高层建筑给水排水设计探讨

 【摘 要】随着社会经济的飞速发展，我国建筑行业的不断进步，高层建筑的应用越来越广泛，文章主要对我国高层建筑给水排水设计进行了详细阐述，结合自身工作经验，提出相关问题及看法。 

　　【关键词】高层建筑；生活给水：节水节能；排水系统；消防系统 

　　引言 

　　随着城市经济建设的高速发展，高层建筑无论是高度还是规模都不断增加。对于高层建筑给排水设计无论是在技术广度还是设计深度上都远远超过一般的建筑给排水。例如高层建筑给水排水设备使用人数多，水量大；一且发生停水或排水管道堵塞事故影响范围大；竖向分区多，动力设备多，火灾隐患大；高层建筑的排水量大，管道长等。本文就结合工程实例，分析了高层建筑给水排水的设计要点。 

　　1 工程概况 

　　某大厦为高层公共建筑，以东、西两座塔楼的形式分别坐落基地东、西位置，底部以四层裙楼相连，东、西塔楼（含底部四层裙楼）建筑高度为129.50m。该大厦主要功能布局：本建筑有两层地下室，其功能主要为停车库、设备用房；地上裙房为四层，一至三层为商场、辅助用房；四层为商务办公、会议中心及配套设施；标准层（524层）为办公，在5层和20层分别设置避难层。 

　　2 生活给水系统 

　　2.1 关于生活给水方式的确定 

　　该大厦水源采用市政自来水，大厦从西侧市政绐水管引入一根DN200进水管与本工程窒外环状给水管连接，市政供水压力从当地市政部门得到资料为0.12MPa。笔者认为该大厦作为当地的重要公共建筑，应强调供水可靠性和稳定性，且该建筑由于楼高关系，笔者采用了接力重力供水方式。 

　　（1）分别在东、西塔楼的20层避难层设中间转输水箱及转输水泵，分别在东、两塔楼的核心筒屋面145.6M处设置屋顶生活水箱。 

　　（2）地下2层水泵房设置1级给水加压泵，从地下2层生活水池提升生活用水至20层避难层的中间转输水箱，再由转输水泵从该中间转输水箱提升生活用水至屋顶生活水箱。 

　　（3）本大厦17层至24层由屋顶水箱重力供水，1层至16层由中间转输水箱重力供水。系统设减压阀将17层至24层分为两个供水分区，1层至16层分为两个供水分区，保持供水水压于00.15至0.45MPa范周内。采用上述给水系统进行串联提升，大大降低了给水泵的扬程及管材最大承压，系统承压不会超过1.5Mpa，目前的技术及设备承受此压力还是比较安全的。另外一方面由于采用了工频泵，不像变频调速给水泵那样启停频繁，也延长水泵寿命。 

　　2.2 关于建筑节水节能的技术措施 

　　目前建筑给排水中常见的水资源浪费的几种方式：1）超压出流造成浪费；2）管道、阀门及其它给水配件等泄漏造成浪费；3）给水系统二次污染造成浪费；4）卫生器具配置不合理造成浪费。针对以上情况，笔者在设计时采取了以下措施； 

　　控制超压出流的措施：在我国现行的《建筑给水排水设计规范》中，从防止给水配件承压过高会导致损坏的角度对给水配件和入户支管的最大压力做了一定的限定。 

　　②减少管道、阀门及其它给水配件泄漏的措施：选择优质的管材、阀门及其他给水配件。生括给水管采用压力等级1.5MPa的钢塑复合管。 

　　③防止给水系统二次污染的措施：a、分开设置生活与消防水池。生活与消防水池分设可以缩短生活用水的停留时间，避免对生活用水的水质产生影响。b.生活水池、水箱中设水箱自括消毒器，其工作原理：利用水中自有成分，通过微电解产生氧化性物质，对水箱或水池中的水进行消毒和抑菌抑藻处理，并通过循环处理使含有消毒成分的水不断地清洁水箱或水池内壁，有效降低给水系统二次污染。c.室外消火栓管网独立设置，与市政给水管连接处采用倒流防止器进行防污隔断。 

　　④降低卫生器具配置不合理造成浪费的措施：a、采用陶瓷片阐芯水龙头，这种水龙头密闭性好、启闭迅速、使用寿命长。b、使用冲洗水箱6L的大便器，控制每次使用的冲洗水量。c、采用红外感应龙头的冼脸盆、感应式冲洗阀的小便器和大便器。 

