深圳国际会展中心项目总占地面积约148万m2，室内展览总面积约50万m2，整体建成后将成为全球最大的展馆。项目一期总占地面积约121.4万m2，一期建筑总面积达160万m2，室内展览面积约40万m2，项目于2016年8月份开始施工图设计，在2019年6月竣工投入使用。项目展馆采用鱼骨状布局，如图1所示，一条长1.75km的中央通廊连接2个登录大厅(B5、B10)和19个展厅，包括16个2万m2的标准展厅(A1~A4、A6~A9、C1~C4、C6~C9)、2个2万m2的多功能展厅(C11~C12)和1个5万m2的超大展厅(A11)，是集展览、会议、活动（赛事、娱乐）、餐饮、购物、办公、服务于一体的超大型会展综合体。本项目占地面积大、展厅及登录大厅金属屋面面积超大、中央廊道金属屋面超长且屋面起伏不定，雨水排水设计非常复杂，同时项目临海，需考虑台风暴雨等极端天气对项目雨水排水安全的影响，若设计不合理，一旦屋面雨水倒灌室内除会造成财产损失外，还会影响正常的展览活动；此外还可能存在天沟溢流排水导致人员伤害、雨水井盖被冲开、地面雨水排放不及时造成积水等。
图1 深圳国际会展中心布置
项目由展厅、登录大厅、中央廊道等单体组成，其中展厅、中央廊道为金属屋面、登录大厅为金属和混凝土相结合的屋面，对于大型金属屋面，优先选用排水能力强，立管数量少的虹吸排水系统，对于小型屋面可选择常规重力雨水系统。设计时先对各单体屋面特点进行分析，合理选择雨水系统，简化设计工作。下面具体介绍本项目的雨水排水系统设计的要点。
01
展厅屋面雨水排水设计
1.1 汇水面积的确定
标准展厅屋面为矢高不变的单向曲面坡屋面，标准展厅南北跨度长50 m，东西长200 m，沿短边找坡，如图1和图2所示。根据《建筑给水排水设计规范》（GB 50015-2003，2009年版，以下简称建水规）4.9.7条规定“雨水汇水面积应按地面、屋面水平投影面积计算。高出屋面的毗邻侧墙，应附加其最大受雨面正投影的一半作为有效汇水面积计算。”展厅汇水面积按此原则计算。
图2 标准展厅曲屋面
由于展厅屋面为曲面坡屋面，而曲面面积可能大于水平投影面加1/2垂直投影面积，从安全角度考虑，汇水面积取两者之间的大值。所以计算雨水汇水面积时按以下两种方法分别计算。①按水平投影面积加1/2侧墙面积计算，S=51.550L+5.35L/2=54.225L(S为展厅屋面雨水汇水面积，L为展厅长边长度)；②按屋面曲面长度计算，S=51.72L。
由上可知，方法1计算出面积大于方法2，所以计算雨水流量时，汇水面积按①计算，标准展厅的汇水面积为2.58万m2。
1.2 重现期的确定
根据建水规4.9.5条“屋面雨水排水管道的排水设计重现期应根据建筑物的重要程度、汇水区域性质、地形特点、气象特征等因素确定，各种汇水区域的设计重现期不宜小于表4.9.5的规定值”规定，确定展厅屋面雨水重现期按10年设计；根据建水规第4.9.9条“一般建筑的重力流屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应小于10年重现期的雨水量。重要公共建筑、高层建筑的屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应小于其50年重现期的雨水量”规定，考虑安全因素，将展厅屋面雨水排水及溢流管道系统的总排水能力按不小于100年设计；同时为了避免极端天气会导致雨水返水到屋面，再经过屋面流入室内，在雨水沟两端还设置了200年一遇的溢流口溢流系统，从而尽可能杜绝雨水反溢到室内。
1.3 屋面天沟尺寸的确定
