南京牛首山文化旅游区位于南京市中华门外13km处,江宁区东善乡西北向,以牛首山为主体,山高242.9 m,面积约500hm²。南京市江宁区于2011年完成了《牛首胜境创意与规划设计概念方案》,规划在“生态修复、文化修补、再现奇观、再造奇迹”的指导思想下,通过补天阙、藏地宫等一系列工程,目标将牛首山风景区核心区打造成为南京市民的生态胜境、金陵佛国的文化胜境、华东旅游的休闲胜境。南京牛首山文化旅游区一期工程佛顶宫项目(见图1,以下简称项目)即为牛首山遗址公园(牛首胜境)文化旅游区的一个重要组成部分。项目建设完成后将成为佛教释迦摩尼顶骨舍利日常供奉地,同时兼具文化、旅游、商业、宗教等多重功能及属性。

　　 由于项目所处区域位于原牛首山西峰旧矿坑,依势而建。牛首山西峰,峰顶于1945年左右被人为开挖破坏,现状为废弃矿坑(见图2),矿坑蓄周边山丘汇水,现状水深约35 m。整个项目区四面环山,周围山体高程140~250m,整个项目区布置在山谷之中,山丘区洪水具有“源短流急”的特点,为保证本项目能在建成后安全、可靠,并使其能抵御极端的自然灾害、山丘区洪水侵扰,整个区域的山体排洪和建筑场地的雨水迅速、畅通排泄,是本项目给水排水工程设计的重中之重,如何将整个区域的山体排洪与建筑雨水排水紧密结合,真正做到设计上的万无一失,是我们需要完成的课题。

　　 建设用地面积59 215m²,总建筑面积121 708m²,包括地上4层,地下6层。地上建筑面积25 137m²,地下建筑面积96 571 m²,绿化率31.5%,建筑密度20.2%,容积率0.49,总建筑高度46.3m。地下1层:主要是餐饮厨房、变电所、弱电、柴油发电机房等机房雨水蓄水池;地下2层:网络机房、素食斋、餐饮包房、公共卫生间等;地下3层:消防水池及消防水泵房、热交换机房、大中型会议办公区、配套餐饮观礼区等;地下4层:展厅、公共卫生间、暖通机房等;地下5层:舍利展示大空间、展厅、暖通机房、公共卫生间等;地下6层:佛骨舍利藏馆、禅修区、休息等候区、贵宾接待区、暖通机房、公共卫生间等。地下车库:环形车道从上到下(地下1层~地下4层),车道两侧为停车位约160辆,车道为半敞开式。地上部分主要是卧佛展示空间,1层:佛顶宫主入口,中间是展示卧佛的大空间(1~4层);1夹层:观礼区及商业;2层:观礼区、商业、公共卫生间;3层:主要是商业(含简餐)、公共卫生间等;3夹层:各机房层,包括暖通机房、生活水泵房。图3为使用功能剖面。

　　 给水用水量:最大日用水量913 m³/d,最高时用水量118.25 m³/h;热水用水量:最大日用水量213.9m³/d,最高时用水量20.8 m³/h。空调冷却循环水量1 362.8m³/h。

　　 最高日约635.4m³/d,最大时91.76m³/h。

　　 室外消火栓消防用水量30L/s,火灾延续时间4h;室内消火栓消防用水量40L/s,火灾延续时间4h;自动喷水灭火用水量35L/s,火灾延续时间1h;大空间智能型主动喷水灭火用水量20L/s,火灾延续时间1h;自动消防炮用水量80L/s,火灾延续时间1h。

　　 由于景区市政自来水公司管网直接供水高位水箱(地上3夹层处),供水方式为高位水箱重力给水,并设旁通管直接供水地下1层~地下6层,设置可调式减压阀分区;同时在地上3夹层处生活用水泵房内设置变频增压给水泵组供水地上1~4层。区域静水压力≤0.45 MPa,部分供水支管水压>0.20MPa,采用支管设置减压阀方式减压。

　　 本项目设计主要遵循国家和地方的建筑节能和可再生能源应用设计标准、《绿色建筑设计评价标准》(GB/T 50378-2014)三星级要求,并结合项目特点和实际使用情况,佛顶宫餐饮及更衣室淋浴间热水采用太阳能集中热水供应系统,辅助热源为热水锅炉提供高温热水。太阳能热水系统产生热水量占生活热水量的比例达到10.98%。

　　 空调冷却循环水量按冷冻机设置匹配,按商业、办公业态分别设置独立系统开式冷却塔,冷却塔、冷却循环水泵与冷冻机一一对应。设置化学水处理、加药及在线水质测试装置,保证冷却循环水水质。

