广东奥林匹克体育场给排水设计介绍及总结

王　峰

　　提 要 介绍了广东奥林匹克体育场的给排水系统设计，材料及设备的选用，并对中外合作设计模式进行了总结。
　　关键词 体育场 给排水 设计 设备 材料

　　中华人民共和国第九届全运全将于2001年在广东召开。广东奥林匹克体育场是为迎接九运会而建造的主会场及主体育场。设计固定座位80012席，总投资10亿元人民币。
　　该体育场的方案设计为国际招标，共邀请了国内外8家设计单位投标，其中美国3家、法国1家、日本1家、中国3家。经专家评审，并由体育部门及市民代表投票。最终，美国NEB设计集团中标，华南理工大学建筑设计研究院为设计分包单位。

1　工程概况

　　本工程位于广州市天河区东圃镇黄村，省体委训练基地之内。占地304350m²，建筑面积145560m²(其中地下室24890m²)。各层高度为：地下室’4.60m，首层5.00m，二层4.80m，三层4.30m，四层6.70m。五层为楼座交通层，标高为20.80m，由于上面是看台，其层高为变数。
　　该体育场可举办大型国际田径赛和足球赛，也可举行大型文艺演出。与之毗邻设置的训练场尺寸与跑道和主场相同。体育场及训练场内设地下灌溉和排水系统。场内观众席80012个，包括117套包厢，638个贵宾座位：此外，还设有一座174套标准客房的四星级酒店。
　　各层功能设置如下：地下室为停车库、设备用房和各种服务用房。停车库可停放标准轿车430辆。设备用房为水、电、空调和污水处理间用房。服务用房有洗衣房，垃圾处理房，灯光控制室和厨房等、本层还设有官员及贵宾主出入口，配套设休息室、接见厅、贵宾大厅等。地下室划为7个防火分区。首层为各种功能的入口，运动员、教练员、裁判员休息室并附设淋浴间及卫生间，记者用房、信息中心、办公用房、电视转播用房、商业饮食区、兴奋剂检测室、医务室、急救室、桑拿室等，还设有供大型文艺演出的通道。二层为交通层，包括638个座位的主席台，办公、商业空间和一个体育俱乐部。四层为包厢、传媒技术控制室、零售店、大厅和专用休息厅。五层为楼座交通层等。
　　现场西侧东沙路有DN 1000市政自来水干管一条，南侧广园路有DN1200自来水干管一条，保证供水压力为O.2MPa。
　　因黄村地区暂没纳入城市污水处理厂服务范围，故小区内生活污水需二级生化处理后排放。

2 　工程特点

　　本工程由美国NEB设计集团中标并承担初步设计，我院按合同规定为设计分包单位。其分工及职责为承担除屋盖以外的施工图设计，并作为美方的设计顾问。此外，业主(省体委)还要求我院在技术方面对甲方负责，尽管此要求并未成文，但实际操作中对我院有更大的约束力，这也算中国特色。
　　鉴于上述特点，我院在设计合同签订伊始，便全面介入了初步设计的准备工作，包括为美方收集外部资料，为美方提供与本工程有关的技术数据，及至主要系统的技术划分。这样做，不仅避免了美方因不了解中国国情可能出现的问题，也避免了系统划分方面出现大的分歧，最终使得该工程的设计工作顺利完成。
　　除此，资金紧张也是本工程的一个特点，上海8万人体育场实际发生的费用为15.72亿元大民币，而本工程只有10亿元人民币。

3 各系统的设计

　　本工程给排水设计几乎涵盖了室内给排水设计的所有系统，以下有选择地予以介绍。
3.1 给水系统
3.1.1 系统设置与划分
　　室外两路进水，小区内成环。每隔100--120m设一个室外地上式消火栓。室内给水划分为4个系统；宾馆采用变频调速给水系统；体育场地下层及一、二层由外网直供，干管在一层成环后上下供水；体育场三层--六层采用变频调速给水系统，干管在四层成环后上下供水；田径场、训练场及室外绿化喷灌采用变频调速给水系统。
3.1.2 用水量计算及校核
　　由NEB集团提供的用水量统计见表1-表3。
　　表1、表2给出了日用水量及最大小时用水量，

