中国电科电子科技园项目基地位于河北涞水京涞新城北部片区, 场地内山地、坡地、平地地貌兼备, 地形较复杂。项目总用地面积1 480亩 (1亩≈666.67m²) , 总建筑面积104.6万m², 分期建设。一期建设总建筑面积29.5万m², 其建筑群主要分3个区块:科研办公区、科研配套生活区、科研试验区及山顶科研试验楼, 园区总平面布置详见图1, 各区块建筑情况及建筑规模见表1。

　　 由于本项目尚不具备市政集中供水条件, 经当地相关部门同意, 园区内给水水源采用地下水, 经深井泵组取水处理, 达到《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749—2006) 后, 由生活水泵房集中加压供各个单体建筑生活用水。

　　 消防系统采用常高压消防给水系统, 在基地红线范围内山顶G区建筑地下2层设置2座独立的高位消防水池 (总有效容积1 008m³, 水池底黄海标高300.70m) , 供整个园区的室外消防用水及各单体内的室内消防用水。

　　 由于本项目区尚不具备市政集中供水条件, 根据中国电科电子科技园项目水资源论证报告^[1], 暂时取用地下水作为供水水源。

　　 据业主方提供的水质检测报告^[2]及相关资料, 其检测的21项水质指标均符合《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749—2006) 要求, 考虑对地下水源水质的稳定性要求, 本次设计采用双层滤料过滤+消毒水处理工艺用于处理本项目的生活用水。

　　 本项目生活用水最高日用水量为2 617m³/d, 最大时用水量为305m³/h;平均日用水量为1 715m³/d, 平均时用水量为160m³/h。地下水取水工艺按平均时用水量设计, 水处理设备按最大时用水量设计。生活饮用水处理设备工艺原理见图2。

　　 给水系统是给排水系统设计中的主要能耗部分之一, 给水方式的选择及给水系统的分区, 需要根据各用水点的舒适度要求, 各区域的实际使用需求以及园区的地形条件等因素综合考虑决定^[3]。本工程中建筑单体数量较多且地形高差较大, 同时使用性质也不完全相同, 因此从日后运行维护管理及使用的角度出发, 各区块设置独立的生活加压供水泵组, 生活加压水泵房集中设置于A区建筑群地下室内。依照各建筑的不同性质, 综合比较《建筑给水排水设计规范》 (GB 50015—2003, 2009年版) 和《民用建筑节水设计标准》 (GB50555—2010) 中关于用水定额的标准, 作为本项目用水定额选取的标准, 用水量计算详见表2。在确定给水系统的供水方式时, 按照各建筑的性质不同, 从节能、降噪、运行管理等角度综合考虑各供水设备的使用范围, 详见图3。

　　 根据河北省全面执行民用建筑太阳能热水系统一体化技术的要求^[4], 本项目中食堂、酒店、公寓等有集中热水需求的区域采用太阳能热水系统。由于本项目热水用水区域的各热水机房布置分散, 但辅助加热设施 (热水锅炉) 按区域设置相对集中, 热水机房无法统一设置于热水锅炉房附近。若热水系统采用热水锅炉辅助加热, 则局部区域热水锅炉的热水管道敷设较长, 热损耗较大。通过综合比较, 不同区域的热水系统拟采用不同的辅助热源。酒店和公寓区域热水系统辅助热源采用真空锅炉, 食堂区域热水系统辅助热源采用容积式燃气热水器^[5]。

　　 (1) 设计过程中对地下水处理机房与园区生活水泵房是否合建进行综合比较。由于业主方目前提供的水质检测报告, 仅对饮用水常规水质指标21项做了检测, 虽均符合要求, 但国家标准《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749—2006) 对水质检测指标数量为106项, 若后续检测中地下水水质指标有所变化, 则相关水处理工艺需重新设计, 其机房分开建造便于后期工程实施过程中的变动, 同时减少取水井至水处理机房的管道路由。最终选择地下水处理机房单独建造。

　　 (2) 取水井取水深度在100m以上, 原设计深井泵出水管管材采用给水钢丝网骨架塑料 (聚乙烯) 复合管道, 在项目实施过程中考虑到深井泵及连接给水管道自身重量靠钢丝绳拉力固定容易锈蚀等不利因素, 改为采用抗压能力更高的PSP钢塑复合压力管道, 有利于深井泵及出水管道的安装和维护。

