高層建筑給水排水工程設計現狀及發展趨勢

楊仲云 江西中煤建設集團有限公司

1 前言

在高層建筑設計過程中，給、排水工程的設計工作涉及諸多內容，給水設計包含消防用水及生活用水，直接關乎高層建筑用水質量。在進行建筑設計時，應對給排水問題予以高度關注，才能提高高層建筑居住性能。下面就結合筆者工作實踐，對高層給水及排水設計做出詳細分析。

2 高層建筑給排水設計特點

早在19世紀，便出現了“高層建筑”的概念，高層建筑最先起源于國外。我國的高層建筑發展起步較晚，在20世紀初期，才出現高層建筑，到20世紀80年代，高層建筑在我國得到了迅速發展。隨著新材料以及新結構的出現，與之配套的排水設計也取得了長遠進步。高層建筑給排水工程核心任務在于為高層建筑內的休閑活動、居住行為、生產活動提供舒適且衛生的環境，高層建筑給水工程包含消防給水，而排水工程包含雨水排放、浴室排水、廚房排水、游泳池排水等。如今，在建設高層建筑時，不可忽視給排水工程內容直接影響建筑功能以及建筑品質、居住環境。

因高層建筑高度高、層數多，且結構極其復雜，具有多元功能，在設計給排水系統時存在較大困難，這就需要考慮多方面因素。關于高層建筑給排水設計特點，總結起來主要體現在下面這四方面：①具有較大的靜水壓力，由于高層建筑高度不斷增加，給水系統以及消防系統均面臨巨大靜水壓力，采用單區供水，很容易導致配件或者是管道被損壞，影響后期應用性能。②可靠性要求極其嚴格，高層建筑給水及排水涉及諸多設備，水壓非常大，而且管網極其復雜。如果出現堵塞問題或者是停水現象，便會造成難以預估的影響。所以，需要保障高層建筑給排水系統的可靠性。③消防任務較重，因高層建筑具有多元功能，而且人口聚集密度大，在日常運營和發展過程中，難以避免地會出現火災問題。一旦出現火災，若無法及時有效控制，可能導致火勢迅速蔓延，撲救難度極大。這一過程中，由于外部消防設備受限，需要立足“自救”原則，這就對高層建筑消防系統提出了嚴格要求。④高層建筑給排水應具有降噪防振能力，高層建筑給排水管線偏長，而且具有較大的流量，動力設備偏多，在設計給排水管道時，應采取防噪音及防振動措施。

3 高層建筑給排水設計面臨的問題

伴隨科學技術水平的提高，我國涌現出了諸多新材料、新設計技術。在這種情況下，人們對生活品質的追求越來越高級了，同時對高層建筑給排水系統提出了新的要求及標準。給排水即使歷經長期發展，但依舊存在一些問題，例如在給排水設施設計過程中，就常常存在一些瑕疵。關于減壓設備的開發以及給排水節能問題始終都是研究重點。在高層建筑給排水設計過程中，應重點考慮水錘問題，強化水壓控制力，避免管道異常滲漏，或者出現排水管道堵塞現象。如今，采取的熱水供給系統極易浪費水資源，工業用水循環力越來越低，中水回收問題顯著。此外，關于如何應用水資源這一問題，也有待完善及改進。

4 高層建筑給水設計要點

4.1 高層建筑生活給水設計

在對高層建筑生活給水系統進行研究與設計時，首要任務就是做好分區工作，明確給水系統，根據衛生器具最大凈水壓力值確定高度，所設計的水壓不可偏大，而且要滿足供水點最低水壓要求，這樣才能避免其后期“負壓回流”。其次，應針對高位水箱供水方式展開全面分析，對具體供水方法了然于胸。一般常見的方式有串聯法、減壓水箱法以及并聯方法，在具體設計和實踐過程中，要結合實際情況，設置具有針對性的供水方案。