　　 室内生活排水污、废合流,公共卫生间排水设排水主立管、支管,主通气立管和环形通气管。地上及地下3层以上重力排至室外污水管,地下4层压力排至室外污水管;餐饮厨房区域排水就近排入下一层隔油装置机房,经新鲜油脂分离器隔油后重力排至地下3层室外污水管,室外污、废水管均通过项目垂直竖井排至下游区域污水处理站。

　　 由于本项目建筑物建造在原矿坑及山坳之中,东侧与山体之间形成类似天然且超大面积下沉广场,四周环绕山体的排洪,除考虑在不同标高设置排洪沟和场地雨水排水系统外,为进一步加强措施,以确保主体的安全性及地下6层舍利藏宫万无一失,分别设置了独立的垂直竖井作为大口径排水管通道排入下游排水口,并增加了全流量雨水排水泵站排出建筑物底部雨水,作为应急措施,以防于未然。

　　 本项目收集佛项宫小穹顶、地面雨水,经处理后用于景观、绿化、车库冲洗和冷却塔补水。非传统水源利用率为20.95%,满足绿色三星设计标识一般项评价加分项要求。

　　 本项目作为重大工程,江苏省消防部门组织了公安部专家论证会,要求采取加强措施:室内、外消火栓系统火灾延续时间均为4h,固定消防水炮灭火系统在满足2门灭火同时,加设2门喷雾冷却禅境大观(小穹顶)空间。消防水池储存取同时使用水灭火设施最大值。室内外消火栓系统、自动喷水系统等均为临时高压给水系统;地下5层~地下1层24m高的大空间,设置大空间智能型主动喷水灭火系统;禅境大观(小穹顶)(净高约为42m、面积约为9 000m²)的大空间,设置自动消防炮灭火系统,自动消防炮自带雾柱转化功能。锅炉房、柴油发电机房采用水喷雾灭火系统,就近设置雨淋阀站。地下1层变电所、地下2层网络机房、有线电视机房、无线覆盖机房、营运机房等均设置IG541气体灭火系统,采用组合分配式系统。按照各功能不同、建筑灭火器危险等级、火灾类别分别设置建筑灭火器。

　　 由于本项目位于南京市江宁区,雨水充沛,据资料记载:雨水日最大降水量198.5mm(1931年7月24日);小时最大降水量68.2mm;最长连续降水日177.3mm/12日,最大24h降水量494.5mm(2007年7月7日14:00~2007年7月8日14:00)此值已大于全国24h最大平均降水量300mm的台湾省。受台风影响平均每年为1~2次,以及长江高潮顶托因素,历史洪涝灾害频繁。

　　 本项目区域位于牛首山西峰峰顶原有废弃矿坑,汇集山丘来水,需要将原有矿坑积水抽干并开发建设。若不采用相应的防洪措施,上游山丘来水将对项目产生巨大的安全隐患,会造成不可估量、无法弥补的损失。在《室外排水设计规范》(GB 50014-2006)中也有专项条文明确规定:“应采取必要的措施防止洪水对城镇排水系统的影响”。由此,在项目方案阶段,我院多次向甲方建议请当地相关水利专业设计院介入(许多项目中,一般业主把《防洪设计》与室外排水工程混为一谈,也要求由建筑设计院完成设计),当地相关水利设计院承担了本项目的《防洪工程方案》。至此,本项目排洪及雨水排水方案初见倪端,设置环山排洪沟和建筑室外场地排水,排除汇集山丘洪水和场地雨水,并利用垂直旧矿道排至下游水体。水利院负责环山排洪沟工程设计,我院负责建筑室外场地雨水排水工程设计。汇水范围内高程在139~247m之间,建筑物在高程129~226m之间,室外地坪(西、南侧广场)高程为165m。原深坑面积为1.9万m²,项目位置汇水面积0.128 7km²,按高程165m(项目南广场室外地坪标高)以上汇水面积由水利院负责设计排洪沟将山丘区域洪水排出;165m高程以下汇水面积由我院负责设计排水沟或排水管排除雨水,以此保证项目的防洪排涝安全、可靠。

