超高層公共建筑給排水設(shè)計(jì)分析

鄭銳強(qiáng)

廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東 廣州 510010

現(xiàn)階段，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，人們生活質(zhì)量水平的逐漸提高，人們對(duì)居住、生活、工作環(huán)境的要求越來(lái)越高，為推動(dòng)城市現(xiàn)代化發(fā)展，高層建筑和超高層建筑拔地而起，設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)了地下空間和地上空間的利用率。高層建筑和超高層建筑的出現(xiàn)推動(dòng)了城市現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程，提高了人們生活質(zhì)量。相比普通建筑而言，超高層建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)技能、綜合素質(zhì)要求更高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性、可靠性、使用壽命要求更高，其中給排水設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作內(nèi)容，在提供生活用水、消防用水，提高水資源利用率，加強(qiáng)雨水、中水回收利用等方面發(fā)揮著重要的作用。本文以筆者參與的某超高層建筑給排水設(shè)計(jì)為例，分析了超高層建筑結(jié)構(gòu)特征以及超高層建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)內(nèi)容，從中水回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、雨水綜合回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及供水方式選擇、室外給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、消火栓給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面對(duì)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)進(jìn)行了分析。

1 工程概況

某超高層建筑高度為150.5m，總建筑面積為54972m2占地面積為5491m，容積率為5.9，建筑地下2層，地上32層。地下建筑功能主要為地下車庫(kù)和設(shè)備用房，該項(xiàng)目中給排水系統(tǒng)包含冷給水系統(tǒng)、太陽(yáng)能+空氣源熱水系統(tǒng)、污水廢水排水系統(tǒng)、雨水排水系統(tǒng)、雨水回收系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、自動(dòng)噴水系統(tǒng)等。如圖1所示。

2 超高層建筑特點(diǎn)和給排水設(shè)計(jì)難點(diǎn)

2.1 超高層建筑特點(diǎn)

超高層建筑的設(shè)計(jì)和建設(shè)是城市實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的必然途徑，也是緩解城市用地緊張、提高地下和地上空間利用率的重要手段。超高層建筑被稱為固定的航空母艦、樓中城，不僅結(jié)構(gòu)、功能復(fù)雜，在設(shè)計(jì)和建設(shè)中包含不同專業(yè)、不同部門(mén)、不同工種之間的交叉工作繁多，給排水設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含生活給排水、消防給排水等多項(xiàng)工作內(nèi)容。樓層越高，對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通和電氣等專業(yè)的要求就越來(lái)越高，高層建筑建設(shè)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、工程規(guī)模龐大、設(shè)計(jì)工作難度大、任務(wù)量中。此外，在我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的背景下，人們生活質(zhì)量水平不斷提高，對(duì)居住、生活、工作環(huán)境的安全性、舒適性要求越來(lái)越高，現(xiàn)階段各類新技術(shù)、新設(shè)備、新理念被廣泛應(yīng)用于超高層建筑設(shè)計(jì)和施工中，增大了超高層建筑建設(shè)設(shè)計(jì)工作的難度，對(duì)設(shè)計(jì)人員的綜合水平、專業(yè)技能、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力和安全意識(shí)提出了更高的要求，總而言之，超高層建筑的設(shè)計(jì)和建設(shè)工作是一項(xiàng)復(fù)雜性、系統(tǒng)性、綜合性的工程[1]。

2.2 超高層建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

超高層建筑設(shè)計(jì)的給水排水專業(yè)系統(tǒng)比較多，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)階段超高層建筑的發(fā)展實(shí)際情況來(lái)看，在設(shè)計(jì)和建設(shè)中要遵循以人為本的核心價(jià)值觀，超高層建筑的設(shè)計(jì)和建設(shè)要以保證用戶的居住、工作環(huán)境安全為首要任務(wù)，不僅要提高工作環(huán)境的舒適度，還要保證建筑的安全性、穩(wěn)定性、可靠性。在以人為本的核心理念下，超高層建筑給排水設(shè)計(jì)中的消防設(shè)計(jì)成為最重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，也是給排水領(lǐng)域關(guān)注度最高、探討問(wèn)題最多的設(shè)計(jì)內(nèi)容[2]。由此可見(jiàn)，超高層建筑給水排水專業(yè)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)、重點(diǎn)、要點(diǎn)任務(wù)是水消防設(shè)計(jì)，也是保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全的重要途徑。超高層建筑由于其特殊的構(gòu)造，當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)之后，火勢(shì)蔓延速度快，救援難度大，在水消防設(shè)計(jì)中，要根據(jù)不同建筑的具體特征和高層民用建筑消防工作的具體要求，保證消防系統(tǒng)的供水正常、及時(shí)。通常情況下，超高層建筑中的給水系統(tǒng)主要選用串聯(lián)減壓供水系統(tǒng)和重力流供水系統(tǒng)，這兩種供水系統(tǒng)有著各自的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的背景下，超高層建筑的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越龐大，建筑內(nèi)消防供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受到地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。城市消防設(shè)計(jì)習(xí)慣等方面的影響，在采用供水系統(tǒng)時(shí)，要從多方面條件進(jìn)行綜合考量[3]。其次，消防轉(zhuǎn)輸水箱和減壓水箱的設(shè)置也是水消防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)工作內(nèi)容，通常情況下，消防轉(zhuǎn)輸水箱和減壓水箱要設(shè)置在建筑物內(nèi)避難層和設(shè)備層，避難層需要設(shè)置的設(shè)備類型比較多，空間面積有限，在設(shè)置消防轉(zhuǎn)輸水箱和減壓水箱時(shí)，設(shè)計(jì)人員要注意與暖通、給水、排水、空調(diào)、電氣等相關(guān)設(shè)備做好協(xié)調(diào)工作[4]。

