超高層建筑給排水設計實例及幾點思考

彭勃駱芳

（中南建筑設計院股份有限公司 湖北 武漢 430071）

0 引言

隨著城市化的進程，建筑高度超過100米的超高層建筑持續增多，尤其是在土地有償使用，寸金尺土的城市中心區，建筑高度更是不斷增加。對于作為建筑使用功能的重要組成部分的給排水系統的設計也提出了不同要求。本文以實例詳細闡述了超高層給排水各系統的設計內容。

某超高層建筑位于福州市，本樓高240.65m，屬一類超高層建筑綜合樓。本樓地上五十六層，地下兩層，其中底部四層為辦公和商業裙房，五層至五十六層為塔樓，用途為辦公，地下兩層為配套設備用房和車庫。在本建筑物旁市政道路敷設有市政給水、污水及雨水干管，可供本建筑接口，且市政給水管最不利供水壓力為0.26MPa。建筑物所處街區有完善的城市基礎設施，供水可靠，水質良好；排水設施完善，有可靠的城市消防保證體系。

1 給水系統設計

1.1 水源

本建筑全部生活用水取自市政給水管網。從市政主管開兩條DN200的引入管接入本建筑。本建筑生活用水、消防用水分別設水表計量。消防水表后采用DN150的給水管在本大樓室外形成環網

1.2 給水分區

選擇合理的給水方式是高層建筑生活給水系統設計的關鍵，它直接關系到生活給水系統的使用效果和工程造價。根據建筑物各部分的使用功能及衛生器具對靜水壓的要求，采用串聯并聯結合方式供水。生活給水系統分為6個區。其中Ⅰ區為地面二層及以下，利用市政管網壓力供水，其余分區均為加壓供水：Ⅱ區—三至十四層；Ⅲ區—十五至二十八層；Ⅳ區—二十九至三十六層；Ⅴ區—三十七至四十三層；Ⅵ區—四十四至五十六層。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區每區設置一套變頻調速供水設備加壓供水，Ⅵ區采用高位水箱供水，當壓力超過0.35MPa時，采用減壓閥減壓。

1.3 供水設備設置

地下二層水泵房內設食品級不銹鋼生活儲水箱兩座及Ⅱ、Ⅲ區變頻調速供水設備各一套。Ⅱ區變頻調速供水設備同時為設置于地下二層的直飲水制備機房內的直飲水制取設備提供原水。Ⅲ區變頻調速供水設備同時為設于二十九層水泵房內的生活轉輸水箱供水。生活水箱有效容積按需要二次加壓生活日用水量的25%確定。

二十九層水泵房內設食品級不銹鋼生活轉輸水箱一座及Ⅳ、Ⅴ區變頻調速供水設備各一套。Ⅳ區變頻調速供水設備同時為設置于二十九層的直飲水制備機房內的直飲水制取設備提供原水。Ⅴ區變頻調速供水設備同時為設于四十四層水泵房內的生活轉輸水箱供水。

四十四層水泵房內設食品級不銹鋼生活轉輸水箱一座及屋頂水箱進水泵一套。29層、44層避難層設置的中間轉輸水箱容積按轉輸流量的10分鐘取值。

屋面水箱間設食品級不銹鋼生活水箱一座，供45至56層生活用水，容積按44層以上樓層最大時用水量Qh的50%確定。

1.4 水泵選型

給水Ⅱ區選用變頻調速供水設備一套，配用水泵CRI15-8型三臺，配備500L氣壓罐一臺；給水Ⅲ區選用變頻調速供水設備一套，配用水泵CRI32-11-2型四臺三用一備，配備500L氣壓罐一臺。給水Ⅳ區選用變頻調速供水設備一套，配用水泵CRI10-9型三臺（兩用一備），配備500L氣壓罐一臺；給水Ⅴ區選用變頻調速供水設備一套，配用水泵CRI15-8型四臺（三用一備），配備500L氣壓罐一臺；給水Ⅵ區屋頂水箱選用水箱供水泵CRI32-6型兩臺，一用一備。

