一、屋面雨水排水技術(shù)的特殊性

　　屋面雨水排水在建筑給水排水范疇是個(gè)較為特殊的技術(shù)問(wèn)題，其特殊性表現在以下幾個(gè)方面：

　　1.出過(guò)問(wèn)題，而且出過(guò)大問(wèn)題

　　1953年至1957年第一個(gè)五年計劃期間興建的大面積工業(yè)廠(chǎng)房，按重力流計算其屋面雨水排水系統，這些廠(chǎng)房在五十年代末、六十年代初相繼出現車(chē)間內雨水檢查井冒水，造成地面被淹，停工停產(chǎn)的嚴重事故。六十年代中期屋面雨水排水在采用壓力流計算時(shí)，由于立管管徑減小，出現瓶頸現象，而造成天溝雨水排水不暢，從天窗滿(mǎn)溢進(jìn)入車(chē)間的事故。重力流、壓力流兩個(gè)方面的案例，使1957年3月1日試行的《室內給水排水和熱水供應設計規范》TJl5－74在第三章“排水”IV“雨水”的有關(guān)條文中違避了雨水計算的相關(guān)內容，造成設計人員無(wú)章可循的尷尬局面。

　　2.搞過(guò)長(cháng)時(shí)間的試驗

　　六十年代初，原建工部北京工業(yè)設計院、第一機械工業(yè)部第一設計院和清華大學(xué)等單位即開(kāi)始進(jìn)行為期三年的雨水試驗。65型雨水斗的開(kāi)發(fā)，壓力流雨水計算方法的提出是這一階段雨水試驗的主要成果。七十年代由《室內給水排水和熱水供應設計規范》國家標準管理組申報立項，由建設部全額撥款的新一輪的雨水試驗項目正式啟動(dòng)。試驗由清華大學(xué)、機械工業(yè)部第一設計院和第八設計院等單位參加。試驗歷時(shí)八年，取得大量數據，最后成果通過(guò)鑒定，并納入《建筑給水排水設計規范》GBJ15－88.九十年代，中國工程建設標準化協(xié)會(huì )為大面積屋面雨水排水系統單獨編制協(xié)會(huì )標準正式立項，主編單位在上海東風(fēng)泵閥廠(chǎng)的協(xié)助下，對新穎雨水斗和雨水排水水力工況作了進(jìn)一步驗證。除此以外，不少生產(chǎn)企業(yè)和大專(zhuān)院校也做了不少雨水排水方式方面的試驗工作�？傊�雨水試驗時(shí)間跨度之長(cháng)，投入人力和耗用財力之多，積累資料之多，與建筑給水排水其他試驗項目相比，是既空前又絕后。

　　3.對屋面雨水排水技術(shù)認知的否定之否定

　　對屋面雨水排水技術(shù)的認知，決定了屋面雨水排水工程的設計方法。我國對屋面雨水排水技術(shù)的認知，經(jīng)歷了一個(gè)從重力流起步，轉變?yōu)閴毫α�，再進(jìn)展為更為實(shí)質(zhì)性的重力流，直至現階段的壓力流。這是一個(gè)完全符合否定之否定規律的一個(gè)循回，這一循回經(jīng)歷了半個(gè)世紀的時(shí)間，與建筑給水排水范疇別的技術(shù)問(wèn)題相比，這也是少有的。對屋面雨水排水技術(shù)的認知四階段，我們在第二部分再作表述。

　　4.“永遠”的熱點(diǎn)問(wèn)題

　　六十年代初雨水成為熱點(diǎn)問(wèn)題，當時(shí)是探究雨水檢查井冒水的原因。1962年至1964年《室內給水排水和熱水供應設計規范》首次編制時(shí)，爭論最為激烈的技術(shù)問(wèn)題則是雨水排水計算公式按重力流計算，還是按壓力流計算，最后以重力流計算公式列入規范條文而告終。

