高層建筑給水排水工程設(shè)計及施工技術(shù)研究

郝金鳳

（云南興滇建筑設(shè)計咨詢有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

在城市化建設(shè)腳步逐漸加快的情況之下，高層建筑基于其自身提高土地資源利用率，提升城市整體形象的積極作用，成為城市建筑的主要發(fā)展方向，與此同時，為保障高層建筑的使用效果和功能，給水排水工程也逐漸得到了行業(yè)內(nèi)外更多的重視。而且相較于普通建筑，高層建筑的給水排水工程更為復(fù)雜，規(guī)模更大，實(shí)際工程設(shè)計難度以及施工難度也相對更高。因此，加強(qiáng)對于高層建筑給水排水工程設(shè)計及施工技術(shù)的探討和研究是十分有必要的。

1 高層建筑給水排水工程特點(diǎn)

給排水工程作為建筑機(jī)電安裝工程的重要組成部分，與其他機(jī)電安裝工程之間存在著較大差異，其主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下4 個方面：①分散性，給排水管網(wǎng)工程涉及整個建筑當(dāng)中所有用水區(qū)域，因此工程范圍較廣，而且管網(wǎng)工程較為分散；②連通性，整個建筑當(dāng)中給水管網(wǎng)雖然較為分散，但無論是水壓、水量還是供水質(zhì)量方面，都有著極強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性；③通透性，指的是在實(shí)際給排水系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，一旦某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響；④隱蔽性，為保障建筑整體美觀性，以及給排水系統(tǒng)的運(yùn)行安全，建筑給排水系統(tǒng)通常設(shè)置在較為隱蔽的位置，或者藏于建筑墻體、立柱之中。

除此之外，對于高層建筑而言，其給排水工程還存在以下特殊性：①靜水壓力大，由于高層建筑層高較高，因此為保障建筑供水功能，其靜水壓力通常較大；②水量較大，高層建筑當(dāng)中的用戶較多，而且人員密度較大，因此其給排水系統(tǒng)需要承受大量的水，而且在用水高峰期，瞬時給排水量較大，對于系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性有著較高的要求；③排水量大，管道較長，基于高層建筑人員密集，層高較高的緣故，因此不僅排水量較大，而且排水管道更長，要求排水管道有著較好的排水能力[1]。

2 高層建筑給水排水工程設(shè)計分析

2.1 冷水給水系統(tǒng)

冷水給水系統(tǒng)主要包括衛(wèi)生間沖廁給水、盥洗給水、廚房給水以及灌溉沖洗給水幾個部分，其中盥洗和廚房給水主要來源于城市自來水管網(wǎng)，而沖廁給水則是衛(wèi)生間沖洗用水，灌溉給水主要用于綠化區(qū)域的澆灌以及車庫和地面的沖洗。

在實(shí)際進(jìn)行冷水給水系統(tǒng)設(shè)計之前，需要先明確建筑用水量標(biāo)準(zhǔn)，并對用水量進(jìn)行計算。在實(shí)際進(jìn)行計算的過程中，主要計算項(xiàng)目包括生活總用水量、生活自來水用水量以及飲水量。冷水給水系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)包括以下4 個步驟。

（1）系統(tǒng)豎向分區(qū)。結(jié)合城市給水管網(wǎng)情況，以及建筑用水對于水量、水壓等方面的實(shí)際需求，對系統(tǒng)進(jìn)行豎向分區(qū)，明確不同層高的供水方式，對水秒流量情況進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)實(shí)際壓力情況，選擇直接供水或者是變頻調(diào)速加壓供水。

（2）系統(tǒng)組成。對于直接供水樓層而言，其給水系統(tǒng)主要包括引入管、水表、倒流防止器、給水管道以及其他相關(guān)附件等。對于加壓給水區(qū)，其給水系統(tǒng)主要包括水池、變頻供水系統(tǒng)，給水管道以及其他附件，詳細(xì)結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。

圖1 變頻高層恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（3）水力計算。某高層建筑部分水力計算如圖2所示。

圖2 給水管網(wǎng)水利計算

為保障供水系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要對給水系統(tǒng)的水力進(jìn)行計算。按照國家以及行業(yè)相關(guān)規(guī)定，高層建筑給水管道設(shè)計秒流量計算公式如式（1）所示。

