501.51045.06.754.5运动员、教40L/人·次2002.5108.02.00.8练、裁判员工作人员100L/人·天601.5106.00.90.6不可预见前3项总和的10%5.90.970.59合计64.910.626.49表2援巴哈马国家体育场草坪喷灌、绿化冲洗用水量用水量用水量标准使用面积用水次数用水项目22时变系数最高日最大时平均时L/m·次m次/天333m/daym/hm/h草坪喷灌1271401.0285.6842.8442.84跑道冲洗1049521.0279.5239.7639.76合计165.282.682.6-2/10- 通过表2与表3就能发现体育场赛时用水量以草坪喷灌和跑道冲洗用量大。且能供处理回用的排水量很小，结合到投资的经济性与使用效率，在初步设计阶段没有考虑设计中水回用，之后跟巴方工程技术部门接触后，巴方根据当地自来水费高，经营维护成本高等因素要求增加中水系统。最后达成一致，由我方设计建设体育场的中水管网、由巴方解决中水水源供应（拟直接由城市中水管网供应或采用打井抽水，此水质盐度大，不能直接用于生活用水）。水质由巴方负责，满足喷灌、消防用水、马桶冲洗等当地水质要求，最大时3供水量为94m/h，压力不小于0.30Mpa。援巴哈马国家体育场施工图设计为：从北侧市政给水管引入DN100mm给水管接入体育场红线内供至东、西看台及南北器材室。同时从南、北两侧引入两路中水供水管接入体育场红线内的，构成DN200mm环状供水管网，室外消防与室外中水管道共用。市政给水用于洗手盆、淋浴，中水用于消防喷灌合用水池、冲厕、污水池、跑道冲洗。援多米尼克国家体育场所在地为一热带森林岛国，该国经济较落后，人民生活水平不高，但山泉淡水资源丰富，当地也有完善的市政给水管网。在体育场西侧有一路DN200mm市政供水管，压力0.35Mpa。设计从西侧市政供水管引入两路供水管接入体育场红线内的，间距大于120m，构成DN200mm环状供水管网，室外消防与室外给水管道共用。北京国家体育场设计为：从用地范围的东南侧DN800和西侧DN600市政给水管接入体育场红线内两路DN250供水管，构成环状供水管网。同时在0层环道与室外构成环状回用水供水管道系统，用于0层以下的卫生间冲厕及室内消火栓系统用水、冷却塔补水、主赛场和热身场的草坪喷灌、停车库冲洗、室外道路和绿化浇洒用水，赛后还供应俱乐部客房的卫生间冲厕用水。在有雨水可用的季节，采用一套变频加压供水设备抽取回用水和消防合用水池的水向环状管网供水，在无雨水可用的季节，由市政优质中水直接向回用水环状管网供水。表3北京国家体育场用水量赛时赛后3333最高日m/day最大时m/h最高日m/day最大时m/h1201.2210.1433.5782.42.2系统分区及供水方式援巴哈马国家体育场东看台及南北器材室由市政给水管网直接供给；西看台由一组能利用市政余压的变频供水设备直接供水，整个西看台为一个区。中水给水系统部分：东、-3/10- 西看台及南北器材室均由室外环状供水管网直接供给，压力能满足西看台5层最高用水点（20米处）的供水。援多米尼克国家体育场均由红线内的环状供水管直接供水。北京国家体育场设计为：1层（6.8m）及以下利用市政自来水压力直接供水，2层（11.6m）及以上采用水箱—变频调速泵组供水方式。为使各支管的静水压不大于《国家体育场奥运工程设计大纲》所规定的0.25MPa要求，2、3层设支管减压阀。