廣州新白云國際機場是我國首個按照中樞機場理念設計和建設的大型航空港。航站樓為機場的主體建筑，屋面雨水排水量巨大。比較了重力排水系統(tǒng)和虹吸排水系統(tǒng)的特點，并著重介紹了航站樓采用的屋面雨水虹吸排水系統(tǒng)中雨水溝、管道、雨水井的設計。系統(tǒng)使用半年多來，經(jīng)歷了廣州幾次較大暴雨的考驗，運行良好。由于設計是在現(xiàn)行《建筑給水排水設計規(guī)范》（GB50015-2003）發(fā)布實施前完成的，部分設計參數(shù)未達到現(xiàn)行規(guī)范要求，亦提醒設計人員在今后的設計中要有超前意識，使設計能在較長的時期內(nèi)保持先進性。

　　1　工程概況

　　新機場坐落于廣州現(xiàn)白云機場北面花都區(qū)與人和鎮(zhèn)交界處，距廣州市中心28km，占地1456h㎡分三期建設。首期工程建設2條飛行跑道，其中東跑道長3800m，寬60m；西跑道長3600m，寬45m.遠期規(guī)劃建設3條跑道。能滿足包括A380型客機在內(nèi)的世界上各類大型飛機起降要求。首期航站樓工程包括機場南半部客用大樓及相關(guān)的道路、停車場等工程。首期航站樓建筑面積33萬㎡，細分為主航站樓、東連接樓、東一指廊、東二指廊、西連接樓、西一指廊、西二指廊。首期設計高峰小時飛機起降58架次，高峰小時客流量9300人；年飛機起降17萬架次，年客流量2700萬人，年貨運量110萬t.遠期規(guī)劃高峰小時飛機起降125架次，高峰小時客流量2185萬人；年飛機起降36萬架次，年客流量8000萬人。

　　2　航站樓屋面概況

　　航站樓屋面由主航站樓、東西連接樓、東西指廊及東西高架連廊屋面組成，見圖1.屋面采用大跨度的鋼結(jié)構(gòu)及張拉幕，水平投影總面積達17136萬㎡，5min雨水總量達11041L/s（暴雨重現(xiàn)期P=20a，降雨強度為229mm/h），具體見表1。

　　3　航站樓雨水系統(tǒng)

　　3.1系統(tǒng)的選擇目前可供選擇的雨水排水系統(tǒng)有傳統(tǒng)的重力排水系統(tǒng)及近二三十年興起的壓力排水（虹吸排水）系統(tǒng)。

圖１　航站樓首期總平面設計

　　3.1.1重力排水系統(tǒng)重力排水系統(tǒng)為一般工程較常采用，由普通雨水斗、懸吊管、立管、埋地管及出戶管等組成。其工作原理是利用屋面雨水本身的重力作用，由屋面雨水斗經(jīng)排水管道自流排放。該系統(tǒng)有如下特征：

　　①由于該系統(tǒng)工作時，屋面雨水由雨水斗進入排水系統(tǒng)的過程中，過水斷面收縮形成漩渦，水流夾帶著空氣進入排水系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)呈氣液兩相流，空氣占據(jù)了大約1/3的管道空間，因此排水管管徑較大。

　　②按規(guī)范要求，重力流屋面雨水排水管系的懸吊管應按非滿流設計，其充滿度不大于0.8，且排水坡度不小于5‰，因此占據(jù)較多的建筑空間。

　　③由于單管連接的雨水斗不宜太多，因此使用的立管數(shù)量也較大。

　　④普通雨水斗排水量較小，因此系統(tǒng)使用雨水斗數(shù)量相對較多。以上這些水力特征，影響了重力流屋面雨水排水系統(tǒng)在大面積工業(yè)及公共建筑屋面排水中的運用。

　　3.1.2虹吸排水系統(tǒng)虹吸排水系統(tǒng)自1968年發(fā)明于歐洲以來，在歐洲應用已有30多年歷史。屋面雨水虹吸排水系統(tǒng)的工作原理是利用屋面專用虹吸雨水漏斗實現(xiàn)氣水分離，使系統(tǒng)呈負壓狀態(tài)形成壓力排水。虹吸排水系統(tǒng)相對于重力排水系統(tǒng)，具有如下特征：

　　①降雨初

　　期系統(tǒng)為重力排水，隨著雨量的增加，虹吸雨水斗利用空氣擋板阻止空氣進入系統(tǒng)形成真空，當管中的水呈壓力流狀態(tài)時，形成虹吸現(xiàn)象，不斷進行排水，最終雨水管內(nèi)達到滿流狀態(tài)。

　　②在降雨過程中，由于連續(xù)不斷的虹吸作用，整個系統(tǒng)得以快速排放屋面雨水。

　　③虹吸排水系統(tǒng)管道均按滿流有壓狀態(tài)設計，雨水懸吊管可做到無坡度敷設，當產(chǎn)生虹吸作用時，水流流速極高，有較強的自凈能力。

　　④虹吸雨水斗是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，在額定流量范圍內(nèi)具有氣水分離，防渦流等功能，單個最大排水能力達100L/s以上。通過比較，虹吸排水系統(tǒng)的優(yōu)勢是顯而易見的，尤其在大屋面排水中其優(yōu)勢更明顯。廣州新機場航站樓的大部分屋面排水都采用了虹吸排水系統(tǒng)。

