高層建筑給水排水的優化方案設計分析

黃琳

華東建筑設計研究院有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230000

引言

水是生活中的必要資源，隨著人民生活水平的提高，建筑不只是遮風擋雨的工具，其舒適性、安全性開始被人們所重視，而給排水系統也得到了越來越多的關注，急需進一步優化高層建筑的給水排水設計。

1 高層建筑給水排水的特點

高層建筑本身樓層高、振動源多、用水量和排水量巨大，為給水排水工程的設計、施工提出了更高的要求，而且給水排水工程在投入運行后難以更改調整，使得前期設計方案的重要性劇增。高層建筑給水排水的特點主要有三個方面：第一點是高層建筑住戶較多，給水排水使用人數更多，瞬間的給水量和排水量必須要有保障。第二點是高層建筑中給水排水管道及設備較多，很容易產生振動和噪音，需要進一步優化。第三點是高層建筑管道長，管道壓力波動較大，必須要穩定管道壓力，使系統能夠安全運行。

2 高層建筑的消防給水系統組成

高層建筑的消防給水系統由消火栓系統與噴淋系統兩大部分組成。消火栓系統由消防水池、高位消防水池、消防泵、穩壓系統、管道系統、消火栓等組成。噴淋系統由消防水池、高位消防水池（與消火栓系統合用）、消防泵、穩壓系統、報警閥組、壓力開關、水力警鈴、信號閥、水流指示器、管道系統、噴淋頭、末端試水裝置、壓力流量控制部分等組成。

3 高層建筑給水排水存在的問題

3.1 高層建筑給水排水問題

隨著技術發展，高層建筑給水排水工程已經具備了一定的水平，不過仍然存在一些亟待解決的問題。首先是管道滲漏現象在高層建筑的排水管道中較為多見，由于排水過程會產生較大的沖擊力，將為管道增加負荷，這對排水管道的承載能力提出了挑戰，而在設計施工時沒有充分考慮，依然采用傳統的管道設計，很容易導致管道滲漏甚至是破裂問題的發生。另外，管材本身的質量設計也是滲漏問題的影響因素之一。其次是管道堵塞問題，堵塞問題主要是設計的管道直徑太小，導致一些較大體積的雜物難以排出。最后是供水水壓不足，在設計時對用水量的估算不準確，或是水泵設計不合理，水箱高度較低，都會導致給排水的水壓無法滿足高層建筑的需求。

3.2 高層建筑給水排水設計現狀

高層建筑不斷增多，以及建筑造型與規模的多樣性發生，給水排水設計不僅要考慮給排水系統的合理性，還需兼顧各類管道在建筑中的有效布置，適應建筑結構并節約施工成本，加上近年來綠色建筑理念逐漸擴展，雨水綜合利用、中水回用、太陽能利用等系統與給排水設計逐漸銜接，高層建筑給排水設計所涉及的內容也在不斷增加。現階段，給排水設計技術日趨成熟，高層建筑給排水設計可以滿足絕大多數情況。不過給排水設計在建筑層面上還存在一些問題。比如一些建筑在給水設計中采用不同的分區模式，原有的市政管網可用水源變為無效能耗，不僅會造成壓力能量的浪費，而且底層用戶水壓過大，很容易出現超壓出流現象。而管網疊壓給水方式雖然可以有效利用市政管網的壓力，具有良好的經濟效果，但是在高層建筑蓄水量方面存有不足之處。

3.3 高層建筑給水排水設計難點

高層建筑給水排水設計的難點主要集中在兩方面：一方面是高層建筑室內水消防系統的給水設計。現階段，大多數高層建筑以及超高層建筑給水設計采用的串聯加壓供水系統和重力流供水系統，這兩種系統各有優勢，在設計過程中需要考慮建筑結構特點、建筑類型、地區設計習慣等多種內容，需要設計人員綜合考慮。另一方面是高層建筑的消防水箱的規劃。在滿足消防規范要求的前提下，需盡可能減少消防水箱占用的面積。而消防水系統并非只包含給排水設計，與其他專業設計也有諸多關系，需要各部門之間協調消防系統設計，保證其安全可靠。此外，高層建筑給水排水設計的重難點環節較多，需要根據給排水系統的特點來進行針對性設計，從全方位規劃，針對性設計來增強高層建筑給排水系統的有效性。

