王　峰

　　提 要 介紹了廣東奧林匹克體育場的給排水系統設計，材料及設備的選用，并對中外合作設計模式進行了總結。
　　關鍵詞 體育場 給排水 設計 設備 材料

　　中華人民共和國第九屆全運全將于2001年在廣東召開。廣東奧林匹克體育場是為迎接九運會而建造的主會場及主體育場。設計固定座位80012席，總投資10億元人民幣。
　　該體育場的方案設計為國際招標，共邀請了國內外8家設計單位投標，其中美國3家、法國1家、日本1家、中國3家。經專家評審，并由體育部門及市民代表投票。最終，美國NEB設計集團中標，華南理工大學建筑設計研究院為設計分包單位。

1　工程概況

　　本工程位于廣州市天河區東圃鎮黃村，省體委訓練基地之內。占地304350m²，建筑面積145560m²(其中地下室24890m²)。各層高度為：地下室’4.60m，首層5.00m，二層4.80m，三層4.30m，四層6.70m。五層為樓座交通層，標高為20.80m，由于上面是看臺，其層高為變數。
　　該體育場可舉辦大型國際田徑賽和足球賽，也可舉行大型文藝演出。與之毗鄰設置的訓練場尺寸與跑道和主場相同。體育場及訓練場內設地下灌溉和排水系統。場內觀眾席80012個，包括117套包廂，638個貴賓座位：此外，還設有一座174套標準客房的四星級酒店。
　　各層功能設置如下：地下室為停車庫、設備用房和各種服務用房。停車庫可停放標準轎車430輛。設備用房為水、電、空調和污水處理間用房。服務用房有洗衣房，垃圾處理房，燈光控制室和廚房等、本層還設有官員及貴賓主出入口，配套設休息室、接見廳、貴賓大廳等。地下室劃為7個防火分區。首層為各種功能的入口，運動員、教練員、裁判員休息室并附設淋浴間及衛生間，記者用房、信息中心、辦公用房、電視轉播用房、商業飲食區、興奮劑檢測室、醫務室、急救室、桑拿室等，還設有供大型文藝演出的通道。二層為交通層，包括638個座位的主席臺，辦公、商業空間和一個體育俱樂部。四層為包廂、傳媒技術控制室、零售店、大廳和專用休息廳。五層為樓座交通層等。
　　現場西側東沙路有DN 1000市政自來水干管一條，南側廣園路有DN1200自來水干管一條，保證供水壓力為O.2MPa。
　　因黃村地區暫沒納入城市污水處理廠服務范圍，故小區內生活污水需二級生化處理后排放。

2 　工程特點

　　本工程由美國NEB設計集團中標并承擔初步設計，我院按合同規定為設計分包單位。其分工及職責為承擔除屋蓋以外的施工圖設計，并作為美方的設計顧問。此外，業主(省體委)還要求我院在技術方面對甲方負責，盡管此要求并未成文，但實際操作中對我院有更大的約束力，這也算中國特色。
　　鑒于上述特點，我院在設計合同簽訂伊始，便全面介入了初步設計的準備工作，包括為美方收集外部資料，為美方提供與本工程有關的技術數據，及至主要系統的技術劃分。這樣做，不僅避免了美方因不了解中國國情可能出現的問題，也避免了系統劃分方面出現大的分歧，最終使得該工程的設計工作順利完成。
　　除此，資金緊張也是本工程的一個特點，上海8萬人體育場實際發生的費用為15.72億元大民幣，而本工程只有10億元人民幣。

3 各系統的設計

　　本工程給排水設計幾乎涵蓋了室內給排水設計的所有系統，以下有選擇地予以介紹。
3.1 給水系統
3.1.1 系統設置與劃分
　　室外兩路進水，小區內成環。每隔100--120m設一個室外地上式消火栓。室內給水劃分為4個系統；賓館采用變頻調速給水系統；體育場地下層及一、二層由外網直供，干管在一層成環后上下供水；體育場三層--六層采用變頻調速給水系統，干管在四層成環后上下供水；田徑場、訓練場及室外綠化噴灌采用變頻調速給水系統。
3.1.2 用水量計算及校核
　　由NEB集團提供的用水量統計見表1-表3。
　　表1、表2給出了日用水量及最大小時用水量，