　　 水利院组织了实地勘察,对项目区域地理位置的地形地貌、水系概况、水文气象等大量资料进行收集,并针对性仔细分析了项目周边区域的洪涝特性,根据《南京市江宁区防洪排涝规划》及《防洪标准》,项目作为“国线景点,知名度高,受淹后损失巨大”的旅游设施,对项目位置所处区域分别采用20年一遇标准、50年一遇标准、100年一遇标准逐一进行了汇水流量的计算,通过对相关雨量资料及频率分析计算、产流计算、汇流计算,最终计算出设计流量分别是20年一遇洪水洪峰流量为1.228 m³/s,50年一遇为1.415m³/s,100年一遇为1.591m³/s。

　　 由于项目的特殊性、重要性,在项目《防洪方案》设计阶段,甲方专门组织了江苏省水利部门、市政部门的专家进行了数次评审会,就相关设计依据和设计标准及最终方案的实施对下游水库的安全性问题,提出诸多宝贵意见,《防洪方案》也数易其稿,最终采用了100年一遇洪水的洪峰流量为1.591m³/s,提出了排洪沟的2种断面形式,过水断面保证不小于1.3m²,排洪渠道按照I级建筑物级别设置超高,渠道比降为0.15%,断面设计流量为1.6 m³/s,并确定了环山排洪沟平面布置,为最终实施打下了良好的基础。

　　 我院负责165m高程以下汇水面积的雨水排水的设计工作。近几年,暴雨过后,积水严重频繁发生,大片区域被淹,部分还造成人员伤亡和国家及人民财产的巨大损失。在接手项目之初,深感给排水工程设计的责任重大,必须确保项目的安全性及地下6层舍利藏宫万众信奉的释迦牟尼佛顶骨舍利的万无一失(释迦牟尼佛顶骨舍利是世界现存唯一一枚佛祖真身顶骨舍利,在2015年10月27日后长期供奉于此)。防洪、雨水排涝成为了设计的重中之重。我们查阅了大量的给排水设计手册和有关雨水排水设计的文献资料,发现以往的设计中运用的计算方式及设计重现期选用,有值得商榷的地方。

　　 欧美国家的城市雨水排水管渠设计标准一般重现期为10年,日本为10~15年,英国为30年,美国各州雨水排水干管设计重现期规定为100年,而在本项目设计之初执行的《室外排水设计规范》(GB50014-2006,2011年版)中,雨水管渠设计重现期已调整提高到1~3年,但与发达国家相比较,我国设计标准仍然偏低。在2014版《室外排水设计规范》中,新增了内涝防治设计重现期(见规范表3.2.4B),用以规范和指导内涝防治设施的设计。在近期2016版修订中,强调“由于中心城区地下通道和下沉式广场的汇水可以控制,且一般不能与城镇内涝防治系统相结合,因此采用的设计重现期应与内涝防治系统相结合”。本项目诸多挑空部分,东侧与山体之间形成类似天然且超大面积下沉广场,高差达30多m。鉴于项目的特点及安全性、可靠性,提高了设计重现期,同时考虑排入对象、高程、位置等不同,在同一排水系统采用不同的设计重现期。图4为项目汇水分析示意,表1为项目不同高程区域设计重现期选用。

　　 设计标准不仅与重现期相关,与其采用的设计计算公式同样密不可分。长期以来,欧美与日本发达国家采用最大径流量法,我国采用的是沟道空隙容积利用法,其设计计算排水流量远低于前者。最大径流量法:雨水排水管渠按最大径流量设计,不计沟道容量调蓄能力的利用,该方法更安全、可靠。沟道空隙容积利用法:1948年前苏联专家莫洛科夫提出的概念,其理论为雨水排水管渠内各个设计断面最大径流量不是同时到达,当按最大流量设计各断面则沟内产生空隙容积,利用该空隙容积可消减设计流量,用增长管流计算时间的方法来消减设计流量。该法把沟道内的潜力全部利用上,经济性好,但没有安全系数,对地形变化复杂地区以及重要项目在设计上必须消减其利用系数,否则,会对工程设计带来隐患、不安全因素。文献[1]对上述2种计算方法计算结果进行了比较,结果表明:最大径流量法1年、3年、10年一遇重现期的流量约相当于空隙容积利用法3年、10年、100年一遇重现期的流量。以此类推,按南京地区暴雨强度公式,用上述2种方法计算设计流量分别相差32%、27%、40%。显而易见前者设计流量比后者要安全。本项目限于设计依据及现行条件,在设计计算中仍沿用了现行规范的设计暴雨强度公式(《室外排水设计规范》(GB50014-2006,2014年版3.2.3条),但大大提高了设计重现期,以便有案可稽,有法可依。

