楊巧云，張月雷，劉洞陽

(1.中國石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計分公司,北京 100085; 2.中國科學(xué)院高能物理研究所,北京 100049; 3.中國建筑設(shè)計研究院有限公司,北京 100044)

0 引言

中小學(xué)、幼兒園建筑服務(wù)對象具有特殊性,與其他公共建筑設(shè)計具有不同的要求。為了保證設(shè)計質(zhì)量、同時滿足安全、衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)、舒適等的要求,本文以北京市西城區(qū)某歷史街區(qū)中小學(xué)及幼兒園建筑項目為例,依據(jù)國家級地方現(xiàn)行的規(guī)范JGJ 39—2016托兒所、幼兒園建筑設(shè)計規(guī)范、GB 50099—2011中小學(xué)校設(shè)計規(guī)范、GB 50015—2019建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、GB 50555—2010民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、GB 50336—2018建筑中水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、GB 50016—2014建筑設(shè)計防火規(guī)范、《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》,闡述了用地緊張情況下中小學(xué)及幼兒園建筑給水排水設(shè)計過程中的要點,強(qiáng)調(diào)了設(shè)計中易忽略的細(xì)節(jié)和此類建筑需要注意的方向,以達(dá)到人性化設(shè)計、提高設(shè)計質(zhì)量。

1 項目概況

本項目地上功能包含九年一貫制學(xué)校15 731 m2及幼兒園3 000 m2,由北向南依次為1號中學(xué)、2號小學(xué)、3號小學(xué)、4號幼兒園(見圖1);地下功能包含學(xué)校用房、食堂、設(shè)備及輔助用房及停車庫共21 124 m2,建筑高度為18.95 m。項目需要注意的問題:1)項目位于北京市西城區(qū)歷史街區(qū),需在用地緊張的條件下滿足教學(xué)功能的要求,創(chuàng)造高品質(zhì)的校園環(huán)境的問題,將約2.1萬m2的建筑面積(包括學(xué)校用房、食堂、設(shè)備、輔助用房及停車庫)置于地下,通過下沉庭院解決地下部分的采光通風(fēng)問題。2)項目紅線內(nèi)室外布管限制條件多,西側(cè)為田徑場和看臺,東側(cè)紅線與建筑之間僅有的6 m寬的綠化帶,其下方還敷設(shè)了長16 m寬5 m的雨水調(diào)蓄池,建筑給水引入管以及排水出戶管只可從北側(cè)路面下方-1.8 m的降板區(qū)域內(nèi)以及南側(cè)布置(見圖2)。3)項目功能包括中小學(xué)及幼兒園,此類場所對系統(tǒng)的安全性、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及噪聲要求更高。

2 給水排水設(shè)計

根據(jù)學(xué)校功能要求,該項目給水排水系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容包括建筑內(nèi)給水、中水、熱水、排水、雨水、消火栓系統(tǒng)、自動噴淋滅火系統(tǒng)及滅火器配置。由于地理位置以及服務(wù)人群特殊性,給水排水設(shè)計具有一定難度及特殊性。

2.1 給水系統(tǒng)

本項目水源為用地南側(cè)和東側(cè)市政給水管網(wǎng)引入兩路市政給水管道,引入管上裝設(shè)總水表和倒流防止器。市政給水管網(wǎng)供水壓力為0.14 MPa～0.18 MPa。學(xué)校給水豎向分為兩個區(qū):1層及1層以下部分為低區(qū),由市政給水管直接供水;2層及以上部分為高區(qū),由水箱+變頻加壓設(shè)備供水。按照J(rèn)GJ 39—2016托兒所、幼兒園建筑設(shè)計規(guī)范當(dāng)設(shè)置水箱時,應(yīng)設(shè)置消毒設(shè)備,并宜采用紫外線消毒方式,本項目給水水箱消毒方式采用了紫外線消毒[1](見圖3)。從舒適性考慮,用水點處水壓不得大于0.2 MPa[2]。大于0.2 MPa的配水支管設(shè)置減壓閥。低區(qū)地下1層及地下2層進(jìn)行支管減壓,高區(qū)2層進(jìn)行支管減壓。

