深圳國(guó)際會(huì)展中心海綿城市與防排水設(shè)計(jì)的解決方案

吳凡 李媛琴 蔣憲新 許少良

深圳市歐博工程設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司

水是自然界中對(duì)建筑物最具破壞力的因素之一，會(huì)以多種形態(tài)進(jìn)入建筑物內(nèi)部或周邊，或者出現(xiàn)在意想不到的地方。對(duì)于大多數(shù)建筑，在其生命周期內(nèi)所進(jìn)行的維護(hù)翻修，大部分是因?yàn)槲茨芎芎玫靥幹媒ㄖc地表水、地下水、雨水、冷凝水、生產(chǎn)生活用水等的關(guān)系。

為了使城市在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)雨水帶來(lái)的自然災(zāi)害等方面具有更好的“彈性”，深圳國(guó)際會(huì)展中心項(xiàng)目在處理水與建筑的關(guān)系時(shí)，強(qiáng)調(diào)讓水在城市中的遷移活動(dòng)更加“有序”和“自然”，因此建立和完善了城市“海綿體”，結(jié)合會(huì)展運(yùn)營(yíng)功能和巨大尺度的建筑規(guī)模，運(yùn)用“防排結(jié)合”原則，通過(guò)防水、排水、吸水、蓄水、滲水、凈水等措施，以及在需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用，實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目規(guī)模

深圳國(guó)際會(huì)展中心建設(shè)用地面積121.42萬(wàn)m2，共有2個(gè)登錄大廳和19個(gè)展廳，由一條長(zhǎng)1.75km的中央廊道連接，是集展覽、會(huì)議、賽事、娛樂(lè)、餐飲、購(gòu)物、辦公、服務(wù)于一體的超大型會(huì)展綜合體。這項(xiàng)超級(jí)工程創(chuàng)下九項(xiàng)世界之最，不僅建筑面積為全球單體建筑之首，達(dá)160萬(wàn)m2；而且還有全球房屋建筑領(lǐng)域面積最大、長(zhǎng)度最長(zhǎng)的無(wú)縫鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)地下室，面積達(dá)57萬(wàn)m2，長(zhǎng)度達(dá)1 700m；同時(shí)單體建筑的防水面積也是全球最大，地下室防水面積約63萬(wàn)m2，金屬屋面防水面積約73.5萬(wàn)m2，可覆蓋106個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)。

1.2 場(chǎng)地條件

項(xiàng)目所在地塊屬于深圳海綿功能提升區(qū)，深圳西部的雨型分區(qū)屬于珠江三角洲雨型。短時(shí)降雨強(qiáng)度大，最大日降雨量257.3mm，最大小時(shí)雨量可接近100mm。現(xiàn)狀地下水平均埋深小于2m，經(jīng)填海處理后地面高程將大于6.5m。目前灘涂底層分布著飽和軟土，入滲性較差，雨水落入灘涂直流入海，匯流通暢無(wú)內(nèi)澇。周邊現(xiàn)狀水系發(fā)達(dá)，主要為茅洲河支流。場(chǎng)地以東河涌承接了場(chǎng)地東部建成區(qū)部分生活污水，現(xiàn)狀水質(zhì)差，水生環(huán)境脆弱，生態(tài)修復(fù)壓力大。片區(qū)河道感潮，水域面積萎縮過(guò)半，灘涂、河道向外海延伸1.5～2.5km，河道被侵占、填滿、暗涵化，水體聯(lián)系通道被阻斷，填海及灘涂的無(wú)序開(kāi)發(fā)導(dǎo)致水系功能退化、影響城市防洪安全等問(wèn)題。

2 深圳國(guó)際會(huì)展中心的海綿城市與排雨水設(shè)計(jì)

通常人們借助市政排水工程解決城市雨澇問(wèn)題，鋪設(shè)大型排水管道或者安裝更大功率的水泵，這種方法雖然簡(jiǎn)單，但會(huì)有生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)方面的問(wèn)題。因此，我們嘗試將海綿城市概念引入項(xiàng)目的景觀設(shè)計(jì)和排雨水設(shè)計(jì)中，和諧處理水與建筑、景觀的關(guān)系，化解建筑排水的功能需求與運(yùn)營(yíng)使用、空間體驗(yàn)之間的矛盾。

