高品质教育建筑给排水消防设计探讨与分析

高品质教育建筑给排水消防设计探讨与分析

程高智    

南京长江都市建筑设计股份有限公司 江苏 南京 210000

摘要：随着经济、教育和科研水平的提升，教育建筑呈现出体量较大，空间变化复杂，功能日新月异的特点，本文基于安全、环保、健康、舒适、节能的设计理念，为应对新形势下高品质教育建筑的要求，笔者以南京外国语学校（以下简称南外）给排水消防设计为例，探讨高品质教育建筑的一些设计要点，可以供同行参考和借鉴。

  关键词：给排水消防  教育建筑  剧场  热水系统

南外的总用地面积是9万多平方米，总建筑面积是18万多平方米，包含国际高中、国内高中、宿舍楼、剧场、体育馆等。设有一层地下室，功能为教学活动区、接待区、机动车库、设备用房等，通过下沉广场、地上连廊、楼梯等各栋楼融会贯通。

一、给水系统

1.1 生活给水

本项目以市政给水为水源，从市政的给水管网上引入一根DN250给水管，在地块内成环状布置，供给整个校区生活给水以及消防给水用。引入管处市政给水压力约0.22Mpa，地下室、各单体1~2层生活给水由市政管网直接供给，3~9层采用水池、水泵变频恒压供水。给水管的管材采用薄壁不锈钢管，经久耐用、耐高温、耐高压、抗腐蚀性能高。

1.2 直饮水给水

本项目教学楼、宿舍楼、图书楼采用分散式直饮水机系统，即在末端用水点设置分散式直饮水机；室外体育场周边采用集中式直饮水系统。直饮水机房设置在贴近用水点地下一层专用设备机房，并设有水质在线监测系统，管道直饮水系统的供水水质要求应符合行业标准《饮用净水水质标准》CJ94的要求。

1.3 洗衣房给水

经自来水公司反馈及项目高品质要求，对洗衣房的用水进行软化处理，经过处理的水质硬度不大于50mg/L。软水处理机房设在地下一层设备间，并宜靠近洗衣房。

1.4实验室给水

若需纯水则需反渗透等装置制备纯水，无特殊要求采用自来水。由于化学生物实验室的特殊性，当实验室给水水嘴的工作压力大于0.02MPa，急救冲洗水嘴的工作压力大于0.01MPa时，应采取减压措施[1]。另生化实验室需设置紧急冲淋装置。

二、热水系统

本项目对有热水需求的建筑宿舍楼、剧场食堂、体育馆淋浴间等设置集中热水系统，因三栋楼距离相对较远，且用水需求特点各异，故本项目设置三套独立的热水系统。

2.1 宿舍楼热水系统

宿舍楼1600余师生，热水系统采用太阳能集中热水系统，由燃气热水器辅热。在屋面集中设置840平太阳能集热器，热水机房设置在地下室，热水机房内设置开式储热水箱67.5T，供热水箱30T和15台99Kw燃气热水器，储热水箱内的水由太阳能直接加热，加热后进入供热水箱，供热水箱与燃气热水器进行循环加热，加热后的热水分别由低区和高区热水加压泵供至各用水点。宿舍楼采用干管循环，系统分两个区，与给水系统分区相同。采用上供下回的系统方式，整个管路采用同程布置，在立管底部设置平衡阀，保证各立管回水管处压力相对均衡。末端采用恒温混水阀，保证使用的舒适性，避免出水忽冷忽热。

2.2剧场食堂热水系统

剧场一层和地下一层设有厨房，因绿建要求同样采用太阳能集中热水系统，燃气辅热。在屋面集中设置430平玻璃真空管太阳能集热器，地下一层热水机房内设置开式储热水箱26T、供热水箱10T，燃气热水器设置于一层设备房内。运行与控制方式同宿舍楼热水系统。