　　六十年代中后期65型雨水斗的研制開(kāi)發(fā)，重新挑起壓力流和重力流之爭，但由于當年的壓力流計算籠統、簡(jiǎn)單、粗糙，未注意不同位置雨水斗的不同水力條件，同時(shí)片面追求節省管材和忽略了溢流口的設置，導致了個(gè)別工程的失誤，使剛剛掘起的壓力流傾向隨即堰旗息鼓。

　　八十年代清華雨水試驗成果鑒定，使雨水排水技術(shù)再次成為熱點(diǎn)，但鑒定出現反復，公式受到質(zhì)疑，可以認為最終在《建筑給水排水設計規范》GBJ15－88上反映的并不是試驗的最佳成果，而是最穩妥的、最留有余地的、也是在現階段急需調整的內容。

　　九十年代新穎壓力流系統的引進(jìn)，壓力流計算又再次提上議事日程。大面積會(huì )展中心、候機樓、科技館、大劇院和汽車(chē)城等民用和工業(yè)建筑的興建使壓力流有了用武之地。但分歧依然存在，這個(gè)分歧既有壓力流和重力流適用范圍之爭，也有不同類(lèi)型的壓力流之爭，也有什么是典型的壓力流系統之爭。

　　當然“永遠”不會(huì )永遠，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，最終會(huì )在新的認知高度上達成新的共識。

　　二、對屋面雨水排水技術(shù)認知的四個(gè)階段

　　1.認知的第一階段

　　當時(shí)采用蘇聯(lián)規范的重力流理論，來(lái)設計我國屋面雨水排水工程，典型的例子是計算方法采用438公式，小檐降雨量采用蘇聯(lián)規范的50、60和75mm三項參數。造成的后果是大面積工業(yè)廠(chǎng)房相繼出現車(chē)間內檢查井冒水現象，冒水的檢查井井蓋即使用鑄鐵錠壓住也旋即被掀翻沖動(dòng)，洛陽(yáng)拖拉機廠(chǎng)、洛陽(yáng)軸承廠(chǎng)等工廠(chǎng)當年一逢大雨就頻頻告急，專(zhuān)業(yè)人士有鑒于此，確定：

　　1）應按我國的降雨量計算雨水量。

　　2）著(zhù)手進(jìn)行雨水試驗，探索屋面雨水排水的正確方法。

　　2.認知的第二階段

　　當年有關(guān)單位有關(guān)人員在雨水試驗的基礎上提出屋面雨水排水系統壓力流計算公式。公式以斗前水面標高和雨水管系出口端標高差的位能為動(dòng)力，按孔口出流公式為基礎演繹出壓力流計算公式。當時(shí)的壓力流系統雨水斗采用以少摻氣或不摻氣為指導思想而設計的65型雨水斗；強調提高雨水斗前水深，以減少摻氣量；有意識縮小雨水立管管徑，以平衡立管和埋地排出管的通水能力；按密閉系統布置管道；強調單斗系統。壓力流計算方法符合雨水排水水力工況，但由于當年未重視事故溢流口的設置，也由于立管管徑縮小后導致瓶頸現象，造成天溝雨水排水受阻，從天窗滿(mǎn)溢進(jìn)入車(chē)間的事故。

　　3.認知的第三階段

　　通過(guò)清華大學(xué)等歷時(shí)八年的雨水試驗，得出雨水流態(tài)為重力－壓力流的結論，即小流量時(shí)為重力流，大流量時(shí)為壓力流；雨水立管的下部為正壓區，上部為負壓區：壓力零點(diǎn)隨流量的變化而變動(dòng)，流量增大時(shí)壓力零點(diǎn)向上移動(dòng)；懸吊管的末端近立管處為負壓，始端為正壓；負壓造成抽吸和進(jìn)氣，因此立管頂端不設置雨水斗，但其它部位采用不同型式的雨水斗時(shí)，摻氣現象仍難以避免：管系內水流為氣水雙相流或稱(chēng)摻氣流，而其中的氣系處于壓縮狀態(tài)；由于雨水斗在懸吊管位置的不同，近立管的雨水斗泄流量大，遠立管的雨水斗泄流量小，因此不提倡不對稱(chēng)布置的多斗系統。