　　表3為設計秒流量，我們根據系統設置，分別對上述數值進行了校核并重新計算。要點如下。
3.1.2.1 噴灌及澆灑用水量
　　表1中噴灌綠化用水沒有詳細計算，我們根據用水定額及澆灑面積進行了詳細計算、見表4。

　　由表4可以看出，澆灑及噴灌日用水量為857.3m³，與NEB計算的200m³差異較大，我們認為這與NEB沒有細算澆酒面積有關。
　　校核此用水量的目的在于確定噴灌給設計秒流量，因足球場及室外綠化是輪流噴灌的，我們把最大的一組用水量作為噴灌給水設備設計(秒)流量。
　　至于對日用水量和最大小時用水量的影響。考慮到NEB其地用水量定額均取值偏大，且噴灌用水與其他用水時間不重合。我們不予調整。
3.1.2.2 設計秒流量 
　　校核表3中的3個設計秒流量：體育場部分設
　　計秒流量公式為Qg＝∑q₀.n₀.b；賓館部分設計秒流量公式為Qg=0.2α.N1/2+K.Ng。與NEB計算出的設計秒流量比較見表5。經比較，我們決定按實際計算確定進戶管徑及加壓設備流量。

3.1.2.3 系統組成 
　　因變頻調速給水系統按設計秒流量供水，而進戶管按最大小時流量確定管徑，所以儲水必須考慮兩者之差，并考慮一定的調節用水。NEB確定的調節水池容積分別為體育場240m³、賓館120m³。我們做施工圖時對此容積予以確認，調節水池采用SUS 444不銹鋼裝配式水箱。
　　同時、系統設置了二氧化氯復合消毒劑發生器、以防止二次污染。
3.1.2.4 變頻調速給水系統的優化
　　NEB設計的變頻調速給水裝置有關參數見表6。由NEB配置可以看出、變頻調速給水系統為目前國內一般給水設備廠家的傳統配置。這種配置是由于目前國內給水設備生產廠家不了解系統使用情況造成的。其弊病是：當系統用水量超過小泵和壓力罐供水量時，系統壓力下降、啟動一臺大泵工作，這時其流量遠遠超過用水量，使得水泵工況點向左移動、即流量變小，系統壓力升高；當大于設定壓力值時，大泵停泵，小泵啟動。如此循環往復，造成水泵曲頻繁啟停，且大泵基本上在其低效段工作。由于水泵的頻率變化有限(一般認為下限頻率低于正常頻率的10％---13％)、系統難以滿足中低流量時的需求。

　　為克服目前國內變頻調速給水設備這一痼疾，筆者在做本項目之前，曾在廣州某住宅小區嘗試使用全流量高效變頻調速給水系統。經使用，該住宅小區的物業管理部門反映良好。
　　由于體育場用水忙閑不均，差異很大，如不精心設計給水系統，會造成較大的能嫁浪費。因此，筆者在本項目采用全流量高效變頻調速給水系統。
　　系統目標設置：供水從零流量至設計秒流量各工況水泵工況點均在水泵曲線高效段范圍，達到變壓變量高效節能供水之目的。
配泵原則：根據水泵變頻工作曲線從零流量至設計秒流量分段組合，實現流量搭接。

　　配泵公式Qg＝(NL—1)·QL
　　　　　　QL＝A·(NMQM+NsQs)
　　　　　　QM＝ANsQs
　　式中　　QL、QM、Qs——大、中、小泵流量；
　　　　　　NL、NM、Ns——大、中、小泵臺數；
　　　　　　　　　　Qg——設計秒流量；
　　　　　　　　　　A——由高效頻率下限值確定的系數。
　　配泵時，在水泵變頻高效段內，盡量使NL、NM、Ns值縮小，以簡化控制系統。
　　控制：將不同工況組合通過可編程控制器(PLC)實現，并通過延時器實現延時設定變工況控制，同時要求各工況為軟啟動。遠傳壓力表設于管網末梢、實現變壓供水(也可以根據相應流量計算所需壓力來預置控制，達到變壓性供水之目的。）經優化的系統配置見表7。