考虑到赛后运营使用的灵活性，全场设置4各独立的加压供水泵房，分别服务东、南、西、北4个区域。根据每个33区域的赛时用水量，每个泵房内设35m或70m不锈钢生活谁像一座，恒压变频供水设备一套。为了便于赛后改造的北侧俱乐部客房和南侧博物馆的独立管理，另设立设置2套无负压加压供水装置（南、北各1套）为赛后改造的俱乐部客房和博物馆供水。餐饮厨房用水、包箱用水、赛后改造的俱乐部客房用水等均单设水表计量。2.3比赛场地给水、草坪喷灌援巴哈马国家体育场草坪的养护采用自动升降节水喷灌器，场地内设24个升降式体育3场草坪专用喷灌喷头矩形布置，每个喷头射程22m、流量5.51m/h、压力0.45MPa，每8个喷头一组工作。在西看台消防泵房内设置草坪喷灌专用变频加压泵，取自消防喷灌合用3水池，为2台80m/h、扬程80m恒压泵带变频控制柜，2路供水、管径DN150mm。障碍水池的给水管接自环状中水供水管道。援多米尼克国家体育场原设计为从环状供水管上接出8个快速取水阀门井至比赛场，均由人工养护浇洒，后来国际板球运动联合组织ICC介入后以ICC赛场标准改造赛场时沿场地草坪外围增设了8组低压力自动升降节水喷灌喷头。北京国家体育场：比赛场和热身场草坪的养护采用自动升降节水喷灌器，场地内设243个升降式体育场草坪专用喷灌喷头矩形布置，射程20~24m、流量6.36m/h、压力0.62MPa。在地下2层南区雨洪利用机房、消防泵房内设置比赛场草坪喷灌专用加压泵，取自消防、3回用水合用水池（水池内储存一次喷灌用水量80m）。在热身场通道处的北区回用水机房内设置热身场草坪喷灌专用加压泵，取自机房内回用水水池。从环状回用水管道上接8个快速取水器至比赛场，对跑道进行冲洗。障碍水池的给水管也接自环状回用水管道。2.4热水由于观众卫生间范围大而分散，且具有阶段性使用的特点，要保证热水管网的水温和-4/10- 水质，就要有动力供应维持系统的循环，这将导致能源的巨大浪费；在无赛事时，使热水管网泄水，也是与节水原则相悖的。奥运会正值夏季，用热水洗手的必要性也不大，而且往届奥运场馆也没有为观众洗手供应热水，因此北京国家体育场观众部分不提供生活热水。援巴哈马国家体育场和援多米尼克国家体育场所在热带地区，也没有为观众洗手供应热水。北京国家体育场奥运期间为0层运动员、裁判淋浴间，饮食中心厨房，媒体、志愿者、员工餐厅厨房，3层餐饮厨房，4层VIP包厢集中供应生活热水。奥运后为运动员、裁判员淋浴间，俱乐部淋浴间，餐饮厨房，俱乐部客房集中供应生活热水。热身场地运动员淋浴间，要员卫生间和部分赛事生活间分散设置电热水器局部供应热水。援巴哈马国家体育场和援多米尼克国家体育场运动员、裁判淋浴用水均采用局部电热水器供应热水。运动员淋浴间采用的A.O.Smith商用电热水器，功率较大；裁判淋浴间采用普通60~80L电热水器。2.5直饮水北京国家体育场观众部分采用直饮水系统，办公和运动员部分采用电开水器供应开水。每层观众集散大厅设饮水台。每一个或两个竖向核心筒设一个饮用净水处理站，自来水经砂滤、纳滤膜及臭氧消毒处理后，由变频供水装置通过专用饮水管道竖向供给各饮水龙头。采用立管全循环系统，开式系统循环水回流到机房中的直饮水水箱。循环系统的启、停运行由循环流量控制装置自动控制。援巴哈马国家体育场没有设计集中直饮水供应系统，在观众集散大厅的饮水台设多部桶装水饮水机，还是很经济实用的。援多米尼克国家体育场当地无工业污染，自来水纯净可直接饮用，观众集散大厅设饮水台和饮水龙头，直接由给水管网供水。