2 排水系統設計

2.1 污水系統設計

2.1.1 本樓采用污廢合流制。設專用通氣管；采用柔性接口排水鑄鐵管；污水水平橫干管敷設在四層樓頂梁下，保證支管連接點距立管底部下游水平距離大于3m。

2.1.2 潛水排污泵

本建筑所采用的潛水排污泵主要包括兩種型號：在消防電梯集水坑及地下水泵房集水坑中，設置較大型號潛水排污泵，型號80QW45-22-5.5，每個集水坑中設置兩臺潛水泵，一用一備；在地下室其它部位，均設置較小型號的潛水排污泵，型號50QW15-22-3.0。

2.1.3 室外排水構筑物

生活污水經立管收集后下至一層出戶，經三格化糞池處理后，排入市政排水管網，化糞池根據實際使用人數計算，污水停留時間12小時，清掏周期90天，本項目化糞池選用四座G13a-100SQF型化糞池。

含油污水經隔油池處理后，經過化糞池再排入市政污水管道。隔油池選型主要針對含食用油的污水，選用標準為：污水在池內流速不大于0.005m/s；池內停留時間為10min；存油部分容積不小于該池有效容積的25%；池內殘渣量占有效容積的10%，清除周期6天。本項目選用型號為GG-3SF型隔油池1個。

2.2 雨水系統設計

2.2.1 重現期選擇

本項目屋面雨水重現期P取10年，室外場地雨水重現期P取2年。屋面按排水總能力不小于50年重限期的雨水量考慮屋面溢流設施。

2.2.2 雨水系統設計

本大樓塔樓屋面雨水采用重力流系統排放，雨水由87型雨水斗收集；裙樓屋面雨水采用壓力流系統排放，雨水由虹吸雨水斗收集。屋面雨水經水平干管及雨水立管下至地下一層及一層出戶，雨水出戶管經消能井后排入市政雨水管道。

3 商業裙房冷卻循環水系統設計

3.1 冷卻循環水系統流程

本樓冷卻循環水系統采用的設備及構筑物主要包括冷卻塔、冷卻循環水泵、冷卻循環水補充水泵等。

3.2 設備設置

3.2.1 冷卻塔

本大樓商業裙房設水冷型集中空氣調節系統，地下一層冷凍機房內設有螺桿型冷水機組兩臺，根據一一對應的原則，選用LRCM-H-350方形橫流式超低噪聲冷卻塔，置于裙房屋面。

3.2.2 冷卻循環泵

選用臥式離心泵。冷卻循環水泵置于地下一層冷凍機房。冷卻水泵與冷水機組的開停聯動。開機時先開冷卻水泵，后開冷水機組，停機時與此程序相反。

3.2.3 冷卻塔補水泵

選用變頻調速供水設備一套。

4 直飲水系統設計

本項目辦公各層飲水間設管道直飲水供應系統系統分區：

4.1 本設計直飲水供應系統采用兩套。低區直飲水制備機房設于地下二層，由Ⅱ區生活變頻供水設備向機組提供原水；高區直飲水制備機房設于二十九層，由Ⅲ區生活變頻供水設備向機組提供原水。經過預過濾、反滲透及臭氧消毒工藝，制備的凈水分別儲存在高低區凈水箱內。

4.2 直飲水供應系統分為高低兩個大區供水。

高區為29層至56層，低區為1層至28層。高低兩區均采用變頻調速水泵加壓供水，管網布置均為上行下給式。當壓力超過0.35MPa時，采用減壓閥減壓。

4.3 直飲水供應系統設循環管道，循環管道內水的停留時間不超過6小時。高低兩區均采用在管網末端設電磁閥定時開啟、重力回水的方式進行循環，回水管末端設流量調節閥。循環回水接至循環過濾器處理后，經過臭氧消毒回至凈水箱。

5 消防給水設計

5.1 系統設置

本樓建筑高度H=240.65m，H>100m，屬一類超高層建筑。本設計按一類超高層綜合樓消防要求配置消防設施。根據本工程的性質及火災危險性，根據相關規范，本工程主要設置以下消防系統：消火栓系統；自動噴淋系統；氣體滅火系統；建筑滅火器；水噴霧滅火系統；標準型大空間智能滅火裝置。

具體設置部位為：全樓設置消火栓系統、自動噴淋系統和建筑滅火器，變配電房設置氣體滅火系統，發電機房設置水噴霧滅火系統，三層以上通高的中庭設置標準型大空間智能滅火裝置。

