任巍
摘 要：给水排水设计是博物馆建筑设计的关键环节之一。其设计不仅要达到节水节能、实现水资源高效利用的目的，更为重要的是在满足建筑使用功能的基础上，通过科学、合理的设计手段，提升博物馆建筑整体防水安全性能，有效避免藏品遇水受损的风险。
关键词：博物馆建筑;给水;排水;防水
水是人们生活中必不可少的物质资源，其在各类建筑中的重要性也不言而喻。无论是给水系统还是排水系统，均是建筑中不可或缺的重要组成部分。近些年，随着我国绿色建筑设计理念的不断推行，节水与水资源的高效利用是衡量绿色建筑评价的重要指标之一。如果建筑给水排水系统出现问题，不但会影响建筑的正常使用以及建筑内人员的日常生活或工作，而且还会导致水资源的浪费和环境的污染，甚至会造成无法弥补的损失。尤其是作为藏品保存重要场所的博物馆建筑，相比于一般建筑具有更为严格的给水排水设计要求。因为水会给博物馆藏品带来极大的危害，不管是有机质地藏品还是无机质地藏品，遇水均可能导致不同程度的损害。因此，博物馆建筑给水排水系统设计不仅要遵循绿色环保的理念，实现水资源高效利用，在满足建筑实际使用功能需求的基础上，还应通过科学、合理的设计手段，结合防水构造措施，有效避免藏品遇水受损的风险，则是博物馆建筑设计的关键环节之一，具有极其重要的研究价值。
1 给水系统设计
博物馆建筑给水系统设计不仅要满足生活用水、消防用水、绿化用水的基本要求，还应根据博物馆各区域的实际功能需求，满足工艺用水的要求，并按照不同的使用功能对水质、水量、水温、水压等进行科学合理确定。博物馆建筑供水水源主要由市政供应，给水系统包括生活给水系统、饮水系统、生活热水系统、中水系统、净水系统、消防供水系统等。
生活给水系统主要为博物馆观众和工作人员提供卫生清洁等用水，其用水定额应按照国家住房和城乡建设部于2019年发布的《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）规定（表1）①，并结合博物馆实际使用需求以及淡旺季观众数量的变化情况等因素进行合理测算。为实现有效供水、节约能源、提高水资源使用效率的目的，还应结合实际市政供水压力情况，可采用变频调速泵组进行加压供水，但要提供稳定的供电保障，确保其持续、安全运行。并且对水质也要进行二次供水消毒处理，以保证供水质量。此外，卫生器具也应选用节水、卫生等性能良好的器具，如卫生间的洗手盆可采用具有自动感应或延时自闭功能的水嘴，小便器可采用具有自动感应或延时自闭功能的冲洗阀，坐便器的冲洗水箱可设置大、小便自动分档节水装置，蹲便器可采用自动感应式或延时自闭式冲洗阀，以达到限流节水、降低水资源浪费、卫生舒适的目的。
饮水系统主要为观众和博物馆工作人员提供饮用水。可在博物馆公众区域内合理设置观众饮水装置，采用独立的管道直饮水系统，并通过终端净水处理设备对水质进行净化处理，为观众提供便利的直饮水服务，更好地满足观众的饮水需求。博物馆办公区域可采用电开水器供应热水，水质亦需经过净化处理。此外，在餐厅、茶室等为观众提供餐饮服务的场所内也应设置热水供应装置。博物馆生活热水系统的热源主要由市政热力供给，结合博物馆实际使用需求，宜采用集中供应热水的方式，并设置热水循环系统，为博物馆提供生活热水供应。中水系统主要供绿化灌溉、室内冲厕等使用，其水源可来源于市政中水管道，也可利用中水回收处理系统对雨水及生活废水收集后，再进行相应处理作为中水使用，以达到水资源循环利用的目的。净水系统主要为满足博物馆文物修复的实际使用需求，如在书画修复时为了避免水中的化学物质对其产生破坏，需要使用纯净水。消防供水系统的水源由市政给水管道提供，并在建筑内适当位置设置消防水池。消防供水系统主要为室外消火栓系统、室内消火栓系统、自动喷水灭火系统、大空间智能主动喷水灭火系统等提供消防用水。室外消火栓系统可由市政给水管道直接供水，其余消防系统可由消防水池供水。消防水池的有效容积应根据博物馆建筑内不同功能区域的各类消防系统在火灾中同时使用的情况下进行综合分析、合理测算，确保其满足实际使用需求，以便及时有效地为消防系统提供用水资源。