　　 在雨水管渠管段设计流量计算中,对面积叠加法和流量叠加法也进行了比选,详见表2。

　　 由表2可知,流量叠加法,各设计管道的设计流量等于其上游管段转输流量加上本管段产生的流量之和。而各管段的设计暴雨强度则是相应于该管段设计断面集水时间的暴雨强度。由于各管段的集水时间不同,所以各管段的设计暴雨强度亦不同。而面积叠加法则是各设计管道所承担的各汇水面积之和,与计算管段的同一集水时间而得的暴雨强度一起来计算流量。显而易见,前者计算所用各管段暴雨强度较后者大,而且,汇水面积越大,距离越大,集水时间越大,暴雨强度差异更大,从而两者计算的设计流量差别会更大。虽然,前者计算方法需逐段计算叠加,较后者复杂、繁锁,但更安全、可靠。本项目采用流量叠加法进行了整个室外排水沟渠的计算。

　　 雨水量按南京市暴雨强度公式计算,屋面、汽车坡道入口及其挑空部分,东侧山坳与建筑物之间露天挑空部分等设计降雨重现期采用100年,室外场地设计降雨重现期采用5年。室外广场(高程165m)设置雨水沟,雨水沿雨水沟汇集到排水沟渠,然后再经过2根DN900管道接至地下3层管道竖井排入下游水体。

　　 地下5层室外地坪(高程129m)沿山体起坡线设置排水沟并设置有雨水蓄水池,雨水蓄水池水通过重力排水管(2根DN700)接至管道竖井排入下游水体,同时还设置雨水泵站,在遇到百年一遇以上的洪水时,可辅助雨水的排水,泵站通过提升雨水排至1层山体,顺势而下。

　　 本项目除地下6层舍利藏宫为镇馆之宝外,地上1层核心大空间禅境大观(又称禅境福海)堪称点睛之作,其华丽绚烂、气势恢宏的空间造景给游客带来了视觉和心灵双重震撼与享受。其单层通高的超大空间在禅意文化建筑中较为罕见。该空间加上周边回廊空间总建筑面积约为9 750m²,空间长度为112m,宽62m,高42 m,而当时现行的《建筑设计防火规范》规定高层建筑内的商业营业厅、展览厅等,当没有火灾自动报警系统和自动灭火系统且采用不燃烧或难燃烧材料装修时,地上部分防火分区的允许最大建筑面积为4 000m²,其设计超过了国家消防技术标准的规定,且屋顶利用铝合金结构,大跨度铝合金材质作为承重材料,共2层,内层为铝合金装饰网架,目前国内没有相应规范参照,本项目参考了《美国铝合金设计手册》中的相关内容,确定了铝合金在不同温度的应力设计依据。

　　 鉴于本项目的重要性、特殊性,以及方案设计中诸多突破规范的地方,江苏省消防总局组织召开了由公安部消防专家为主要成员的专家论证会,对原有建筑方案设计以及消防设置等均提出了相关调整意见,并由甲方委托具有消防资质的国内权威机构对项目作了《防火设计专项分析研究报告》。专家论证会除要求按照当时现行相关消防设计规范执行外,特别提出了一系列加强措施,其中针对水消防设施方面的要求为:(1)室内、外消火栓系统用水储存由3h增加为4h。(2)禅境大观上方设置自动消防炮,满足该空间内任意点有两股水流到达,并有另2门带雾化功能的自动消防炮对空中烟雾进行阻隔、稀释。(3)所有喷头采用快速响应喷头,不得采用隐蔽性喷头。(4)设置的全部自动消防炮均应有雾、柱转化功能。

　　 基于当时执行的防火设计规范和建筑方案的超大防火面积、体积及火灾负荷等水消防系统除设置常规的室内外消火栓系统、自动喷水灭火系统外,超过12m净高的空间禅境大观设置了自动消防炮灭火系统,暖通专业设置了机械排烟系统,消防报警系统采用红外线对射报警探测器、光波段探测器以及手动报警按钮、消防电话、火警广播,并在各楼层设置(地图型)楼层显示器。《防火设计专项分析研究报告》就上述消防设施及空间功能等因素选取了具有代表性火灾场景进行了分析,即自动消防炮灭火系统失效或机械排烟失效火灾场景的分析。

