上海北外滩白玉兰广场地处上海市虹口区北外滩沿黄浦江滨江地区的核心区域 (见图1) , 其设计理念来自于上海市花“白玉兰花”, 320 m的建筑高度刷新了浦西的天际线, 成为沿黄浦江的地标性建筑及浦西最具标志性的第一高楼。白玉兰广场总用地面积56 670 m², 总建筑面积414 798 m², 其中地上建筑面积249 983 m², 地下建筑面积164 815 m²。包括1座66层高320 m的办公塔楼, 顶部设置有上海最高的直升飞机停机坪;1座39层高171.7 m的酒店塔楼和1座2层57.2 m高的展馆建筑连接着3层高的裙楼。地下室共4层。

　　 在这座浦西第一高楼的地标建筑内, 有首次亮相上海的W酒店、浦西最大的无柱宴会厅、浦西唯一可俯瞰百年外滩和陆家嘴城市天际线的观光层。设计获美国绿色建筑协会LEED绿色建筑金级认证、绿色设计二星认证等。项目建成后, 消防验收一次性通过, 公安部把本项目列为上海市唯一一个全国超高层消防演习场所, 可以说是对项目消防设计的高度认可。

　　 十年的打磨, 对设计来说, 可谓经历重重考验。自2006年的5栋高层方案变为2栋171 m、120 m的双月牙形酒店和1栋320 m的办公, 在2009年施工图设计完成后, 2010年业主察觉市场变化, 再次调整方案, 把120 m的酒店调整为57.2 m的主题展馆。在保持总容积率不变的情况下, 裙房的调整可谓巨大, 几经周折, 最终在裙房演绎出现在的苏州河与黄浦江交汇的峡谷造型 (见图1) 。由于推进过程中几经易稿, 导致施工与设计全过程几乎并行的状态。超长的设计周期给现场带来了极大的变数, 设计和施工需要随时应对和解决大底板浮力带来的地基变形、管道预埋、集水井变化等各种现场突发情况。

　　 除了方案调整、施工设计周期的碰撞、现场的突发情况外, 给排水设计本身也是面临考验。当时全国超高层建筑群体还未兴起, 超高层建筑群的消防设计、绿建设计、BIM技术等均还未有完善的规范可以借鉴, 为了让项目最终呈现出先进、绿色、满足建筑形态和功能的给排水设计, 需要付出极大的努力。

　　 在旅顺路、东大名路分别引入1根DN300进户管, 以满足本项目的生活和消防用水, 在基地内形成DN300消防环管。根据计量要求, 设置酒店 (DN200) 和办公、商业 (DN300) 2只计量总水表。生活用水量:Q (最高日) =4 043 m³/d, Q (最大时) =436 m³/h。

　　 不同的区域采用了不同的给水系统, 并结合了市政供水、中水回用水、雨水回用水、洁净水等不同的水源, 充分体现绿色建筑和LEED建筑的特点。

　　 裙房商业:B4层裙房商业水泵房内单独设置生活水池, 采用变频恒压供水方式。

　　 办公:B4层设置办公生活原水池, 经过净水处理后, 与办公消防用水一起贮存在办公消防生活净水池内。采用二级串联水泵-水箱联合供水方式。与办公的重力消防系统共用办公消防传输泵。B4层的办公消防一级传输泵输水至34层的消防生活共用中间水箱, 办公二级消防传输泵通过抽吸34层的水箱水, 把水供至65层的消防生活共用屋顶水箱。办公塔楼分为65层水箱供水的高区和34层中间水箱供水的低区。

　　 酒店:B2层酒店洗衣房单独设置一套软水系统, B4层单独设置软水处理装置和软水贮存池, 由变频泵恒压供水。酒店于B4层生活原水池, 经过净水处理后, 与酒店消防用水一起贮存在酒店消防生活净水池内。酒店裙房采用变频恒压供水方式, 酒店主楼采用水泵-水箱联合供水方式。通过B4层的酒店加压泵供至39夹层消防生活共用屋顶水箱。地下室车库、绿化用水及景观用水考虑采用中水 (收集下沉广场雨水, 处理后回用) 供给。

