水是自然界中对建筑物最具破坏力的因素之一,会以多种形态进入建筑物内部或周边,或者出现在意想不到的地方。对于大多数建筑,在其生命周期内所进行的维护翻修,大部分是因为未能很好地处置建筑与地表水、地下水、雨水、冷凝水、生产生活用水等的关系。

为了使城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有更好的“弹性”,深圳国际会展中心项目在处理水与建筑的关系时,强调让水在城市中的迁移活动更加“有序”和“自然”,因此建立和完善了城市“海绵体”,结合会展运营功能和巨大尺度的建筑规模,运用“防排结合”原则,通过防水、排水、吸水、蓄水、渗水、净水等措施,以及在需要时将蓄存的水“释放”并加以利用,实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。

深圳国际会展中心建设用地面积121.42万m²,共有2个登录大厅和19个展厅,由一条长1.75km的中央廊道连接,是集展览、会议、赛事、娱乐、餐饮、购物、办公、服务于一体的超大型会展综合体。这项超级工程创下九项世界之最,不仅建筑面积为全球单体建筑之首,达160万m²;而且还有全球房屋建筑领域面积最大、长度最长的无缝钢筋混凝土结构地下室,面积达57万m²,长度达1 700m;同时单体建筑的防水面积也是全球最大,地下室防水面积约63万m²,金属屋面防水面积约73.5万m²,可覆盖106个标准足球场。

项目所在地块属于深圳海绵功能提升区,深圳西部的雨型分区属于珠江三角洲雨型。短时降雨强度大,最大日降雨量257.3mm,最大小时雨量可接近100mm。现状地下水平均埋深小于2m,经填海处理后地面高程将大于6.5m。目前滩涂底层分布着饱和软土,入渗性较差,雨水落入滩涂直流入海,汇流通畅无内涝。周边现状水系发达,主要为茅洲河支流。场地以东河涌承接了场地东部建成区部分生活污水,现状水质差,水生环境脆弱,生态修复压力大。片区河道感潮,水域面积萎缩过半,滩涂、河道向外海延伸1.5～2.5km,河道被侵占、填满、暗涵化,水体联系通道被阻断,填海及滩涂的无序开发导致水系功能退化、影响城市防洪安全等问题。

通常人们借助市政排水工程解决城市雨涝问题,铺设大型排水管道或者安装更大功率的水泵,这种方法虽然简单,但会有生态、经济和环境协调方面的问题。因此,我们尝试将海绵城市概念引入项目的景观设计和排雨水设计中,和谐处理水与建筑、景观的关系,化解建筑排水的功能需求与运营使用、空间体验之间的矛盾。

在深圳国际会展中心项目中,排水主要存在以下三个难点:一是断续不连贯的外围景观带集中在建筑西侧和外围,绿地面积小且分布不均,屋顶面积占比大但多为无承重功能的轻质金属屋面或光伏屋面,进行绿化较为困难;二是广场道路有重载车辆高频率行驶,地面铺装必须采用传统铺装,雨水下渗空间有限;三是如何将海绵设施与会展项目难以避免的大尺度公共空间整合设计。

根据《深圳市海绵城市建设专项规划及实施方案》推荐的典型设施类型,结合本项目建设开发条件和建筑、景观需求,选择绿色屋顶、下沉式绿地、雨水花园、雨水调蓄池(回用池)为本项目主要应用的海绵设施类型。为解决排水的问题,主要采取如下措施。

一方面,以因地制宜为原则,在南北两个登录大厅及西侧配套建筑、凤塘大道上盖公园等位置设置绿色屋顶、阳光草坪、创意地形等元素,让原本单一的围护结构具有了展陈、休闲和生态调蓄等多元功能。在绿色屋顶下方设置蓄水层,在提升雨水滞蓄能力的同时为植物生长提供用水;展厅屋面则以功能适用为原则,在确定虹吸排水能力时考虑一定的安全系数(10年的管道系统、100年的溢流管道系统、200年的溢流口系统),雨水径流经初雨弃流和雨水回用池调蓄净化后,或回用于空调冷却补充水、绿地浇灌,或错峰排入市政排水检查井。

另一方面,结合运营和功能需求及周边截流河、连通渠等大生态系统,在景观绿地中灵活组织排布了下沉绿地,下凹深度低于周围人行道铺装完成面100～300mm,使其具有雨水调蓄功能。同时利用室外展场的边角空间结合景观设计,打造具有可观、可赏、可停留的雨水花园等生物滞留设施。

雨水花园采用复合介质,底部设置外包透水土工布的穿孔排水管,将硬质不透水地面的雨水径流组织到海绵设施内,经净化、下渗后,超标雨水由溢流设施排入场地内雨水排水管网,最终排入市政管网系统,达到净化与削峰的目的。通过这些绿化组团柔化建筑边界,有效减少了大尺度公共空间带来的压迫感,为参观者带来了友好和人性化的体验。