　　雨水試驗組根據重現率很高的大量數據，推導出多元因子的雨水排水計算公式。由于公式計算繁復，需要試算，在當時(shí)的計算工具條件下，未被采用。在該試驗基礎上而制訂的規范條文采用以下技術(shù)措施：

　　1）對管系留有足夠余地，以防檢查井冒水和天窗溢水事故重現。

　　2）對于超重現期的雨量采用事故溢流口來(lái)解決。

　　3）強調外排水系統，強調密閉系統，強調單斗系統或對稱(chēng)布置的雙斗系統，以盡可能地發(fā)揮系統的優(yōu)勢。

　　4）禁止立管頂端設雨水斗，限制多斗系統，禁用高低跨雨水系統……，以盡可能地消除隱患。

　　這些技術(shù)措施一直延續至2003年的9月1日《建筑給水排水設計規范》GB50015－2003施行為止。這個(gè)認知階段就其實(shí)質(zhì)是重力流，但不同于第一階段的重力流，屬于有足夠安全度、不致出現事故的重力流。

　　4.認知的第四階段

　　壓力流再次占據主導地位，與認知的第二階段的壓力流一個(gè)主要不同點(diǎn)在于不把負壓抽吸看成負面因素，而是將它作為積極因素予以充分利用，與認知第二階段的壓力流的區別還在于：

　�、倏捎糜诙喽废到y。

　�、谙到y計算不單純計算總水頭和總水頭損失的平衡，而需分段計算流量和壓力的平衡，這就是所謂的精確計算。

　�、叟渲孟鄳�的雨水斗。

　�、苤匾曇缌骺诘脑O置。

　　這個(gè)階段的壓力流，由于工作重點(diǎn)的不同、工作基礎的不同等原因，又可分成多種模式，其中最具有代表性的有兩種模式，在未經(jīng)充分醞釀?dòng)懻撉�，我們暫且命名為虹吸壓力流和壓力虹吸流�?/p>

　　兩種模式的其他方面都是相同的，如懸吊管不設坡度、可適用于多斗系統、以溢流口作為超重現期雨量的應急技術(shù)措施、由于負壓抽吸和被壓縮的空氣泡體積和壓力變化，水流動(dòng)時(shí)管道有振動(dòng)，對管材承壓要求高……等。

　　三、系統分類(lèi)

　　其中檐溝外排水長(cháng)期以來(lái)在設計院是屬于建筑專(zhuān)業(yè)范疇的，檐溝上沿本身可以作為溢流堰來(lái)對待，也不存在超重現期超量排水隱患。只有天溝外排水，重力流內排水和壓力流內排水屬于給水排水專(zhuān)業(yè)份內之事。

　　屋面雨水排水系統的分類(lèi)有以下幾種：

　　a.按設計流態(tài)分：重力流、壓力流

　　b.按排水方式分：外排水、內排水

　　c.按系統組成分：密閉系統、敞開(kāi)系統

　　d.按雨水斗數量分：?jiǎn)味废到y、雙斗系統、多斗系統

　　四、虹吸壓力流雨水排水系統技術(shù)要點(diǎn)

　　1.合理布置、精確計算

　　將系統看成一個(gè)整體，以高差即位能作為動(dòng)力是壓力流計算區別于重力流計算的主要不同點(diǎn)。而合理布置、精確計算則是虹吸壓力流區別于其他壓力流的主要不同點(diǎn)。合理布置、精確計算包括以下內容：

　　1）在屋面的每一個(gè)最低點(diǎn)至少設置一個(gè)雨水斗。

　　2）將雨水斗的排水用懸吊管接至雨水立管，并以密閉系統方式排至室外。

　　3）合理布置雨水立管，有條件時(shí)盡量將雨水立管設于懸吊管中間部位。當必須設于盡端時(shí)，靠近雨水立管的雨水斗連接管管道長(cháng)度宜適當引長(cháng)，以平衡阻力。