　　3.2虹吸排水系統(tǒng)在航站樓中的應用限于篇幅，本文主要介紹主航站樓的屋面排水。主航站樓屋面投影面積巨大，達64420㎡，按暴雨重現(xiàn)期P=20a，降雨強度229mm/h計算，5min的暴雨強度達4097L/s。由于屋面呈弧型設計，如此巨大的降雨量只能從東西兩側(cè)排放。東、西兩側(cè)各196m長的雨水溝分別承擔50%的總降雨量，并要求雨水系統(tǒng)能迅速有效地排放屋面雨水。主航站樓屋面排水在設計上將屋面分成東、西向18塊長條型的集水區(qū)，每塊集水區(qū)從中間沿弧形屋面分別向東西兩側(cè)的雨水溝排水，見圖2.在集水溝內(nèi)，基本上對應每塊集水區(qū)設一個虹吸排水系統(tǒng)，每個排水系統(tǒng)承擔著巨大的排水量，最大一個區(qū)的集水量達179L/s。本設計采用了fastflowUV屋面虹吸排水系統(tǒng)的虹吸雨水斗，其中的UV122型設計排水量達120L/s，每個系統(tǒng)選用1～2個雨水斗已滿足需要。主樓屋面共使用了40個UV122型虹吸雨水斗，設計排水能力達4800L/s，基本可滿足整個屋面的雨水排放要求。

　　圖2主航站樓屋頂平面示意

　　在雨水溝的設計方面，由于主航站樓屋面呈弧型設計，中間最高處與東西兩側(cè)的雨水溝高差達25m，巨大的高差使雨水匯集到雨水溝時產(chǎn)生較大的沖擊力，為避免雨水沖出溝外，雨水溝的設計寬度達1m，深度達0.8m。由于每條雨水溝沿弧形屋面設置，不同位置的標高相差較大，為避免雨水過分集中到標高較低的雨水斗處，在雨水溝內(nèi)根據(jù)每個集水區(qū)分段設置擋水板，使屋面雨水均勻排放。擋水板比雨水溝的設計水位低100mm，萬一某個雨水斗意外堵塞，雨水可溢流到相鄰的雨水斗排放，雨水溝剖面見圖3。另外，在每個雨水斗的位置，各專門設計了一個有效容積1～118m³的不銹鋼集水井，以保證系統(tǒng)能迅速形成虹吸。管道設計方面，基本上采用單斗或雙斗排水系統(tǒng)，懸吊管水平或沿桁架構(gòu)件安裝。系統(tǒng)設計負壓不低于-90kPa，大部分排出管的流速控制在4m/s以內(nèi)。管材的選用：隱蔽部分采用卡箍式離心鑄鐵管；外露部分配合立面設計要求，采用不銹鋼管，使不銹鋼管與結(jié)構(gòu)桁架完美地結(jié)合在一起，仿佛鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分。雨水井設計方面，由于系統(tǒng)排出管雨水流速極高，流量極大（最高流速超過6m/s，流量達100L/s以上），要求雨水井壁能承受雨水的高速沖刷，同時能迅速地把大量的雨水排到室外管網(wǎng)，一般的雨水井顯然不能滿足要求。

　　圖3　主航站樓屋面雨水溝剖面

　　針對航站樓虹吸排水系統(tǒng)的特點，專門設計了虹吸雨水井。雨水井平面凈空尺寸1800mm×1500mm，高度視管道埋深而定，采用鋼筋混凝土一次澆鑄而成，鑄鐵井蓋設有占總面積30%的泄壓孔，剖面見圖4。

　　圖4　虹吸排水接入井剖面

　　東、西兩側(cè)的連接樓及指廊屋面排水設計方面連接樓屋面2/3面積采用虹吸排水。另1/3面積由于屋面造型關(guān)系，集水溝設在2層，因集水溝標高小

　　于5m，且有較多的立柱供雨水立管布置，無需采用虹吸排水，所以這部分的屋面排水采用傳統(tǒng)的重力排水。另外，4條指廊均采用了虹吸排水系統(tǒng)，指廊虹吸排水系統(tǒng)的出水管直接接到指廊與飛行區(qū)之間112m寬的鋼筋混凝土雨水溝內(nèi)，節(jié)省了大量造價昂貴的虹吸雨水井，也大大減少了室外雨水管線的埋設。東、西兩側(cè)其它的設計參數(shù)基本上與主樓一致，但規(guī)模比主樓小，這里不再贅述。

　　4　結(jié)語

　　虹吸排水系統(tǒng)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，其技術(shù)已相當成熟，在世界上已廣泛使用，近年來在國內(nèi)也逐步推廣使用，并且已有很多成功的經(jīng)驗。廣州新機場的建設已接近尾聲，已安裝的屋面虹吸排水系統(tǒng)也在正常運行中。半年多來，該系統(tǒng)經(jīng)歷了廣州幾次較大暴雨的考驗，各部分運轉(zhuǎn)良好，是虹吸排水系統(tǒng)在大規(guī)模屋面排水中的又一次成功的運用。由于本設計是在現(xiàn)行《建筑給水排水設計規(guī)范》（GB50015-2003）發(fā)布實施前完成的，部分設計參

　　數(shù)套用了舊規(guī)范，如暴雨重現(xiàn)期、排出管最高流速等參數(shù)均未達到現(xiàn)行規(guī)范的要求。因此要求設計人員在今后的設計中要有超前意識，在條件允許的情況下將設計標準定高些，使設計在較長的時期內(nèi)都能保持先進性。