　　 裙房卫生间便器用水采用中水 (收集酒店标准层生活废水, 处理后回用) 供给。

　　 洗衣房单独设置软水供水系统, 采用变频恒压供水方式。

　　 酒店及办公用水采用处理后的洁净水, 卫生间便器冲洗用、停车库地面冲洗、抹车、道路冲洗和绿化浇洒用水等采用处理后的杂用水, 即由下沉广场雨水和酒店标准层生活废水处理后回用供给, 洗衣房采用软水, 其余采用自来水。

　　 办公和裙房卫生间洗手盆由电加热热水器供给。酒店采用集中制备的方式, 热媒采用高温热水, 由半容积式热交换器提供。局部淋浴间采用太阳能热水系统。

　　 排水方式:室内污、废水采用分流制。设置主通气立管, 公共卫生间设置环形通气管、酒店卫生间设置器具通气管。餐饮废水经一级隔油 (由厨房工艺自带) 及二级隔油器处理后, 排入生活污水管道。酒店的隔油间单独设置。车库设隔油、沉砂集水井。地下室卫生间采用污水一体化提升装置。

　　 酒店污、废水经过监测井后与DN900的雨水管汇总排入旅顺路DN1 000的新建市政雨污合用的窨井, 其余经过监测井后与DN900的雨水管汇总排入东大名路DN1 000的新建市政雨污合用的窨井以及DN600的老市政雨污合用的窨井。

　　 主楼屋顶雨水重现期取50年, 采用虹吸排水系统。宾馆及部分裙房屋面雨水采用虹吸雨水系统, 按50年设计。部分裙房屋面采用重力排水系统, 重现期取10年。下沉式广场等区域重现期取50年。

　　 室外雨水设计重现期取5年。DN900的项目雨水管与项目污、废水合并排入旅顺路DN1 000的新建市政雨污合用的窨井, DN900的项目雨水管与项目污、废水合并排入东大名路DN1 000的新建市政雨污合用的窨井以及DN600的老市政雨污合用的窨井, DN500的项目雨水管排入新建路DN600的市政雨水窨井。

　　 分别设置酒店、办公和裙房商业3套独立的循环冷却水系统。循环冷却水量酒店为2 140 m³/h, 办公为3 478 m³/h, 裙房商业为3 993 m³/h。冷却水进、出水温差5 ℃。冷却塔湿球温度28.5 ℃。酒店循环冷却水系统采用旁滤、化学加药处理, 办公、商业循环冷却水系统采用旁滤、AOP臭氧处理。

　　 酒店冷却塔设置在展馆屋面上。办公、裙房商业冷却塔设置在裙房屋面上, 考虑到裙房下方为电影院, 采用浮筑地台加弹簧减震器来防止噪音和震动。

　　 消防水量:室外消火栓系统水量30 L/s, 室内消火栓系统水量40 L/s, 自动喷水灭火系统水量40 L/s, 大空间智能型主动喷水灭火系统水量20 L/s, 高压细水雾灭火系统水量10 L/s。

　　 考虑到高度、运行单位的不同, 项目分为2套消防系统。酒店消防系统为临时高压系统;办公及裙房为常高压消防系统, 65层以上楼层为稳高压系统。

　　 酒店:地下4层的生活原水池内贮存200 m³的消防用水, 屋顶水箱内贮存36 m³的消防用水。办公:地下4层贮存200 m³的消防用水, 34层的水箱内贮存100 m³的消防用水, 65层的水箱内贮存576 m³的消防用水, 18层、50层的水箱内贮存18 m³的消防用水。