　　3 排水系统 

　　由建筑高度引起的势能如何消除？水流从120多米高处下落，对排水管是否造成破坏，水流的冲击是否破坏较低层的水封？为解决这些问题需从排水管系中的水流状态分析入手。排水立管中的水流是断续、非均匀、带有空气的，下落时是水气混合的两相不稳定流，流量时大时小，满流与非满流交替。立管中水流的具体变化过程为附壁螺旋流水膜流等速水膜流柱塞流，对排水管系造成破坏的水流状态为柱塞流。 

　　要保证排水管系安全可靠和经济合理，首先要保证排水立管中的水流不形成柱塞流，应维持在等速水膜流，这就需要进行严格水力计算，控制排水立管中水流速度，避免由于水流冲击对管道造成破坏。笔者在本建筑排水设计时，在立管上隔一定的距离设置立管简易消能装置（详见GB96S406-28），可减小约50%的流速，自顶层起每隔6层设置一套消能装置。另一保证排水管系安全的重要措施就是设置了专用的通气立管与大气相通，从而释放排水管道中的正压以及补给空气减小负压，使管内的气压接近大气压力，保证立管内的空气流通，排除排水管道内的有害气体，保护卫生器具的水封。工程实践表明设置专用通气立管可使立管排水能力大大提高。 

　　4 消防系统 

　　根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045一95）2005年版（以下简称“高规”）的规定，该大厦共设有六个灭火系统：分别为室内消火栓系统、室外消火栓系统、自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统、气体灭火系统、固定消防炮灭火系统。按超高层民用建筑设计，室外消防用水量为30L/s，室内消防用水量为40L/s，火灾延续时问按3h计；自动喷水灭火系统用水量为40L/s（商场及地下停车库的自动喷水灭火系统以中危险II级设计，喷水强度为8L/min.m2，作用面积160m2），火灾延续时问按1h计；水喷雾灭火系统用水量为40 L/s，火灾延续时问按0.5h计；合计一次火灾最大消防用水量为900m3，其中室内消防用水量576m3，室外消防用水量324m3。地下室2层设置消防水池900m3（分两格）及消防加压水泵房，满足本建筑室内外消防用水。火灾初期的消防用水由西塔楼屋顶高位消防水箱提供，本工程水箱贮火灾初期消防水量为18m3。“高规”7.4.6.5条规定： “消火栓栓口的静水压力不应大于1.OOMPa，当大于I.00MPa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.50MPa时，应采取减压措施”。根据该条规范规定，该大厦屋顶水箱底至地下2层地面约155m，且屋顶还设有消火栓系统和自动喷水灭火系统合用的消防增压稳压设备，因此该建筑必然要进行竖向给水分区。笔者通过计算得出，本建筑室内消火栓系统竖向至少应分为两个区，考虑到造价因素，笔者认为分区最少的情况下能最大可能的节省工程造价。如果消火栓系统竖向分为两个区，通过计算得出在20层避难层分区比较台适，且分区处的环状管网在避难层设置也相对合理，不会影响办公楼楼层净高。其次，高、低区室内消火栓管网中低压部分消火栓均选用了减压稳压型消火栓，其在消防系统的使用中能有效准确的控制消防水锤及流量，即使系统压力在一定范围内产生波动，栓内也能进行自动调节，从而保证栓后压力维持稳定。“高规”7.5.6条规定“高层建筑消防给水系统应采取防超压措施”。高层建筑消防用水量较大，但在火灾初期消火栓的实际使用数和自动喷水灭火系统的喷头实际开放数要比规范规定的数量少，其实际消防用水量远小于水泵选定的流量值，而消防水泵在试验和检查时水泵出水量也较少，此时管网压力升高，有时超过管网允许压力而造成事故。笔者在大厦的消防设计中，考虑到防止消防系统超压造成事故，在地下室消防水泵房内各消防系统设置了回流管，回流管上设泄压阀。当火灾初期消防管网压力短时间内超过泄压阀设定值时，水流会打开泄压阀通过回流管回流至消防水池，这样能够有效地防止消防管网超压。 

　　“高规”7.4.5.2条规定“消防给水为竖向分区供水时，在消防车供水压力范围内的分区，应分别设置水泵接合器。”，其条文说明明确提出，只有采用串联给水方式时，上区用水由下区水箱抽水供给，可仅在下区设水泵接合器，供全楼使用。 

　　5 结束语 

　　总之，高层建筑的给水排水系统的设计是综合性很强的一门学科。高层建筑的建筑格局复杂，功能齐全，给排水的管线布置复杂。因此，给排水及消防系统的设计要求更高，需要通过不断总结来完善设计，保证高层建筑的安全、合理、美观和经济。 

　　参考文献： 

　　[1]王学良李洋，超限高层建筑消防给水系统设计特点探讨[J]给水排水2007.10 

　　[2]《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045一95）2005年版 

　　[3]《建筑给水排水设计规范》