世博会板式基础上的建筑布局

2015米兰世博会以“滋养地球 — 生命的能源”为主题,约有130个国家积极参与,其中包含意大利的主要上市公司和本土社团、来自全球的许多企业和公司、非营利组织和第三产业。共有52个国家馆,而其余的参展国家聚集在所谓的“集群展馆”内参加展出,其中的每个展馆都专门展示特定的食品。还有不少联合展馆是由若干跨国公司负责筹建。

为了让这些展馆与辅助服务建筑顺利布局,规划了覆盖约110公顷面积的巨大基础结构,作为实际支持整个项目区域。将这一块狭长(东西方向长约2km,南北方向宽为350~750m)而形状不规则的板式基础列入了混合布局,而农业区、住宅居住区、餐饮商业区、工业生产区与运输和技术基本设施区共存于在该布局之中。

这是整个世博会中成本最昂贵(约1.49亿欧元)而最富争议的一项工程,但是从建筑、技术和环境角度来看也是最重要的工程,因为它构成了整个世博会项目中必不可少的基底。

基础的建造涉及重要的水文情况(地面河流和排污干渠改道,建造新的雨水井和排水沟,新建一个蓄洪用的地下蓄水池)和基础设施情况(为了重新敷设配电网、电信网和供水排污管网)。

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世博城的结构

这个地块的布局理念将食品生产地(乡村)与食品消费地(城市)联系了起来。世博城的内部布局是按照引导罗马人在波河平原殖民生活时的几何学原则展开,以两条相互正交的林荫大道为主轴线,在意大利广场形成十字交叉:

  • Decumano 大道沿东西方向贯穿整个世博城,起到了联通大部分国家馆的作用;
  • Cardo 大道比较短,连接意大利的各个展馆。

世博城内安装了一系列帆蓬遮阳,而沿 Decumano 大道和 Cardo 大道分布着世博会构成中的几个重点:

  • 西侧为世博会中心,分布着大礼堂和表演区,位置靠近主入口;
  • 竞技场之湖。这是一大片圆形水面,四周围绕着阶梯形看台,位置靠近意大利宫的边饰;
  • 东侧为地中海山丘,这是一座人造山(高12m),站在山上可观赏世博会的全景。
  • 南侧是露天剧场,用于举办露天活动和演出。

在这个板式基础上还分布着一些公共建筑:零号馆(用于引导性展示)、未来食品超市、儿童乐园和生物多样化公园。十九世纪的古别墅 Cascina Triulza 按照生态可持续模式进行了修复,配上了高效能源系统,专用于开展公民社区活动。

14个服务建筑,其中3个为地下建筑,为游客和员工提供了一切所需的服务:酒吧、餐厅、卫生间、零售店、急救和保安服务。其中,还包括安装了让流水顺幕墙流淌的设施,目的是降低周围区域的温度。

预备性工程和技术网络

两条穿过现场的小河改道流入新河床,流向世博区外,另因建造了一个地下蓄水池(蓄水量约20,000m3)而起到了蓄洪保险作用。此外,排污管线和钢架上的输电线或者改道或者埋入地下。

实施了这些预备性工程之后,就可以建造这个板式基础,藉此除了固定不变的用处之外,还能在整个基础内布置全部配电网(因需新建1个配电站和7个变压器柜和配电柜)、夜间内外照明电缆(电杆上约安装3,000个新灯具)、通信电缆(按智慧城市的格局布置 ITC 系统),当然还包括了水暖管网。

于是,敷设了四个不同的分配管网:饮用水、卫生-卫浴和灌溉、空调和消防安全。另外,与植物净化处理配套的污水收集排放管网。

特别是,基于各个展会地块的面积,尤其是与各个建筑的实际制冷负荷的关系,校准临时展馆空调用水的供应,这类展馆中的大多数采用的是冷冻机和冷凝式热泵机组。

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饮用水

依靠米兰城市用水系统供水满足饮用水需求。饮用水(尖峰流量180L/s)先送至设在专用泵站内的增压泵组,然后泵入分配管网。增压泵组与供水管的入口相连接(入口保证最低压力0.15Mpa),其构成如下:

  • 4台主泵(排量45L/s,功率50kW,水头70Mpa),运行速度固定,其中一台作为备用泵;
  • 2台先导泵(排量35L/s,功率和水头与主泵相同),依靠变频器调速,以便根据实际负荷条件改变排量。

为保护电动水泵计,在增压泵组的上下游都配置了储气罐,有一台空压机供给压缩空气。在泵站中安装了抗结露的保温不锈钢管道(PN10)和铸铁阀门(PN16)。分配管网可以确保使用压力不低于0.2Mpa。较高的建筑(如意大利宫)都另外配备适当的增压泵组。