给水泵在运行时会产生振动和噪声，而且还会通过给水管道在建筑内传播，并形成固体传声。因此，应采取合理有效的措施来降低振动和噪声对博物馆建筑室内环境造成的不利影响。如在博物馆建筑功能布局上应将给水泵房设置于建筑地下层，与其他功能用房相对独立布置，并采取相应的隔声、吸声措施;水泵机组应尽量选用低噪声机组，而且机组还应采取基础减振措施，吸水管和出水管也要设置柔性减振装置;泵房内的给水管道要采用隔振支架，管道在穿过墙体、楼板时应采取隔声、吸声措施，以防止刚性连接造成建筑内固体传声的现象。
2 排水系统设计
博物馆建筑的排水原则与其他建筑相同，均按照生活排水与雨水分流的原则，排水系统主要包括生活排水系统、雨水排水系统以及消防排水系统。
生活排水系统采用污水与废水合流排放的原则，生活污水、废水经过处理后可排放至市政污水管道。但博物馆建筑内餐厅的厨房排水中含有较多的油垢，应设置油水分离装置进行处理后方可排放。文物修复室、书画装裱室、文保实验室等用房因为使用功能的特殊性，排水中含有化学腐蚀性成分，不仅会对环境造成污染和破坏，还会危及人体健康。因此，这些功能用房的排水应单独排放，并采取有效的技术措施进行处理，使排水符合国家相关排放标准。同时，排水管道也应选用耐腐蚀性能良好的管道。有些博物馆将藏品库房以及部分展厅设置在地下层或半地下层，如果未采取有效的排水措施，则会存在藏品遇水受损的风险。因此，要结合地下或半地下藏品库房、展厅的实际位置，在邻近部位设置性能稳定的地坪排水装置，保证其排水效能，而且排水管也要单独排向室外，并防止出现倒灌现象，以避免水渍对藏品的损害。另外，为了更好地满足卫生要求，可根据博物馆建筑自身特点，在卫生间排水系统中宜设置伸顶通气装置。
博物馆建筑雨水排水系统设计的重点是屋面雨水排水设计，在《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）中明确了各类建筑屋面雨水排水管道工程的设计重现期数值（表2）①。因博物馆建筑是保存藏品的重要场所，属于重要公共建筑，其屋面雨水设计重现期不应小于10年，总排水能力也不应小于50年重现期的雨水量。
博物馆屋面雨水排水设计的关键环节是选用适宜的排水系统以及排水方式，以确保屋面雨水能够迅速有效地排放至室外雨水管道。屋面雨水排水系统以及排水方式应根据博物馆建筑屋面的结构形式、建筑内各功能用房布局、博物馆所处地区的气候条件等因素进行综合分析后合理确定。目前，在各类建筑中运用比较广泛的屋面雨水排水系统主要为重力流雨水排水系统和虹吸式雨水排水系统。其中，重力流雨水排水系统是一种较为传统的屋面雨水排水方式，主要由重力流雨水斗、立管、排水管等部件构成。其基本工作原理为：屋面雨水通过雨水斗收集后经过立管并利用重力作用进行自流排放。这种排水系统的缺点是：空气会占据立管的部分空间，使立管不能呈满流状态，导致立管内部的有效使用断面减少，当遇到强度较大的降雨时，如果实际雨水流量超过系统所能承受的排水流量范围，则会产生较强的压力波动，从而导致立管遭到破坏，存在一定的安全隐患。而且重力流雨水排水系统需要设置排水管道较多，还要在雨水天沟设置较大的排水坡度，会对建筑构造和室内空间利用造成不利影响。虹吸式雨水排水系统主要由虹吸雨水斗、立管、排水管等部件组成。其基本工作原理为：当降雨量较小时，这种排水系统的排水方式与重力流雨水排水系统一致。但当降雨量较大且屋面雨水超过雨水斗高度时，雨水斗会自动将空气隔离，使立管中保持满流状态并形成负压，从而产生虹吸作用，确保屋面雨水在管道内负压抽吸的状态下迅速排放。虹吸式雨水排水系统排水量大，排水效能优于重力流雨水排水系统，可以满足较强降雨量的排放需求。而且雨水天沟不需设置排水坡度，雨水斗、管道设置数量相对较少，布置更为灵活，可有效降低对建筑空间的影响，比较适合一些屋面面积大且屋面构造较为复杂的博物馆建筑。而对于展厅、藏品库房等部位的屋面雨水排水方式应采用外排水系统，其屋面雨水设计重现期的数值也要相应提高，来有效提升屋面防水性能，降低藏品遇水受损的风险。同时，为减少屋面雨水积水，避免出现屋面漏水等现象，可结合博物馆建筑屋面雨水排水系统、排水方式以及屋面构造形式等实际情况，合理设置雨水溢流口、溢流管等溢流设施，保障屋面雨水排水的安全性。