5.2 消火栓系統

5.2.1 消火栓用水量

本項目為一類超高層建筑，其室內消火栓用水量40L/s，室外消火栓用水量30L/s，火災延續時間3小時。則一次火災室內消火栓用水量為432m3，室外消火栓用水量為324m3。本樓消防水池儲存室內外消防用水，故地下室室內消防水池內實際儲存消火栓系統用水量432m3。

5.2.2 消火栓系統設計

本工程室內消火栓給水系統為臨時高壓系統，分為上下兩個大區加壓供水。下區為地下二層至二十五層加壓供水系統，由設于地下二層水泵房內的消火栓給水加壓泵供水；上區為二十六至屋頂機房層加壓供水系統，由設于二十九層水泵房內的消火栓給水加壓泵與地下二層水泵房內的消火栓給水加壓泵垂直串聯供水。為了使消火栓栓口的靜水壓力不大于1.0MPa,每個加壓供水系統供水管網在豎向上均采用減壓穩壓閥分為若干分區供水。每個分區管網各自構成環狀，并用閥門分成若干獨立段，以利檢修。本工程消火栓出水壓力超過0.50MPa時設減壓穩壓消火栓。水槍充實水柱不應小于13米。

室外消火栓系統全部由市政管網供水。本設計在小區內消防車道邊沿道路均勻布置室外地上式消火栓，消火栓間距不大于120m。

5.2.3 消火栓系統設備

本工程消火栓系統設備主要包括：

地下二層：臥式恒壓切線消防泵兩臺(一用一備)；

二十九層：臥式恒壓切線消防泵兩臺(一用一備)、消防水箱保證下區消火栓系統初期滅火用水；

屋面水箱層：屋頂消防水箱及氣體頂壓式自動消防給水設備DTJ0.5/10-6型一套。提供上區火災初期滅火用水及維持上區消火栓給水系統管網平時壓力。

5.3 自動噴水滅火系統

5.3.1 自噴系統用水量

商業、地下車庫屬中（Ⅱ）危險級，自噴水量按中（Ⅱ）危險級，噴水強度 8L/min·m2，作用面積 160m2，流量 27.73L/s，火災延續時間1小時；辦公樓屬中（Ⅰ）危險級，自噴水量按中（Ⅰ）危險級，噴水強度 6L/min·m2，作用面積 160m2，持續噴水時間1小時，流量20.8L/s，火災延續時間1小時；辦公大堂高度超過12米，設置標準型大空間智能滅火裝置，每個噴頭設計流量為5L/s,設計同時開啟噴頭數量為9個，q=45L/s,火災延續時間為1小時。

綜上，本工程自噴水量取最大值，即標準型大空間智能滅火裝置和噴淋同時工作時，火災持續時間1.0小時，故地下室消防水池內儲存自噴水量270m3。

5.3.2 自動噴水滅火系統設計

本工程自噴給水系統為臨時高壓系統，分為上下兩個大區加壓供水。下區為地下二層至二十五層加壓供水系統，由設于地下二層水泵房內的自噴給水加壓泵供水；上區為二十六層至屋頂機房層加壓供水系統，由設于二十九層水泵房內的自噴給水加壓泵與地下二層水泵房內的自噴給水加壓泵垂直串聯供水。為了使配水管道工作壓力不大于1.20MPa，且滿足每個報警閥供水的最高與最低位置噴頭高程差不大于50m及報警閥控制噴頭數量的要求，每個加壓系統供水管網在豎向上均采用減壓穩壓閥分為若干分區供水。報警閥前的管網均構成環狀，并用閥門分成若干獨立段，以利檢修。

5.3.3 自噴系統設備選型

本工程噴淋系統設備主要包括：

地下二層臥式恒壓切線消防泵兩臺，一用一備；

地下二層主動噴水滅火系統給水泵；臥式恒壓切線消防泵兩臺，一用一備；

二十九層：臥式恒壓切線消防泵兩臺，一用一備，消防水箱提供下區噴淋系統初期滅火用水；

屋面水箱層：屋頂消防水箱、增壓設備。提供上區自動噴水滅火系統初期滅火用水。

5.4 水噴霧滅火系統

5.4.1 本大樓地下一層柴油發電機房及其油箱間需設置水噴霧滅火系統。柴油的閃點為60-110℃。柴油發電機及其油箱的噴霧強度取20L/min·m2。設計流量為36.5L/s,0.5小時滅火時間。