　　表3为设计秒流量，我们根据系统设置，分别对上述数值进行了校核并重新计算。要点如下。
3.1.2.1 喷灌及浇洒用水量
　　表1中喷灌绿化用水没有详细计算，我们根据用水定额及浇洒面积进行了详细计算、见表4。

　　由表4可以看出，浇洒及喷灌日用水量为857.3m³，与NEB计算的200m³差异较大，我们认为这与NEB没有细算浇酒面积有关。
　　校核此用水量的目的在于确定喷灌给设计秒流量，因足球场及室外绿化是轮流喷灌的，我们把最大的一组用水量作为喷灌给水设备设计(秒)流量。
　　至于对日用水量和最大小时用水量的影响。考虑到NEB其地用水量定额均取值偏大，且喷灌用水与其他用水时间不重合。我们不予调整。
3.1.2.2 设计秒流量 
　　校核表3中的3个设计秒流量：体育场部分设
　　计秒流量公式为Qg＝∑q₀.n₀.b；宾馆部分设计秒流量公式为Qg=0.2α.N1/2+K.Ng。与NEB计算出的设计秒流量比较见表5。经比较，我们决定按实际计算确定进户管径及加压设备流量。

3.1.2.3 系统组成 
　　因变频调速给水系统按设计秒流量供水，而进户管按最大小时流量确定管径，所以储水必须考虑两者之差，并考虑一定的调节用水。NEB确定的调节水池容积分别为体育场240m³、宾馆120m³。我们做施工图时对此容积予以确认，调节水池采用SUS 444不锈钢装配式水箱。
　　同时、系统设置了二氧化氯复合消毒剂发生器、以防止二次污染。
3.1.2.4 变频调速给水系统的优化
　　NEB设计的变频调速给水装置有关参数见表6。由NEB配置可以看出、变频调速给水系统为目前国内一般给水设备厂家的传统配置。这种配置是由于目前国内给水设备生产厂家不了解系统使用情况造成的。其弊病是：当系统用水量超过小泵和压力罐供水量时，系统压力下降、启动一台大泵工作，这时其流量远远超过用水量，使得水泵工况点向左移动、即流量变小，系统压力升高；当大于设定压力值时，大泵停泵，小泵启动。如此循环往复，造成水泵曲频繁启停，且大泵基本上在其低效段工作。由于水泵的频率变化有限(一般认为下限频率低于正常频率的10％---13％)、系统难以满足中低流量时的需求。

　　为克服目前国内变频调速给水设备这一痼疾，笔者在做本项目之前，曾在广州某住宅小区尝试使用全流量高效变频调速给水系统。经使用，该住宅小区的物业管理部门反映良好。
　　由于体育场用水忙闲不均，差异很大，如不精心设计给水系统，会造成较大的能嫁浪费。因此，笔者在本项目采用全流量高效变频调速给水系统。
　　系统目标设置：供水从零流量至设计秒流量各工况水泵工况点均在水泵曲线高效段范围，达到变压变量高效节能供水之目的。
配泵原则：根据水泵变频工作曲线从零流量至设计秒流量分段组合，实现流量搭接。

　　配泵公式Qg＝(NL—1)·QL
　　　　　　QL＝A·(NMQM+NsQs)
　　　　　　QM＝ANsQs
　　式中　　QL、QM、Qs——大、中、小泵流量；
　　　　　　NL、NM、Ns——大、中、小泵台数；
　　　　　　　　　　Qg——设计秒流量；
　　　　　　　　　　A——由高效频率下限值确定的系数。
　　配泵时，在水泵变频高效段内，尽量使NL、NM、Ns值缩小，以简化控制系统。
　　控制：将不同工况组合通过可编程控制器(PLC)实现，并通过延时器实现延时设定变工况控制，同时要求各工况为软启动。远传压力表设于管网末梢、实现变压供水(也可以根据相应流量计算所需压力来预置控制，达到变压性供水之目的。）经优化的系统配置见表7。