2.3体育馆热水系统

体育馆由于屋顶造型采用弧形穹顶式无法设置太阳能集中热水系统，为满足绿建节能要求，体育馆采用空气源热泵系统替代太阳能热水系统。在体育馆北侧绿地范围内，设置空气源热水机组及储热水罐。辅助热源为室外型燃气热水器，与空气源热泵的机组成组布置。加热后进入加热水箱，储热水箱采用承压闭式水箱，加热水箱与储热水箱串联，采用直热式热泵主机3台，单台制热量42KW，热水分仓储存在30个模块化闭式水箱中，加热后的热水由热水加压泵供至各用水点。

三、排水系统

本工程采用雨、污水分流。雨水收集后排入市政雨水管道，污水收集后排入市政污水管道。

3.1 污废水排水系统

3.1.1卫生间排水

小型的卫生间排水采用立管伸顶通气的方式排水，宿舍楼及部分大型公共卫生间经水力计算采用专用通气立管的方式排水。地下活动场所的卫生间的排水方式采用污水提升设施压力排水，排至室外污水井，污水的提升装置采用成品装置，污水的提升器设置通气立管。在污水提升井内设置小型集水坑，用以排除污水提升井内残留污水。

3.1.2 厨房排水

本项目一层及地下一层设有公共厨房，供应整个校园师生餐饮所需。

厨房废水采用两级隔油处理，一级采用简易隔油装置，处理后再排入一体化隔油设备间，经处理达标后排至室外污水井。由于厨房布置初期功能细分不明确，为方便后期厨房器具灵活布置，采用整体降板的形式，方便卫生器具及排水沟的布置。另地下一层设置厨房时，为保证废水重力接入一体化隔油装置，隔油设备间需整体下沉，并建议设置楼梯，方便接管及后期检修。隔油设备间设置小型集水坑，用以排除隔油设备间地面积水。

3.1.3实验室废水排水

中学教室设有化学实验室，生物实验室等，会产生相关实验废水。主要的污染物有酸性和碱性废水、以及部分的重金属离子。本项目在地下室设置一体化实验废水处理装置，监测主要污染物质，处理达标后排入室外污水井。需注意实验室废水收集系统，尽量集中布置，避免收集系统管道过长，实验废水收集点过于分散。

3.1.4 地库及设备房废水排水

设备房中涉及有水房间，需考虑设置排水措施。地上空调机房等需考虑设置直通地漏，间接排至地库集水坑或室外雨水沟头。设置在地库内的生活泵房、热水机房、空调机房、消防泵房、报警阀间等需根据需要的排水能力设置集水坑及污水提升泵。并根据需要设置排水明沟，明沟尽量贴机组布置，保证排水的合理性。

3.2雨水排水

3.2.1屋面排水

本项目除宿舍楼外均为多层建筑，在女儿墙设置溢流口会影响立面效果，故本工程不考虑设置溢流口，雨水排水管道的排水能力按照重现期为100年的雨水量来考虑，采用重力流的雨水系统。雨水排水因立面要求，均采用内排水。体育馆因造型要求，且汇水面面积较大，采用虹吸雨水系统，顶板下有足够空间敷设虹吸雨水悬吊管。

3.2.2连廊雨水排水

教育建筑多设有敞开式连廊，下雨时会有侧向雨水飘入。建筑专业需设置连廊排水浅沟，有组织排水，从教室门口向连廊找坡，避免雨水径流入教室。连廊应考虑雨天地面防滑措施，保障学生出行安全。

3.2.3下沉广场及坡道雨水排水

本项目空间布局复杂，设有多处下沉式广场，且对下沉广场美观性要求较高。下沉广场排水按照100年重现期的雨水量来设计，集水坑内潜水泵及阀门附件采用隐藏式设计，均设在集水坑内，出水管包封在地库柱子铝板幕墙内，保证下沉广场整体的美观性。汽车坡道及非机动车坡道排水均按照100年重现期来设计，保障安全性。

四、消防系统

本项目教学楼、剧场、体育馆、图书馆、宿舍楼等通过连廊及地库相连，各单体均在地库投影范围线内。设置有效容积1170吨消防水池，分为两座，宿舍楼屋顶设有36吨一体化稳压消防水箱。本项目按照相关规范设有室内外消火栓系统以及自动喷淋系统。室内消火栓的设置，应尽量暗敷，且考虑学生热爱嬉戏打闹的特点，采取防撞措施，且消火栓箱门不应采用玻璃材质，避免学生打闹时误伤，尽量采用金属材质的消火栓箱门。