3 超高層公共建筑給排水設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 中水回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的應(yīng)用

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們生活質(zhì)量水平的逐漸提高，現(xiàn)階段水資源供應(yīng)數(shù)量逐步增加，超高層建筑中用水量大，加強(qiáng)對(duì)中水回收系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用有助于提高水資源利用率和使用率。所謂中水，是指將各種排水經(jīng)過(guò)物理處理、化學(xué)處理、生物處理，以降低其中污染物含量，提高質(zhì)量，再二次應(yīng)用到生活、市政環(huán)境等范圍中，中水來(lái)源一般來(lái)自于生活污水和冷卻水，其中包含沐浴排水、洗衣排水、廚房排水、廁所排水等，在超高層建筑的給排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用中水回收系統(tǒng)可以降低水污染，提高水資源利用率，有助于提高社會(huì)效益，推動(dòng)城市的可持續(xù)發(fā)展。超高層建筑人員密度大，產(chǎn)生的廢水量大，中水回收系統(tǒng)的設(shè)置是給排水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，在設(shè)計(jì)中要確定中水回收系統(tǒng)的位置，相關(guān)設(shè)備的類型、數(shù)量等，才能保證中水回收的利用率，提升水資源利用率。

3.2 雨水綜合利用

我國(guó)幅員遼闊，地大物博，不同地區(qū)的地理環(huán)境、氣候條件各不相同，有些地區(qū)年降雨量充足、雨水充沛，在超高層公共建筑給排水設(shè)計(jì)中利用雨水綜合收集系統(tǒng)可以在降雨量豐富的季節(jié)對(duì)雨水進(jìn)行收集，經(jīng)過(guò)處理之后可以二次應(yīng)用到給水系統(tǒng)中，雨水收集系統(tǒng)主要由過(guò)濾系統(tǒng)、蓄水系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)組成，加強(qiáng)雨水回收系統(tǒng)的利用可以緩解城市缺水的問(wèn)題，減輕城市排水系統(tǒng)的壓力，控制城市水土流失、減少城市內(nèi)澇問(wèn)題。尤其在我國(guó)南方地區(qū)，年降雨量充沛，雨水可再生資源，在雨水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要明確建筑所在區(qū)域的年降雨量和市政給排水系統(tǒng)的分布情況，確定室外污水井、雨水收集管道、雨水蓄水池的位置。如圖2所示。在雨水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定來(lái)看，重要公共建筑的屋面雨水排水工程與溢流設(shè)施的總排水能力不應(yīng)小于50年重現(xiàn)期的雨水量，在超高層建筑中無(wú)法設(shè)置溢流口，在屋面雨水設(shè)計(jì)中重現(xiàn)期限取50年為宜，按照100年校核雨水系統(tǒng)的排水能力[5]。

圖2 雨水回收系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

3.3 供水方式的選擇

供水方式的選擇要從多方面考慮，既要保證超高層建筑的正常供水，又要從節(jié)能方面出發(fā)，考慮水資源、電力資源的節(jié)約，現(xiàn)階段常用的主要有重力供水和變頻供水兩種方式，相比來(lái)說(shuō)，超高層公共建筑用水量較小。采用變頻供水方式可以在變頻加壓水泵上采用一個(gè)流量分配，采用100%-50%-100%，第三個(gè)為備用，從變頻給水方式的節(jié)能層面來(lái)看，節(jié)能效果是對(duì)設(shè)置高位水箱的給水方式來(lái)說(shuō)的，超高層建筑雖然人口密集，公共建筑用水量少，夜間用水量會(huì)大幅減小，此時(shí)水泵可以降低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以此調(diào)節(jié)流量，在此情形下，相比其他供水方式來(lái)看，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，也能有效避免水質(zhì)出現(xiàn)二次污染問(wèn)題。超高層公共建筑屋頂?shù)乃湓谑褂靡欢螘r(shí)間之后要定期清理，避免出水質(zhì)污染，影響用水質(zhì)量。