　　 由于不同场所的可燃物组成和分布有很大差异,准确估计自动喷水灭火系统的灭火效果较困难,工程应用中一般假设自动喷水灭火系统启动后,火势很快得到控制,火灾规模维持在自动喷水启动前水平,即利用火灾试验结果来拟合火灾热释放速率曲线。火灾通常是一件物品先着火,然后再引燃周围的其他物品,即火灾的蔓延,并且常会产生维持燃烧的热量,随着被引燃的可燃物增多,热释放速率会随之增大,但受可燃物、氧气或其他条件限制,火灾的热释放速率不会无止境的增大。一般认为在轰燃后整个空间的热释放速率即达最大值。另一种常见的情况是火灾达不到轰燃或发展到一定程度时即被抑制(比如自动喷水灭火系统),此时也认为火灾达到最大值并在一定时间内维持这个最大值。而热释放速率是表征火灾增长快慢程度的重要参数,对其数值的有效控制将对失势的蔓延灾情的控制起到至关重要的作用。美国建筑与灾情研究所(NIST)开发了一种感温探测器启动时间的计算程序,同时也可以计算火灾所能发展到最大规模热释放速率,并指出对于较危险的火灾物景,必须布置相应的自动灭火系统,这时的火灾类型属于自动喷水灭火系统控制下的火灾。表3常规建筑火灾的最大热释放速率[上海市《建筑防排烟技术规程》(DGJ 08-88-2006)表3-4]显示,设置自动喷水灭火系统火灾场景其热释放量大大降低,能有效控制火势增大和蔓延,对限制火灾规模直至灭火起着至关重要的作用。

　　 禅境大观参照表3中的设有或未设有自动喷水灭火系统的超市、仓库火灾规模,最大热释放速率分别为4.0MW和20MW(即对自动喷水灭火系统失效情况进行了分析),充分说明了自动喷水灭火系统控火、灭火的重要性和必要性。而上述数值的火灾场景设置条件分别为设置自动喷水灭火系统、机械排烟失效和未设置自动喷水灭火系统、采用机械排烟系统2种工况。由于本项目火灾时场景空气中热量、烟气的温度梯度不同,其蔓延速度远大于火势的扩展速度,烟气快到达顶棚,并继续迅速扩散四周,大大降低能见度,烟气温度及CO浓度达到危害人们生命的危险值,不仅影响人员安全迅速疏散撤离火场的能力,更容易危及生命。故本项目在禅境大观中设置自动消防炮实施2股水柱到达任意点的同时,考虑有雾化能力的自动消防炮对空中烟雾进行稀释,除利用防排烟系统迅速排烟外,在烟气控制中进一步采用加强措施,提高控火、灭火的效率,保证人员及财产安全。

　　 本项目依据《自动消防炮灭火系统技术规程》(CECS 245:2008)以及专家评审会要求,自动消防炮需带有雾化功能,在禅境大观上方设置了自动消防炮灭火系统。由于整个空间中央设有活动剧场,剧场在演出时莲花瓣结构具有升降性,共有36片巨型莲花瓣演出时会冉冉升起,四周围合成一座剧场,卧佛徐徐上升,营造佛海圣境。整个莲花瓣升降高度和卧佛上升高度都会对消防炮产生一定遮挡,为消除整个保护区域的盲区,达到自动消防炮对建筑安全保障的要求,对消防炮喷水灭火过程射流试验轨迹水力曲线图进行分析,并同时满足2股水柱达到任意点的规范要求,确定了水炮平面布置位置及安装高度。水炮安装高度不得低于23m,最终确定安装高度31m,卧佛上升悬停高度不能低于20m。图5、图6分别为单台消防炮射流试验轨迹曲线示意和结合其曲线消防炮安装高度等示意。

　　 本项目自动消防炮流量为20L/s(单台),额定工作压力0.8 MPa最大工作压力1.6 MPa,射流半径56m,保护半径50m,雾化角度90°,水平回转角360°,垂直旋转最大角度-90°~+75°。

　　 专家评审会明确提出,鉴于禅境大观的超大空间及建筑内部特殊性,同时考虑可燃和易燃物品的存在,使火灾危险性增大。一旦失火,火势、尤其是烟气可以不受限制地急剧扩大,就会向建筑物中其他空间扩散并进而迅速导致整个建筑物全面起火。本项目考虑常规灭火设施的局限性,除设置防排烟系统(机械排烟,排烟量110万m³/h)外,还采取了加强措施,要求自动消防炮带雾化功能对空中烟雾进行阻隔、稀释。