根據(jù)JGJ 39—2016托兒所、幼兒園建筑設(shè)計規(guī)范,為了保證嬰幼兒生活單元房間安靜舒適,產(chǎn)生噪聲的各種供水機(jī)房不得與這些房間或無泵房設(shè)備貼臨設(shè)置[2]。根據(jù)GB 50099—2011中小學(xué)校設(shè)計規(guī)范加壓泵房在運行中存在噪聲,加壓泵房宜獨立建造,并布置在主體建筑以外[3]。本項目用地緊張,地上單獨設(shè)置泵房難以實現(xiàn),最終水泵確定在地下2層距離幼兒園區(qū)域較遠(yuǎn)的人防區(qū)域外(見圖4)。為了降低水泵房泵房噪聲采取了以下措施:1)水泵安裝在預(yù)制混凝土底座上,底座與地基之間設(shè)置彈簧隔振器;2)泵房管道采用橡膠軟接頭連接,管道外設(shè)置阻尼材料;3)吊架、支架利用彈簧隔振器與墻體連接;4)水泵房門為隔聲門;5)加壓泵選型時采用超低噪音變頻泵[4]。

2.2 中水系統(tǒng)

按照GB 50336—2018建筑中水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)大于20 000 m2的文體類建筑宜設(shè)置中水系統(tǒng)。本項目中水由北側(cè)市政路的城市再生水管網(wǎng)供應(yīng),供水水壓為0.18 MPa,中水豎向分區(qū)同給水,用水點處水壓大于0.2 MPa的配水支管設(shè)置減壓閥。為托兒所、幼兒園提供安全、健康、衛(wèi)生的活動場所,JGJ 39—2016托兒所、幼兒園建筑設(shè)計規(guī)范中規(guī)定托兒所、幼兒園不應(yīng)設(shè)置中水系統(tǒng),因此本項目中水系統(tǒng)本供水部位為:中小學(xué)區(qū)域的沖廁、中小學(xué)區(qū)域綠地澆灌、車庫沖洗等。

2.3 生活熱水系統(tǒng)

本項目教學(xué)樓區(qū)域衛(wèi)生間采用分散式熱水供應(yīng)系統(tǒng),職工淋浴間及食堂采用集中式熱水供應(yīng)系統(tǒng)。公共衛(wèi)生間熱水供應(yīng)部位僅為洗手盆且衛(wèi)生間位置分散,采用分散式電加熱器制備熱水,管網(wǎng)短、熱損失小。地下1層廚房及職工淋浴間等耗熱量較大且用水時段固定的用水部位,單獨設(shè)置了集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)。廚房及職工淋浴間熱水系統(tǒng)采用集中集熱太陽能系統(tǒng),間接加熱的方式,太陽能集熱器設(shè)于教學(xué)樓屋面。

設(shè)計耗熱量根據(jù)GB 50015—2019建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)全日集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)公式6.4.1-1進(jìn)行計算。食堂按照熱水用水定額為10 L/(人·d),中小學(xué)用水人數(shù)約1 200人,幼兒園用水人數(shù)約200人。職工淋浴間60 L/(人·d),用水人數(shù)約100人。設(shè)計小時耗熱量為1 182 111 kJ/h。太陽能系統(tǒng)采用可承壓集熱器,集熱面積400 m2。太陽能熱水作為生活熱水系統(tǒng)的預(yù)加熱熱源。熱水先經(jīng)太陽能熱源換熱后,如溫度達(dá)不到設(shè)計要求,再經(jīng)電能繼續(xù)加熱。平均日產(chǎn)熱水量約18 m3。集熱系統(tǒng)為閉式機(jī)械循環(huán)集熱。集熱系統(tǒng)與輔熱設(shè)備間采用自動聯(lián)鎖控制,達(dá)到充分利用太陽能熱源的目的。集熱器和換熱罐之間設(shè)循環(huán)水泵,循環(huán)泵由溫差控制,溫差大于10 ℃時啟泵,小于5 ℃時停泵。溫差為集熱器出口水溫和換熱罐出口處水溫之差,換熱罐內(nèi)水溫大于60 ℃時強(qiáng)制停止循環(huán)泵(見圖5)。