　　4）大面積屋面（指5000㎡以上）至少設兩套獨立的虹吸式雨水排水系統。

　　5）控制懸吊管長(cháng)度為落差的10倍至20倍。

　　6）將管道（包括懸吊管和雨水立管）分若干計算單元段。雨水斗所在位置、水

　　流匯合點(diǎn)（三通位置）、水流改向處（彎頭位置）和管道變徑、變速處（異徑管位置）均作為計算單元段的起止點(diǎn)（計算節點(diǎn)）。在計算單元段內水流的流量和流速值不變。

　　7）按所選用的管材和所確定的管件，精確計算管道沿程水頭損失和管件的當量長(cháng)度值，重點(diǎn)應放在管件的局部水頭損失值上。以懸吊管轉向雨水立管的彎頭為例，不同曲率半徑、不同節段組成的彎頭在相同公稱(chēng)直徑條件下，其形成虹吸壓力流的最小流量值有很大差異。

　　8）確定管徑，平衡每個(gè)節點(diǎn)的壓力和流量值，并使誤差在允許公差以?xún)�。這個(gè)階段有反復試算的過(guò)程，應采用軟件程序計算。

　　2.設置溢流口

　　設計重現期是根據建筑物的重要性，匯水地區性質(zhì)、地形特點(diǎn)、氣象特點(diǎn)和因積水而造成后果的嚴重性而確定的一項重要設計參數，它的確定也決定于國家的整體經(jīng)濟水平。

　　由于雨水的不可控制性，超重現期的雨水客觀(guān)存在，因此內排水系統必須設置應急超量排水口，即溢流口。

　　溢流口設置具體要求對于虹吸式雨水排水系統為：

　　1）按百年一遇降雨量，保證5min超量排水。

　　2）雨水斗前和天溝內雨水超量時(shí)能順利通過(guò)溢流口排出。

　　3）溢流口排水不致造成危害。

　　4）溢流口下緣高出雨水斗上緣不小于50mm.

　　5）無(wú)法設置外露的溢流口時(shí)，應另設置超重現期雨水量的排水系統。

　　6）按水深計算溢流排水時(shí)的屋頂承載能力。

　　3.配置相應的雨水斗

　　不同系統應配置不同型式的雨水斗，虹吸壓力流雨水排水系統應配置虹吸式雨水斗，如經(jīng)過(guò)測試符合D1N19559標準的雨水斗。雨水斗應有最大流量值，還應有阻力系數值等主要設計參數。

　　4.主要控制數據

　　除了前面涉及的控制數據外，虹吸壓力流雨水排水系統還有下列數據有待控制：

　　1）雨水斗的連接部位，管道與管件的連接部位必須嚴密，有良好的密封性，

　　包括氣密性和水密性。

　　2）雨水斗間距不得大于20m.

　　3）懸吊管長(cháng)度大于10m時(shí)，應增設計算單元段。

　　4）雨水斗排水量不得大于該雨水斗經(jīng)實(shí)測后確定的額定排水量。

　　5.存在問(wèn)題：屋面雨水排水系統目前存在主要問(wèn)題是：

　　1）城市暴雨強度公式編制方法不一，有用數理統計法的、有用解折法的、還有濕度飽和差法、圖解法和CRA法等，有的方法并不完全符合設計規范要求，有待統一。

　　2）資料年代久遠和資料年數過(guò)短。大部份暴雨強度公式是根據1983年前實(shí)測

　　資料推導而得出的，還有不少沿用1973年版《給水排水設計手冊》公式，乃至1964版《給水排水設計手冊》，那就更為滯后、更為陳舊了。有的公式資料年代

　　過(guò)短，只依據8年、6年乃至5年的資料統計而成，缺乏1975年暴雨和近年來(lái)的厄爾尼諾現象的反常雨量資料。公式嚴重滯后的現象有待有關(guān)方面重視，這種情況急待改變。在工程設計有條件時(shí)應收集當地降雨量資料重訂公式，使雨水排水工程有一個(gè)堅實(shí)的基礎和前提。