3.2热水系统
　　体育场部分首层设有淋浴间，四层、五层为包厢。由于用水点分散，用水时间差异很大，故采用电热水器局部供热水。
　　宾馆中央热水系统用水采用变颇调速给水设备供给，冷热水出水干管设闸阀及压力表以调节出水压力(保证冷热水干管水压大体平衡)。加热设备为E-50型燃气热水炉(3台)，换热设备为F52型换热器。该换热器为组合半即热式，故不需设热水调节水箱，使整个热水系统简洁而实用(见图1)。

1E型热水炉 2F型换热器 3 膨胀水箱 4变频给水设备

3.3 排水系统
　　除地下室污水压力排放外，其余生活污水和雨水均自流排放，室内排水同时考虑消防排水。
　　田径(足球)场雨水排放采用盲沟加滤水管(软式透水管)自流排放。在场内集水后采用两根DN600球墨给水铸铁管在场东侧集中排出。图2为田径场排水平面示意，图3为田径(足球)场排水管理设断面示意。

3.4 消火栓给水系统
　　消火栓给水系统采用气压给水设备，体育场相宾馆采用同一系统，竖向不分区、栓口超过0.50MPa处采用减压稳压消火栓，消火栓箱内均设卷盘。

　　室内及室外消火栓用水量均为30L／s，体育场 火灾延续时间技《建规》规定为2h，宾馆按《高规》规 定为3h，故按3h设计。自动喷水灭火系统用水量 为26L／s，延续时间为1h。
　　消防水池和喷灌贮水合用以保证水质不因长期 存贮而变坏。喷灌系统调节容积按60m³计。消防 水池有效容积V＝324十94十60＝478m³。消火栓全自动气压给水设备配置如下：立式多级泵3台（2用1备），Q=15L/s，H=72m，N=22kW;稳压泵2台（1用1备），Q=2.0L/s,H=5.5kW;φ1200隔膜式气压罐1个。
3.5 自动喷水灭火系统
　　因设置了中央空调系统，体育场内(卫生间和高于8m的大厅除外)几乎所有面积均需设置自动喷水灭火系统，设置的喷头数达17000多个。根据规范，需设置的湿式报警阀将超过20个。NEB集团的初步设计文件中，设置了13个湿式报警阀(按每个报警阀控制850个喷头且一些面积没有统计)。
　　如果照此施工，从消防泵房到各防火分区的自动喷水干管的排列将十分壮观。且不谈工程费用，干管将敷设空间占据后，其他专业的管线将难敷设。
　　如果不照此进行施工图设计，存在着超越规范规定(一个湿式报警阀控制的喷头数不宜超过800个)的困惑。为实事求是地解决这一问题，我们借鉴了上海八万人体育场和美国亚特兰大96奥运会主场的经验，和省消防局的领导及技术人员反复探讨、磋商，最终定下了自动喷水灭火系统设置的方案。
　　体育场包括宾馆采用集中加压给水设备(气压装置)一套，在泵房设置两路报警阀(均设备用阀，共四套)，出泵房后在场内成环，中间采用电磁阀以控制两路水源的断开与连通。宾馆单独接出一湿式报警阀。各防火分区设置信号阀及水流指示器。这样，大大减少了湿式报警阀数量和干管敷设数量及空间，且不影响火灾报警，该系统比传统系统设计节省工程费用200余万元。自动喷水灭火系统示意见图4。

