淺析超高層建筑給排水設計

魏 銘 羅衛東 劉晶茹 李婷婷 王 晶 郭海娟

(1.大連海洋大學海洋與土木工程學院，遼寧 大連 116023； 2.河北工程大學能源與環境工程學院，河北 邯鄲 056038)

0 引言

隨著科技進步，大中型城市的摩天大樓拔地而起，人們對摩天大樓的癡迷與日俱增。世界上諸多城市以地標性建筑來滿足對都市天際線的想象，同時建造摩天大樓的技術也在日新月異的變化。那么如何定義超高層建筑，超過250 m的建筑稱為超限高層建筑，超過100 m為超高建筑，超過24 m為高層建筑。隨著我國綜合實力的穩步提升，建筑給排水從20世紀50年代開始迅猛發展。據資料顯示，到目前為止我國摩天大樓已經達到800座的數量，是美國的4倍，其中代表中國摩天大樓新標桿的上海中心大廈為632 m。隨著高度不斷攀升，造型別具一格的摩天大樓對建筑給排水技術的考驗也越加嚴峻。同時隨著人們環保理念的逐漸加深，保護水資源的態度越來越堅定，不斷提出綠色建筑；太陽能發展；中水回用技術；雨水調蓄等新概念，建筑給排水專業的發展任重而道遠。

超高層建筑存在的問題，超高層建筑具有高度高，運轉高效，城市地標等優點，同時具有人員密集，用水量大，管道承壓大，火災發生難以控制等缺點。這就對從業人員的設計和施工有著極高的標準。現代建筑強調的是人與建筑的契合，建筑是人的一部分，闡述的是以人為本的價值觀。因此，建筑安全問題也是非常重要一環，其中消防設計也是建筑安全的重中之重。

1 消防給水系統

現行規范明確規定超高層建筑消防以自救為主，設計分為主動防火系統和被動防火系統兩大部分，主動防火系統由自動和人為控制，主要作用為滅火、防排煙、消防用電以及消防給水等系統設備組成。被動防火系統就是常見的防火門、防火卷簾、防火吊頂、防火墻、防火井、通風排煙管以及管道井等構成。

消防給水系統主要分為三類：臨時高壓系統，高壓供水系統和低壓供水系統。

1.1 重力給水系統

重力供水系統也可以說是為超高層建筑量身打造的技術，因為巨大的壓力在超高層建筑中無處不在，合理利用很關鍵。由此通過計算將合適體積的消防水箱放置在樓層頂部為建筑提供消防用水和壓力，但這時管道產生的壓力也會是巨大的，需要通過減壓閥來降壓為每個樓層供水，這種方式的優點在于能隨時為房間單元提供足夠的水頭壓力和長時間的消防用水，需要注意的是要在每個支管都需要監測水頭壓力以防管道爆裂[1]。重力供水系統主要也分為兩種，一種是由于每個房間屋頂的水箱容積有限，消防用水需要多級傳送滅火，這時轉輸水箱由下至上連接達到樓頂，減壓水箱由樓頂的消防水箱依次向下連接并分區；另一種為每個分區安置一個水箱，水箱上下各兩根管分別作為傳輸和減壓用，通過減壓閥控制分區，見圖1。但超過200 m的建筑由于管材壓力巨大一般采用低層區臨時高壓系統，中區由低區的消防泵供給，高層用減壓閥來解決[2]，見表1。

表1 重力供水方案對比

1.2 消防轉輸泵的設置

消防轉輸泵的設置主要有兩種方案，其對比見表2。

表2 消防轉輸泵的方案對比

2 超高層建筑給排水設計與施工

2.1 超高層建筑給水設計

超高層建筑的給排水設計首先要根據不同的功能確定不同的給水系統，首先了解當地的水費計價標準，然后根據規范明確規定高層建筑要采用豎向分區恒壓變頻式的給水方式[8]，由于是超高層建筑，市政管網的水壓只能滿足低區的供水，所以從地下到3層～4層由市政管網直接供水。中區利用避難層或設備層放置的水箱采用變頻泵組進行供水[4]。同樣也有采用屋頂水箱供水的方式，但高區的水壓一定不夠，所以豎向分區恒壓變頻式為最佳方案。

“衛生器具給水配件所承受的最大工作壓力不得大于0.6 MPa”。一個給水分區的最大層數n=(0.6-p)/h。其中，p為戶內支管最小接入水壓，一般為0.1～0.3，h為建筑層高[3]。

2.2 排水立管分區消能處理

為了避免超高層建筑中水流高速撞擊破壞排水管[5]，需要采取一些措施對排水系統進行消能，這在超高層建筑中是不可或缺的一步，乙子彎管，共有兩個作用，一個是避開梁結構，另一個就是消能。蘇維托排水系統是一種汽水混合接頭[3]，用于連接排水支管和立管，內部有水流阻隔器，能保證每根支管的水流都能沿一定方向流動，同時減緩水流速度，保證氣壓在管道中是平穩狀態。同樣在外部也可利用一些基礎的物理杠桿進行承托，也能產生一定的效果。

在超高層建筑的排水系統設計中，由于是人群密集區，用水量大，通常采用雨水，廢水，污水分流系統。在廢水，污水產生量較多的地方加上集水池，池內填上兩臺潛水泵，幫助將污水排到室外。

3 管道施工

由于超高層建筑的管道壓力巨大，基本不建議采用PVC管，更多采用金屬管。管道鋪設分為明裝和暗裝，根據以往的課設經驗給水排水管道盡量貼墻設計，選擇較短線路比較經濟高效[6]。但考慮到暗裝的管道較多，建筑的不規律的沉降，對橫管鋪設的要求比較高，無特殊要求盡量按規范要求的坡度進行安裝[7]。現場的施工人員必須秉持一種匠人精神和嚴謹的科學態度。

4 超高層建筑給排水技術特點

1)由于是超高層建筑，管道靜水壓力巨大，所以在設計中安排好加壓泵和減壓泵運轉。2)由于超高層建筑地處城市核心，人員密集，人口流動量巨大，所以消防防火安全是重中之重，消防設計是容不得半點馬虎。在設計施工的過程中，由于超高層建筑的結構復雜，維護成本高，盡量做到給水管材和排水管材的細致劃分，尤其是問題可能出現的管段，極力向業主闡明管材在給排水當中的作用，盡量不出現為了節省當下的成本而增加未來維護的費用。

5 超高層建筑的節能節材

能源緊缺是本世紀的一個未待解決的問題，所以如何合理利用資源也是建筑給排水專業人員該考慮的問題，雨水收集和涵養，如何處理成為有效資源。超高層建筑的排水量用水量巨大，如何選取高效的水箱和水泵也是面對如今水資源匱乏狀況的行之有效地解決辦法。

6 結語

本文主要概述了超高層建筑的給排水設計方案中的原理，消防設計中的方案比較以及未來發展綠色節能給排水的必要性。中國在世界上的地位穩步提升，隨著經濟的發展，我們的城市需要更多高效節能的超高層建筑滿足人們的便利，建筑給排水專業也將隨之發展，讓我們一起努力為建筑行業添磚加瓦。