　　 这要求在以往的工程项目设计中是没有的,需要结合大空间火灾报警系统进行联动才能实现。本项目采用大空间图像型报警系统,即双波段图像火灾探测器和线型光束图像感烟探测器,前者是感火焰型探测器(俗称明火),具有同时获取现场火灾信息和图像信息的功能特点,后者采用光截面图像感烟探测技术(俗称暗火),两者有机结合,报警及时准确。当火灾出现时,双波段图像火灾探测器在消控中心,以图像显示方式自动报警,并同时显示火灾发生区域,联动消防炮,定位器进行着火灾空间定位(火灾坐标)后,系统自动控制消防炮进行定点扑救,系统水泵、电动阀与探测报警实施联动。自动消防炮灭火系统有3种控制方式:自动控制、消防控制呈手动控制、现场手动控制。而要满足消防炮带雾化功能,并对火灾现场实施针对烟雾进行阻隔、稀释,除消防炮配制特殊雾化同时产生发散型扇形水柱射流喷口外,现场人员必须要观察到烟气蔓延的方向和着火点,操作相应的消防炮下方现场手动控制盘,直接调整消防炮向上空烟气方向喷射,以达到真正的降烟效果。设计在后期考虑的自动消防炮招标技术规格书进行了详细的说明及要求。

　　 禅境大观的装修设计师希望整个空间营造美伦美奂的氛围,要求小穹顶通透明亮的发光膜毫无瑕疵,充分体现浩瀚星空的整体感,与“如莲佛颂”演出场景相得益彰。因此自动消防炮设置小穹顶,除火灾时实施有效的灾火、控烟外,安装上需要设置隐蔽式消防炮即采用升降装置,这在自动消防炮系统设计中较为少见。

　　 升降装置一旦失灵,导致自动消防炮灭火系统在火灾时功亏一篑,将会造成不可挽回的损失。因此升降装置的安全可靠至关重要。消防炮自动升降装置由升降机构、信号采集箱和升降装置控制器组成(见图7),升降机构连接有消防炮体,升降机构的结构主要包括筒体及与筒体滑动配合的螺旋水管,螺旋水管与筒体之间设有密封环,筒体下端与消防炮体相连接,利用电动驱动螺旋水管伸缩运动以实现升降功能,其升降的最长时间只需要13s。升降机构信号采集箱与大空间火灾报警系统实施联动,在灾情初期实施升降,由消防炮定位器确定着火点实施灭火,灾后待消防人员确认无误后,手动复位。该装置于2009年获实用新型专利证书,并于2010年取得国家消防装备质量监督检验中心产品合格的检验报告。

　　 禅境大观拱形圆弧顶棚在本项目中称之为小穹顶,为2层铝合金结构,外层为承重结构,内层为装饰网架。在专家论证会前征询江苏省消防局时,认为国内没有相关参照规范,要求在消防设施中加强对该结构体系的冷却保护。而当时《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045-95,2005年)5.5.2条规定,“高层建筑中庭屋顶承重构件采用金属结构时,应采用外敷不燃烧材料,喷涂防火涂料等措施,其耐火极限不应小于1h,或设置自动喷水灭火系统”。

　　 本项目小穹顶为2层铝合金网架及下层装饰铝板,发光模型为相对封闭的空间,且考虑设置有大量的灯具、电气设备及大空间烟气升温快、蔓延迅速的特点,江苏省消防局希望能采用开式自动喷水灭火系统对整个顶棚进行全淹没式保护。为此,设计就自动喷水灭火系统和细水雾灭火系统所适用的喷水强度用水量进行比对。显然,在《自动喷火灭火系统设计规范》(GB 50084-2001,2005版)中按中危Ⅱ级考虑喷水强度取8L/(min·m²),《细水雾灭火系统设计、施工及验收规程》(DGJ 532/J09-2005,以下简称“江标”)和《细水雾灭火系统技术规范》(GB50898-2013,送审稿,以下简称“国标”)设计喷雾强度按电气设备等火灾考虑,取值见表4。

　　 表4中数据摘自“江标”表3.2.2、“国标”表3.4.4及3.4.9条中规定的喷雾强度和持续喷雾时间的设计参数。整个小穹顶建筑面积约为6 000m²,设计持续时间亦有所不同(自动喷水灭火系统按持续喷水时间1h计算),系统设计流量差异较大。采用自动喷水灭火系统(开式系统),由于设计流量超大,对应的消防水池贮水量、加压水泵等在技术上无法实施;同样就细水雾灭火系统而言,“国标”3.4.5条规定:全淹没系统所保护的防护区最大体积不宜大于3 000m³,当超过该体积及设计参数与表3.4.4不相符合时,应通过实体火灾模拟实验确定系统的设计参数取值。如在小穹顶夹层设置防火分隔,则耐火极限不应小于3h,满足保护区域最大体积小于规范规定要求,但就这一点,建筑专业当时认为其夹层分隔较难解决。并且细水雾灭火系统对本项目的适用性、安全性以及喷水强度选用参数等需要取得相关消防权威机构的论证。最后,设计院在专家评审会文件中作为专题,请专家统一设计依据并明确切实可行的实施方案。专家经过对《防火设计专项分析研究报告》中火灾场景分析方法、结果进行讨论,最终同意了报告的分析结果。