　　全自动消防气压给设备配置如下：立式多级泵3台(2用1备)，Q＝13.89L／s，H＝80m，N＝22kW；稳压泵2台(1用1备)，Q＝0.83L／s，H＝90m，N＝2.2kW；φ600隔膜式气压罐1个。P＝1.6MPa。
　　贵宾厅及主席台包厢采用隐蔽式喷头，包厢采用大流量边墙式喷头，厨房采用作用温度93℃喷头，闷顶采用作用温度79℃喷头，其余采用作用温度68℃喷头。
3.6 气体消防
　　柴油发电机房、燃气热水炉房设置低压CO2灭火系统；信息中心拟设置烟烙尽系统。
3.7 污水处理系统
　　宾馆和体育场厨房及餐厅含油废水流量约50m³／h，采用气浮设备，使含油量达10mg儿以下排入小区污水管网，和其他生活污水一并排入生活污水处理站处理。
　　生活污水采用地埋式污水处理设备处理达标后排放，处理水量100m³／h。
3.8 喷灌系统
　　场内田径场草皮、跑道、场外训练场及小区内绿化需灌溉浇洒。喷灌系统共分7个灌溉单元，变频调速给水设备按最大一个单元供水量设计、7个单元轮流喷灌，电控柜和电磁阀联合控制，电控柜内根据灌溉时间要求可预先设置自动转换或手动转换。喷灌给水系统原理见图5。

　　主场内用水分田径场草皮灌溉及其他用水(跑道浇洒，障碍跳水给水，冲洗用水等)。田径场草皮灌溉和场外绿化灌溉采用进口喷头。喷头可根据服 务面积及形状而选用不同的型号，扇(圆)型喷头可在1°～360°之间任意调节，矩形可根据服务面积长宽选用。田径场及足球场内喷头平时运动时隐蔽在草皮以下，喷洒时升出地面，喷头上部植草皮，不影响比赛或运动。场外喷头明装。设计选用Hunter系列，各种喷头参数见表8。

　　 我们根据喷头所需最大水压及管路水头损失决定喷灌给水设备的水压(见表7)。需用水压较小的喷灌单元设减压阀。其他用水在管道上设快速取水器，用水时就近接软管浇洒。田径场给水平面布置见图6。
3.9 饮用水系统
　　 因资金方面的原因，本设计暂不考虑饮用水系统，但为完善功能采用其它方式配置饮用水系统。

4 材料及设备选用

　　 九运会体育场是省重点工程，又是跨世纪工程。在材料及设备选用方面应体现先进性、实用性。然而，由于资金紧张，使得材料及设备选用必须考虑多方面因素。既要考虑先进性、实用性，又要考虑资金的承受能力，同时也应考虑材料及设备选用对该工程社会形象的影响。经综合考虑后，各系统材料及设备选用如下。
　　（1）给水泵：设计优先推荐德国RITZ和KSB泵，但同时退了一步，若采用国产泵，则要求生产厂商通过ISO9000系列质量认证，并采用不锈钢泵轴、青铜叶轮和机械密封。
　　(2)排水泵：设计推荐采用“飞力”泵，但因资金原因，有可能采用国产泵。
　　(3)生活给水贮水池采用不锈钢装配式水箱。
　　(4)各种阀门、阀体均要求采用球墨铸铁，其余主要部件为铜材。
　　(5)宾馆部分冷热水及体育场给水支管采用薄壁铜管。
　　(6)体育场给水干管室外采用给水球墨铸铁管，室内采用UPVC给水管材。
　　(7)排水管宾馆部分室内采用卡箍式离心铸造铸铁排水管。体育场部分采用UPVC排水管材，但干管和支管接口管件要求采用UPVC给水管件。
　　监理工程师建议首层、一层梁底敷设较长的排水横干管采用给水管材，我们采纳了这项建议。由于室内污水出户管距地埋式污水处理设备较远，易中途堵塞，室外污水管采用UPVC排水管(内壁光滑)。
　　室内雨水管采用钢筋混凝土管。