　　 高度超过12 m区域设置智能化消防水炮系统。

　　 变电所、变配电间、配电间、应急开关柜间等部位均设置IG541气体灭火系统。酒店、办公、商业的钢瓶间独立设置。

　　 网络机房、通信机房、发电机房、日用油箱间、进线间等部位采用高压细水雾灭火系统, 其中酒店设置1套系统, 办公、商业设置2套系统。

　　 楼层强弱电间采用水喷淋保护。

　　 部分耐火极限不满足3 h的防火卷帘设置双侧加密喷淋保护。

　　 作为公安部在上海市唯一一个全国超高层消防演习场所, 采用消防物联网技术对相关设备进行监控 (见图2) 。

　　 (1) 项目获得绿色设计二星级认证, 办公及裙房获得LEED金奖, 酒店获得LEED银奖。

　　 (2) 地下室车库冲洗、绿化及景观用水采用中水 (收集下沉广场雨水, 处理后回用) 供给。

　　 (3) 裙房卫生间便器用水采用中水 (收集酒店标准层生活废水, 处理后回用) 供给。

　　 (4) 收集办公、酒店的空调冷凝水, 回用给办公冷却塔和酒店冷却塔补水。

　　 (5) 冷却塔风机采用双速风机, 根据空调负荷变化的需要进行调节。

　　 (6) 给水系统采取竖向合理分区方式, 并采取适当措施控制各层用水器具的流出水头, 除酒店集中供热水区域外, 保证各用水点供水压力不大于0.2 MPa。

　　 (7) 局部淋浴间采用太阳能热水系统。

　　 (1) 室外污水与废水合并后通过排水监测井排入市政污水管道。

　　 (2) 餐饮废水:经一级隔油 (由厨房工艺自带) 及二级隔油器处理后, 排入生活污水管道。

　　 (3) 车库排水:设隔油、沉砂集水井。

　　 (4) 地下室卫生间排水:采用污水一体化提升装置。

　　 由于出户条件严重受限制, 北面是地铁顶盖, 东面和西面地下1层基本都是电气用房、坡道、土建风道, 几乎只有南面和东面的酒店侧有出户条件, 上部又形成了相对独立的片状裙房区域, 加上出户途中梁高、降板等原因进一步增加了出户难度, 在与结构专业确定管道穿梁的区域, 管井到出户的距离最远长达近210 m, 所以大部分屋面雨水只能采用虹吸。部分裙房雨水管采用包柱走室外覆土的形式排放。

　　 在320 m高的白玉兰绽放的超高层屋面设置虹吸雨水排水系统, 为保证雨水顺畅排放, 在雨水立管低区的1～8层部分设置消能装置。

　　 在建筑物内部有大小不一的下沉广场, 优美动态的曲线, 结合绿化、景观, 带来了惊艳瞩目的效果, 但是给设计带来了巨大的挑战。这些下沉广场整体来说是在总体开口, 一直到地下2层。总体看是一个个直接开口的大开口, 但是地下1层、地下2层, 这些下沉广场形态又进行了不规则的变化, 所以设计要解决的不仅是单纯的下沉式广场的排水, 还有在其周边的地铁顶盖排水、320 m超高层的侧墙雨水排水、总体道路的雨水排水。设计在研究了分水线划分、各层的遮挡, 和建筑商定在各层的下沉广场的轮廓线周边设置400 mm宽 (共400 mm面层) 隐蔽式暗沟, 尽量把相近的下沉式广场连接起来。暗沟内设置DN150的雨水斗, 雨水斗上设置防护滤网, 排入雨水井。

　　 这些下沉广场的直接开口面积不到2 000 m², 但是所有的汇水面积超过20 000 m²。为了收集以上水量, 在地下3层设置9个5 m×3 m×2.5 m雨水集水井, 每个雨水集水井按照收集2 350 m²汇水面积雨水设计, 雨水泵的流量根据现行《室外排水设计规范》5.3.1条规定:雨水泵站集水池的容积, 不应小于最大一台水泵30 s的出水量。考虑到上海近年出现的特大暴雨, 雨水泵流量设计按50年5 min暴雨强度考虑, 由于溢流量会远远大于平时排水量, 在设置雨水泵时, 采用多台泵的运行方式, 1 h内启泵不超过12次, 以避免雨水泵的频繁启动, 造成水泵损坏。雨水泵2用1备, 雨量大时3台泵同时启动。雨水集水井的容积由于实际情况限制, 按照规范要求的一台雨水泵30 s的出水流量考虑。同时雨水泵考虑带电机冷却保护系统以及日后的检修, 在其上方的梁预留了荷载、电动吊钩和检修空间。

