高寒地區綠色鐵路站房節水系統設計

張盛楠， 王文琴， 張興艷， 毛曉兵， 劉霄

（1.天津大學仁愛學院， 天津 301636； 2.天津大學 建筑學院， 天津 300072；3.中鐵二院工程集團有限公司， 成都 610031）

1 項目概況

擬建西藏林芝鐵路站房為拉林線終點站， 站址位于尼洋河西岸， 地形平坦， 交通便利， 地表為荒地， 屬寒冷地區。 該地區水資源豐富， 年均降雨量為450 ～1 000 mm， 降雨時間大部分集中在每年5 ～10 月， 尤以7 ～8 月為甚， 當年9 月至次年4 月為旱季。

擬建林芝站鐵路旅客站房為公共建筑， 設計使用年限為50 a， 工程等級二級， 抗震設防烈度八度， 建筑耐火等級二級， 工程所在地氣候為夏熱冬冷。 站房建筑長172.2 m， 寬48.2 m， 總高度為26.9 m； 地上2 層， 局部地下設置消防水泵房； 候車大廳高21.4 m， 兩側功能房屋首層高7.9 m， 二層高8.0 m（局部層高4.8 m）。 站房主要功能為客運用房、 公安用房、 設備用房、 辦公用房等， 一層為候車廳部分， 二層為設備及辦公用房， 水泵房設于地下一層。 該工程在滿足使用功能要求的前提下注重實用、 美觀， 體現生態、 綠色、 環保、 節能和可持續發展的設計理念。 結合林芝地區居民鐵路旅客發送量及旅游客流鐵路承擔量， 預估林芝站站房最高日聚集人數為2 000 人。

2 節水規劃方案

2.1 市政供水系統和排水系統設計

根據《綠色建筑評價標準》［1-2］， 應依據項目所在區域的市政給排水條件、 水資源狀況等特征， 因地制宜制定區域水資源利用方案， 減少市政供水量和污水排放量。 由于擬建林芝站位于城區生活給水系統范圍外， 區域內尚未建設配套的市政設施， 且項目供水規模較小， 為了節省投資且便于建設及后期管理， 并防止車站新建區域的排水污染環境， 在林芝站內設給水所及污水站各1 座。

林芝地區地表水水量受季節變化影響嚴重， 因此項目水源取用地下水， 取水位置位于尼洋河附近。 設取水泵房2 座， 1 用1 備， 取水規模為550 t／d。 給水處理采用一體化凈水處理設備， 主要供給車站片區內的市政用水， 設計規模為500 t／d，給水處理出水滿足GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》［3］。

在車站西南側新建污水站1 座， 考慮車站片區內綠化及景觀用水量所占比例較大， 故污水量按片區內用水量的40% 計， 則污水站設計處理規模為200 m3／d。 規劃區內的污水經污水干管收集后， 排入污水站統一集中處理， 污水處理采用粗格柵→調節池→接觸氧化池→沉淀池→消毒池的工藝， 處理出水達到GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B 標準后排入廠址附近的尼洋河。

2.2 站房給排水系統設計

根據TB 10010—2016《鐵路給水排水設計規范》［4］， 站房用水定額取20 L／（人·d）， 時變化系數為3.0， 車站最高日聚集人數為2 000 人， 則站房最高日用水量為40 m3／d， 用水時間為24 h， 平均小時用水量為1.667 m3／h， 最大小時用水量為5.0 m3／h。 本項目給水系統用水量及水壓由室外給水管網滿足， 結合車站總體設計標高， 確定站房給水系統不分區， 為統一水質水壓供水。

旅客飲用水定額按2 L／（人·d）計， 工作人員按4 L／（人·班）計， 則設計飲用水供應量為6.4 m3／d。 在開水間設置全自動凈化電開水器9 臺， 每臺有效容積為50 L， 每臺額定功率為9 kW。 該開水器設有膜技術深度凈化裝置及紫外線消毒裝置， 除供給開水外， 還可提供直接飲用水。