2.4 污廢水系統(tǒng)

本項目南側(cè)與北側(cè)排水無法匯合在一起,在南北兩側(cè)分別設(shè)置了化糞池。2號—4號樓污水就近南側(cè)或東南側(cè)出戶,污水排至南側(cè)化糞池之后排到市政管網(wǎng)?？紤]污水管道坡度和層高要求,1號樓由北側(cè)-1.8 m降板區(qū)域出戶,污水經(jīng)北側(cè)化糞池排至市政污水管網(wǎng)。由于北側(cè)埋深受限,為了室外雨水及污水主干管線交叉,設(shè)計時提前進(jìn)行了室外路由設(shè)計,確定了化糞池位置。為了保證室內(nèi)排水管線不穿梁,排出管管頂標(biāo)高不得低于室外接戶管管頂標(biāo)高,管線需在降板區(qū)域建筑做法完成之后的高度(-1.5 m)之上,本項目設(shè)計出戶管線標(biāo)高時,假設(shè)降板末端室外接戶管管底標(biāo)高為-1.5 m,反推出戶管最低標(biāo)高。同時,起始處污水井連接的污水出戶管的標(biāo)高應(yīng)低于交叉處雨水主干管高度,最終確定污水出戶管最低標(biāo)高。根據(jù)最低出戶標(biāo)高,管道最小坡度及梁高核驗1號樓內(nèi)的污水管線是否會穿梁,對于存在穿梁風(fēng)險的管線,先在首層頂板下轉(zhuǎn)換至靠近北側(cè)外墻的位置之后由地下1層頂板排出。

本項目中小學(xué)首層設(shè)有化學(xué)實驗室和生物實驗室。由于酸堿廢液會腐蝕鑄鐵管道,根據(jù)GB 50099—2011中小學(xué)校設(shè)計規(guī)范實驗室化驗盆排水口應(yīng)裝設(shè)耐腐蝕的擋污箅,排水管道應(yīng)采用耐腐蝕管材,實驗室區(qū)域采用PVC管。實驗室廢水單獨排放,先經(jīng)酸堿中和池后再排至室外污水管網(wǎng)[5]。

食堂廚房位于地下1層,廚房下方為人防區(qū)域,隔油間設(shè)置于地下2層非人防區(qū)域。即使同程排水,廚房污水也難以跨越人防區(qū)域,最終廚房污水先利用污水提升泵提升地下1層頂板,經(jīng)轉(zhuǎn)換排至地下2層隔油器間進(jìn)行隔油之后排至室外污水管網(wǎng)(見圖6)。廚房排水需先經(jīng)排水溝,排水溝前應(yīng)設(shè)置網(wǎng)格地漏,殘渣應(yīng)盡可能攔截在溝渠中,以免堵塞壓力提升管道[6]。

王真杰等[7]通過實驗檢測發(fā)現(xiàn)塑料及塑料類管材的噪聲均比鑄鐵管高,由于鑄鐵管密度大,阻隔聲音的性能更加優(yōu)異。螺紋管的噪聲比普通光壁管還大,聚丙烯超靜音管也不靜音,效果不如鑄鐵管。新型的旋流三通與聚丙烯超靜音管組合后,噪聲只有在流量小于2 L/s的時候才低于鑄鐵管。綜合考慮,室內(nèi)重力流排水管采用了鑄鐵管,壓力管道采用鍍鋅鋼管。排水檢查井避開學(xué)生活動區(qū)域,檢查井均設(shè)置防墜網(wǎng)。

2.5 雨水系統(tǒng)