3排水系统3.1生活排水系统援巴哈马国家体育场用地范围周围无市政排水管道，仅在西方向有一座城市污水提升泵站。红线以内污水分两个方向设置室外排水管，均自流汇集于南侧A井，控制点标高-1.08m，后由巴方负责统一提升处理。援多米尼克国家体育场西北侧均有两条给排水公司的市政排水管道，管径分别为-5/10- 300mm和200mm，排水体制为雨污分流制，生活污水可以直接排入市政管道。红线以内污水通过室外排水管自流汇集就近分别排至西北两侧的市政排水管道。3北京国家体育场：1层（6.8m）及以上污水自流排出室外，经3座100m化粪池处理后分东、南二路排至市政污水管道。0层及以下污水汇集至污水集水坑，用潜水泵提升排入室外污水管道；0层及以下废水汇集至废水集水坑，用潜水泵提升至室外雨水蓄水池后的雨水管道。3.2通气管的设置方式援巴哈马国家体育场：观众卫生间的排水设伸顶通气管，无法伸顶的通气管口沿看台下斜梁高空排放。由于观众卫生间瞬时排水量大且横支管长，排水横支管设环形通气管，通气管口在无窗处侧墙排放，其它处沿看台下斜梁高空排放。援多米尼克国家体育场也采用了伸顶通气和环形通气，无条件伸顶的通气管口沿看台下斜梁高空排放或在无窗处侧墙排放北京国家体育场：观众卫生间的排水设置专用通气立管和环形通气管。通气管口伸出顶层核心筒屋面，因其位于看台下的观众集散平台，为防通气管口受阻影响观众集散平台的环境，通气管口沿看台下斜梁尽量高空排放。由于观众卫生间瞬时排水量大且横支管长，排水横支管以环形通气为主，辅助设吸气阀以缓解支管内的气压波动，保护水封不被破坏。在立管底部设正压调节器，消除立管底部的正压波动。卫生间污水和厨房污水机水坑人孔采用密闭防臭井盖，其通气管接入通气系统。3.3比赛场地排水系统援巴哈马国家体育场：场内设内环沟和外环沟，内环沟沿足球场草坪外沿和跑道内圈设置；外环沟沿看台防爆沟和跑道外圈设置。足球场排水系统为渗、排结合的方式，一部分经草坪级配层入渗到排水盲管，一部分草坪雨水和跑道雨水经径流，都由内环沟汇流后经雨水管排至场外雨水管道系统。外环沟汇集跑道外场地、飘落到观众看台的少量雨水。飘落到观众集散平台的少量雨水由建筑专业组织坡向散流，飘落到观众看台的少量雨水通过建筑专业组织坡向和看台底部的雨水孔（建筑专业处理）最终排入场地外环沟。援多米尼克国家体育场为专业板球场，无环形田径跑道，根据建筑情况，内环沟沿板球场草坪外沿和看台防爆沟设置，外环沟沿场外看台外设置。前期考察了解到当地地质条件为砂质土壤渗水性很好，板球场排水原设计为在场地草坪下铺设250mm厚卵石层连通内-6/10- 环沟，起渗透排水作用，暴雨渗排不及时以1.0%坡度地面径流至内环沟。考虑到当地经济欠发达，板球运动也无法在暴雨中进行，所以没有设计盲管排水，后来国际板球运动联合组织ICC介入后以ICC赛场标准要求增设盲管排水，无奈还是在施工后期变更增出了此项投资。北京国家体育场：场内设内环沟和外环沟。足球场排水系统为渗、排结合的方式，一部分经草坪级配层入渗到排水盲管，再汇流到雨水蓄水池；一部分草坪雨水和跑道雨水径流到沿跑道内圈设置的内环沟，再通过初期弃流池后进入雨水蓄水池。比赛场为下层场地，比市政道路低近2m，场地雨水靠压力提升排出，在雨水蓄水池内设3台溢流排水泵，排水3泵能力按50a重现期的暴雨量设计，为3台882m/h、排出管口径为DN350的排水泵。