站房最高日排水量取最高日用水量的85%，為34 m3／d。 室內標高±0.000 及以上污廢水采用重力自流排出， 水泵房污廢水經潛污泵提升排出。

2.3 節水器具

采用節水器具是綠色建筑節水設計不可缺少的重要方面， 本項目中衛生器具及配件的選型均符合現行行業標準CJ／T 164—2014《節水型生活用水器具》［5］的要求。 本項目中所用衛生潔具采用密封耐用、 性能優良的陶瓷制品， 公共衛生間采用感應式水嘴， 蹲式大便器采用腳踏式， 坐式大便器采用低水箱型， 沖洗水箱的有效容積不大于6 L， 小便器采用感應式沖洗閥。 項目設計衛生潔具及配件的用水效率等級均達到二級。

2.4 避免管網漏損措施

本項目室內生活給水管采用PPR 管， 室內重力流排水管采用阻燃型硬聚氯乙烯管， 潛污泵的壓力排水管道采用熱浸鍍鋅鋼管， 外墻以外的埋地管采用鑄鐵管。 生活給水管道采用熱熔連接， 閥門采用銅質截止閥（＜DN 50 mm）或銅質閘閥（≥DN 50 mm）， 耐壓不小于1.0 MPa， PPR 給水管接電開水器處采用長度不小于0.4 m 的金屬管過渡； 生活熱水管上采用球磨鑄鐵閘閥， 管道耐壓不小于1.0 MPa； 重力流排水管道采用承插連接， 壓力排水管采用溝槽式或法蘭連接， 閥門采用銅芯球墨鑄鐵外殼閘閥， 耐壓不小于1.6 MPa。 室外埋地管采用橡膠圈柔性接口。

本項目均采用耐腐蝕、 耐久性好的管材、 管件， 密閉性能好的閥門、 設備， 且管件與管道配套提供， 可有效避免管網漏損。

2.5 節水灌溉

本項目綠化灌溉采用非傳統水源進行微噴灌，節省水資源的同時還可以防止再生水中的微生物在空氣中傳播， 安裝雨天關閉系統和濕度傳感器等根據氣候變化的調節控制器。 噴灌安排在早晨和風力小時進行， 以減少水分過量蒸發和徑流造成的水資源浪費。

2.6 非傳統水源利用

由于本項目為最高日聚集人數2 000 人的鐵路站房， 具有穩定的生活污廢水， 且項目所在區域雨水資源豐富， 年平均降雨量為450 ～1 000 mm， 尤其是每年的6 ～9 月， 降雨量可占全年降雨量的75% 以上， 根據《綠色建筑評價標準》［1-2］中對于非傳統水源利用的要求， 本工程收集站房盥洗水及屋面雨水作為非傳統水源， 經處理達標后回用。

2.6.1 雨水資源及處理工藝

林芝站主要雨水來源有主廣場雨水、 透水道路雨水和屋面雨水。 主廣場和透水道路雨水收集和處理難度較大， 因此不做雨水收集處理工藝， 僅結合場地條件布置下凹式綠地、 滲透鋪裝等綠色生態透水措施， 以增加雨水滲透量， 降低地表徑流。 項目站房屋頂面積大， 屋面集水面積可達2.39 hm2， 且屋頂采用混凝土和金屬材質， 對雨水污染少， 通過屋面收集的雨水易于處理。 因此通過屋面雨水系統收集雨水， 作為非常規水源用于站房的沖廁、 道路沖洗、 綠化及景觀用水。 通過廣場、 道路的雨水滲透和屋頂雨水回用等多種措施， 雨水可全部就地入滲或蓄留， 有效降低市政雨水管網和水體的負荷。

林芝地區降雨量的分布極不均勻， 80% 以上的降雨量集中在5 ～9 月的雨季， 其中7 月降雨量占全年降雨量的19.6%， 站房屋面可收集雨量由下式計算：

式中： Way為年可收集雨水量， m3； ψc為徑流系數， 本項目中該屋面區域平均徑流系數取0.85；ha為常年降雨厚度， mm， 為692.7 mm（計算結果見表1）； F 為計算匯水面積， hm2， 取2.39 hm2。

該站房屋頂每月降雨厚度及可收集雨量計算結果見表1。 經計算， 林芝站房屋頂年雨水收集量為8 443.32 m3。

表1 林芝地區月降雨量及月集雨量Tab. 1 Monthly rainfall and monthly rainfall gathering in Linzhi Area