　　 (3) 本项目地下水水质检测中总硬度 (以CaCO₃计) 为285mg/L, 满足《生活饮用水卫生标准》。但在项目实施过程中, 业主方提出饮用水需考虑软化处理。由于本项目日用水量较大, 但直接饮用水量相对较小, 综合考虑, 园区地下水水源没有必要全部进行软化处理。最终设计考虑采用纳滤或反渗透工艺进行终端饮水处理, 满足末端有软化水需求的区域。

　　 (4) 设计过程中就生活加压水泵房分散设置还是集中设置进行综合比较。由于本项目场地内山地、坡地、平地地貌兼备, 地形高差较大, 且各单体使用性质也不完全相同, 故生活加压水泵房、给水设备及给水系统的选择在给水设计中显得尤为重要。由于本项目取水工程和生活水处理机房采用集中设置, 若生活加压水泵房分散设置, 则会增加室外给水管网, 同时不利于水泵房的日后维护管理, 故生活加压水泵房采用集中设置较为合理。不同使用功能区域的生活用水采用加压泵组分开设置, 满足日后的维护管理, 同时预留二期建设中的相关给水加压设备。

　　 (5) 根据辅助热源 (热水锅炉) 分布的差异性, 食堂区域太阳能热水系统辅助热源采用容积式燃气热水器, 该系统节能性高, 同时可避免热源管道长距离输送等不利因素。

　　 本项目依山而建, 消防系统一般可采用常高压消防系统和临时高压消防系统^[6]。现从以下几个方面进行综合分析:

　　 (1) 投资方面。由于本项目山顶有建筑单体激光地面站建设需要, 高位消防水池可考虑同该单体同步建设, 给水管道同电缆管道一起敷设, 结合上山道路实施。常高压消防系统和临时高压消防系统经济性比较见表3。从表3中可以看出, 常高压系统的造价与临时高压系统相差不大, 主要成本在于管道及保温成本和敷设安装成本。

　　 (2) 运行维护及管理。常高压系统的运行维护比较简单, 主要是对管网的漏损进行维护, 而临时高压系统除了管道维护外, 还需要对消防水泵等设备进行定期巡检和运行维护, 后期维护与运行比较繁琐, 系统存在一定的不稳定性。

　　 (3) 其他方面。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB 50974—2014) 6.1.5条, 室外消防水池的保护半径不应大于150m。由于本项目无市政水源, 室外消防需通过消防蓄水池来解决, 若采用临时高压消防系统, 则需执行该条规范, 按消防水池的保护距离测算, 需增加至少8个室外消防蓄水池, 但具体执行力度和方式需跟当地消防部门沟通。

　　 针对本项目特点, 从以上几个方面可以看出, 本项目采用室内、外消防合一的常高压消防系统进行设计较为合理。

　　 高位消防水池设置在山顶G区建筑地下二层, 总有效容积1 008 m³, 水池底黄海标高300.70 m, 园区单体±0.00m处黄海标高150.00m左右, 高差达150m, 且园区内地形高差较大, 各单体的功能各不相同 (高层建筑和多层建筑) , 如何考虑消防分区成为一个难点。由于园区内各建筑群相对集中, 区域化设置消防管网既能满足各区域及单体的消防要求, 又能避免管网长期高压带来的漏损风险。超压区域采用减压阀的方式进行减压。园区常高压消防系统示意见图4。

　　 (1) 由于本项目特殊的地形条件和市政条件的不完善, 消防系统的选择尤为重要。从经济性、运行维护管理及其他方面考虑, 本项目采用常高压消防系统, 用以保证园区内室内、外消防用水较合理。

　　 (2) 本项目常高压消防系统设置压力为1.5MPa左右, 为满足园区内所有建筑群的消防压力, 消防系统的分区尤为重要。本项目超压区域采用减压阀减压, 区域化设置消防管网既满足各区域及单体的消防要求, 又避免管网长期超高压带来的漏损风险。

