某海洋館給排水及消防系統(tǒng)設(shè)計探討

江錦前

（福州市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司，福州 350011）

1 引言

海洋館作為一種展示海洋生態(tài)的場所， 越來越受到大眾的關(guān)注和青睞，要想為大眾提供自在舒適的觀賞體驗，必須做好海洋館的設(shè)計工作。 海洋館建筑的設(shè)備空間大約占總建筑面積的10%，除了一般建筑需要的消防、配電、照明等系統(tǒng)外，最主要的設(shè)備系統(tǒng)是水處理系統(tǒng)（包括維生系統(tǒng)），在海洋館設(shè)計過程中，這是尤為重要且特殊的一個環(huán)節(jié)。 對此，本文結(jié)合某海洋館設(shè)計項目，對其涉及的給排水、消防、維生系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)探討。

2 工程概況

項目位于吉安市高鐵站前新區(qū)伯安大道和廣場北路交叉口西北角地塊。 海洋世界建筑面積20 431.96 m2，總共3 層。1 層、2 層為主要展覽空間，3 層為生活用房。 1 層主要排布了熱帶雨林館（兩層通高）、珊瑚礁魚館、極地館、海底世界（隧道）以及海洋科普館；2 層則容納了淡水魚區(qū)、熱帶雨林、夢幻水母館以及海豚劇場；3 層主要為飲食區(qū)和員工活動空間。 建筑整體采用鋼掛鋁板和鋼掛玻璃作為立面結(jié)構(gòu)形式， 創(chuàng)造出“鸚鵡螺”的曲線造型。 吉安海洋世界主題效果圖如圖1 所示。

圖1 吉安海洋世界主體效果圖

3 給排水及消防系統(tǒng)

3.1 生活給水量的確定

本項目為多層公共建筑，主要用水點(diǎn)包括展廳、觀賞區(qū)、劇場觀眾及職員、其他工作人員以及冷卻水補(bǔ)水。 因各種魚群展館及科普館等建筑定性為展覽性及觀賞性區(qū)域，因此，此部分給水按照GB 50015—2019 《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[1]表3.2.2 中的展覽館用水標(biāo)準(zhǔn)確定用水定額， 包括員工和觀眾兩部分用水。 表演劇場根據(jù)最大觀賞人數(shù)及劇場演職人員數(shù)量分別取不同的用水定額，主要用水量見表1。

表1 海洋館給水用水量計算

水源利用方面，應(yīng)充分利用市政自來水的水源和水壓，否則由于海洋館內(nèi)各展館公區(qū)用水及海洋生物需調(diào)配海水等要求，采用水箱和變頻泵加壓供水時，水箱容量較大，泵房面積占地較多且不節(jié)能。 在不同進(jìn)水池的進(jìn)水管設(shè)置中，應(yīng)按單池單立管的布置原則盡量不共用供水立管或橫干管， 降低因進(jìn)水故障導(dǎo)致水池?zé)o法補(bǔ)水的風(fēng)險，保證海洋生物的生命安全。

3.2 消防系統(tǒng)的確定

3.2.1 消防系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

本項目消防流量按展覽、觀演建筑設(shè)計，建筑體積＞50 000 m3，劇院觀眾廳座位數(shù)632 個，根據(jù)GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[2]（以下簡稱為 “《消水規(guī)》”）中表3.3.2 及表3.5.2 中的取值，選定室外消火栓系統(tǒng)設(shè)計流量Q1為40 L/s， 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計流量Q2為20 L/s。另根據(jù)GB 50084—2017 《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[3]（以下簡稱為“《噴規(guī)》”）中附錄A 所列場所，選定本項目為中危險I 級，按照《噴規(guī)》5.0.1 條和5.0.2 條的設(shè)計基本參數(shù)，結(jié)合海洋館最大凈高11.0 m 處的海洋大廳的實際情況， 估算出噴淋設(shè)計流量約為35.6 L/s，最終選取噴淋設(shè)計流量Q3為40 L/s。

根據(jù)《消水規(guī)》3.6.2 條的規(guī)定，選取室內(nèi)和室外消火栓系統(tǒng)火災(zāi)延續(xù)時間t1為2 h；根據(jù)《噴規(guī)》5.0.16 條的規(guī)定，選取自動噴水滅火系統(tǒng)火災(zāi)延續(xù)時間t2為1 h。

綜上，可以求得消防水池總量V：

式中，3.6 為將單位L/s 轉(zhuǎn)換為m3/h 的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

3.2.2 水池的布置

海洋館中的水生物種類繁多， 對水質(zhì)和水量的需求各不相同。 經(jīng)與工藝和運(yùn)營方的多次溝通，本項目需在3 層分別設(shè)置3 個容量均為120 m3的淡水池、魚類海水池和海獸海水池，在滿足海洋館日常運(yùn)行的水量需求以外， 還能為1 層、2 層各魚類展館及表演池等提供穩(wěn)定的供水壓力。 海洋館消防水池、海水池、淡水池分布示意圖如圖2 所示。

由于海洋館先天的水量和位置條件需求， 綜合消防水池的容量及尺寸，在設(shè)計上考慮將消防水池和淡水池、海水池一起設(shè)置在3 層，利用大屋面的弧形效果，形成一條的水池帶，本項目采用的設(shè)計方案主要考慮到以下3 點(diǎn)。