喷淋系统应关注喷头的选用，装饰目前常选用格栅吊顶及拉丝网孔吊顶。注意复核此类通透性吊顶的通透率，一则是提升喷水强度，二来当通透性吊顶通透率小于70%时，应设置上下喷，下喷喷头需设置挡水板。对于高大净空场所，需根据场所的高度，选取喷头相应类型的K值，最终满足其对应场所的喷水强度。另特殊场所喷头动作温度应有说明，如建议汽车坡道车入口及大型吊灯附近采用72度易熔合金喷头；洗衣房、餐厅厨房（排油烟罩外）采用93℃喷头，厨房排油烟风道内采用动作温度为260°C的喷头；玻璃顶下方经常接受阳光直射的区域喷头采用121℃喷头。

本项目在地下室下沉庭院与室外空间分割处设有防火玻璃，此防火玻璃难以同时满足耐火隔热性1h和耐火完整性1h的要求，采用窗玻璃冷却系统，系统应独立设置。室外空间无可燃物，故仅在室内一侧玻璃设置冷却喷头，喷头的布置原则参GB50084-2017 5.0.15条。

本项目设有超800人中型剧场，按照剧场规范舞台栅顶下方宜设置雨淋系统。在千人剧场舞台的葡萄架下方，设置雨淋系统，火灾危险等级按严重危险Ⅱ级考虑。分一个主舞台和两个侧舞台，经计算，雨淋系统的消防用水量是120L/h，火灾的延续时间取1h。舞台口未设防火幕，根据规范规定，当设置防火幕有困难时，宜设置防火分隔水幕。故本项目在舞台口设置防火分隔水幕系统，设计参数：喷水强度 2L/s·m，舞台口洞口宽度15m，火灾延续时间3h。

在教学楼中庭区域净空的高度超过18米，设置大空间喷射型自动射流灭火装置。单个标准射水流量5L/s，标准的工作压力0.8 MPa，保护半径为 25 m，安装高度8~15 m。

另本工程变电所、用户变、数据中心，重要档案室、UPS机房采用七氟丙烷预制无管网灭火装置进行保护，需设置泄压口。在变配电机房、开关站等电气用房设计浓度采用9%，设计喷放时间不应大于10s。在电子计算机房设计浓度采用8%，设计喷放时间不应大于8s，重要档案室设计浓度采用10%，设计喷放时间不应大于10s。

五、海绵城市

根据南京市的海绵城市规划建设指南及当地规划要点要求，本项目规划红线范围内实现年径流总量控制率不低于80%，对应设计降雨量31.2mm，面源污染（SS）削减率不低于50%。

设计方案主要是利用下凹式绿地来对初期雨水进行源头上的净化，替换雨水回用设施前的净化系统。屋面雨水污染物较少，结合雨水管和地下管线的布局，将建筑周边绿地设置为下凹式绿地，雨水管直接散排，使屋面雨水能够在源头进行调蓄、入渗和净化处理。在绿化面积较大区域，结合景观方案，合理设置雨水花园，通过路牙开口和转输型植草沟等导流措施，衔接和引导道路和硬质地面雨水径流至雨水花园后入渗调蓄。另项目设有两处各500立方有效容积雨水回收池，并根据室外景观浇洒，景观水体补水规模等设置雨水处理设施。把握“渗滞留蓄净用排”六字方针，践行环保理念。

六、结论

本文从安全、环保、健康、舒适、节能的设计理念，以南外为例，简要阐述了本项目给排水消防设计的重难点及控制点，为设计师从事教育建筑设计提供一些参考，提升教育建筑设计品质，保障教育基础设施建设。

参考文献

1. GB50099-2011 中小学校设计规范
2. JGJ 57-2016剧场建筑设计规范
3. GB50015-2019 建筑给水排水设计标准
4. GB50974-2014 消防给水及消火栓系统技术规范
5. GB50084-2017 自动喷水灭火系统设计规范