广州新白云国际机场航站楼雨水系统设计

　　广州新白云国际机场是我国首个按照中枢机场理念设计和建设的大型航空港。航站楼为机场的主体建筑，屋面雨水排水量巨大。比较了重力排水系统和虹吸排水系统的特点，并着重介绍了航站楼采用的屋面雨水虹吸排水系统中雨水沟、管道、雨水井的设计。系统使用半年多来，经历了广州几次较大暴雨的考验，运行良好。由于设计是在现行《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）发布实施前完成的，部分设计参数未达到现行规范要求，亦提醒设计人员在今后的设计中要有超前意识，使设计能在较长的时期内保持先进性。

　　1　工程概况

　　新机场坐落于广州现白云机场北面花都区与人和镇交界处，距广州市中心28km，占地1456h㎡分三期建设。首期工程建设2条飞行跑道，其中东跑道长3800m，宽60m；西跑道长3600m，宽45m.远期规划建设3条跑道。能满足包括A380型客机在内的世界上各类大型飞机起降要求。首期航站楼工程包括机场南半部客用大楼及相关的道路、停车场等工程。首期航站楼建筑面积33万㎡，细分为主航站楼、东连接楼、东一指廊、东二指廊、西连接楼、西一指廊、西二指廊。首期设计高峰小时飞机起降58架次，高峰小时客流量9300人；年飞机起降17万架次，年客流量2700万人，年货运量110万t.远期规划高峰小时飞机起降125架次，高峰小时客流量2185万人；年飞机起降36万架次，年客流量8000万人。

　　2　航站楼屋面概况

　　航站楼屋面由主航站楼、东西连接楼、东西指廊及东西高架连廊屋面组成，见图1.屋面采用大跨度的钢结构及张拉幕，水平投影总面积达17136万㎡，5min雨水总量达11041L/s（暴雨重现期P=20a，降雨强度为229mm/h），具体见表1。

　　3　航站楼雨水系统

　　3.1系统的选择目前可供选择的雨水排水系统有传统的重力排水系统及近二三十年兴起的压力排水（虹吸排水）系统。

图１　航站楼首期总平面设计

　　3.1.1重力排水系统重力排水系统为一般工程较常采用，由普通雨水斗、悬吊管、立管、埋地管及出户管等组成。其工作原理是利用屋面雨水本身的重力作用，由屋面雨水斗经排水管道自流排放。该系统有如下特征：

　　①由于该系统工作时，屋面雨水由雨水斗进入排水系统的过程中，过水断面收缩形成漩涡，水流夹带着空气进入排水系统，使整个系统呈气液两相流，空气占据了大约1/3的管道空间，因此排水管管径较大。

　　②按规范要求，重力流屋面雨水排水管系的悬吊管应按非满流设计，其充满度不大于0.8，且排水坡度不小于5‰，因此占据较多的建筑空间。

　　③由于单管连接的雨水斗不宜太多，因此使用的立管数量也较大。

　　④普通雨水斗排水量较小，因此系统使用雨水斗数量相对较多。以上这些水力特征，影响了重力流屋面雨水排水系统在大面积工业及公共建筑屋面排水中的运用。

　　3.1.2虹吸排水系统虹吸排水系统自1968年发明于欧洲以来，在欧洲应用已有30多年历史。屋面雨水虹吸排水系统的工作原理是利用屋面专用虹吸雨水漏斗实现气水分离，使系统呈负压状态形成压力排水。虹吸排水系统相对于重力排水系统，具有如下特征：

　　①降雨初

　　期系统为重力排水，随着雨量的增加，虹吸雨水斗利用空气挡板阻止空气进入系统形成真空，当管中的水呈压力流状态时，形成虹吸现象，不断进行排水，最终雨水管内达到满流状态。

　　②在降雨过程中，由于连续不断的虹吸作用，整个系统得以快速排放屋面雨水。

　　③虹吸排水系统管道均按满流有压状态设计，雨水悬吊管可做到无坡度敷设，当产生虹吸作用时，水流流速极高，有较强的自净能力。

　　④虹吸雨水斗是整个系统的关键所在，在额定流量范围内具有气水分离，防涡流等功能，单个最大排水能力达100L/s以上。通过比较，虹吸排水系统的优势是显而易见的，尤其在大屋面排水中其优势更明显。广州新机场航站楼的大部分屋面排水都采用了虹吸排水系统。