由于回用雨水部分用于綠化微噴灌， 灌水器孔徑小， 易堵塞， 因此收集屋面雨水并將初期雨水棄流后， 還應對雨水進行凈化處理， 通過沉淀和過濾分別去除雨水中的大顆粒泥沙和細小顆粒雜質， 通過消毒去除水中的微生物后進入儲水池備用。 雨水處理回用技術路線如下： 屋面雨水→初期徑流棄流→雨水調節沉淀池→過濾→消毒→儲水池。

2.6.2 再生水水源及處理工藝

本項目鐵路站房的排水主要為盥洗水和沖廁水。 站房盥洗水污染程度較輕， 水量穩定， 處理成本低， 根據《綠色建筑評價標準》［1-2］及《綠色建筑評價技術指南》［6］， 此類優質雜排水可作為非傳統水源經處理后再生利用， 有效減少市政供水量和污水排放量。 站房沖廁水經室外化糞池處理后， 排入室外污水管網。 故本項目擬選用站房盥洗水為再生水原水。 站房最高日用水量為40 m3／d， 最高日用水量折算成平均日用水量的折減系數取0.67， 按給水量計算排水量的折減系數取0.85， 站房盥洗水約占站房日用水量的40%， 經計算可得再生水原水量為40×0.67×0.85×40%＝9.112 m3／d。

再生水原水為盥洗水， 較為清潔， 且水量較小，考慮到MBR 技術出水水質較好、 運行穩定、 操作管理簡單、 占地面積?。?-8］， 因此選用以MBR 為核心的處理方案， 再生水處理工藝流程為： 原水→格柵→調節池→MBR→消毒→儲水池。

2.6.3 非傳統水源回用對象及用水量

本項目中非傳統水源主要用于綠化澆灑、 道路澆灑、 站房沖廁等不與人體直接接觸的用水項目中， 且優先考慮綠化用水。

本項目車站綠化面積為11 581 m2， 景觀設計選種植物為冷季型， 根據GB 50555—2010《民用建筑節水設計標準》［9］選取草坪灌水定額為0.015 m3／m2， 按照二級養護， 灌水次數和灌水周期以及月綠化用水量見表2。

表2 綠化用水計算Tab. 2 Water consumption for greening

本項目路面為水泥瀝青路面， 根據GB 50555—2010［9］， 取澆灑道路用水定額為0.20 L／（m2·次）， 車行基地道路面積為46 047 m2， 計算得每次澆灑道路用水量為9.21 m3／次， 年均澆灑次數為30 次， 則年用水量為276.28 m3／a， 月均用水量為23 m3／月。

站房最高日用水量為40 m3／d， 最高日用水量折算成平均日用水量的折減系數取0.67， 沖廁用水約占站房日用水量的60%， 盥洗用水約占站房日用水量的40%， 經計算可得該項目站房沖廁用水量為16.08 m3／d， 盥洗用水量為10.72 m3／d， 則月沖廁水量為482.4 m3／月， 月盥洗水量為321.6 m3／月。

表3 非傳統水源水量統計Tab. 3 Nontraditional water consumption

本項目非傳統水源總用水量統計見表3。

2.6.4 非傳統水源利用方案及水量平衡

以非傳統水源用水量最多的5 月為例， 非傳統水源利用方案及水量平衡如圖1 所示。

圖1 非傳統水源利用方案及5 月水量平衡Fig. 1 Scheme of nontradational water source utilization and monthly water balance of May

3 結語

林芝站綠色鐵路站房在設計過程中， 以綠色建筑評價標準體系中節水與水資源利用指導為框架，進行了較為合理的節水系統規劃設計。

在綠色站房節水系統設計過程中， 除采用節水衛生器具和灌溉方法、 優質閥門和管材等措施， 還應提高雨水、 再生水等非傳統水源的使用率。 本項目所在區域雖位于川藏線高寒地區， 但雨水資源較為豐富， 且有穩定的盥洗污水， 因此設計了站房內雨水滲透、 回收利用系統和再生水回用系統， 將處理達標后的非傳統水源用于綠化灌溉、 道路澆灑、站房沖廁等不與人體直接接觸的用水項目中， 并對非傳統水源的利用進行了水量平衡分析， 以保證各系統協調運作。

本項目設計基本滿足綠色建筑二星級標準對節水和水資源利用的要求， 可供寒冷地區綠色鐵路站房節水系統設計借鑒。