试论高层建筑给水排水工程的优化设计

 摘 要：本文简单介绍高层建筑的给水排水的思路和特点，对高层建筑常用的几种给水方式进行了详细阐述，重点提出了对高层建筑的给排水工程的设计优化方案，从而为使高层建筑的可靠顺畅的给水排水提供了依据。 

　　关键词：高层建筑 给水排水 优化设计 

　　中图分类号：TL353+.2文献标识码： A 文章编号： 

　　在经济快速发展的今天，高层建筑的高度和层数也随着科学水平不断的提高而增加。目前，高层建筑正向着层数更多、功能更齐全、设备更完善、技术更先进的方向发展。那么，给水排水系统就是建筑工程的灵魂，为了让其变得更加鲜活，对给水排水设计的要求也越来越高。 

　　一 高层建筑给水排水工程系统优化思路 

　　1业主利益为先导 

　　一个工程项目，最终是为特定对象设计和服务的。作为建筑给水排水的设计人员，我们服务于甲方，服务于业主，我们有责任和义务为他们提供优良的服务。在进行总体设计构思之前，我们都必须与甲方及业主之间进行相应地沟通，对他们的要求和意图有一个明晰的了解，对建设规模、可持续发展等方面着手，从而充分地了解整个项目的概况。以便按照他们合理的愿望和要求来决定我们的取舍，在技术要求和服务上都尽量满足客户的需求。在开展一个项目的设计过程中，设身处地为甲方着想，认真地听取其要求和反馈意见是一个设计人员必须秉承的一个工作思想，时刻铭记将业主的利益放在首位，培养良好的工作意识和服务意识。 

　　2兼顾社会效益 

　　项目社会效益是以国家各项社会政策为基础，在项目实现后对国家和社会发展所作贡献和产生的影响。通常，对一个项目社会效益的评估主要包括其对社会环境、自然资源、自然与生态环境、社会经济影响指标，以及其与社会互相的适应性等领域。对于一个或一些建筑物而言，其社会效益就是能够带动一个区域的经济发展，主要体现在其对环保、资源配置与利用、对美化城市和凸显城市特色等方面的贡献。而对大多数建筑项目来说，节能设计是为能为社会提供更大的社会效益。 

　　二 给水排水系统优化设计的特点 

　　针对新的项目和问题，在完成设计的基础上，尽量做到目前技术水平条件下方案的最合理，即为优化设计。给水排水工程的最优化设计，就是运用系统分析原理和最优化技术设计出效率高、能耗低、费用少、可靠性适当的给排水系统。优化设计具有下列优点：①通过寻找满意的参数与结构，使整体效能最佳，达到提高系统的效率、降低成本的目的；②通过模拟系统过程，优化系统参数与结构，提高系统运行的可靠性和稳定性；③实现了系统的自动化运行及管理；④促进新的优良系统的形成，为优良工程设计提供有力的手段，同时降低对设计人员限制，吸引更多的人才。 

　　三 高层建筑给水排水设计优化 

　　1常见的给水排水方式 

　　1) 气压罐给水方式 

　　气压罐给水的给水方式，在结构上通常依靠离心水泵和气压罐。气压罐起到了蓄能的作用，当系统水压大于容器内空气压力时，系统水就挤入罐体内存储起来。当系统水压力较小时，罐内的水则会在压力作用下被送到一定的垂直几何高度，补回系统，水泵机组的工作方式就是通过循环启动和软启动从而实现无塔供水。这种压力给水方式无需水箱与水塔等设备，能自动控制，罐内水不易受污染，方便统一管理，而且它的载荷小，适用地域广泛。但它具有的供水压力周期性波动，储水量有限，需频繁启动水泵等缺点。 

　　2) 减压分区给水方式 

　　减压分区给水是分区供水方式的一种，利用减压阀或各区的减压水箱的减压达到减压的目的设备在运行过程中，水泵将水直接送入顶层的水箱，各区分别设置水箱和减压阀，由上区的水箱向下区的水箱供水。此过程中，水箱间可自行减压或依靠减压阀达到减压目的。各区不再设置水箱，提高了建筑面积的利用率，而且减压阀设备和管道系统价格低，安装方便，使其供水可靠，节约了投资与维护成本。但下区供水压力小损失较大，水泵能源消耗较大。在实际的使用情况下可通过一些可调式的减压阀来调节。 

　　3) 变频泵无水箱给水方式。 

　　变频泵无水箱给水是将单片机、变频技术和水泵机组相结合的技术，通过改变供电频率来改变电机的转速，从而达到调节水压与流量的目的。变频调速供水的优点是电机运行速度的可调性，可以根据不同地区用水量不同来调整，这样既能减少设备的损耗，也更加节能环保；同时，设备的占地面积小，由于不设高位水箱，减少了建筑负荷，避免了二次污染。 