沿 Decumano 大道埋设地下管网:干线管道为球墨铸铁管道,并按照估计的需求量及待供应的展馆布置相应尺寸和位置的分叉管。该项目的最大用水流速为2.5m/s。如果可能增加管道,可以采用高密度聚乙烯塑料管(PEAD,PE100 PN16)。

在旁通管的上游和下游设置了水表和蝶阀,用于远程控制和用水计量。预期在展馆闭馆期间中断供水。在每幢建筑中,卫浴热水器都由饮用水管网供水。

水井和卫生用水汲水站

将饮用水管网与卫生用水管网分开的主要目的是利用现在可以提供的水资源,而不从市政管网中汲取饮用水。根据从该区域水井中汲取的水的特征,能够用于卫生-卫浴用途(用后排入下水道)和灌溉,但是,不能供人饮用(也不能回灌地下)。

在相关的地区,地下水的循环包括了两个含水层:上含水层(深度25~45m)和下含水层(深度55~80m)。根据综合水文地质情况,为2015米兰世博会确定的抽水量(同时抽水总流量320L/s,可以应对高峰需求269L/s)不会显著改变地下含水层的状态。卫生用水和灌溉用水利用相互分开的4口双筒新井供给(直径1,000m),第一个井筒汲取上含水层(不锈钢井筒DN300),第二个井筒汲取下含水层(不锈钢井筒DN400)。

汲取的地下水通过变径高密度聚乙烯塑料管道输送(直径250~400mm),输送到位于不同标高的两个大水箱里(每个1,000m3),它们也起到蓄能和保持汲水站压头的作用。相关的增压泵组与相关水箱的吸水口相连接。每个泵组的构成如下:

  • 3台主泵(排量45L/s,功率50kW,水头0,70Mpa),运行速度固定,其中一台作为备用泵;
  • 2台先导泵(排量5L/s,功率30kW;水头与主泵相同),变速运行。

在增压泵组的下游设置了4个预加载胶膜储气罐(每个500L)。用以保护电动泵,补偿低压头。在汲水站中,管道均为不锈钢材质并配置了铸铁阀门(PN16),而从汲水站和总分配管网引出的埋地管道均为高密度聚乙烯管(PE100 PN10)。

卫生用水管网

在通常条件下,利用一台常闭的闸阀截断沿 Decumano 大道埋设的主管道,以形成由一个汲水站供给的两个分管网。在这种场合,项目的最高流速为2.5m/s,最不利于使用的压力不低于0.2Mpa。水暖装置、计量系统、控制调节及使用安全连续方案这一切与饮用水管网都类似。

在为游客和员工提供服务的建筑物内(更衣室、卫生间、酒吧等),卫浴热水管网隐蔽敷设(走地板下或墙壁内)或走吊顶,管道采用聚丙烯保温瓦包覆。

每幢展馆都采用配备20kW电热丝的电气锅炉(2,000L)自主生产热水,凉水由饮用水管网供应。公众和员工所用的所有卫生龙头均采用脚踏控制。卫生洁具的排水管均采用高密度聚乙烯硬管(PN4),并配置二次通风。

消防站

将灭火范围分成四个功能区,利用供空调冷凝散热的同一个汲水站供给人工灭火的消防用水系统:两个消防站配备用水源和相关泵站;总配水管网;室外消火栓(UNI 70型),设置间距约60m,以及消防水泵用装置:安装在各个受保护建筑物内及其相关的管网上的室内消火栓(UNI 45)。

整个消防系统是根据在整个展会现场同时两处着火的假设设计的,所考虑的火险等级为UNI 10779的二级,即评估建筑物内存在着数量不可忽视的可燃材料,因而会造成中等程度的火灾危险。这种假设可与某幢建筑内发生三级火险(如意大利宫)同时出现,在这种情况下就可能要求提供的流量为38L/s的消防用水。

除了配置消防水箱之外,两个消防站各自配备了两个电动水泵,其中一个备用,利用安装在每根供水管道上的压力开关自动启动运行,按要求排量泵出0.85Mpa的水。此外,在每个消防站内,还配置了一台补给泵(排量1.5L/s,压头0.80Mpa)。

消防站的供电来自2015米兰世博会现场的总配电网,在紧急情况下,依靠 UPS 和发电机组(柴油发电机组)。在消防站内,还设有消防水箱水位控制调节装置和增压系统正确运行的控制装置。