　　 考虑到这些集水井加起来容积约270 m³, 所占体积不小, 既可以有调蓄贮水作用, 又有一定的初沉淀作用, 如果不利用就直接排放很可惜。虽然雨水根据水质一般选择以下处理工艺流程:雨水收集系统→初期径流弃流→雨水收集池沉淀→过滤→消毒→雨水清水池。雨水收集的相关规范要求, 初期径流弃流装置和雨水收集池宜设置在室外。但考虑到:①本项目由于特殊的建筑形态导致下沉广场有大量雨水需要排放, 应把这些雨水回收利用;②总体上项目没有设置雨水收集池的条件;③雨水回收管道设置有难度。经过综合评估, 设计决定因地制宜, 把这些集水井作为分散的初沉池和收集池, 在地下4层正常设置雨水调蓄池、处理工艺及雨水清水池。这样270 m³的集水井加上381 m³的雨水调蓄池, 实际总的雨水调蓄贮水的体积达到650 m³。

　　 保险起见, 设计把集水井的出水管分成2路, 其中一路进入地下4层的雨水调节池, 一路排出室外 (见图3) 。这2路管道上设置电动阀, 以便自动切换。这样这些雨水一般情况下是处理回用的, 如果在遇上特大暴雨, 雨水集水井、雨水调蓄池和清水池均已经蓄满水的情况下, 可以开启排出室外那一路管道上的电动阀, 保证雨水的排放。项目使用后, 经过上海大暴雨的洗礼, 项目雨水排放系统流畅, 达到预期。

　　 为了营造绿色的氛围, 建筑物内种植了不少树木。每个树坑都要排水, 其中地下3层的层高相对低一些, 层高受到一定局限。设计采用侧墙式地漏, 就近树坑排水串在一起, 最终排入地下车库明沟、集水井 (见图4) 。

　　 酒店裙房的开启式看星星的天窗和不开启的天窗、屋顶游泳池、屋顶庭院也是通过设置周边暗沟结合地漏最终排放。

　　 东长治路地铁车站顶板标高为2.68 m, 东长治路旅顺路至新建路段市政道路中心设计标高为3.67 m, 且车站顶板并无其他的排水措施, 地铁车站内也已经完工。这样就意味着车站顶板的排水是无法排到东长治路旅顺路至新建路段市政道路上的, 需要设计“消化”车站顶板的雨水。历经一年多的协调, 最终在区政府的主持下, 与地铁方、城建院、业主方、景观等相关单位的协调, 白玉兰项目的酒店出入口标高调整为3.73 m、商业出入口1标高调整为3.35 m、商业出入口2标高调整为3.42 m。依据目前东长治路现状, 并结合SOM自然排水方案及白玉兰广场项目防汛评估报告, 确定项目东长治路一侧排水方案, 具体如下:

　　 (1) 1-10轴酒店区域:在酒店建筑外墙周边设置排水沟, 收集建筑立面幕墙雨水至地铁方承诺预留的旅顺路侧雨水井;其他区域雨水自然排放至东长治路。

　　 (2) 11-23轴展览馆及零售区域:在该区域建筑外墙一侧设置排水沟收集建筑立面幕墙雨水至地下室;绿化区域四周采用设置排水沟的方式收集地表雨水及绿化渗流排水至地铁方承诺预留的旅顺路侧雨水井, 其他区域雨水自然排放至东长治路。

　　 (3) 24-34轴区域:在该区域建筑外墙一侧设置排水沟 (与11-23轴区域相连通) 收集建筑幕墙雨水至地下室;项目红线内车行道路标高近人行道侧抬高至3.7 m以上, 并放坡至东长治路车道出入口位置;项目车行道坡度低的一侧设置排水沟, 收集道路积水至地铁方预留2个雨水井。

　　 (4) 35-43轴区域:在该区域设置排水沟 (与地下车库入口处截流沟相连通) 收集该区域地表及绿化渗流排水至地铁方承诺预留的新建路侧雨水井;其他区域雨水自然排放至东长治路。

　　 作为功能形态不一的超高层建筑群, 采用突破规范的临时高压系统和常高压消防系统, 不同区域不同层高采用不同的灭火形式。

　　 由于项目在2005年开始设计, 对于超高层建筑群的消防系统并没有明确规范可供参考, 设计参照南京紫峰、环球金融中心等超高层建筑项目的经验, 结合消防局、酒店管理公司的意见, 开始了超高层建筑群消防设计的探索道路。

　　 虽然整体项目面积并没有超过50万m², 但考虑到高度、运营单位的不同, 项目分为2套消防系统。酒店消防系统为临时高压系统, 办公及裙房为常高压消防系统, 65层以上楼层为稳高压系统。