通过对项目所在区域自然基础条件、管网建设及建筑、景观的功能需求分析,优化了场地设计和景观布局,合理采用海绵设施,实现“净、用、滞、蓄”的海绵城市建设目标,最终使年径流总量有效控制在55%,降低了雨水内涝的风险,实现了雨水的自然积存、自然渗透、自然净化。

利用景观设施滞留和净化雨水起到海绵的作用,是提升雨水管理的一个新途径。坚实可靠的建筑防水是建筑基本功能得以实现的保障,特别是对于应用海绵城市理念的建筑项目更为重要。深圳国际会展中心作为一个世界级湾区“巨无霸”项目,在设计过程中遇到的防水设计难点也多与大有所关联,例如超长地下室和超大屋面的防水设计。

深圳国际会展中心项目地下室共2层,底板绝对标高为-3.4m,开挖深度约10.4m。地下室防水按一级防水设防。地下水埋深较浅,丰水期高程为1.45～5.20m左右,枯水期平均高程为2.11m。地下室总长度约为1.7km,功能为汽车库、设备机房、厨房及安保用房。地下室被凤塘大道分隔为南北两部分,北侧地下室最大长度570m,南侧最大长度1 250m。

在深圳国际会展中心地下室防水设计中存在两个重要难题:一是单层规模巨大,超长、超大地下室的温度效应、收缩、徐变效应等十分显著,易造成混凝土结构的开裂渗漏;二是场地软弱淤泥层分布深厚,基坑超挖回填后可能继续产生沉降和不均匀沉降,对防水层造成损害。这两个难题可以分别通过优化主体结构设计和选用合适的外防水材料进行有针对性的解决。

地下室围护体系抗渗等级按P10设计,但结构防水不仅是抗渗,更重要的是减少裂缝。在设计前期,设计团队通过计算分析取消伸缩缝并优化后浇带,实现了超长无缝钢筋混凝土地下室的设计方案,减少了因缝引起的渗漏问题。采取的具体措施有:

(1)地下室底板跳仓浇筑,底板上间隔设置用于削弱底部刚度、吸收结构变形量的结构沟来代替传统的底板变形缝,并在结构沟内设置后浇带。后浇带采用超前止水及预注浆技术,通过注浆管系统密封接缝区域的缝隙和孔洞。

(2)由于地下室外墙刚度大且长度超长,养护条件差,容易出现裂缝,因此在地下室外墙每隔30m设置一道诱导缝,使混凝土可以无缝连续浇筑。

(3)通过优化混凝土材料、外加剂、掺合料、混凝土强度、施工措施、养护要求等,减少混凝土构件裂缝的产生。

除了对结构体系进行裂缝控制外,合理的防水系统也至关重要。由于地下室基坑超挖近1m,石粉渣回填后,底板下混凝土垫层、防水保护层及侧墙保护层有可能一起沉降。因此在进行地下室外防水设计时,取消了底板防水保护层,采用非沥青基高分子自粘胶膜防水卷材预铺反粘法施工,自粘卷材面层能与后浇筑混凝土结构层粘结为一体,避免沉降导致的防水层剥离,并能有效控制“窜水”。对于地下室侧墙,在基层修补后,采用渗透环氧处理,避免找平层的开裂风险。

金属屋面系统属于构造排水系统,常因构造层缺陷、板型不牢固、材料热胀冷缩等原因引起渗漏。在深圳国际会展中心项目中,除了项目本身的超大体量使得热胀冷缩尤为明显外,巨型尺度的屋面造型对排水组织和抗风性能的影响也不可忽视。因此在屋面设计中,有针对性地采取了如下解决措施。

(1)优化屋面曲面的排水坡度,随着汇水面积的增加而加陡,控制平均坡度在10%左右。通过第五立面造型设计,将东西向长边起拱的屋面调整为南北向短边起拱,将位于展厅使用空间上方的内天沟调整为位于展厅使用空间两侧的室外天沟,避免室内空间的正上方出现渗漏风险。金属屋面直立锁边板相应采用超长板型,不设纵向搭接,最大长度约为240m。

(2)由于屋面尺度大、临海台风多,因此选取了力学性能和抗风揭性能较好的镀铝锌PVDF压型钢板屋面系统,并针对檐口等特殊部位增设抗风锁夹。屋面构造设计采用镀铝锌压型钢板直立锁边屋面板+TPO防水卷材的两道防水形式,TPO防水卷材安装于固定支座底部,简化了穿透部位的防水处理。

(3)为解决超大屋面的热胀冷缩问题,采用摇摆头构造的不滑动固定支座,避免构件之间因互相约束伸缩变形造成的损坏漏水。屋面板的伸缩量控制在两个固定支座之间,通过每个跨内板面的轻微变形,将整体伸缩量化整为零。

作为全球建筑面积最大的单体建筑,深圳国际会展中心设计团队在进行海绵城市和防水设计时积极探索,克服了诸多困难,提出了解决办法,有力保障了这座深圳城市新地标的顺利竣工,也为这一类工程提供了参考。