3.4 室外給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

室外給排水設(shè)計(jì)工作開(kāi)展過(guò)程中，要結(jié)合城市規(guī)劃、建筑所在區(qū)域的市政給排水系統(tǒng)特征以及市政環(huán)境合理確定室外給排水系統(tǒng)形式，在本工程項(xiàng)目中，在建筑市政給排水管網(wǎng)中引入兩條DN200管道，在室外成環(huán)后接入地下二層蓄水池，為公共建筑中的生活用水和消防用水提供水源，根據(jù)供水需求，將供水壓力設(shè)置為0.20MPa。在污水排放系統(tǒng)設(shè)置中，首先由建筑污水收集系統(tǒng)收集排出的生活污水，集中之后統(tǒng)一排放到市政排污系統(tǒng)中，運(yùn)輸至污水處理廠進(jìn)行二級(jí)處理。室外雨水的排放，由專門(mén)的雨水管網(wǎng)收集之后排入市政雨水管網(wǎng)中，再對(duì)所收集的雨水進(jìn)行集中統(tǒng)一處理，在本項(xiàng)目室外給排水系統(tǒng)中，由兩路市政給排水管網(wǎng)組成，室外消防用水可以用低壓制為消防用水和生活用水供水，能夠滿足建筑各類用水環(huán)境的基本需求[6]。為保證消防系統(tǒng)的全面性，加強(qiáng)消防系統(tǒng)的合理化設(shè)置，在本項(xiàng)目中，室外給水管網(wǎng)上設(shè)置了3處室外消火栓供消防車取用。如圖3所示。

圖3 本項(xiàng)目室外給排水工程平面圖

3.5 消防栓給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，超高層建筑建設(shè)規(guī)模越來(lái)越龐大，正在建造和正在設(shè)計(jì)的超高層建筑數(shù)量可觀，超高層建筑的建設(shè)是建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向，也是推動(dòng)城市現(xiàn)代化發(fā)展的重要途徑。相比普通建筑而言，高層建筑和超層建筑設(shè)計(jì)工作本身具有一定的復(fù)雜性、綜合性、系統(tǒng)性，在給排水設(shè)計(jì)工作中，不僅要考慮管道設(shè)置，同時(shí)要提高建筑的安全性、穩(wěn)定性。其中消防安全設(shè)計(jì)是超高層建筑建設(shè)和給排水設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)、要點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容。超高層建筑人口密度數(shù)大，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)問(wèn)題之后，外部救援力量有限，最好的方式是采取自救措施，人員疏散難度大，消火栓給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為給排水設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作內(nèi)容，保證消防給水系統(tǒng)的合理性才能防患于未然。在消防給排水設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要明確超高層建筑的結(jié)構(gòu)特征和人員分布情況，確定消防栓的安裝位置和供水形式，在本項(xiàng)目中，消防技術(shù)方式由消防方案設(shè)計(jì)時(shí)的一次加壓減壓技術(shù)的方式改變?yōu)榇?lián)加壓給水方式，經(jīng)過(guò)對(duì)多種給水方式進(jìn)行綜合對(duì)比之后發(fā)現(xiàn)，采用串聯(lián)加壓給水方式可以保證輸水的及時(shí)性、降低能耗，為消防系統(tǒng)提供穩(wěn)定給水量的同時(shí)，可以減少成本投入，保證經(jīng)濟(jì)效益。在本項(xiàng)目。的做法是在地下二層消防泵內(nèi)設(shè)置消防主泵和消防水池，在避難層設(shè)置轉(zhuǎn)輸水箱和消防轉(zhuǎn)輸泵，在屋面消防水箱間內(nèi)設(shè)置火災(zāi)初期使用的消防高位水箱和和穩(wěn)壓泵。采用加壓給水方式的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)荷載大，可以與其他專業(yè)如暖通設(shè)備、電氣設(shè)備進(jìn)行合理配置，提高地下空間的利用率[7]。消防供水主干管和立管較少，能夠有效控制消防給水系統(tǒng)的建設(shè)成本，采用加壓給水方式的具體原理是，如果主樓地區(qū)和副樓局部發(fā)生火災(zāi)之后，起火樓層和就近樓層可以同時(shí)啟動(dòng)消防栓進(jìn)行滅火，由屋面水箱間內(nèi)的消防高位水箱提供火災(zāi)初期的用水量。與此同時(shí)，室內(nèi)消火栓箱內(nèi)的啟泵按鈕啟動(dòng)，其聯(lián)動(dòng)地下二層消防泵內(nèi)的消防主泵工作，可以提高火災(zāi)救援的及時(shí)性、全面性，聯(lián)動(dòng)多個(gè)消防設(shè)置，避免火勢(shì)急速蔓延。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在超高層建筑中，各類新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝、新理念得到了廣泛應(yīng)用，給超高層建筑的創(chuàng)新發(fā)展提供了必要的技術(shù)支撐和物質(zhì)支撐，超高層建筑的特征在于使用功能綜合化、結(jié)構(gòu)體系異性化。給排水設(shè)計(jì)工作作為建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作內(nèi)容，設(shè)計(jì)難度大，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員要結(jié)合建筑所在區(qū)域的自然條件、氣候條件以及生活用水量、消防用水量，加強(qiáng)對(duì)各類細(xì)節(jié)問(wèn)題的管控，做好不同場(chǎng)景用水、排水工作的統(tǒng)籌，才能提高給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、適用性。