5 总结

　　由于此次设计为中外合作，而国家有关条例规定外国公司中标后，必须和中方合作设计。此种设计方式过去、现在和将来都将是一种固定模式，有必要进行总结，以资借鉴。
5.1 熟悉合同，明确我方职责
　　 本工程设计有两份合同。一份是NEB集团和省体委签订的设计总包合同，一份是NEB集团和我院签订的设计分包合同。我们一拿到分包合同，立即熟悉、研究、明确我方职责。作为分包单位，但我们承担除屋盖以外的全部施工图设计，还作为总承 包单位的设计顾问协助其完成初步设计。
5.2 全面介入设计工作
　　尽管只是分包单位，但我们还是以积极主动的态度全面介入了设计工作。我们首先参观了上海八万人体育场，写出了考察报告，对各系统设计提出了我们的构想，供NEB集团参考。继而，我们又帮助NEB集团收集城市给排水管网的资料，提供最新的城市暴雨强度公式，建议了切实可行的重现期供NEB集团初步设计用。同时，敦促有关部门尽快敲定场地±0.00的绝对标高以利雨水排放方案的确定。这样NEB集团未从美国派遣任何给排水设计人员便完成了初步设计。
5.3 集中双方的智慧，优化系统设计
　　由于NEB集团的给排水设计事实上是委托国内专业人员完成的，使得我们在此项目上除了出国参观增长见识外，在专业方面无法借鉴国外同行的先进经验，看到的初步设计是地道的传统中国广州产品。为保证工程的先进性，我们在设计中同NEB 聘请的中国顾问进行了深入、细致、全面的探讨，集中了双方的智慧，力争使设计尽可能的完善。如变频调速给水系统便是采用笔者近年来对国内变频调速给水系统的优化成果。热水系统是集中了双方的意见，取消了原设计中的屋顶贮水箱，采用常压燃气热水炉及F型组合式半即热换热器，使得系统更加简洁实用。场地雨水排放，我们也坚持充分利用地放以致使工程投资和常年运行费用增加的后果。在自动喷水灭火系统中，更是在充分理解规范的前提下，超越规范并取得消防部门的认可，为工程节约了200多万元投资。凡此种种，目的只有一个，为九运会提供一个好的给排水设计。
5.4　慎重选用设备及材料，使之适合中国国情和工程实际并不失工程的示范性
　　我们深知，作为一项省重点工程，除完善自身功能外，也具有一定的示范性。但是由于资金紧张，在设备和材料的先进性方面就受到了一定的制约。尽管如此，我们宁可想办法优化系统、节省投资，也要采用一些较为先进的设备及材料。如我们坚持生活贮水池采用不锈钢装配式水箱而代替初步设计中采用的钢筋政水池。我们进行价格比较后，修改了初步设计中体育场给水系统采用铝塑复合管的作法，干管采用UPVC给水管材，支管采用薄壁铜管。
　　总之我们认为，在资金紧张的条件下，我们选用的设备及管材在未来的二三十年中不会落后。
5.5　尚待解决的问题
　　体育场设置了楼宇自动化系统(Building Automation System)。由于NEB集团给排水初步设计中无任何提及，加之我们对物业管理缺乏经验，对给 排水系统与BA系统仅仅是定性地提出了一些要求。是否计中对BA系统仅仅是定性地提出了一些要求。是否满足管理时的需要，我们没有十分的把握，只有在工程建成逐步完善管理体制后根据需要再进行修改完善，好在各系统均考虑了与BA系统的接口。我们得到的启发是：不仅要熟悉设计，而且要了解管理运营，这是我们日后需要增加的知识。

6 结语

　　 人类已进入21世纪，体育及与体育运动有关的消费将在我国人民生活中占有越来越高的比例，体育建筑也越来越多。我们应不断地总结体育建筑方面的经验和教训，以期不断地完善我们的设计，为社 会提供功能更加齐全，更有利于管理运营的体育建 筑设计成果。需要特别提及的是，赵初华、江帆、韦桂湘和王琪海等同仁参与了本工程的设计及审核工作，在此表示感谢。

作者通讯处：510641 广州五山华南理工大学建筑设计研究院
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修回日期：2000-3-13