式中：q——計算管段給水秒流量，L/s；N——計算管段衛(wèi)生器具給水當(dāng)量總數(shù)；a——建筑物特性系數(shù)。當(dāng)馬桶為自閉式?jīng)_洗閥時，大便器延時自閉沖洗閥的給水當(dāng)量均以0.5 計，計算得到的q 附加1.20L/s 的流量后為該管段的給水設(shè)計秒流量。

在計算得到設(shè)計秒流量之后，還需要計算給水管網(wǎng)系統(tǒng)的管徑，其計算公式如式（2）所示。

式中：d——計算管段的管道內(nèi)徑，m；q——計算管段給水秒流量，L/s；v——管道水流速度，m/s。

然后再針對給水管道沿程水頭損失、單位長度水頭損失以及局部水頭損失分別進(jìn)行計算，為給水管道設(shè)計提供相應(yīng)參考數(shù)據(jù)。

（4）設(shè)備選型。根據(jù)水力計算結(jié)果，計算得到水泵流量、水泵揚(yáng)程進(jìn)行計算，然后確定相應(yīng)變頻泵參數(shù)，并根據(jù)邊坡參數(shù)確定主泵設(shè)備以及氣壓罐數(shù)量，同時選取相應(yīng)配電柜、進(jìn)出水管閥等配套設(shè)備，某高層建筑冷水給水系統(tǒng)的主要設(shè)備選型情況如表1 所示。此外，還需要確定相應(yīng)減壓閥參數(shù)以及生活水池的容積。

表1 主要設(shè)備選型

2.2 熱水給水系統(tǒng)

熱水給水系統(tǒng)的計算內(nèi)容主要包括耗熱量、設(shè)計小時熱水量。其中耗熱量計算公式如式（3）所示。

式中：Q——設(shè)計小時耗熱量，（kJ/h）；K——時變化系數(shù)；m——用水單位數(shù)；qr——熱水用量定額，L/（人·d）；c——水的比熱容，為4187J/（kg·℃）；tr——熱水的溫度，取值60℃；tl——冷水的溫度，需要根據(jù)建筑區(qū)域進(jìn)行確定；ρr——熱水的密度，取值0.983kg/L；T——每日使用時間，h。

設(shè)計小時熱水量的計算公式如式（4）所示。

式中：qh——設(shè)計小時熱水量，（L/h）；tr——熱水的溫度，取值60℃；tl——冷水的溫度，需要根據(jù)建筑區(qū)域進(jìn)行確定；ρr——熱水的密度，取值0.983kg/L。

然后確定熱水供應(yīng)區(qū)域以及分區(qū)情況，再根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范，以及建筑工程實(shí)際情況，確定熱源，熱源范圍主要包括工業(yè)廢熱、地?zé)帷⑻柲堋岜谩崃芫W(wǎng)以及熱水機(jī)組等。最后，根據(jù)相應(yīng)計算結(jié)果進(jìn)行加熱設(shè)備以及膨脹管的選型。

2.3 消防給水系統(tǒng)

消防給水系統(tǒng)的設(shè)計主要包括以下內(nèi)容：首先，結(jié)合高層建筑實(shí)際情況和消防需求，確定消防用水量；其次，根據(jù)消防用水總量，確定消防水箱的容積，并結(jié)合實(shí)際情況判斷是否需要設(shè)置消防水池，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，當(dāng)出現(xiàn)以下3 種情況之一時需要設(shè)置消防水池：①生產(chǎn)、生活用水量達(dá)到最大時，市政給水管網(wǎng)或入戶引入管不能滿足室內(nèi)、室外消防給水設(shè)計流量；②采用一路消防供水或只有一條入戶引入管，且室外消火栓設(shè)計流量大于20L/s 或建筑高度大于50m 時；③市政消防給水設(shè)計流量小于建筑室內(nèi)外消防給水設(shè)計流量時；再次，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的設(shè)計，該系統(tǒng)主要包括消防水泵、管道、水槍、水帶以及控制閥門等多個結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行室內(nèi)消火栓設(shè)計時，需要先進(jìn)行給水系統(tǒng)分區(qū)，確保靜水壓力控制下1MPa 以下，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)，確定消火栓保護(hù)半徑，然后在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行消火栓的布置設(shè)計，計算消火栓栓口所需壓力、沿程水頭損失，并根據(jù)系統(tǒng)水力，確定消火栓立管管徑、環(huán)管管徑，然后進(jìn)行消防泵的選擇；第四，自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)主要包括消防水池、自動噴水設(shè)備、水泵、減壓閥、噴頭、噴水管道以及控制閥門等，在實(shí)際進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的過程中，需要先明確不同樓層區(qū)域范圍的供水方式，主要包括屋頂直供以及減壓供水等，然后根據(jù)建筑實(shí)際情況和需求，進(jìn)行相應(yīng)裝置的選型和分布設(shè)置，并根據(jù)流量需求，確定噴頭流量、流速、水頭損失以及重點(diǎn)壓力；最后根據(jù)相應(yīng)計算結(jié)果，確定噴頭型式。