5.4.2 水噴霧滅火系統為臨時高壓系統，與標準型大空間智能滅火裝置供水泵合用。

6 建筑滅火器設置

根據《建筑滅火器配置設計規范》規定,本建筑應廣泛設置建筑滅火器。

本工程按A類中危險級要求配置滅火器的區域有：鋪面；按A類嚴重危險級要求配置滅火器的區域有：廚房、辦公、停機坪。按B、C類中危險級要求配置滅火器的區域有地下室車庫。

7 氣體滅火系統

本工程地下室配電房、一層高壓配電間、四層網絡及有線電視機房及二十九層避難層配電房設置七氟丙烷氣體滅火系統，設計滅火濃度為9%。氣體噴放時間為7s。滅火浸漬時間10min。

8 設計中的幾點思考

8.1 超高層給排水管材的選用

因超高層高度超過100米，對部分管材的選用要求與一般高層建筑相比較高。例如雨水管材選型時應注意管材的工作壓力應大于建筑物凈高度產生的靜水壓。本樓塔樓高度超過200米，故本設計中雨水管選用無縫鋼管；因消防給水系統采用串聯供水方式，應注意小流量時高低區消防泵揚程疊加值比標準工況時高，因此消防管材選用時應核算壓力等級，以控制質量，保證安全。

8.2 轉輸水箱進水控制閥的選擇

采用變頻供水的高層建筑的一般將生活水箱置于底層由市政直接進水，水箱的進水多采用浮球閥進行控制。本項目設置的生活、消防轉輸水箱在進水管上設電動閥，由水位控制電動閥的開啟，避免采用浮球閥進水造成變頻泵頻繁啟動。

8.3 水泵接合器設置

水泵接合器應分散設置，因集中設置不利于消防車撲救，可靠性較低，操作不利。另《自動噴水滅火系統設計規范》中要求當水泵接合器的供水能力不能滿足最不利點作用面積的流量和壓力要求時，應采取增壓措施，而在《高層民用建筑設計防火規范》中要求消防給水為豎向分區供水時，在消防車供水壓力范圍內的分區，應分別設置水泵接合器。但考慮到安全性，本設計中噴淋和消火栓系統均在在14層避難層設置高區水泵接合器接力供水設施，接力供水設施由接力水箱和固定的電力泵組成。

8.4 頂壓系統的設置

本建筑頂層為停機坪，需設置消火栓。因停機坪高度高于屋面消防水箱，為保證停機坪上最不利消火栓處的靜壓不小于0.15MPa且保證火災初期消防用水，在屋面水箱間設置氣體頂壓消防給水設備，氣壓罐儲存停機坪的2支水槍火災初期10分鐘的消防水量6m3。

8.5 消防串聯給水系統初級泵防沖擊措施

本設計消防給水系統采用串聯方式，有點在于避難層無需設置水箱可節約面積，結構荷載小，可以利用下區水泵富余壓力減小上區水泵揚程。但次級泵停泵時，如不采取措施次級管網的水壓回傳會損壞初級泵。本設計在次級泵水泵吸水管上裝設了倒流防止器，出水管上裝設了快閉止回閥和水錘吸納器可以防止水壓回傳。

8.6 注意消防系統減壓閥兩種工況下是否有效

消防系統中設定減壓閥工作壓力時應注意火災初期水箱供水和消防水泵開啟后兩種工況時的壓力變化，避免發生火災初期高位水箱靜壓未能達到按消防泵供水時工況設置的減壓閥設定壓力值，造成減壓閥無法開啟，水箱無法供水。為避免此情況，本設計中高位消防水箱供水和消防泵供水分別設置兩路管線和相應的減壓閥。

［1］GB50015-2003高層民用建筑設計防火規范[S].2005.

［2］GB50045-95建筑給水排水設計規范[S].2009.

［3］GB50084-2001自動噴水滅火系統設計規范[S].2005.