　　由于变频泵的水压和流量可调 ,可取消高位水箱。该方式的主要优点:a.节能;b.在保持设定压力的前提下 ,根据用水量的变化情况随时调整电机的转速运行 ,既可延长设备使用寿命 ,又能保证运行的可靠性;c. 调速全自动化 ,使用方便; d. 结构紧凑 ,占地省 ,安装方便 ,便于集中管理等。变频调速水泵的缺点:a.变频器价格贵 ,整机费用比其他给水设备昂贵; b.变频器对工作环境条件(包括温度、湿度、灰尘等)要求较高;c.变频器易受外界电池干扰 ,影响机组正常运行。 

　　2给水排水设计优化 

　　1)给水管网的优化方法 

　　给水管网优化的目标，是通过设计规范要求、流速和管径的不等式约束条件，来达到管段流量和节点水压的费用函数的最优。目前，国内外学者对配水管网的优化方法进行了大量的分析研究，其优化方法主要分为确定性优化法和随机优化法，前者包含了一些传统的枚举法、线性规划法和非线性规划法等。而随机优化法则是近几年才发展起来的，主要有遗传算法和模拟退火算法等。 

　　高层建筑的给排水系统设计的给水系统，是通过蓄水池→水泵→水箱→减压阀→用水点的方式进行供应。此为高层建筑供水较为节能、节地、又方便管理的方案。其不仅能解决市政基础设施跟不上高层建筑发展速度所带来的弊端，防止对市政的给水管网产生冲击；而且能满足《高层民用建筑设计防火规范》当中对于消防的前期贮水量要求。同时多幢建筑可合用蓄水池，并将水池设在地下车库。具有灵活、高效、方便管理及有利销售的优点。且水箱供水是解决高层建筑的给水系统节能的问题的一项有效途径。 

　　 当没有自闭阀给水系统时，在给水管顶部设置一些自闭阀门，虽能达到水流控制的目的，但是对气流的控制却不能达到很好的效果。这样在系统断水时，就会产生大量的空气聚集在给水管内，当系统重新供水时，给水管内的气流就会被水流排挤到给水管的顶部，从而形成一个被压缩了的空气聚集区。此时如果人为地打开自闭阀门的开关时，给水管内的气流由于具有较强的压力，就会瞬间随着水流喷射出来，最终可能导致人员伤亡或者损坏设备的严重后果。因此，在日常的设计中应该增加一些个体建筑的户外阀门的控制设置，同时，还应该在设计中添加一些立管底部的给水阀门，在必要的时侯底层人员可以通过直接将给水的总阀关闭，以减少污染物的排放量，这样这些问题就会在一定程度上得到较大的缓解 

　　传统的消防给水方式：水箱水泵联合供水，即使在市政停水的状况下，水箱里的储水有能够维持人们在几个小时内的正常生活所需。但是该方式的缺点就是，水箱造成了水的二次污染。我认为可以在传统给水方式的基础上增加消毒设施即可解决此问题：既在水泵出水管上安装紫外线消毒器，高效杀毒灭菌，又能安全、可靠地提供生活用水水质、水量、水压。生活污水和雨水分流排放，而收集的污废水，单独处理后再排放。在实际铺设的管道过程中，通常将设备房建设在不规则的地段，以及地下室不规则，不影响地下室使用功能之处，以以保证地下车库设施以及使用功能。在方案设计时，各管道之间以及管道与墙体之间都要相隔一定的规范要求距离。为了平衡管内气压，还需要设置通气管使排水系统与大气相通。 

　　2)排水管网的优化方法 

　　排水管网的优化设计，目前主要有直接优化法和间接优化法（又叫解析优化法）。直接优化方法就是依据管道各项性能指标的变化，来选择各项实施方案和可调参数，通过计算和比较得到最优解，主要有电子表格法和两相优化法。现在排水管网优化设计主要体现在后者，既在最优化数学模型基础上，先进行最优化理论计算从而求出最优解。这其中主要就是选择不同的计算方法，任何计算方法，都是以设计规范要求、管径、流速、坡度以及充满度之间的水力关系为基础考虑因素。 

　　虽然理论计算和设计比较简单，但在实际施工过程当中，由于管径的尺寸不是能够任意变化和选择的，而且还要考虑与建筑设施中其他管线的铺设路劲之间的冲突，对于高层建筑而言，这些都不是能够根据实际情况做到很好的改变的。所以高层建筑在施工前，必须考虑到管道最大充满度与管径的关系、流速及其变化与管道的关系，各管线的内径、管卡及相应的配件尺寸，严格地设计出给排水管道及其他管道路线的间距，尽量建立最优化的模型。 

　　小结 

　　随着建筑业的高速发展，以及研究者们的不懈努力，高层建筑对给水排水的技术要求也随之而越来越高。目前，我国已在高层建筑的给水排水领域上取得了非常可观的成绩，以后的发展过程中应该更加注重实用性、可行性、安全性以及其有机结合，为打造世界一流的工程提供可靠的技术支撑和质量保障。 

　　参考文献 

　　[1]石鑫留，高层建筑给水排水工程设计研究［J］，山西建筑，2011，12 

　　[2]范 敏，郁 琥，我国高层建筑给水排水工程建设存在的几个问题和对策［J］，工程建设与管理，2011，11 

　　[3]杨木兴，高层建筑给水排水工程的设计探讨［J］．工程建设与管理，2010，10