　　 (1) 全国罕见的一泵到顶的超高层临时高压系统。酒店的消防泵房设在地下4层, 最不利点标高为170 m左右, 整体高差达到190 m。考虑到以下因素:①由于酒店并没有设置避难层, 仅在7层设置了避难区, 建筑物为月牙造型, 除去核心筒之后机房面积比较有限;②上下层均为酒店客房层, 设备的噪音对酒店运营不利;③7层的标高为30 m左右, 离最不利标高还有140 m左右。最终经上海市消防局的论证, 同意了一泵到顶的临时高压系统方案。

　　 (2) 全国最早设计的超高层常高压系统之一。办公及裙房为常高压消防系统, 65层以上楼层为稳高压系统。项目在2005年开始设计, 对于超高层的常高压系统没有可供参考的规范。考虑到上海给水管网的完善性以及上海市北自来水公司要求消防和生活合用的要求, 经过消防局的认可, 消防贮水量并未借鉴南京紫峰项目, 而是借鉴环球金融中心项目B4层贮存了100 m³的消防水量, 考虑一隔为二的检修因素, 本项目在B4层净水池贮存200 m³的消防用水。34层的水箱内贮存100 m³的消防用水, 65层的水箱内贮存576 m³的消防用水, 18、50层的水箱内贮存18 m³的消防用水。系统简洁流畅, 利用城市自来水管网的优势, 大大节约项目内部的机房面积。

　　 (3) 高压细水雾灭火系统在超高层建筑群的应用。高压细水雾灭火系统具有用水量少、灭火性能高、水渍损失小, 二次损害小、综合防灾能力强等特点, 但在超高层建筑群中大规模应用还属少见。项目在网络机房、通信机房、发电机房、日用油箱间、进线间等部位采用高压细水雾灭火系统。酒店设置1套高压细水雾灭火系统, 在B4层设置高压细水雾泵组;办公设置2套高压细水雾灭火系统, 泵组分别设置在B4层、34层。

　　 2013年12月1日实施的《细水雾灭火系统技术规范》 (GB 50898-2013) 对于系统所带的喷头个数、防护区数量进行了限制, 大大削弱了细水雾灭火系统的经济优势, 让业主望而却步, 面对消防规范、消防局特别明确需要加强保护的区域, 只能采用脉冲超细干粉、预作用等灭火系统。

　　 (4) 其余区域的各种消防保护措施:部分区域高度超过12 m区域设置智能化消防水炮系统。变电所、变配电间、配电间、应急开关柜间等部位均设置IG541气体灭火系统, 酒店、办公、商业的钢瓶间独立设置。楼层强弱电间采用水喷淋保护。由于裙房动线曲折, 部分防火卷帘的耐火极限无法满足3 h要求, 故在其两侧设置加密喷淋保护。

　　 (1) 消防物联网。通过对大楼固定消防设施配置物联网设备 (见图5) , 在各个楼层自动喷水灭火系统末端安装传感器, 监控消防管网水流动作, 在消防报警控制柜增设报警信息采集接口, 实时监控消防监控主机报警信息。当有火情发生, 自动喷水灭火系统末端动作时, 物联网系统APP会发出火警提示音, 显示火警的具体位置, 并为全体微型消防站队员手机安装物联网系统APP, 实现消防报警人机联动, 打通火警处置“最后一公里”。

　　 (2) 全面应用了BIM技术 (见图6) , 有效解决了机电安装过程中各专业管线标高重叠、位置冲突和工序协调难的问题。除此之外, 针对办公塔楼皇冠、旋转车道等复杂部位, 采用二维线形难以直观反映设计施工上存在的问题时, 也应用BIM技术, 将施工中的“硬碰撞”和“软碰撞”问题消灭在萌芽中。

　　 优美动态的建筑形态曲线, 结合绿化、景观, 带来了惊艳瞩目的效果, 这要求我们平衡建筑和实际使用两者的关系, 设计出不拘泥于常规做法的合理、绿色的给排水设计。对于超高层建筑群的消防设计, 在顺应消防灭火的基本理念下, 根据项目的实际情况进行合理突破, 是十年耕耘的白玉兰的精神所在。绿色建筑、消防物联网技术将会是未来设计的趋势, 保护环境、减少水污染、节约资源是我们的职责所在。