3.2熱水系統
　　體育場部分首層設有淋浴間，四層、五層為包廂。由于用水點分散，用水時間差異很大，故采用電熱水器局部供熱水。
　　賓館中央熱水系統用水采用變頗調速給水設備供給，冷熱水出水干管設閘閥及壓力表以調節出水壓力(保證冷熱水干管水壓大體平衡)。加熱設備為E-50型燃氣熱水爐(3臺)，換熱設備為F52型換熱器。該換熱器為組合半即熱式，故不需設熱水調節水箱，使整個熱水系統簡潔而實用(見圖1)。

1E型熱水爐 2F型換熱器 3 膨脹水箱 4變頻給水設備

3.3 排水系統
　　除地下室污水壓力排放外，其余生活污水和雨水均自流排放，室內排水同時考慮消防排水。
　　田徑(足球)場雨水排放采用盲溝加濾水管(軟式透水管)自流排放。在場內集水后采用兩根DN600球墨給水鑄鐵管在場東側集中排出。圖2為田徑場排水平面示意，圖3為田徑(足球)場排水管理設斷面示意。

3.4 消火栓給水系統
　　消火栓給水系統采用氣壓給水設備，體育場相賓館采用同一系統，豎向不分區、栓口超過0.50MPa處采用減壓穩壓消火栓，消火栓箱內均設卷盤。

　　室內及室外消火栓用水量均為30L／s，體育場 火災延續時間技《建規》規定為2h，賓館按《高規》規 定為3h，故按3h設計。自動噴水滅火系統用水量 為26L／s，延續時間為1h。
　　消防水池和噴灌貯水合用以保證水質不因長期 存貯而變壞。噴灌系統調節容積按60m³計。消防 水池有效容積V＝324十94十60＝478m³。消火栓全自動氣壓給水設備配置如下：立式多級泵3臺（2用1備），Q=15L/s，H=72m，N=22kW;穩壓泵2臺（1用1備），Q=2.0L/s,H=5.5kW;φ1200隔膜式氣壓罐1個。
3.5 自動噴水滅火系統
　　因設置了中央空調系統，體育場內(衛生間和高于8m的大廳除外)幾乎所有面積均需設置自動噴水滅火系統，設置的噴頭數達17000多個。根據規范，需設置的濕式報警閥將超過20個。NEB集團的初步設計文件中，設置了13個濕式報警閥(按每個報警閥控制850個噴頭且一些面積沒有統計)。
　　如果照此施工，從消防泵房到各防火分區的自動噴水干管的排列將十分壯觀。且不談工程費用，干管將敷設空間占據后，其他專業的管線將難敷設。
　　如果不照此進行施工圖設計，存在著超越規范規定(一個濕式報警閥控制的噴頭數不宜超過800個)的困惑。為實事求是地解決這一問題，我們借鑒了上海八萬人體育場和美國亞特蘭大96奧運會主場的經驗，和省消防局的領導及技術人員反復探討、磋商，最終定下了自動噴水滅火系統設置的方案。
　　體育場包括賓館采用集中加壓給水設備(氣壓裝置)一套，在泵房設置兩路報警閥(均設備用閥，共四套)，出泵房后在場內成環，中間采用電磁閥以控制兩路水源的斷開與連通。賓館單獨接出一濕式報警閥。各防火分區設置信號閥及水流指示器。這樣，大大減少了濕式報警閥數量和干管敷設數量及空間，且不影響火災報警，該系統比傳統系統設計節省工程費用200余萬元。自動噴水滅火系統示意見圖4。