为及时、有效排放消防废水，可在消防电梯井基坑的底部或邻近部位合理设置消防排水集水池，其有效容积通常不小于2立方米。此外，还应选用排水性能良好、便于日常维护管理的消防排水泵，如潜水排水泵，以便更好地提升排水效能。
3 防水设计
水会对博物馆藏品带来极大危害，尤其是展厅、藏品库房等藏品保存场所的墙面、顶棚、地面如果出现积水、渗水的现象，将导致室内环境的相对湿度失去稳定性，而且还易产生霉菌，甚至虫害，对藏品的安全构成了严重威胁。特别是新建、改建和扩建的博物馆应在建筑功能布局、建筑内给水排水管道设置、消防系统的选用等方面对防水问题给予重点考虑，并采取科学合理的措施，来有效提升博物馆建筑整体防水性能，避免对藏品保存环境造成不利影响。
3.1 合理布局建筑功能
在博物馆建筑功能布局上应结合建筑所处地区的地下水位实际情况，合理布局藏品库房位置，特别是处于地下水位较高地区的博物馆建筑，不宜将藏品库房设置于地下层，以减少漏水、返潮现象的发生;卫生间、饮水间、用水机房等可能存在渗水、漏水、积水等隐患的用房不应设置在展厅、藏品库房等藏品保存场所的上层或同层邻近位置;用水消防的功能用房也尽量不设置于展厅、藏品库房上层或同层邻近位置，但往往在实际建筑功能布局中很难避免，所以还应合理设置有效的防水构造以及排除积水的措施，来防止藏品因遇水导致受损现象的发生。
3.2 合理设置给水排水管道
建筑内的给水管道、排水管道也要合理设置。给水管道与排水管道的间距应适宜，平行埋设不应小于0.5米，交叉埋设要保持在0.15米以上，并且给水管道还要设置于排水管道之上;同时，给水、排水管道不应穿过计算机房、通信机房、变配电机房、电梯机房、图书资料库等遇水易造成损坏或发生安全事故的用房，更不要敷设于展厅、藏品库房内，避免影响藏品的安全;给水、排水管道以及消防给水管道的接口处应采取有效的连接方式，保证其牢固、严密、不渗漏，而且给水管道还应设置防结露绝热层，排水管道也应根据建筑特性及使用要求，采取合理有效的防结露措施。
3.3 合理选用消防系统
应在结合藏品的材质类别、各类功能用房的特点及位置等因素进行综合考量的基础上，合理选用消防系统。如收藏纸质、丝织品等遇水即造成损害的藏品的库房以及计算机房、通信机房、变配电机房、图书资料库等用房应采用气体灭火系统;而展厅、藏品库房如果采用预作用自动喷水灭火系统、高压细水雾灭火系统等以水为灭火剂的灭火系统时，对水敏感的藏品则应设置密封且具有防水特点的展具、藏具进行防护，以提升藏品的防水安全性能。
3.4 采取科学有效的防水措施
在博物馆建筑设计中可采用适当提高展厅、藏品库房地面标高的方法，可在一定程度上起到降低积水隐患的作用。当展厅、藏品库房设置在无地下层的建筑首层时，其地面应采取防水、防潮、防结露等措施;而当展厅、藏品库房设置于建筑半地下层、地下层时，室内的墙面、地面也要采取相应的防护措施，以避免水患、潮湿、结露等对藏品保存环境造成的不利影响，并且地下层应按照一级防水的要求进行防水设计。楼面也应在满足实际使用功能的基础上，合理设置防水层，楼面防水层可选用在0.6兆帕以上的水压下不渗水，且具有较好的抗渗、防水性能的防水混凝土作为防水材料。此外，博物馆建筑屋面应确保不出现渗漏、积水的现象，其防水等级应为Ⅰ级，需根据建筑造型、屋面实际使用功能及排水系统的选择、外部环境条件等因素，合理确定防水使用年限、设防要求、防水构造层次等，并选用耐老化、耐腐蚀、耐候性强的防水材料，结合科学缜密的施工工艺措施，构建有效的屋面整体防水体系。
4 结语
博物馆建筑作为藏品保存的重要场所，具有比一般公共建筑更为严格的给水排水设计要求。其设计不仅要达到节水节能、实现水资源高效利用的目的，更为重要的是在满足建筑使用功能的基础上，采取科学合理的防护措施，提升博物馆建筑整体防水安全性能，有效避免藏品遇水受损的风险，以确保其保存环境的稳定性。