　　 由于本项目消防系统采用常高压系统, 高位消防水池设于山顶激光地面站内, 故园区内消防给水管网至高位消防水池的给水管道需设计。管道敷设区地层以白云岩为主^[7], 当地冻土层厚度在80cm左右, 若管道埋地敷设, 则需进行大面积的爆破开挖, 不利于山体的稳定, 同时造价相应提高, 经综合考虑, 设计拟采用管道架空方式敷设。因山顶激光地面站用电和通讯均引自园区内, 电缆也需沿山敷设上去。管道敷设方式主要有两种, 如图5所示。图5a采用混凝土支墩方式敷设时, 管道水平占地面积较大, 沿山体敷设时施工操作面和施工难度增大。图5b采用钢支架方式敷设时, 管道占地面积减小, 混凝土支墩形式可以根据山体具体情况作相应改变, 同时钢支架可以模块化制作, 便于施工和操作。因此本项目最后采用管道钢支架的方式进行设计。

　　 由于给水钢丝网骨架塑料 (聚乙烯) 复合管具有环刚度高、抗冲击性强、挠曲性能好、耐腐蚀、抗老化及施工方便等性能特点, 故本工程架空管道采用给水钢丝网骨架塑料复合管 (加强管系列) , 管道连接方式采用法兰连接。

　　 由于涞水地区冬季最冷月室外温度达-10℃左右, 故架空管道需做保温处理。本工程室外给水管、消防管道采用电伴热方法防冻, 其做法为在电伴热带外包绝热层、防潮层、保护层, 安装位置详见图6。

　　 考虑管道敷设区实际环境温度要低于涞水地区的室外温度, 本项目电伴热设计参数为:外界最低环境温度取-20℃, 管道需维持温度5℃, 设计风速10m/s, 散热量不大于16.7 W/m。防冻系统采用自调控电伴热5XL-CR型号电缆, 伴热比为1∶1, 其发热功率30 W/m (5℃) , 工作电压220V (50Hz) , 每个电伴热回路开关容量为20A。自调控电伴热带应具有随外界温度变化而调节系统功率输出率的功能, 保证系统最大限度节能。系统采用管线温度控制:当管道温度低于4℃时, 启动电伴热系统, 当管道温度高于5℃时, 关闭电伴热系统。当环境温度高于10℃时, 自调控电伴热系统电源关闭。

　　 考虑消防管道的重要性和安全性, 电伴热保温系统设置了故障报警功能。在消防管道上每隔80m设置一个温度感应点, 用于监控电伴热的工作状态, 故障报警信号纳入中控系统。

　　 (1) 上山管线路由的定位是设计工作的一大难题。本项目在设计过程中选取了一条沿山石阶小路作为管道定位依据, 现场使用GPS定位仪测定坐标点位, 最后根据坐标点位在图纸中反映出来。

　　 (2) 由于本项目山体地层以白云岩为主, 当地冻土层厚度在80cm左右, 上山管道采用开挖方式埋设难度很大, 通过综合比较, 本项目最后采用管道钢支架的形式进行敷设, 避免了山体开挖带来的难度, 同时模块化钢支架减少了施工周期, 降低了施工难度。

　　 (3) 管道保温采用电伴热方法防冻, 考虑到消防管道的重要性和安全性, 电伴热保温系统设置了故障报警功能, 用于监控电伴热的工作状态, 故障报警信号可纳入中控系统。

　　 由于现场山体地形比较复杂, 岩石、碎石等不确定因素存在, 在实际施工过程中, 管道敷设走向可能需要局部调整, 以保证施工的可操作性。

　　 由于本项目市政条件的不完善及地形条件的特殊性, 设计子项不仅涵盖建筑给排水领域, 同时也涉及到市政给排水范畴, 因此对其他类似园区或小城镇项目有一定的参考价值。具体如下:

　　 (1) 当市政供水条件不具备时, 合理取用地下水为供水水源。根据水质检测报告和用户实际用水需求, 选取合理的水处理工艺和给水系统。

　　 (2) 常高压消防系统具有稳定性好、安全性高、后期维护管理便利等优势, 在依山而建的园区或小城镇中可以优先考虑。

　　 (3) 上山管线路由的定位是设计工作中的一大难点。在设计中, 依据现有地形条件, 选取原有上山路径, 现场定位, 合理选取管线路由。遇到山体地层开挖难度大的项目, 选用管道钢支架的形式敷设具有更大的优势。

　　 (4) 管道保温选用电伴热防冻时, 应考虑管道的安全性。对于消防管道系统, 建议电伴热保温系统增设故障报警功能, 确保消防管道的安全性。

　　 目前项目已全面进入施工阶段, 由于项目建筑规模大, 机电安装复杂的特点, 希望通过本文的总结可以得到专家、同行的指导, 帮助推进中国电科电子科技园建设项目的顺利完成。