這里以“串聯供水”方法為例，需要在每一分區內設置對應的水箱以及水泵，在不同分區下部設立滿足具體分區的提升泵，以保障其能滿足上區到下區水箱中的抽水需求。在加壓運輸時水逐區加壓上揚，不會浪費過多揚程動力，但由于該供水方法具有一定缺點，所以應保障水泵分散在不同分區，即使會給日后維護及管理帶來不便，但卻可以保證防止下區出現故障時不會影響上區供水。由此可見，應結合具體情況設計針對性的給水方案。

但需要注意的是，除了上述幾種方法外還可以采用不同設置水箱方法供水，但這種方法難以調節水量。總之，不同供水方式有不同的優點以及缺點，但無論選擇哪一種給水方式，都要優化給水管設計工作，選擇符合生活用水管材要求的材質。在選擇塑料管時優先選擇PP-R、PE-X以及PVC-U等管材，但是若選擇金屬管材，則應優選銅管以及鑄鐵管，復合管材以襯鉛管及玻璃管為主。

4.2 高層建筑消防給排水系統設計要點

首先，在設計高層建筑消防給水系統時，需要把水視為“滅火劑”，并始終堅持以消防系統為核心。在這一基礎上，有效分類消防給水系統。在具體分類時要結合不同功能以及側重點，細化給水系統類型[1]。

其次，在高層建筑消防給水系統設計過程中，應結合服務范圍完善設計工作。從獨立的或者是區域集中的消防給水系統角度展開分析，在設計獨立消防給水系統時要在高層建筑中設置單獨加壓系統，通過這一系統完成高層建筑消防供水工作，這種供水方法具有較強的安全性，但也具有不易管理的缺點，需要投入較多的資本，更適合應用于人防要求較強的地震區高層建筑中。然而，在采用區域集中的消防給水系統時，主要是為多幢高層建筑提供充滿加壓泵作用的消防給水系統，這樣既能易于管理，又不會投入過多資金，但也具有一定缺點，不能有效適應地震區對高層建筑的安全性要求。

最后，依靠給水方式進行設計，需要將高層建筑消防給水系統分為分區系統以及不分區系統。高層建筑高度超出50m，就應采取分區系統；但是若未超出50m，則應選擇不分區系統。如果僅依據給水壓力展開設計，主要有臨時高壓、穩高壓和高壓的區別。在具體設計時，因不同壓力設計效果具有差異性特點，為了滿足消防給水需求，應科學確定具體壓力。如果依照系統類別展開設計工作，主要可以分為自動噴水滅火系統以及消防栓系統。在設置消防栓給水系統之際，要保障消防給水管網、水泵接合器以及穩壓裝置足夠科學、合理，才能保證后期發揮合理的性能。對于自動噴水滅火系統來講，要保障報警裝置水流指示器以及噴頭裝置應用效能，從而增強消防給水系統可靠性。

4.3 高層建筑給水方式分析

4.3.1 超高層建筑疊壓供水

這一種供水方式主要是通過室外給水管網余壓直接抽水，再次增壓，屬于二次供水方式（如圖1所示）。一般來講，高層建筑只需采取并聯分區供水，并不存在疊壓。但是超出100m 之上的超高層，則需要應用串聯供水方式，目前普遍是在設備層設中間傳輸池，占據較大的空間，而且會增加結構負擔。在出現新技術后，采取管道泵直接疊壓供水，無需設置中間傳輸水池，但仍需要解決很多實際問題，才能保證供水可靠性以及系統穩定性。

需要注意的一點是，市政管網壓力理論并不適用于超高層建筑，一般只能應用于四層。目前，樓宇層數較高，在原有供水系統設計時，通常都會在樓底內備放水箱，市政管網水自動流到水箱，應用水泵將水打上去，這種供水方式非常不節能[2]。市政管網壓力通常會直接流掉，加上水箱并非是全封閉形式的，很容易被臟東西污染，需要定期清理，但清理工作負擔又極大，維護起來非常麻煩。如今，在超高層建筑給水系統設計時通常應用無負壓的方法，不需要水箱而使用儲水罐搭配加泵，疊加市政管網壓力，這樣既環保又節能。