《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》（CECS 183-2015）3.2.6条规定：“天沟的有效蓄水容积不宜小于汇水面积雨水设计流量60s,且不宜小于虹吸启动时间的降雨量。当屋面坡度大于2.5%且天沟满水会溢人室内时，经计算若虹吸启动时间大于60s时，天沟的有效蓄水容积不宜小于汇水面积雨水设计流量2min,且不应小于虹吸启动时间的降雨量”。经计算虹吸启动时间小于60s，但由于展厅屋面坡度大于2.5%，且不能排除极端情况下雨水可能反溢至室内，为提高雨水系统排水安全性，雨水天沟的有效容积按100年重现期的暴雨强度2 min的汇水量设计。同时该规程3.2.4条规定：“天沟有效深度应为设计水深加保护高度。天沟的有效水深不宜小于250mm，保护高度不得小于75mm。当采用金属屋面且雨水可能经天沟溢入室内时，保护高度不得小于100mm”，确定天沟的保护高度为100mm。《建筑屋面雨水排水系统技术规程》（CJJ 142-2014）4.2.3 条规定：“集水沟的沟宽和有效水深宜按水力最优矩形截面确定。沟的有效深度不应小于设计水深加保护高度；压力流排水系统的集水沟有效深度不宜小250mm。” 雨水沟的水力最优矩形截面是指沟宽为2倍时的水深。根据以上条件计算表格如表1所示。
表1 展厅雨水天沟计算
计算天沟尺寸为500(h)mm×1 200(W)mm。结合幕墙深化节点，确定天沟的断面尺寸为：670(h)mm×1 500(W)mm，其中水的有效深度为570mm，100mm为溢流高度，满足设计要求。
《屋面工程技术规范》（GB 50345-2012）4.9.8 条条文说明“檐沟、天沟的纵向伸缩量控制在30mm左右”。深圳夏天最高温度39℃，冬天最冷温度3℃，冬夏最大温差36℃，金属屋面天沟的材质采用不锈钢板，热胀系数为17.3×10-6/℃，可以推断出天沟伸缩缝最佳间距为：L=30/(17.3×10-6×36)×10-3=48.2（m），根据屋面实际情况把屋面划分成4段，长度分别为55m、54m、54m、43m。实际天沟最大伸缩量为：ΔL=55×103×36×17.3×10-6=34.25(mm)，略大于30mm。台风天气或刮风下雨时会造成雨水收集不均匀，导致两端的天沟水量会收集比实际所承担的区域面积要大，所以需要将屋面作整体考虑，在伸缩缝处设置200不锈钢补偿管将天沟连接。同时通过设置重现期为100年的管道溢流系统将雨水天沟连通，如图3所示。溢流系统的虹吸雨水斗高于天沟200mm。
图3 管道溢流系统天沟连通
标准展厅屋面虹吸系统汇水面积按小于2 000m2进行设计，共设置14个DN200的虹吸雨水排水系统，同时结合天沟分缝情况，设置4个DN150的虹吸雨水溢流管道系统，并在天沟两端设置重现期为200年的溢流口排水系统，来提高雨水排水系统的安全性。标准展厅屋面雨水设计如图4所示，其余展厅屋面雨水设计方法类似。
图4 标准展厅屋面雨水排水设计
02
登录大厅屋面雨水排水设计
南北登录大厅被中央廊道分成东西两部分，东西靠外侧为金属曲屋面，靠近中央廊道的为混凝土平屋面，且覆土1 m，种植草坪和灌木，如图5所示。
图5 登录大厅
东西外侧的金属屋面为矢高不变的单向曲面坡屋面，雨水排水设计做法同展厅，在南北两侧最低点设置排水沟,对于屋顶花园屋面雨水通过找坡汇集到两侧的雨水沟排放，覆土的水通过渗透管排放到虹吸雨水沟。
03
中央廊道屋面雨水排水设计