　　 报告分析了火灾场景,通过构建建筑模型,利用FDS软件模拟计算建筑内发生火灾后,烟气运动、蔓延和沉降情况,考察能见度、温度和CO浓度等相关参数,确定各火灾场景的烟气危险来临时间与人员疏散时间,分析各火灾场景人员疏散的安全性。计算分析结果统计(具体列表略)表明,本报告在模拟过程中考虑在冷却保护系统失效情况下,火灾产生的烟气直接作用于钛合金结构情况下进行保守的模拟计算。结果表明,在1层禅境大观舞台升起后卧佛处发生火灾时,顶棚处的铝合金温度能在670s时间以内不会超过200℃,并能够保证铝合金结构防火性能的完整性,保证人员的安全疏散,即屋顶采用铝合金方案的安全性是可行的。为此在项目消防设计专家评审评会会议纪要中(三)建筑穹顶采用大跨度铝合金材质作为承重构件,做了以下分析和研究,第2条:关于铝合金穹顶区域的局部消防性能分析已由专业软件进行了模拟,根据模拟结果,在不额外采用加强消防措施的情况下(不采用防火涂料和自动喷水灭火系统保护)禅境大观区域可满足人员疏散的要求。在专家评审意见(四)水系统仅提出“穹顶内应设置消防软管卷盘,其间距不大于30m”的要求,至此,根据专家意见,穹顶内可不设自动喷水灭火系统,仅设置消防卷盘系统。

　　 本项目要求绿色设计标识为三星级,除各控制项外,在“节水与水资源利用”一般项5.3.11条、“节能与能源利用”优选项5.2.18条要求达标。以下就这两部分主要达标要求数据作简要阐述。

　　 本项目在“节水与水资源利用”方面,措施之一利用当地雨水充沛、雨季较长的气候特点,对小穹顶、广场等雨水进行收集利用。

　　 本建筑生活年用水量Q_za按《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2010)进行计算:中餐、快餐、展览商业、办公等按照一年运营255天计算(具体运营时间由业主确定)。

　　 按照《民用建筑节水设计标准》,绿化浇洒用水定额可按0.28m³/(m²·年)计算。用处理后雨水浇洒的绿化面积为18 652m²。在12月、1月、2月为避免结冰不需要浇灌,在3~11月除去降雨天数外每天进行绿地浇洒,浇灌天数为168天。

　　 按照《民用建筑节水设计标准》表3.1.5规定,道路、广场的浇洒用水定额可按0.2~0.5L/(m²·次)计算。本项目室外道路、广场浇洒用水定额选为0.5L/(m²·次),按每年30次浇洒计算,室外道路浇洒面积为7 000m²。

　　 根据南京气象资料可知(见表5),南京市年蒸发量为855.6mm,日平均蒸发量约为2.34mm,本项目景观水体面积为4 795m²,可得日均蒸发量=2.34×4 795/1 000=11.2(m³/d)。由于本项目景观水体为硬质地面,故不考虑渗透量。全年扣除降雨日,景观水体运行天数为168天。

　　 按1.5%冷却水循环水量计算,补水定额为24m³/h,冷却塔补水时间为10h,冷却塔每年运行天数为183天。

　　 按照《民用建筑节水设计标准》规定,取汽车库冲洗用水定额为2L/(m²·次),按每年30次冲洗计算,地下车库的冲洗面积为3 000m²。

　　 建筑总用水量应包括上述各项用水总和:Q=Q_za+Q绿化+Q道路+Q水景+Q冷却塔+Q车库=112 411.21m³/年,汇总见表6。

　　 (见表7)

　　 本项目对佛顶宫小穹顶、广场等雨水进行收集,雨水收集根据《民用建筑节水设计标准》5.2.4条规定年用雨水量公式计算,南京市地区年降雨量取值为1 098mm;汇水面积:小穹顶屋面1.2hm²,绿化广场0.26hm²,混凝土广场2.44hm²;小穹顶屋面及广场径流系数取0.9,绿化广场取0.5。

　　 根据规范中公式计算的可回用雨水量,许多设计中误把此计算得到的数据理解为实际雨水利用量。但如通过逐月平均降雨量和实际雨水回用量的水量平衡计算,两者之间是有一定的差异的,表8为两种方式计算的结果。