本項目南北兩側(cè)分別設(shè)置了雨水調(diào)蓄池。2號—4號樓雨水就近南側(cè)或東南側(cè)出戶,雨水先進(jìn)入南側(cè)雨水調(diào)蓄池后排至市政雨水管網(wǎng)。1號樓以及田徑場雨水排至北側(cè),雨水先進(jìn)入北側(cè)雨水調(diào)蓄池后排至市政雨水管網(wǎng)。北側(cè)起始端出戶管標(biāo)高設(shè)計同污水系統(tǒng),不滿足梁下敷設(shè)要求的在首層進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

屋面雨水均由雨水斗收集,雨水斗設(shè)于屋面。管道系統(tǒng)設(shè)置在室內(nèi),排至室外雨水管道。車庫坡道、下沉庭院部位的雨水由潛水泵提升排除。雨水量按照北京暴雨強(qiáng)度公式計算:

q=2 001×(1+0.811·lgP)/(t+8)0.711

(1)

其中,q為設(shè)計暴雨強(qiáng)度,L/(s·hm4);P為重現(xiàn)期,a;t為降雨歷時,min。

本項目為中心城區(qū)的歷史街區(qū)的學(xué)校,按照GB 50016—2014建筑設(shè)計防火規(guī)范本項目屬于重要公共建筑,所以屋頂雨水設(shè)計重現(xiàn)期取10 a,降雨歷時應(yīng)按5 min。溢流設(shè)施按總排水能力不應(yīng)小于50 a重現(xiàn)期的雨水量,溢流口設(shè)置時要避開下沉庭院四周的墻體。下沉庭院雨水設(shè)計重現(xiàn)期為50 a,降雨歷時5 min。根據(jù)規(guī)范要求,當(dāng)下沉式廣場與建筑物的出入口相連接時,集水池有效容積宜按最大一臺排水泵5 min的出水量計算。4個下沉庭院雨水量分別為26.5 L/s,27.7 L/s,27.6 L/s,27.6 L/s,下沉庭院雨水集水坑內(nèi)設(shè)潛水泵兩臺,可同時使用,水泵流量均取15 L/s。潛水泵的運行受雨水泵坑內(nèi)水位控制,根據(jù)雨水量的大小,依次運行1臺、2臺。為了防止雨水進(jìn)入室內(nèi),下沉庭院門口前設(shè)置線性雨水溝[8]。

2.6 消火栓系統(tǒng)

按照GB 50974—2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范,室外消火栓設(shè)計流量為40 L/s,本項目具有圖書館功能,室內(nèi)消火栓流量取40 L/s。室外消火栓用水由城市自來水直接供給,與生活給水共用室外供水管網(wǎng)。室內(nèi)消火栓系統(tǒng)采用臨時高壓給水系統(tǒng),平時系統(tǒng)壓力由高位消防水箱和穩(wěn)壓泵維持。室內(nèi)存在凈空高度11 m的場所,消火栓栓口動壓不應(yīng)小于0.35 MPa。消火栓栓口動壓力不應(yīng)大于0.5 MPa,大于0.5 MPa的地下1層、地下2層,采用減壓穩(wěn)壓型消火栓。

在中小學(xué)以及幼兒園設(shè)計中,室內(nèi)消火栓的設(shè)置非常重要。室內(nèi)消火栓盡量設(shè)置于樓梯間、公共衛(wèi)生間等位置。根據(jù)JGJ 39—2016托兒所、幼兒園建筑設(shè)計規(guī)范,當(dāng)設(shè)置消火栓滅火設(shè)施時,消防立管閥門布置應(yīng)避免幼兒碰撞,并應(yīng)將消火栓箱暗裝設(shè)置。本項目消火栓均采用暗裝,且應(yīng)躲避結(jié)構(gòu)專業(yè)阻尼器。室內(nèi)消火栓箱的玻璃門發(fā)生破裂時,容易使學(xué)生受到傷害,根據(jù)GB 50099—2011中小學(xué)校設(shè)計規(guī)范中小學(xué)校的室內(nèi)消火栓箱不宜采用普通玻璃門,本項目采用鋁塑板門消火栓[9]。

2.7 自動噴淋滅火系統(tǒng)