　　全自動消防氣壓給設備配置如下：立式多級泵3臺(2用1備)，Q＝13.89L／s，H＝80m，N＝22kW；穩壓泵2臺(1用1備)，Q＝0.83L／s，H＝90m，N＝2.2kW；φ600隔膜式氣壓罐1個。P＝1.6MPa。
　　貴賓廳及主席臺包廂采用隱蔽式噴頭，包廂采用大流量邊墻式噴頭，廚房采用作用溫度93℃噴頭，悶頂采用作用溫度79℃噴頭，其余采用作用溫度68℃噴頭。
3.6 氣體消防
　　柴油發電機房、燃氣熱水爐房設置低壓CO2滅火系統；信息中心擬設置煙烙盡系統。
3.7 污水處理系統
　　賓館和體育場廚房及餐廳含油廢水流量約50m³／h，采用氣浮設備，使含油量達10mg兒以下排入小區污水管網，和其他生活污水一并排入生活污水處理站處理。
　　生活污水采用地埋式污水處理設備處理達標后排放，處理水量100m³／h。
3.8 噴灌系統
　　場內田徑場草皮、跑道、場外訓練場及小區內綠化需灌溉澆灑。噴灌系統共分7個灌溉單元，變頻調速給水設備按最大一個單元供水量設計、7個單元輪流噴灌，電控柜和電磁閥聯合控制，電控柜內根據灌溉時間要求可預先設置自動轉換或手動轉換。噴灌給水系統原理見圖5。

　　主場內用水分田徑場草皮灌溉及其他用水(跑道澆灑，障礙跳水給水，沖洗用水等)。田徑場草皮灌溉和場外綠化灌溉采用進口噴頭。噴頭可根據服 務面積及形狀而選用不同的型號，扇(圓)型噴頭可在1°～360°之間任意調節，矩形可根據服務面積長寬選用。田徑場及足球場內噴頭平時運動時隱蔽在草皮以下，噴灑時升出地面，噴頭上部植草皮，不影響比賽或運動。場外噴頭明裝。設計選用Hunter系列，各種噴頭參數見表8。

　　 我們根據噴頭所需最大水壓及管路水頭損失決定噴灌給水設備的水壓(見表7)。需用水壓較小的噴灌單元設減壓閥。其他用水在管道上設快速取水器，用水時就近接軟管澆灑。田徑場給水平面布置見圖6。
3.9 飲用水系統
　　 因資金方面的原因，本設計暫不考慮飲用水系統，但為完善功能采用其它方式配置飲用水系統。

4 材料及設備選用

　　 九運會體育場是省重點工程，又是跨世紀工程。在材料及設備選用方面應體現先進性、實用性。然而，由于資金緊張，使得材料及設備選用必須考慮多方面因素。既要考慮先進性、實用性，又要考慮資金的承受能力，同時也應考慮材料及設備選用對該工程社會形象的影響。經綜合考慮后，各系統材料及設備選用如下。
　?。?）給水泵：設計優先推薦德國RITZ和KSB泵，但同時退了一步，若采用國產泵，則要求生產廠商通過ISO9000系列質量認證，并采用不銹鋼泵軸、青銅葉輪和機械密封。
　　(2)排水泵：設計推薦采用“飛力”泵，但因資金原因，有可能采用國產泵。
　　(3)生活給水貯水池采用不銹鋼裝配式水箱。
　　(4)各種閥門、閥體均要求采用球墨鑄鐵，其余主要部件為銅材。
　　(5)賓館部分冷熱水及體育場給水支管采用薄壁銅管。
　　(6)體育場給水干管室外采用給水球墨鑄鐵管，室內采用UPVC給水管材。
　　(7)排水管賓館部分室內采用卡箍式離心鑄造鑄鐵排水管。體育場部分采用UPVC排水管材，但干管和支管接口管件要求采用UPVC給水管件。
　　監理工程師建議首層、一層梁底敷設較長的排水橫干管采用給水管材，我們采納了這項建議。由于室內污水出戶管距地埋式污水處理設備較遠，易中途堵塞，室外污水管采用UPVC排水管(內壁光滑)。
　　室內雨水管采用鋼筋混凝土管。