4.3.2 無負壓供水

無負壓供水手段較為常見，而且效果極其顯著，無需設置生活水池以及生活水箱，設計起來非常便捷，應用過程中不存在任何障礙，直接應用一體化設備，簡化了設計及應用程序（如圖2所示）。所謂的“無負壓供水設備”通常指無負壓變頻供水設備，也可以將其稱之為“變頻無負壓供水設備”。與供水管網增壓設備銜接，傳統供水方法需要連接蓄水池，蓄水池中的水大多都是自來水供給水，有壓力的水進入水池后，就會變成“零”，進而導致一部分能源被浪費，但是無負壓供水設備卻達到了理想的節能供水效果，直接和自來水管網加以連接，不會對自來水管網產生副作用，雖是二次排水設備，但可直接在市政管網壓力基礎上疊壓供水，既能保障供水效率，又能節約資源，而且屬于全封閉式的，安全又便捷，占地量偏小，維護起來也非常輕松。

5 高層建筑排水設計要點

5.1 科學明確高層建筑排水系統

在高層建筑中，排水系統主要用來排放廢水以及污水。因此，在具體規劃及設置排水系統時，應與高層建筑具體情況加以整合，進一步明確排水系統類型。排水系統應具備以下三個條件：其一，排水路徑簡單，便于流暢排水[3]；其二，管道內氣壓較為穩定，而且不會發生劇烈變化；其三，不可為房屋功能帶來破壞性影響，而且要符合便捷安裝及便捷施工的要求。

5.2 排水設計方式

5.2.1 超高層屋面雨水排放

針對于300m 之下的超高層建筑來講，通常會采取不分區雨水排放系統，這一排水方式在很多超高層建筑項目中都得以廣泛應用，而且收效較為明顯。但也存在一些瑕疵，比如經常溢流影響建筑周邊地面或者在大風雨來臨之際，接雨水出戶管受到影響。究其原因，主要在于屋面逆流口設置高度不恰當，因此應定期檢查井內雨水齊水流態是否存在不穩定情況。

屋面排水系統主要分為內部排水系統和外排水系統，外排水系統組成部分敷設在室外，屋面排水系統點較為分散，內排水系統極其封閉，封閉式系統管道不存在開口部分，這一點應引起給水設計人員的高度重視。

5.2.2 真空排水

這一種排水方式的應用案例并不多，但真空排水方式不僅僅拘泥于高層建筑排水，其特點是可以隨意上下彎曲管道，能夠解決運行費用問題。真空高速排水系統運作原理較為獨特，能夠把水瞬間排走。在真空管道內，排水水流速度極快可達6m/s，這是普通排水系統排水速度的6 倍左右。如若一套高層建筑面積為100m2，樓頂高度為3m，住房被水淹沒，使用排水能力為2m3/s的真空高速排水系統，在2min左右的時間內就可將300m3積水全部排走。相比之下，如果應用普通的城市排水系統，即使不存在任何故障，同口徑大小排水管，需要花費7min的時間才能將這些水排除干凈。如今，所采取的重力排水系統，通常只能排除濃度偏低且雜質較少的液體，如果遇到塑料袋、淤泥或者是泔水等，則極易出現堵塞現象，尤其是在城市內遭遇大雨情況后，排水系統常常會癱瘓，原因莫過于此[4]。

5.3 地漏附件設計

設計地漏的目的在于能及時把建筑表面積水排掉，包含廚房積水和衛生間積水。這兩個地方都是設計地漏的重要部位，所以在具體設計時要連接排水支管和地漏，這樣才能達到理想的排積水效果。

5.4 地下室排水設計

在布置地下室排水管道時，具有一定困難，所有管道和配件不應穿過地板。所以，要采取科學的措施。首先，應明確地下室地板地面標高。其次，在電梯井最底層基坑旁應設置集水坑或者是集水池，這樣可以接受電梯井以及地面排水[5]。

6 結束語

結合前文分析，發現針對高層建筑給水及排水系統展開研究及設計尤為關鍵。在新形勢下，高層建筑給排水設計工作人員應全面意識到給排水系統設計工作對高層建筑應用性能的重要意義，并且結合高層建筑實際設計情況，潛心研究給排水設計方案，從而有效發揮高層建筑功能，為保障高層建筑消防安全帶來重大支持。