虹吸排水系统在广州珠江新城西塔项目上的应用

摘要广州珠江新城西塔为目前国内第二超高楼，以其独特的设计风格成为了广州地标性建筑物。已被评为全国建筑业新技术应用示范工程，采用了众多新技术、新材料、新设备、新工艺，本文着重介绍虹吸排水系统在本项目上的实际应用。

关键词虹吸排水系统 虹吸技术原理消防水箱溢流

0 概述

珠江新城西塔项目是广州珠江新城6大标志性建筑之一，位于珠江新城西南部核心金融商务区，东临珠江大道，西靠华厦路，南接华就路，北望花城大道，处于新城市中心的中轴线上。

西塔楼高432米，楼高位列世界第六，中国大陆第二。项目占地面积3.1万平方米，总建筑面积约45万平方米，由地下4层、地上103层的主塔楼和28层的附楼组成

由于本项目地处珠江三角洲，濒临南海，海洋性气候特征显著，就2008年全市平均年降水量就达到2388毫米，特别局部地区的强对流天气对市民生活带来了严重影响。在浏览器上输入“排水不畅 积水”等关键字，很容易得到例如“排水不畅导致昆明机场候机楼周边大面积积水”、“上海暴雨致百余航班延误 虹桥机场积水漫膝”等新闻，所以排水质量的好坏，直接影响到大家的日常生活及建筑的安全。因此在西塔项目中应用高效的虹吸排水系统，势在必行，特别是设备转换层消防减压水箱的溢流系统采用虹吸排水技术，属于全球首创，给虹吸排水技术的应用开创了一个新的视野。

1 虹吸系统布置

虹吸排水系统包括三部分：附楼裙楼屋面、塔楼入口光棚及塔楼消防水箱溢流。其中附楼裙楼屋面汇水面积大约13500平方米，采用高密度聚乙烯(HDPE)管材，共计超过800米，最大管径达到Φ300；在每个虹吸系统中，都有5～7个虹吸雨水斗，共计29个雨水斗。大光棚屋面汇水面积大约12600平方米，采用304不锈钢管道，共计约500米，最大管径Φ300；共5个虹吸系统，每个系统采用7个虹吸雨水斗，共计35个雨水斗。塔楼消防水箱溢流系统设计流量为120L/s，采用304不锈钢管，共计约550米，最大管径Φ250；共2个虹吸溢流系统，每个系统采用2个虹吸雨水斗，共计4个雨水斗。

2 虹吸技术原理

虹吸排水系统打破了常规的重力排水系统，虹吸排水系统的技术原理是利用建筑物的高度所形成的水头，依靠专用的雨水斗设计，实现气水分离。开始时由于重力作用，使管道内产生真空，当管中的水呈压力流状态时，形成虹吸现象，不断进行排水，最终管道内达到满流状态。在排水过程中，由于连续不断的虹吸作用，整个系统得以快速排放屋顶上的雨水。

虹吸排水系统的计算原理建立在满管流（没有空气）、不可压缩液体、固定密度的基础上，以伯努利方程（恒定元流能量方程）对管道内的压力、流速、水头损失等参数进行计算；确保系统能有效及安全的达到设计所需的排量。

伯努利方程（恒定元流能量方程）如下：

Px 计算点x的相对压强 (N/m2)

液体容重 (9810 N/m3)

vx 计算点x的流速 (m/s)

g 重力加速 (9.81 m/s2)

zx 计算点x的几何高度 (m)

hloss 水头损失: 沿程水头损失hf(m) + 局部水头损失 hm(m)

3 系统设计过程

本项目附楼裙楼和塔楼入口光棚的虹吸排水系统设计为常规设计，但塔楼消防减压水箱的溢流系统设计为独特创新，是虹吸排水技术首次应用于雨水排水系统以外的排水系统，是本项目的一大亮点，值得大家研究与借鉴。根据本项目特殊性，具体设计步骤如下：

3.1确定消防水箱溢流排水量；

消防水箱水泵额定排水能力为40L/s，103层水箱的水泵为两用一备，故最大额定供水量为80L/s；103层水箱通过管道减压供水至66层水箱，66层水箱通过管道减压供至31层水箱。66层和31层水箱由2个水泵供水，按机电采购水泵型号查得单泵最大供水量为40L/s，两水泵最大供水量为80L/s，总承包商出于安全性的考虑，要求水箱溢流系统排水能力不小于120L/s，故虹吸溢流系统设计流量为120L/s。

3.2选取雨水斗型号及数量；

66层和31层的消防减压水箱的虹吸溢流系统设计流量分别为120L/s，故分别设置两个DN100型号虹吸雨水斗，单斗排量为60L/s。

3.3 雨水斗及管道走向布置；

确定雨水斗在水箱内的安装位置及高度，然后确定管线走向和立管位置，最终排至室外雨水井（见下图1 虹吸溢流系统示意图）。

图1 虹吸溢流系统示意图图2系统测试的实验装置

3.4建立系统图模型；

按照平面管道路由绘制系统草图，标注系统流量、管道长度、管道标高等基本信息，并通过专用设计软件建立系统图模型。

3.5计算系统管径；

通过专业计算软件输入系统图模型信息，计算系统管径，并生成施工系统图及水力计算书。

考虑到本项目为超高层项目，不适宜采用塑料管道，为能有效承受建筑高差所产生的静压，故此处系统管道采用不锈钢管。

4 项目实施效果

在系统安装完毕后，经过通水试验和灌水试验的基础上，施工人员模拟现场实际环境，通过消防减压水箱（见图2），从4个进水口向水箱供水，在J点使用流速仪和流量计，测试系统的性能质量。

流速设计值是根据《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》(CECS 183：2005)第3.3.2条第5点中“立管设计流速不宜小于2.2 m/s，且不宜大于10 m/s”。经过测试，测得所有测试值都符合设计标准，结果如下：

总的来说，本项目所采用的虹吸排水系统做到了技术水平先进、设计思路新颖、施工流程规范，在各方面都达到了预期目的。

5 结语

本项目除了虹吸排水技术在超高层的应用以外，最大的亮点在于消防水箱的溢流系统采用虹吸排水技术，开创了虹吸系统之先河，扩展了虹吸排水系统的应用范围。

对于虹吸排水系统的技术推广和创新，树立了一个极好的突破点。长此以来，一谈到虹吸技术，人们随之联想到的就是“虹吸雨水”，很少会有其他方面的考虑。而本项目创造性地在设计消防水箱的溢流时考虑采用虹吸系统，不能不说是一个创举，也给我们以后的设计开拓了一定思路。

对于任何技术的运用，我们不能局限于以往的思路，只要用心探索，一定能有更多的有益的创新。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。