1 場(chǎng)地條件

2 主要海綿設(shè)施類型及分布

3 雨水花園平面圖

2.1 項(xiàng)目排水的難點(diǎn)

在深圳國(guó)際會(huì)展中心項(xiàng)目中，排水主要存在以下三個(gè)難點(diǎn)：一是斷續(xù)不連貫的外圍景觀帶集中在建筑西側(cè)和外圍，綠地面積小且分布不均，屋頂面積占比大但多為無(wú)承重功能的輕質(zhì)金屬屋面或光伏屋面，進(jìn)行綠化較為困難；二是廣場(chǎng)道路有重載車輛高頻率行駛，地面鋪裝必須采用傳統(tǒng)鋪裝，雨水下滲空間有限；三是如何將海綿設(shè)施與會(huì)展項(xiàng)目難以避免的大尺度公共空間整合設(shè)計(jì)。

2.2 海綿城市設(shè)施解決方案

根據(jù)《深圳市海綿城市建設(shè)專項(xiàng)規(guī)劃及實(shí)施方案》推薦的典型設(shè)施類型，結(jié)合本項(xiàng)目建設(shè)開(kāi)發(fā)條件和建筑、景觀需求，選擇綠色屋頂、下沉式綠地、雨水花園、雨水調(diào)蓄池（回用池）為本項(xiàng)目主要應(yīng)用的海綿設(shè)施類型。為解決排水的問(wèn)題，主要采取如下措施。

一方面，以因地制宜為原則，在南北兩個(gè)登錄大廳及西側(cè)配套建筑、鳳塘大道上蓋公園等位置設(shè)置綠色屋頂、陽(yáng)光草坪、創(chuàng)意地形等元素，讓原本單一的圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有了展陳、休閑和生態(tài)調(diào)蓄等多元功能。在綠色屋頂下方設(shè)置蓄水層，在提升雨水滯蓄能力的同時(shí)為植物生長(zhǎng)提供用水；展廳屋面則以功能適用為原則，在確定虹吸排水能力時(shí)考慮一定的安全系數(shù)（10年的管道系統(tǒng)、100年的溢流管道系統(tǒng)、200年的溢流口系統(tǒng)），雨水徑流經(jīng)初雨棄流和雨水回用池調(diào)蓄凈化后，或回用于空調(diào)冷卻補(bǔ)充水、綠地澆灌，或錯(cuò)峰排入市政排水檢查井。

另一方面，結(jié)合運(yùn)營(yíng)和功能需求及周邊截流河、連通渠等大生態(tài)系統(tǒng)，在景觀綠地中靈活組織排布了下沉綠地，下凹深度低于周圍人行道鋪裝完成面100～300mm，使其具有雨水調(diào)蓄功能。同時(shí)利用室外展場(chǎng)的邊角空間結(jié)合景觀設(shè)計(jì)，打造具有可觀、可賞、可停留的雨水花園等生物滯留設(shè)施。

4 展廳周邊重載地面

5 代替底板變形縫的結(jié)構(gòu)溝

6 原始屋面造型方案

7 優(yōu)化后屋面造型方案

雨水花園采用復(fù)合介質(zhì)，底部設(shè)置外包透水土工布的穿孔排水管，將硬質(zhì)不透水地面的雨水徑流組織到海綿設(shè)施內(nèi)，經(jīng)凈化、下滲后，超標(biāo)雨水由溢流設(shè)施排入場(chǎng)地內(nèi)雨水排水管網(wǎng)，最終排入市政管網(wǎng)系統(tǒng)，達(dá)到凈化與削峰的目的。通過(guò)這些綠化組團(tuán)柔化建筑邊界，有效減少了大尺度公共空間帶來(lái)的壓迫感，為參觀者帶來(lái)了友好和人性化的體驗(yàn)。