1）這種將水池抬高上置的形式，可利用3 層生活區(qū)的空余面積，為1 層的海洋大廳、鯨魚池和2 層的表演池及觀賞區(qū)騰出更多的展示空間。

2）各個水池集中布置于3 層，避免開挖地下室。 由于1 層有多個大型海洋魚類展館及水池，若要開挖地下室，對地下室頂板的整體荷載要求較大，且1 層排出管非常多，覆土厚度也要相應(yīng)增加。 因此，綜合考慮將各供水水池置于高處，可節(jié)約整體造價的同時縮短施工工期。

3）淡水池和海水池可利用自然重力供水，供水水壓穩(wěn)定，無須增壓提升設(shè)備，可減少設(shè)備因海水腐蝕產(chǎn)生的隱患，同時降低后期維護(hù)管理成本。

3.3 屋面虹吸雨水系統(tǒng)

本建筑屋面主體為中空網(wǎng)架結(jié)構(gòu)， 采用鋼掛鋁板和鋼掛玻璃作為立面結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)造出“鸚鵡螺”的曲線造型。 屋面最高點(diǎn)23.600 m，最低點(diǎn)15.096 m，東西方向跨度63.6 m，南北跨度30.8 m，鑒于屋面整體面積較大（約10 175 m2），且弧形網(wǎng)架玻璃頂存在高低錯落的交界面，若排水溝的前后高差太大，則無法形成虹吸效應(yīng)，因此，考慮在交界面的底部分散設(shè)置排水內(nèi)檐溝和虹吸雨水口， 內(nèi)檐溝起點(diǎn)和終點(diǎn)標(biāo)高與弧形構(gòu)架首末端標(biāo)高相適應(yīng)，每條檐溝的前后高差不超過1.2 m，在每段檐溝的末端設(shè)置高度350 mm 的反口，便于在暴雨情況下上游雨水可溢流至下游排走。

本工程屬于重要公共建筑，設(shè)計重現(xiàn)期為10 a，弧形構(gòu)架交界處采用內(nèi)檐溝排水，局部平屋面女兒墻上設(shè)置了溢流口，因此，屋面雨水總排水能力設(shè)計重現(xiàn)期應(yīng)按50 a 設(shè)計。每條檐溝末端設(shè)置一個直徑為100 mm 的溢流孔洞，孔洞上安裝鋼套管，溢流口底部高出完成面300 mm，這樣既滿足規(guī)范關(guān)于屋面雨水排放的溢流要求，又不影響整體觀感。

4 維生系統(tǒng)的初步設(shè)計

4.1 維生系統(tǒng)的組成

維生系統(tǒng)是海洋館、水族館的核心技術(shù)，維生系統(tǒng)是否健全直接關(guān)系到海洋館的展示效果和動物的健康， 直接關(guān)系到海洋館運(yùn)營的成敗。 大多數(shù)海洋館或水族館的維生系統(tǒng)一般包含5 個組成部分，即進(jìn)水過濾系統(tǒng)（含海水配置及軟化處理）、生物蛋白分離系統(tǒng)、生化過濾系統(tǒng)、溫控供水系統(tǒng)以及廢水回收處理（或排放）系統(tǒng)，在個別大型展館還配備有海水反沖洗系統(tǒng)。 其中，蛋白分離、曝氣氧化以及溫控系統(tǒng)，一般由專業(yè)廠家與運(yùn)營方協(xié)同配合深化設(shè)計，在一次施工圖設(shè)計中，需重點(diǎn)考慮進(jìn)水過濾系統(tǒng)和廢水回收系統(tǒng)的給排水管道預(yù)留以及點(diǎn)位布置。 海洋館維生系統(tǒng)工藝流程如圖3 所示。

圖3 海洋館維生系統(tǒng)工藝流程示意圖

4.2 維生系統(tǒng)管道預(yù)留

不同海洋生物所需的生活條件不盡相同， 需要嚴(yán)格按照建筑剖面所標(biāo)注的標(biāo)高及運(yùn)營方的管理要求進(jìn)行設(shè)計。例如，小型海洋生物（海龜、企鵝、海獅等）的生活池，水位一般控制在1.5～2.2 m，預(yù)埋的泄水管及溢流管管徑一般在DN100～DN150；若是大型海洋生物（鯊魚、白鯨等）的生活池，則需預(yù)埋DN200及以上的排水管道，并且分散多點(diǎn)布置，減少排水時的管道泄水壓力。此外，設(shè)于1 層的維生系統(tǒng)之間需要通過一些管道連通（DN300 及以上）接入不同的海水池內(nèi)，需配合一定覆土厚度，以滿足走管要求，這些在施工圖上未表達(dá)的都需要和各專業(yè)以及運(yùn)營方相互配合明確。 海龜池排水管預(yù)埋剖面圖如圖4 所示。

5 結(jié)語

海洋館是一個體量龐大且設(shè)備、工藝非常復(fù)雜的建筑，給排水設(shè)計作為其中比較特殊且重要的環(huán)節(jié)， 需要花費(fèi)大量的精力去思考和優(yōu)化，不僅要滿足現(xiàn)行的規(guī)范要求，而且要能發(fā)揮出海洋館獨(dú)有的水文特色和環(huán)境功能， 為顧客營造出舒適的體驗感受。