5 總結

　　由于此次設計為中外合作，而國家有關條例規定外國公司中標后，必須和中方合作設計。此種設計方式過去、現在和將來都將是一種固定模式，有必要進行總結，以資借鑒。
5.1 熟悉合同，明確我方職責
　　 本工程設計有兩份合同。一份是NEB集團和省體委簽訂的設計總包合同，一份是NEB集團和我院簽訂的設計分包合同。我們一拿到分包合同，立即熟悉、研究、明確我方職責。作為分包單位，但我們承擔除屋蓋以外的全部施工圖設計，還作為總承 包單位的設計顧問協助其完成初步設計。
5.2 全面介入設計工作
　　盡管只是分包單位，但我們還是以積極主動的態度全面介入了設計工作。我們首先參觀了上海八萬人體育場，寫出了考察報告，對各系統設計提出了我們的構想，供NEB集團參考。繼而，我們又幫助NEB集團收集城市給排水管網的資料，提供最新的城市暴雨強度公式，建議了切實可行的重現期供NEB集團初步設計用。同時，敦促有關部門盡快敲定場地±0.00的絕對標高以利雨水排放方案的確定。這樣NEB集團未從美國派遣任何給排水設計人員便完成了初步設計。
5.3 集中雙方的智慧，優化系統設計
　　由于NEB集團的給排水設計事實上是委托國內專業人員完成的，使得我們在此項目上除了出國參觀增長見識外，在專業方面無法借鑒國外同行的先進經驗，看到的初步設計是地道的傳統中國廣州產品。為保證工程的先進性，我們在設計中同NEB 聘請的中國顧問進行了深入、細致、全面的探討，集中了雙方的智慧，力爭使設計盡可能的完善。如變頻調速給水系統便是采用筆者近年來對國內變頻調速給水系統的優化成果。熱水系統是集中了雙方的意見，取消了原設計中的屋頂貯水箱，采用常壓燃氣熱水爐及F型組合式半即熱換熱器，使得系統更加簡潔實用。場地雨水排放，我們也堅持充分利用地放以致使工程投資和常年運行費用增加的后果。在自動噴水滅火系統中，更是在充分理解規范的前提下，超越規范并取得消防部門的認可，為工程節約了200多萬元投資。凡此種種，目的只有一個，為九運會提供一個好的給排水設計。
5.4　慎重選用設備及材料，使之適合中國國情和工程實際并不失工程的示范性
　　我們深知，作為一項省重點工程，除完善自身功能外，也具有一定的示范性。但是由于資金緊張，在設備和材料的先進性方面就受到了一定的制約。盡管如此，我們寧可想辦法優化系統、節省投資，也要采用一些較為先進的設備及材料。如我們堅持生活貯水池采用不銹鋼裝配式水箱而代替初步設計中采用的鋼筋政水池。我們進行價格比較后，修改了初步設計中體育場給水系統采用鋁塑復合管的作法，干管采用UPVC給水管材，支管采用薄壁銅管。
　　總之我們認為，在資金緊張的條件下，我們選用的設備及管材在未來的二三十年中不會落后。
5.5　尚待解決的問題
　　體育場設置了樓宇自動化系統(Building Automation System)。由于NEB集團給排水初步設計中無任何提及，加之我們對物業管理缺乏經驗，對給 排水系統與BA系統僅僅是定性地提出了一些要求。是否計中對BA系統僅僅是定性地提出了一些要求。是否滿足管理時的需要，我們沒有十分的把握，只有在工程建成逐步完善管理體制后根據需要再進行修改完善，好在各系統均考慮了與BA系統的接口。我們得到的啟發是：不僅要熟悉設計，而且要了解管理運營，這是我們日后需要增加的知識。

6 結語

　　 人類已進入21世紀，體育及與體育運動有關的消費將在我國人民生活中占有越來越高的比例，體育建筑也越來越多。我們應不斷地總結體育建筑方面的經驗和教訓，以期不斷地完善我們的設計，為社 會提供功能更加齊全，更有利于管理運營的體育建 筑設計成果。需要特別提及的是，趙初華、江帆、韋桂湘和王琪海等同仁參與了本工程的設計及審核工作，在此表示感謝。

作者通訊處：510641 廣州五山華南理工大學建筑設計研究院
電　　 話：(020)85516734
修回日期：2000-3-13