按照GB 50016—2014建筑設(shè)計防火規(guī)范,本項目設(shè)置了送回風(fēng)道(管)的集中空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)且總建筑面積大于3 000 m2,應(yīng)設(shè)置自動噴淋滅火系統(tǒng)。根據(jù)GB 50084—2017自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范,室內(nèi)存在凈空高度11 m的場所,噴水強(qiáng)度區(qū)12 L/(min·m2),作用面積160 m2。計算設(shè)計流量時需考慮1.3的系數(shù),自動噴淋滅火系統(tǒng)設(shè)計流量取50 L/s。本項目自動噴淋滅火系統(tǒng)采用臨高壓系統(tǒng),平時系統(tǒng)壓力由高位消防水箱和穩(wěn)壓泵維持。系統(tǒng)最不利點噴頭工作壓力取0.1 MPa,配水管入口的壓力大于0.40 MPa時,設(shè)置減壓孔板進(jìn)行減壓。

除配電室不能用水滅火外,其余均設(shè)有自動噴淋頭保護(hù)。本工程教學(xué)樓、食堂等采用濕式系統(tǒng),無采暖地下車庫采用預(yù)作用系統(tǒng)。每個報警閥所負(fù)擔(dān)的最不利噴頭處,設(shè)末端試水裝置,每層每個防火分區(qū)的管網(wǎng)均設(shè)DN25的試水閥。為了防止學(xué)生開啟閥門,試水裝置和試水閥均設(shè)置于管井內(nèi),且試水閥設(shè)鎖定裝置。

地下停車庫、庫房、機(jī)房采用直立型標(biāo)準(zhǔn)面積覆蓋噴頭,車庫采用易熔合金金屬噴頭,工作溫度為68 ℃;無吊頂部位寬度大于1.2 m的風(fēng)管和排管下采用下垂型標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面積噴頭;有吊頂部位采用吊頂型標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面積噴頭,凈空高度8 m～12 m的場所采用K≥115的快速響應(yīng)噴頭;廚房內(nèi)灶臺上部等高溫作業(yè)區(qū)噴頭溫級為93 ℃,廚房內(nèi)其他地方為79 ℃,其余均為68 ℃;為了快速滅火,幼兒園區(qū)域采用快速響應(yīng)噴頭。

2.8 滅火器配置

根據(jù)GB 50140—2005建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范,變配電室按中危險級E類火災(zāi)配置滅火器,每處放置20 kg推車式磷酸銨鹽滅火器4具(噴咀處不得裝有金屬喇叭筒),保護(hù)距離40 m;地下車庫按中危險級B類火災(zāi),每處放置5 kg手提式磷酸銨鹽滅火器3具,保護(hù)距離12 m;廚房按嚴(yán)重危險級B類、C類火災(zāi),每處放置5 kg手提式磷酸銨鹽滅火器3具,保護(hù)距離9 m。為了防止學(xué)生磕碰,學(xué)?；顒訁^(qū)域單獨配置的滅火器箱應(yīng)設(shè)置在不妨礙通行處。

3 結(jié)論

1)為了增加使用功能面積,建筑專業(yè)通過設(shè)置地下庭院利用地下建筑面積時,應(yīng)合理設(shè)置雨水提升泵臺數(shù)以及根據(jù)建筑性質(zhì)選擇合適的暴雨重現(xiàn)期和降雨歷時。

2)對于地下室外墻緊鄰建筑紅線以緩解用地緊張的項目,采用降板才能滿足出戶條件時,建議先進(jìn)行室外管線設(shè)計,在滿足建筑使用功能的前提下確定最低降板高度,為了減少室內(nèi)重力流管道找坡產(chǎn)生的坡降,可提前走首層頂板下進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3)中小學(xué)及幼兒園建筑由于使用對象的特殊性,此類場所對系統(tǒng)安全性、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、噪聲等要求更高。在滿足常規(guī)規(guī)范的前提下,還應(yīng)因地制宜地采取安全措施、衛(wèi)生措施及降噪措施。