消防管网

总配水管网为贯穿整个世博会现场的环状管网,由两个分支构成,一为高密度聚乙烯管道(PE100 PN16),另一为球墨铸铁管道,均从 Decumano 大道底下通过,连接这两个消防站。就管道的规格来讲,定为最高流速为1m/s。

主环路有6个维护操作点:设置闸阀的目的是永远不让两个消防站与环路分离。更多的二次环路借助于分列于每个展馆两侧的分支接头,从而确保为消防站供水。另外,在这种场合,万一需要维护作业,也不会中断二次环路的功能。总之,消防系统可以保证四个室外消火栓(每个5L/s)和三个展馆的室内消火栓(每个2L/s)同时使用,而供水流量为52L/s,总备用水量约400m3。此外,该系统可以确保消火栓的剩余压力,室外消火栓0.4Mpa,室内消火栓0.2Mpa,即便消火栓的位置离开消防站较远。

永久性建筑

冬夏季节空调所需的冷凝水管网沿 Decumano 大道轴线埋设于地下,服务于所有主要用户,包括永久性的和非永久性的。对于余下的所有临时性展馆,均采纳独立空调方案,依靠空气热泵或其它独立空调设备。

永久性展馆配备了冬季供热和夏季供冷的自主式空调系统,并与采用井水的一次环路连接(最大汲水流量:夏季242L/s;冬季203L/s)。因与多个专用水井连接,故地下水管网所提供的总流量为275L/s(990m3/h),也保证了卫生用和消防用水箱水位的恢复。

之所以在单幢永久性展馆内设置专用冷冻机组,其目的是利用水冷凝式系统,以求更适应各种需求,特别是:

  • 自主式全空气空调设备系统;
  • 变制冷剂流量空调系统(VRF);
  • 局部式空调设备系统(风机 – 盘管型)加冷冻机组。

临时性展馆

仅在2015年5月~10月期间使用的临时性展馆(总高峰制冷功率:23MWf,相当于消耗约29MW的制热功率)是为同类展团设计组织的,而由如下构成的系统提供服务:

  • 位于区域北部、流量达到700L/s(520m3/h)的地表水收集、过滤和增压站;
  • 与两根主供水管道相连接的配水管网,从主管道引出主分支管,再从这些分支管延伸出二次管路;
  • 同样多的回水管道保证了回灌,并在多处注入2015米兰世博会周围的运河。

在汲水站内,汲水、沉淀、蓄水和增压单元连同潜水泵位于地下层。此单元有7台电动泵并联(每台420m3/h,其中一台备用),旋转运行,目的是维持压头恒定或按比例变动(H max:833kPa),并借助于一个或多个变频器调节转速,进而改变该部分的排水量。过滤单元(7个自净盘片式过滤装置加化学处理)设在地面层的专用房间内。

管网

在汲水站内,管道为碳钢刷漆。所有井水和地表水的埋地分配管网构成了一次管道和二次管道,采用高密度聚乙烯管(PE100 PN16),规格须达到2.5m/s最高流速。以下对确定管道规格的主要参数作一归纳:

永久性展馆的井水管网:

  • 要求的供热功率6,009kW(同时使用率85% 5,108 kW);
  • 供热水能力239L/s(同时使用率85% 203L/s);
  • 换热器功率13,294kW;
  • 进水温度15℃ /出水温度9℃;
  • 要求供冷功率10,636kW(同时使用率85% 5,108kW);
  • 供冷冻水能力285L/s(同时使用率85% 242L/s);
  • 换热器功率11,300kW;
  • 进口温度最低20℃,最高 25℃/出口温度最低30℃,最高35℃。

临时性展馆的地表水管网:

  • 要求供冷功率28,472kW(同时使用率80% 22,778kW);
  • 最大排水功率35,895kW(同时使用率80% 28,716kW);
  • 冷凝水排量857L/s(同时使用率80% 686L/s);
  • 夏季换热器最低温度:进口20℃(max 25℃);出口30℃(max 35℃)。

控制系统

汲水温度与回灌温度之间的规定温度差不得超过3℃。为此分别在运河的起点和终点设立了两个测温站,另外还对所适用的每个展馆安装了控制装置,分别由相关的控制调节系统控制。因此,为每个用户单位配置了:

  • 带远程重复发送脉冲功能的涡轮式水表和根据管网的自平衡控制下游压力的阀门;
  • 采用伺服关停蝶阀,能在展馆内或者远程自动截止关闭冷凝水的系统,以便在必要时或停展时中断对展馆和其它建筑的供水。

为了控制冷凝水回流温度(T≤10℃),在若干个连接点配置了能根据供水温度控制回水温度的系统,并在建筑物分叉口之前的供水管网与回水管网之间,安装伺服控制调整蝶阀。

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