中央廊道屋面南北长约1 700m，南北方向高低起伏，屋脊最高点为42.215m，最低点为31.246m；坡屋面平面投影宽度约为38m。它与展厅屋面不一样，展厅屋面是矢高不变的单向曲面坡屋面，在雨水汇集处天沟是水平的；而中央廊道屋面是矢高变化的双向曲面坡屋面，在雨水汇集处，天沟是随屋面坡度而起伏的，如图6所示。
图6 中央廊道屋面
如何设计中央廊道屋面的排水沟是项目雨水排水设计的难点。首先根据南北向起伏的每段将最高点与最低点划分一个汇水区域，平面投影长度约为84m，宽度为19 m，面积约1 600m2。其次沿天沟方向坡度较大，84 m水平方向，竖向高差约5.3m，坡度大于6%，屋面坡度也大于2.5%。下雨时，雨水会迅速地排到东西两侧的天沟，而天沟的坡度超过6%导致雨水以更快的速度汇集到天沟的最低处。虽然在最低处水平汇水的容积满足了2min的暴雨强度的容积，但是遇到超过暴雨强度设计的重现期时，会导致雨水会从最低处溢流到外面行成瀑布，对行人造成危险。为了避免这种情况发生，天沟除要满足100年重现期的2min蓄水水量的要求外，同时沿着天沟的方向每隔6m设置挡板，使超过重现期的雨水能够保留一部分雨水在每段天沟里面，同时起到削峰降速作用。根据幕墙设计的天沟宽1 235mm，高度为590mm，设置的挡板高度400mm。为使下小雨或者暴雨后能够将每个排水沟里的水排干净，在每个挡板下方设置50的过水洞。50的过水洞排水量按水面高度200mm时，根据孔口出流公式Q=uA计算出50的过水洞排水量为：0.0235L/s，满足10年重现期的流量，在挡板中间设置2个100的洞满足排放50年重现期的雨水量，最后挡板高度比保护高度低100mm，以便雨水沿着沟排至最低处，在虹吸雨水沟的最低处设置虹吸雨水斗，如图7所示。
图7 中央廊道雨水天沟节点
因建筑美观需要，经土建专业允许，雨水管道暗敷于结构钢柱内，但由于钢柱内无法同时安装2根雨水立管，故将中央廊道的屋面虹吸雨水系统重现期按50年一遇设计，同时在天沟最低点处设置了100年重现期的溢流口溢流系统。
综上，项目各屋面排水系统设计重现期除中央廊道按50年设计外，其余均按10年进行设计，各屋面雨水排水系统与溢流设施的总排水能力按100年重现期进行设计，各功能场所屋面雨水排水系统汇总表如表2所示，其中中央廊道无条件设置溢流管道系统，跟土建专业配合，在屋面设置溢流口排水系统，除中央廊道外，其余金属屋面均按200年重现期额外设置溢流口系统，以满足极端天气雨水排放。
表2 屋面雨水排水系统设计
04
虹吸雨水立管的安装
展厅及登录大厅的室内虹吸雨水管可以隐藏在建筑内，对建筑效果及美观影响不大。对于半开放式的南、北登录大厅及中央廊道，由于往来人流量大，为避免管道外露影响视觉效果，设计通过与结构专业配合，将南、北登录大厅及中央廊道钢柱与铸钢件开洞，虹吸雨水立管暗敷于钢柱内。施工时，先将一节柱到三节柱、铸钢件内的不锈钢管在地面预先制作安装，安装完一节柱后，按先后顺序吊装二节柱，三节柱以及铸钢件，柱内的不锈钢管采用对接氩弧焊接，惰性气体保护，完成后如图8所示，其中一、二、三节柱内浇筑混凝土。
图8 钢柱内虹吸雨水管安装节点
钢柱内不锈钢排水管外刷两道防锈漆，同时钢柱内的混凝土也可起保护不锈钢管的作用，这二者可作为防电化学腐蚀加强措施。另一方面，从设计选材、施工工艺等方面提高施工质量，来减少后期管道维护工作。钢柱内敷设的不锈钢立管，管材厚度按普通钢管的厚度选用，方便焊接及提高管道耐久性。施工时，对焊缝进行超声波探伤检测，来保证施工质量；施工过程中雨水管道端口采取临时封闭措施以防止杂物、施工垃圾堵塞雨水口；每一节钢管柱及虹吸雨水管道安装完毕后，对虹吸雨水管道整根立管进行打压试验或满水试验，验收合格后方可进行下道工序的施工。钢柱内设虹吸管在国内多个大型项目中均有设计，如首都机场三号航站楼T3A部分、重庆江北国际机场T3A航站楼、武汉天河机场T3航站楼工程等。