同时在地下1层南区雨洪利用机房、消防泵房内设置2台水环式真空泵，与比赛场草坪盲管相连，可在大雨、暴雨时强制抽吸降落在比赛场草坪的雨水。场地工艺施工图均另由体育工艺专业设计。3.4雨水援巴哈马国家体育场屋面雨水设计为重力流系统，屋面和比赛场地设计重现期P=10a，室外路面设计重现期P=5a。全场雨水经内、外环沟汇集后，接入雨水管道，分四个方向汇集于南、北两侧B、C井，控制点标高-1.270m，后由巴方负责统一提升处理。援多米尼克国家体育场屋面雨水设计为重力流系统，屋面和比赛场地设计重现期P=10a，室外路面设计重现期P=5a。全场雨水经内、外环沟汇集后，接入雨水管道排至场地北侧罗索河。北京国家体育场：屋面雨水设计为重力式与虹吸式排水组合系统，系统之间通过集水2槽转换，共分42个独立单元。每个单元中，屋面排水天沟中设置重力雨水斗，约500m范围内的膜单元及其围护结构内的雨水以重力排水方式接入悬吊在屋面主围护结构梁下的一个水平集水槽，集水槽槽内设置虹吸式雨水斗；2~3个相近标高的集水槽内的虹吸式雨水斗由一条虹吸排水选调管和立管连接，立管沿建筑外围框架指定位置的钢制立柱下降到楼板以下，沿顶板敷设出户至第一个检查井，并排入建筑物周围的雨水管道系统。暴雨重现期：重力系统P≥100a、虹吸系统P=100a、集水槽溢流P=100a，集水槽是屋面雨水的溢流排水出口。当降雨强度超过4.43mm/min（50a重现期）时，部分集水槽可能集水，随着降雨强度不断增大，积水将不断加深；当降雨强度超过4.93mm/min（100a重现期）时，部分集水槽可能从顶部发生溢流。-7/10- 4消防4.1室外消防援巴哈马国家体育场室外消火栓采用低压制，在红线内中水环管上接出12套室外消火栓，供城市消防车吸水，另外在比赛场地的4个入口附近设置4套地下式消火栓，可供消防车进入中心场地对看台部分和进入场地内的各种车辆进行保护。援多米尼克国家体育场室外消火栓采用低压制，在红线内给水环管上接出6套室外消火栓。北京国家体育场室外消火栓采用低压制，在红线内给水环管上（注，不是回用水环管）接出13套室外地下式消火栓，另外在比赛场地的4个入口附近设置4套地下式消火栓。4.2室内消火栓援巴哈马国家体育场的室内消火栓系统采用临时高压系统，设有专用消火栓管道系统、消火栓系统加压泵、屋顶水箱、增稳压装置（与喷淋系统合用）和2套水泵接合器。援多米尼克国家体育场的室内消火栓管网由红线内的给水环管直接供水。北京国家体育场：采用临时高压系统，设有专用消火栓管道系统、消火栓系统加压泵和增稳压装置。管网系统竖向不分区，全场为一个消火栓供水系统，平时消火栓管网由屋顶水箱和消火栓增稳压设备保证系统最不利消火栓的压力要求，系统最大静压不大于0.8MPa，最大动压不大于0.5MPa。设3套地下式水泵接合器，分别在南北两处。4.3自动喷水灭火系统87版《建筑设计防火规范》关于体育场的自动喷水灭火系统设置范围没有明确规定，2006年12月1日开始执行的新《建筑设计防火规范》GB50016-2006第8.5.1.3条明确规定“超过5000人的体育场的室内人员休息室与器材间等”要设自动喷水灭火系统。援巴哈马国家体育场初设时，还在执行87版《建筑设计防火规范》，所以没有设计喷淋系统，而施工图修补一致持续到了2007年，所以后来按新《建筑设计防火规范》增加了喷淋系统。采用湿式系统，在室内人员休息室与器材间等室内封闭围护结构房间布置了喷头。