2.4 生活排水系統(tǒng)

生活排水系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)為室內(nèi)污水廢水的計算，主要為排水管道流量計算，其計算公式如式（5）所示。

式中：qp——排水設(shè)計秒流量，L/s；Np——衛(wèi)生器具排水總量；a——建筑物特性系數(shù)；qd——最大衛(wèi)生器具排水流量，L/s。

2.5 雨水排水系統(tǒng)

在實(shí)際進(jìn)行雨水排水系統(tǒng)設(shè)計的過程中，需要先進(jìn)行雨水計算，根據(jù)建筑當(dāng)?shù)乇┯陱?qiáng)度公式、屋面設(shè)計重現(xiàn)期、室外設(shè)計重現(xiàn)期得到設(shè)計降雨強(qiáng)度，再結(jié)合設(shè)計降雨強(qiáng)度以及徑流系數(shù)等確定設(shè)計雨水流量。然后確定匯水面積，進(jìn)行雨水立管流量的計算，并以此確定立管管材。最后進(jìn)行室內(nèi)雨水管道布設(shè)[2]。此外，為提升高層建筑的環(huán)保性能，還可在屋頂設(shè)置雨水回收系統(tǒng)，其主要布局結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 雨水回收利用

3 高層建筑給水排水工程施工技術(shù)分析

給水施工技術(shù)要點(diǎn)主要包括以下3 個方面：①實(shí)際施工的過程中應(yīng)加強(qiáng)對于給水管道內(nèi)部壓力的控制，確保管道設(shè)計符合用戶對于水量、水壓的需求，并在施工過程中，為給水立管預(yù)留充足空間；②，在選擇相應(yīng)供水管網(wǎng)類型的過程中，需要充分考慮水管的質(zhì)量，并結(jié)合靜壓參數(shù)，確保供水管道相應(yīng)參數(shù)符合靜壓需求，此外，為降低管道靜壓影響，可通過設(shè)置豎向管道的方式，以此達(dá)到延長管道使用壽命的目的；③在建筑內(nèi)部進(jìn)行管道敷設(shè)施工的過程中，應(yīng)結(jié)合建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)，合理進(jìn)行管道開槽施工，或者將其敷設(shè)在非承重墻區(qū)域。

在進(jìn)行排水系統(tǒng)施工的過程中，需要注意以下技術(shù)要點(diǎn)：①加強(qiáng)對于排水管道材料的選擇，確保材料的質(zhì)量以及性能均符合相應(yīng)工程需求，并做好柔性接口的科學(xué)處理，保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；②在實(shí)際進(jìn)行排水立管敷設(shè)的過程中，應(yīng)注意在窗口等位置設(shè)置排水檢查口，并做好室內(nèi)衛(wèi)生間等區(qū)域的排水施工，確保室內(nèi)環(huán)境良好[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，基于高層建筑給水排水工程龐大、復(fù)雜，管道分散，靜水壓力較大等方面的特點(diǎn)，在實(shí)際進(jìn)行給排水工程設(shè)計的過程中，應(yīng)加強(qiáng)對于靜水壓力的重視和控制，做好前期水量、水壓等計算工作，并結(jié)合實(shí)際情況，合理進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及相應(yīng)設(shè)備選型，同時在實(shí)際進(jìn)行給排水工程施工的過程中，應(yīng)明確相應(yīng)施工技術(shù)要點(diǎn)，確保工程設(shè)計要求能夠得到有效落實(shí)。相信隨著對高層建筑給水排水工程設(shè)計以及施工技術(shù)的深入研究和實(shí)踐探索，高層建筑給排水工程效果將會得到良好保障。