　　3.2虹吸排水系统在航站楼中的应用限于篇幅，本文主要介绍主航站楼的屋面排水。主航站楼屋面投影面积巨大，达64420㎡，按暴雨重现期P=20a，降雨强度229mm/h计算，5min的暴雨强度达4097L/s。由于屋面呈弧型设计，如此巨大的降雨量只能从东西两侧排放。东、西两侧各196m长的雨水沟分别承担50%的总降雨量，并要求雨水系统能迅速有效地排放屋面雨水。主航站楼屋面排水在设计上将屋面分成东、西向18块长条型的集水区，每块集水区从中间沿弧形屋面分别向东西两侧的雨水沟排水，见图2.在集水沟内，基本上对应每块集水区设一个虹吸排水系统，每个排水系统承担着巨大的排水量，最大一个区的集水量达179L/s。本设计采用了fastflowUV屋面虹吸排水系统的虹吸雨水斗，其中的UV122型设计排水量达120L/s，每个系统选用1～2个雨水斗已满足需要。主楼屋面共使用了40个UV122型虹吸雨水斗，设计排水能力达4800L/s，基本可满足整个屋面的雨水排放要求。

　　图2主航站楼屋顶平面示意

　　在雨水沟的设计方面，由于主航站楼屋面呈弧型设计，中间最高处与东西两侧的雨水沟高差达25m，巨大的高差使雨水汇集到雨水沟时产生较大的冲击力，为避免雨水冲出沟外，雨水沟的设计宽度达1m，深度达0.8m。由于每条雨水沟沿弧形屋面设置，不同位置的标高相差较大，为避免雨水过分集中到标高较低的雨水斗处，在雨水沟内根据每个集水区分段设置挡水板，使屋面雨水均匀排放。挡水板比雨水沟的设计水位低100mm，万一某个雨水斗意外堵塞，雨水可溢流到相邻的雨水斗排放，雨水沟剖面见图3。另外，在每个雨水斗的位置，各专门设计了一个有效容积1～118m3的不锈钢集水井，以保证系统能迅速形成虹吸。管道设计方面，基本上采用单斗或双斗排水系统，悬吊管水平或沿桁架构件安装。系统设计负压不低于-90kPa，大部分排出管的流速控制在4m/s以内。管材的选用：隐蔽部分采用卡箍式离心铸铁管；外露部分配合立面设计要求，采用不锈钢管，使不锈钢管与结构桁架完美地结合在一起，仿佛钢结构构件的一部分。雨水井设计方面，由于系统排出管雨水流速极高，流量极大（最高流速超过6m/s，流量达100L/s以上），要求雨水井壁能承受雨水的高速冲刷，同时能迅速地把大量的雨水排到室外管网，一般的雨水井显然不能满足要求。

　　图3　主航站楼屋面雨水沟剖面

　　针对航站楼虹吸排水系统的特点，专门设计了虹吸雨水井。雨水井平面净空尺寸1800mm×1500mm，高度视管道埋深而定，采用钢筋混凝土一次浇铸而成，铸铁井盖设有占总面积30%的泄压孔，剖面见图4。

　　图4　虹吸排水接入井剖面

　　东、西两侧的连接楼及指廊屋面排水设计方面连接楼屋面2/3面积采用虹吸排水。另1/3面积由于屋面造型关系，集水沟设在2层，因集水沟标高小

　　于5m，且有较多的立柱供雨水立管布置，无需采用虹吸排水，所以这部分的屋面排水采用传统的重力排水。另外，4条指廊均采用了虹吸排水系统，指廊虹吸排水系统的出水管直接接到指廊与飞行区之间112m宽的钢筋混凝土雨水沟内，节省了大量造价昂贵的虹吸雨水井，也大大减少了室外雨水管线的埋设。东、西两侧其它的设计参数基本上与主楼一致，但规模比主楼小，这里不再赘述。

　　4　结语

　　虹吸排水系统经历了30多年的发展，其技术已相当成熟，在世界上已广泛使用，近年来在国内也逐步推广使用，并且已有很多成功的经验。广州新机场的建设已接近尾声，已安装的屋面虹吸排水系统也在正常运行中。半年多来，该系统经历了广州几次较大暴雨的考验，各部分运转良好，是虹吸排水系统在大规模屋面排水中的又一次成功的运用。由于本设计是在现行《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）发布实施前完成的，部分设计参

　　数套用了旧规范，如暴雨重现期、排出管最高流速等参数均未达到现行规范的要求。因此要求设计人员在今后的设计中要有超前意识，在条件允许的情况下将设计标准定高些，使设计在较长的时期内都能保持先进性。