4 高層建筑給水排水的優化設計

4.1 給水系統

高層建筑本身特點決定了僅依靠外界管網的供水壓力，是難以滿足較高樓層用水的水壓要求的，需要對高層建筑進行豎向分區，充分利用給水管網的壓力。給水系統的優化設計分為兩個方面。一方面是生活、消防水池的構建設計。從水體質量及后續管理維護方面來看，將生活用水和消防水池進行分開建設并共用吸水管，可以優化建筑管理和供水壓力。合建貯水池或水箱必須按照規定，避免消防貯水不會被動用，而分建則無須考慮。分建的貯水池只需選擇面積較小，上部條件靈活的區域，無須占用較大面積，能夠降低工程成本，并且在實際設計中，生活貯水池可以占據較好的位置，也能夠為消防貯水池提供一定的容量保障，而吸水管的設計則更為簡單。若消防水泵為自灌式吸水，每臺水泵無須獨立設置吸水管。共用的吸水管應盡可能選擇最大的管徑，將流速控制在0.5m/s左右，水泵支管的流速則為1.0m/s左右。各水泵支管與共用吸水管的連接應采用管頂三通連接方式，以此保證吸水管能夠自動排氣[1]。

提高供水壓力有四種設計方式：一是提高水箱的底標高，增加用水點和水箱的高差，這種方式經濟簡單，但實用性較低，水箱提高1m才能提高10kPa，效率較差。二是增設增壓泵，安裝小型增壓泵基本可以解決供水壓力問題，不過水泵運作會產生噪音，降噪處理會增加成本，而放置不管則會對住戶造成影響。三是安裝氣壓給水設備，此設施的壓力提升較好，并由壓力控制器自行管控，缺點是其壓力罐體積較大，會占用一定的空間，在高層住宅中使用較少。最后一種就是分區恒壓變量供水系統。通過計算供水區間的最大流量揚程，設置合理的供水泵和變頻器，在設定的工作壓力下，用戶的用水量變化將通過變頻器控制水泵電機，滿足所有用戶的供水需求。

4.2 消防給水系統

消防給水系統往往是建筑設計中不被重視的地方，很多建筑設計為節約成本、為生活用給排水管道留出空間，導致消防給水系統一直被壓縮，損害了高層建筑的安全，發生火災時也難以實現滅火自救。

由于高層建筑層數多，高度高，火災危險性更大，高層建筑的消防給水設計必須要具有一定的供水滅火能力，可以滿足室內自救和消防救援。高層建筑室內的消防給水系統的工作壓力應超過0.6MPa，并進行豎向分區，而且消防給水要避免在短時間內耗盡，也要利于消防人員的操作，消火栓栓口靜水壓力不應大于0.8MPa，若超過0.8MPa，應當通過減壓水箱或減壓閥實行干管減壓。高層建筑的消防用水量需要根據建筑高度、建筑面積、人員情況等因素進行考慮，設計能夠同時滿足消火栓用水量的數值[2]。在發生火災后，為保證較高樓層能夠滿足水壓要求，可設計氣壓給水設備或穩壓泵等局部加壓設施補充水壓。另外串聯加壓給水方式的經濟性較好，而且消防栓在火災初期的水量由消防水箱提供，同時連鎖消防泵房向轉輸水箱供水，其中建筑分區應采用減壓穩壓消防栓，水泵、閥門和設備的連接均為法蘭連接，系統工作閥的壓力為1.2MPa。在高層建筑中間樓層設置避難層或設備層，選用串聯加壓給水方式最為科學。