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目所在區(qū)域自然基礎(chǔ)條件、管網(wǎng)建設(shè)及建筑、景觀的功能需求分析，優(yōu)化了場(chǎng)地設(shè)計(jì)和景觀布局，合理采用海綿設(shè)施，實(shí)現(xiàn)“凈、用、滯、蓄”的海綿城市建設(shè)目標(biāo)，最終使年徑流總量有效控制在55%，降低了雨水內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了雨水的自然積存、自然滲透、自然凈化。

3 深圳國(guó)際會(huì)展中心的防水設(shè)計(jì)

利用景觀設(shè)施滯留和凈化雨水起到海綿的作用，是提升雨水管理的一個(gè)新途徑。堅(jiān)實(shí)可靠的建筑防水是建筑基本功能得以實(shí)現(xiàn)的保障，特別是對(duì)于應(yīng)用海綿城市理念的建筑項(xiàng)目更為重要。深圳國(guó)際會(huì)展中心作為一個(gè)世界級(jí)灣區(qū)“巨無(wú)霸”項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的防水設(shè)計(jì)難點(diǎn)也多與大有所關(guān)聯(lián)，例如超長(zhǎng)地下室和超大屋面的防水設(shè)計(jì)。

3.1 超長(zhǎng)地下室防水設(shè)計(jì)

深圳國(guó)際會(huì)展中心項(xiàng)目地下室共2層，底板絕對(duì)標(biāo)高為-3.4m，開(kāi)挖深度約10.4m。地下室防水按一級(jí)防水設(shè)防。地下水埋深較淺，豐水期高程為1.45～5.20m左右，枯水期平均高程為2.11m。地下室總長(zhǎng)度約為1.7km，功能為汽車庫(kù)、設(shè)備機(jī)房、廚房及安保用房。地下室被鳳塘大道分隔為南北兩部分，北側(cè)地下室最大長(zhǎng)度570m，南側(cè)最大長(zhǎng)度1 250m。

3.2 地下室防水設(shè)計(jì)的兩個(gè)難題

在深圳國(guó)際會(huì)展中心地下室防水設(shè)計(jì)中存在兩個(gè)重要難題：一是單層規(guī)模巨大，超長(zhǎng)、超大地下室的溫度效應(yīng)、收縮、徐變效應(yīng)等十分顯著，易造成混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂滲漏；二是場(chǎng)地軟弱淤泥層分布深厚，基坑超挖回填后可能繼續(xù)產(chǎn)生沉降和不均勻沉降，對(duì)防水層造成損害。這兩個(gè)難題可以分別通過(guò)優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選用合適的外防水材料進(jìn)行有針對(duì)性的解決。

3.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)自防水體系

地下室圍護(hù)體系抗?jié)B等級(jí)按P10設(shè)計(jì)，但結(jié)構(gòu)防水不僅是抗?jié)B，更重要的是減少裂縫。在設(shè)計(jì)前期，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算分析取消伸縮縫并優(yōu)化后澆帶，實(shí)現(xiàn)了超長(zhǎng)無(wú)縫鋼筋混凝土地下室的設(shè)計(jì)方案，減少了因縫引起的滲漏問(wèn)題。采取的具體措施有：

（1）地下室底板跳倉(cāng)澆筑，底板上間隔設(shè)置用于削弱底部剛度、吸收結(jié)構(gòu)變形量的結(jié)構(gòu)溝來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的底板變形縫，并在結(jié)構(gòu)溝內(nèi)設(shè)置后澆帶。后澆帶采用超前止水及預(yù)注漿技術(shù)，通過(guò)注漿管系統(tǒng)密封接縫區(qū)域的縫隙和孔洞。

（2）由于地下室外墻剛度大且長(zhǎng)度超長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)條件差，容易出現(xiàn)裂縫，因此在地下室外墻每隔30m設(shè)置一道誘導(dǎo)縫，使混凝土可以無(wú)縫連續(xù)澆筑。