为临时高压系统，设专用自动喷水管道系统、喷淋加压泵、屋顶水箱、增稳压装置（与消火栓系统合用）和2套水泵接合器，共设4套湿式报警阀。援多米尼克国家体育场施工图没有设计自动喷水灭火系统。北京国家体育场：除设备机房、水箱间、卫生间、楼梯间、无可燃物的管道层、观众-8/10- 集散平台及不能用水扑救的场所外，其余有封闭围护结构的空间均设有自动喷水灭火系统。0层环行车道、停车库采用预作用系统；其它部位均采用湿式系统。采用临时高压系统，设专用自动喷水管道系统、加压泵和增稳压装置，全场竖向为一个供水区，平时管网由屋顶水箱和增稳压设备保证系统压力。共设20套湿式报警阀、16套预作用报警阀，分散设置在12个核心筒附近的报警阀间。分别在南北两处各设1套地下式水泵接合器。4.4其它灭火系统援巴哈马国家体育场和援多米尼克国家体育场都设有柴油发电机房，采用气体灭火系统，设计为气溶胶灭火系统，灭火气体的释放由两路火灾探测器提供信号。北京国家体育场：有两处柴油发电机房，采用水喷雾灭火系统，设专用水喷雾加压泵20台、雨淋阀，选用适合闪电大于60℃可燃液体高速水喷雾喷头，雾化角度120，工作压力0.35~0.5MPa。设3套地下式水泵接合器，分别在南北两处。此外，北京国家体育场的中控室、供电主变电室、通讯设备间、数据网络主机房、CATV控制室、电视转播机房等设计了气体灭火系统，为烟烙尽或备压式FM200组合分配系统，分别设置2个钢瓶站（0层中控室、数据网络主机房区，地下1层电视转播区）。4.5消防用水量和水源表4各系统的用水量标准及一次灭火用水量水喷雾（柴油室外消火栓室内消火栓自动喷淋发电机房）用水量标准30L/s30L/s28L/s--援巴哈马火灾延续时间2h2h1h--国家体育场333一次灭火用水量216m216m100.8m--用水量标准30L/s20L/s----援多米尼克火灾延续时间2h2h----国家体育场33一次灭火用水量216m144m----2用水量标准30L/s40L/s28L/s20L/min*m北京火灾延续时间3h3h1h0.5h国家体育场3333一次灭火用水量324m432m100.8m60m援巴哈马国家体育场在西看台北侧一层设消防喷灌合用泵房和一座消防喷灌合用水3333池，容积410m（室内消火栓216m、喷淋100.8m、草坪喷灌88m），由中水环管供水。-9/10-援多米尼克国家体育场的室内外消防均由市政管网直接供水，故没有设泵房与水池。 北京国家体育场：回用水（收集处理后的雨水、旱季的市政优质中水）作为室内消火栓系统的消防水源，自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统和室外消火栓系统水源为市政自来水。在地下1层南侧雨洪利用机房、消防泵房内设室内消火栓系统与回用水系统调节水333量合建水池902m（室内消火栓532m、草坪喷灌和中水系统调节水量共370m）；水喷雾3和自动喷水灭火系统另建110m水池（两个系统不同时作用，所以水量不叠加）。5结语盛世奥运，北京国家体育场项目是向世界展示我国技术、文化乃至管理水平的窗口，在设计建设中也体现了建筑给排水行业内的最新理念与技术发展。而笔者参加设计的两座中小规模体育场主要是以经济实用为主，所以在设计理念与规模上还是有很大差距的。本文对比了体育场给排水设计的各大系统，对施工图设计的设备、材料的定位、选用，系统控制等不能一一详尽论述。以鸟巢为参照，可以在今后的体育场设计中做到胸有成竹。Theend.-10/10-'