4.3 排水系統

高層建筑的排水系統由廚衛器具、生產設備、排水管道、通氣管系統、抽水設備與其他處理設施構成。優化設計中較為關鍵的是排水管道的布置和敷設。不同性質的污廢水應當采用分流制或合流制，需要根據建筑類型判斷，民用建筑應當將生活污水和雨水分流排放，而工業建筑中廢水污水較輕時可與雨水合流，污染嚴重的需要單獨處理，不過現階段高層建筑多為民用建筑，工業建筑較為少見，需結合實際建筑情況進行設計[3]。排水管道的布置應盡可能簡短，以最短距離排出建筑，盡可能不穿越變形縫，也要利于建筑的安全及后續的維護清理。排水管道的敷設需與墻壁留有一定距離，管道穿墻、穿樓板應提前設計好預留洞。建筑內部的排水管道要與外界空氣相互連通，以此排出正壓或補充空氣減少負壓，使管道內氣壓接近大氣壓力。由于高層建筑的排水系統至頂層的連接管較長，排水壓力較大，下層廚衛設計不佳時很容易發生排水噴濺或水流抽吸問題。為避免這類情況的發生，高層建筑設計中一二層應單獨進行排水，為排水系統設計專門的通氣管，建筑內的排水立管可采用乙字彎消能措施，而污水、廢水應分別設置立管排放，以便后續處理[4]。

4.4 中水回用與雨水利用設計

中水回用設計是依靠中水回用系統將地上6層以上住房衛生間洗臉盆用水以及優質雨水等雜排水進行處理后，用于1～5層商業用公共衛生間沖洗使用。此處理系統也配備自來水補水系統，當雜排水水源不足時，可以進行補充。中水處理的水源需要為優質的雜排水，污染程度較低且生化性能良好，可采用生生物膜法作為處理工藝，能夠有效去除污水中的污染物質，然后再經過消毒處理后便可以達到有機物的去除和消毒作用，實現中水回用[5]。

雨水綜合利用設計在高層建筑中主要以屋面雨水回用為主，由于屋面雨水的清潔度遠高于地面雨水，對于雨水處理而言也更為簡便。屋面雨水經雨水管道收集后，排放至室外一體化雨水處理裝置，經過處理后便可用于建筑周邊場地綠化和道路沖洗。

4.5 綠色建筑給排水設計

綠色建筑是當前社會建筑設計發展的主要方向，不論是施工建設，還是建筑給排水設計都應當遵循綠色生態、節能降耗的基本原則。在高層建筑給排水設計中，綠色建筑設計理念以《綠色建筑評價標準》為基礎進行規劃，在綠化、景觀、洗車等方面用水應采用非傳統水源；非飲用水盡可能使用再生水；辦公樓、商場類建筑的非傳統水源利用率不得低于20%。不過，在實際高層建筑設計中往往難以取得優質的效果[6]。以建筑溢流口為例，主要有兩方面原因。一方面是建筑工程本身在設計中沒有專業的給排水設計人員參與，導致建筑屋面沒有設計溢流口。為此，需要有關規定標準明確高層建筑溢流口設計的重要性，溢流口設計符合綠色建筑設計理念，能夠為建筑可持續發展提供支撐。而另一方面，則是屋面溢流口設計不合理所造成的，因為雨水量的不確定性，屋面溢流口設計的大小需要設計人員自行判斷和計算，屋面雨水排水系統需按照50年重現期進行設計，設計人員既要考慮建筑本身的安全性，結合水力學、工程學理論準確計算出溢流口的高度和尺寸，并與建筑結構專業人士配合，確定溢流口位置。綠色建筑給排水設計需要給排水設計人員和其他部門人員進行溝通交流，從多個方面優化給排水的綠色設計理念，實現給排水系統的有效性和生態性[7]。

5 結束語

高層建筑的特點決定了其給水排水系統中可能存在的問題，針對高層建筑給水排水系統可能出現的問題，進行優化處理，為給水系統、消防給水、排水系統設計更為完善的系統結構，降低高層建筑給水排水系統出現問題的概率，進一步提升高層建筑給水排水系統的效果和使用壽命，為高層建筑的質量提供保障。