　　 经过月均水量平衡计算,全年雨水利用总量为22 446.7m³。

　　 非传统水源利用率是指采用再生水、雨水等非传统水源代替市政供水或地下水供给景观、绿化、冲厕等杂用的水量占总用水量的百分比。根据逐月水量平衡分析结果,可得非传统水源设计使用量(雨水利用总量)为22 446.7m³/年;设计用水总量(建筑总用水量)为112 411m³/年。非传统水源利用率:R_u=W_u/W_t×100%=22 446.7/112 411×100%=20%。

　　 即本项目总的非传统水源利用率为20%。此值满足了绿色建筑设计标识(三星级)“节水与资源利用”一般项要求5.3.11条“办公楼、商场类建筑非传统水源利用率不低于20%,旅馆类建筑不低于15%”。

　　 本项目在可再生能源利用方面,给排水专业设计上要求生活热水供应系统采用太阳能热水供应系统。

　　 南京市太阳能热水系统设计用太阳辐照量相关数据见表9。

　　 南京牛首山文化旅游区一期工程佛顶宫项目位于江苏省南京市,年日照时间约2 049.3h,年太阳能辐照量4 781.2MJ/m²,属于三类太阳能辐照区,按《全国民用建筑工程设计技术措施-给水排水》(节能专篇)4.1.1条规定:对于年日照时间数大于1 400h,年太阳能辐照量大于4 200 MJ/m²的地区,气候有利于使用太阳能热水,本项目设计选用太阳能热水系统。

　　 根据本项目特点和实际情况,并遵循可再生能源利用相关法规和规范的规定,项目中餐饮热水供应系统为集中热水供应系统,热媒采用太阳能+热水锅炉,建筑所能提供安装集热板的位置摆放高效热管式真空管太阳集热器为435.6m²。

　　 相对于常规热水系统,太阳热水系统在寿命期内消费的特点是初投资大而运行费用低。

　　 太阳能热水系统综合节能效益分析是根据太阳能热水系统形式、确定的集热器面积及集热器性能参数及气象条件下在系统寿命期内的节能效益分析。主要包括太阳能热水系统寿命期内节省费用的分析,太阳能热水系统增加初投资的回收年限,以及太阳能热水系统环保效益分析等。

　　 南京年太阳能辐照量:4 781.2 MJ/m²;电价:0.56元/(kW·h);太阳能使用寿命:15年。太阳能供热系统的年节能量为245 873.21kW·h,寿命期内太阳能热水系统的总节省费用449 935元。本项目预估太阳能投资871 200元(按2 000元/m²集热面积),8.45年即可收回成本。

　　 本项目太阳能年产热水总量为8 340.19m³/年,建筑生活热水量为75 935.22m³/年。太阳能热水系统产生热水量占生活热水量的比例=8 340.19/75 935.22=10.98%。此值满足了绿色建筑设计标识(三星级)“节能与能源利用”优选项5.2.18条中“可再生能源产生的热水量不低于建筑生活热水消耗量的10%”的要求。

　　 本项目经过2年多设计里程,从方案到施工图期间,经历了我国诸多相关设计规范的易稿及新编规范的出炉。如何在设计中掌握、执行现有设计规范的同时,对项目的设计标准,其安全性、可靠性、经济性方面的优化,以及其前瞻性、综合设计能力的提高是需要我们认真思考的问题。本项目中给排水设计在以往的工程中较为少见,对于山体建筑中,防洪排涝设计需周密、严谨,应充分考虑其能防御、抵抗极端自然灾害的能力,在雨水排水设计中的重要因素:重现期、雨水流量设计方法,不应盲目、机械及简单地套用规范,而应审时度势,认真分析,依据项目的自身要求及特点,因地制宜确定本项目万无一失的排洪沟和场地雨水排水系统的设计,提高设计暴雨重现期,针对性选用雨水计算流量公式和方法是至关重要的。在建筑防火、灭火设施水消防系统设计中,应充分认识到建筑火灾机理、火灾负荷等火灾综合因素和建筑防火设计中各专业的设置对防火、控火、灭火互相作用及关系,才能有的放矢、更有效设置水消防设施,使其真正发挥控火、灭火的作用。绿色建筑是未来设计的方向,是最大限度地节约资源、保护环境、减少污染,为人类提供健康、适用和高效,与自然和谐共生的空间,需要我们充分认识、认知,在设计过程中,进一步贯彻和落实。