（3）通過(guò)優(yōu)化混凝土材料、外加劑、摻合料、混凝土強(qiáng)度、施工措施、養(yǎng)護(hù)要求等，減少混凝土構(gòu)件裂縫的產(chǎn)生。

3.4 采用成熟可靠的外防水材料和做法

除了對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行裂縫控制外，合理的防水系統(tǒng)也至關(guān)重要。由于地下室基坑超挖近1m，石粉渣回填后，底板下混凝土墊層、防水保護(hù)層及側(cè)墻保護(hù)層有可能一起沉降。因此在進(jìn)行地下室外防水設(shè)計(jì)時(shí)，取消了底板防水保護(hù)層，采用非瀝青基高分子自粘膠膜防水卷材預(yù)鋪反粘法施工，自粘卷材面層能與后澆筑混凝土結(jié)構(gòu)層粘結(jié)為一體，避免沉降導(dǎo)致的防水層剝離，并能有效控制“竄水”。對(duì)于地下室側(cè)墻，在基層修補(bǔ)后，采用滲透環(huán)氧處理，避免找平層的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

4 超大金屬屋面的防水設(shè)計(jì)

金屬屋面系統(tǒng)屬于構(gòu)造排水系統(tǒng)，常因構(gòu)造層缺陷、板型不牢固、材料熱脹冷縮等原因引起滲漏。在深圳國(guó)際會(huì)展中心項(xiàng)目中，除了項(xiàng)目本身的超大體量使得熱脹冷縮尤為明顯外，巨型尺度的屋面造型對(duì)排水組織和抗風(fēng)性能的影響也不可忽視。因此在屋面設(shè)計(jì)中，有針對(duì)性地采取了如下解決措施。

（1）優(yōu)化屋面曲面的排水坡度，隨著匯水面積的增加而加陡，控制平均坡度在10%左右。通過(guò)第五立面造型設(shè)計(jì)，將東西向長(zhǎng)邊起拱的屋面調(diào)整為南北向短邊起拱，將位于展廳使用空間上方的內(nèi)天溝調(diào)整為位于展廳使用空間兩側(cè)的室外天溝，避免室內(nèi)空間的正上方出現(xiàn)滲漏風(fēng)險(xiǎn)。金屬屋面直立鎖邊板相應(yīng)采用超長(zhǎng)板型，不設(shè)縱向搭接，最大長(zhǎng)度約為240m。

（2）由于屋面尺度大、臨海臺(tái)風(fēng)多，因此選取了力學(xué)性能和抗風(fēng)揭性能較好的鍍鋁鋅PVDF壓型鋼板屋面系統(tǒng)，并針對(duì)檐口等特殊部位增設(shè)抗風(fēng)鎖夾。屋面構(gòu)造設(shè)計(jì)采用鍍鋁鋅壓型鋼板直立鎖邊屋面板+TPO防水卷材的兩道防水形式，TPO防水卷材安裝于固定支座底部，簡(jiǎn)化了穿透部位的防水處理。

8 金屬屋面完成效果

9 超大金屬屋面

10 金屬屋面主要防水構(gòu)造層

11 金屬屋面版型

12 搖擺支座節(jié)點(diǎn)

13 搖擺支座節(jié)點(diǎn)

14 通過(guò)支座間的板面變形吸收伸縮量

（3）為解決超大屋面的熱脹冷縮問(wèn)題，采用搖擺頭構(gòu)造的不滑動(dòng)固定支座，避免構(gòu)件之間因互相約束伸縮變形造成的損壞漏水。屋面板的伸縮量控制在兩個(gè)固定支座之間，通過(guò)每個(gè)跨內(nèi)板面的輕微變形，將整體伸縮量化整為零。

5 結(jié)語(yǔ)

作為全球建筑面積最大的單體建筑，深圳國(guó)際會(huì)展中心設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行海綿城市和防水設(shè)計(jì)時(shí)積極探索，克服了諸多困難，提出了解決辦法，有力保障了這座深圳城市新地標(biāo)的順利竣工，也為這一類工程提供了參考。