05
室外雨水设计
5.1 虹吸雨水管消能井
展厅、登录大厅及中央廊道的屋面雨水基本上都是虹吸排水系统。本项目每个虹吸雨水系统收集的雨水面积约为1 600~1 700 m2，导致每个虹吸排水系统流量大、流速快。为了避免与排出管连接的雨水检查井承受水流的冲击力，首先将虹吸排出管流速控制在1.0m/s左右，其次连接虹吸排出管的检查井均采用改进过的钢筋混凝土检查消能井，简称为防反溢消能井。
防反溢消能井做法如图9所示。虹吸排水雨水管在防反溢消能井的前端进入消能井，并在消能井内进水管的对面设置1mm厚306不锈钢板，以减少对检查井的冲刷；同时在进水管附近设置一根低位通气立管，避免气体阻止雨水流入；出水管在防反溢消能井的末端，同时在末端高位设置通气管，降低防反溢消能井内的气压，又能保证雨水能够快速排放到室外雨水管网。井盖设置在防反溢消能井的末端，防止井内雨水及气流对井盖的冲顶。
图9 防反溢消能井
5.2 室外雨水沟尺寸的确定
会展类项目的室外场地由于兼顾货运通道及临时停车功能，导致地面硬化面积大，地面找坡相对单一，因此场地排水采用钢筋混凝土排水明沟与暗沟相结合的排水方式，排水沟汇合后再通过雨水管道接至市政雨水管网。
雨水暗沟主要设置在单体四周，作用为接展厅、登录大厅的雨水出户管，将屋面雨水收集后排至雨水收集池。暗沟起端由于和消能井连接，其起点深度均为1.0m，5‰放坡，宽度为0.8m（按照排水沟体中间不加过梁，沟顶荷载10 m3/m2的条件下，最经济的宽度）。明沟主要沿车道布置，作用为收集地面雨水。由于项目所在地大空港片区雨水重现期为10年，项目室外雨水与片区统一也按10年重现期设计。为减小场地开挖量，雨水明沟起点深度按0.5m控制，按5‰放坡。明沟宽度与暗沟一致采用0.8m。盖板为铸铁加厚格栅篦子。整个项目设置明沟约17.8km，暗沟7.6km。
5.3 海绵城市专项设计
项目建设用地面积约148万m2，约占大空港启动区建设用地的7.8%，项目海绵城市建设的成功对区域海绵城市建设有着重要影响。在海绵城市设计过程中，存在以下难点：
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项目位于填海区，底层分布着饱和软土，土壤入渗能力差，同时地面荷载要求高，雨水下渗空间有限；
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金属屋面及硬质铺装占地大，可进行绿化设计面积少，综合径流系数达到0.77；
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绿地规模小且分布于场地外圈，场地屋面及地面难以有效汇入绿地内的LID设施。
设计过程中采取因地制宜，优化配置原则，确定“滞、蓄”为主，“净、用”结合的方针。在有限的绿地面积中，尽量设置成下沉绿地和雨水花园，尽可能利用绿地调蓄功能；在南、北登录大厅设置局部绿化屋顶；地面荷载要求高、以满足使用及安全为主，局部采用透水铺装；东侧用地局限，仅控制地面初雨径流，西侧地面尽可能汇入LID设施，展馆屋顶雨水径流，经沉砂后收集入雨水回用池。
采取以上措施，项目年径流总量控制率满足控规要求，雨水回用做绿化浇洒及空调冷却塔补水。
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