關(guān)于超高層給排水設(shè)計(jì)的備忘錄

筆者有幸參與了幾個(gè)超高層項(xiàng)目，從中獲益良多?，F(xiàn)將幾點(diǎn)心得和體會(huì)分享出來(lái)，因筆者水平有限，其中謬誤之處，還請(qǐng)指正海涵。

一、供水方式的選擇

目前來(lái)講，供水方式無(wú)非兩種：一是設(shè)置高位水箱的重力供水方式，二則是采用變頻泵的變頻供水方式。關(guān)于這兩種方式的節(jié)能性在學(xué)術(shù)界存在較大的分歧，就筆者所查找到的資料來(lái)看，目前為止并無(wú)國(guó)家性的法規(guī)或是權(quán)威資料表明哪種供水方式更有利于節(jié)能。而從筆者所參與的項(xiàng)目來(lái)看，筆者更傾向于在超高層辦公樓采用變頻供水的方式，其原因如下：按建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范，超高層每隔50m左右會(huì)設(shè)置一個(gè)避難層，國(guó)內(nèi)普遍做法都兼用為設(shè)備層，這樣我們可以利用避難層設(shè)置中間轉(zhuǎn)輸水箱，每100m左右設(shè)置一組變頻泵加壓供水。采用上述系統(tǒng)給水設(shè)備及管材最大承壓為100m的高度，系統(tǒng)承壓不會(huì)超過(guò)2MPa，目前的技術(shù)及設(shè)備承受此壓力還是比較安全的，另外一方面由于辦公樓的用水量較小，時(shí)變化系數(shù)為1.5，在變頻加壓水泵的選型上采用一個(gè)流量分配采用100%-50%-100%，其中最后一個(gè)100%為備用，其水泵的出水量基本可以和系統(tǒng)的用水量相吻合，同時(shí)轉(zhuǎn)輸水泵采用工頻泵，可以保證各水泵在高效區(qū)運(yùn)行，達(dá)到變頻節(jié)能的目的，并相應(yīng)減少了機(jī)房的面積以及二次污染的幾率。

但是到了酒店時(shí)，情況又有不同，一般而言由于酒店對(duì)壓力的穩(wěn)定性要求較高，為避免變頻加壓供水出現(xiàn)的用水忽冷忽熱，酒店采用屋頂水箱重力供水更加合理，此時(shí)可以通過(guò)同時(shí)設(shè)置冷、熱水箱，并通過(guò)對(duì)冷、熱水管道同程布置，達(dá)到對(duì)冷、熱水壓力平衡的要求。而對(duì)于屋頂水箱二次污染問(wèn)題，酒店一般設(shè)有完善的物業(yè)管理，并經(jīng)常對(duì)水箱沖洗，另外酒店為24小時(shí)用水，水箱里的儲(chǔ)水可得到及時(shí)更新，有效避免出現(xiàn)二次污染，值得注意的是，《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》要求對(duì)生活給水水箱設(shè)置消毒設(shè)施。另一方面酒店建筑的用水特點(diǎn)是用水變化比較大，時(shí)變化系數(shù)為2.5～2，此處注意《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》新修訂稿明確冷水給水時(shí)變化系數(shù)也應(yīng)插值法取值；如采用變頻給水方式，水泵數(shù)量少時(shí)不容易取到合適的變化曲線，為適應(yīng)用水曲線就會(huì)造成水泵臺(tái)數(shù)過(guò)多的新問(wèn)題，大多數(shù)情況都不能保證水泵運(yùn)行在高效區(qū)，從而造成效率下降，能源浪費(fèi)。因此酒店建筑的超高層建筑筆者認(rèn)為以屋頂水箱重力供水方式為宜。

二、中間轉(zhuǎn)輸水箱的計(jì)算

超高層建筑中間轉(zhuǎn)輸水箱包括消防轉(zhuǎn)輸水箱和生活轉(zhuǎn)輸水箱兩部分。消防的中間轉(zhuǎn)輸水箱在《消防給水及消火栓技術(shù)規(guī)范》（GB50974-2014）【以下簡(jiǎn)稱“消規(guī)”】中規(guī)定：當(dāng)采用消防水泵轉(zhuǎn)輸水箱串聯(lián)時(shí)，轉(zhuǎn)輸水箱的有效容積不應(yīng)小于60m3，轉(zhuǎn)輸水箱可作為高位消防水箱。同時(shí)消規(guī)也對(duì)高位消防水箱的容積做了如下規(guī)定：一類高層公共建筑，不應(yīng)小于36m3，但當(dāng)建筑高度大于100m時(shí)，不應(yīng)小于50m3，當(dāng)建筑高度大于150m時(shí)，不應(yīng)小于100m3。值得注意的是，消規(guī)已經(jīng)取消了原有規(guī)范中關(guān)于10分鐘水量的概念。而對(duì)于生活給水系統(tǒng)，《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015——20032009年版）3.7.8條規(guī)定：生活給水用中途轉(zhuǎn)輸水箱轉(zhuǎn)輸調(diào)節(jié)容積宜取5～10min轉(zhuǎn)輸水泵的流量。作為生活給水系統(tǒng)的轉(zhuǎn)輸水箱，其作用有兩個(gè)：一為下區(qū)泵的調(diào)節(jié)容積，即保證水泵每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)不大于6次的調(diào)節(jié)水量，此部分水量為轉(zhuǎn)輸水泵5～10min的出水量；二是防止上區(qū)水泵停泵，壓力回傳對(duì)下區(qū)水泵造成沖擊。如果采用重力供水方式，則中間轉(zhuǎn)輸水箱一般是當(dāng)做上區(qū)水泵的吸水井和本區(qū)用水的調(diào)節(jié)水箱，一般吸水井容積為水泵3～5min的出流量，調(diào)節(jié)容積按水箱重力供水服務(wù)區(qū)域最大時(shí)用水的50%計(jì)，兩部分疊加為重力供水系統(tǒng)中間轉(zhuǎn)輸水箱的容積。

三、排水系統(tǒng)中勢(shì)能的消除

水流從300米多高處下落，對(duì)排水管系是否造成破壞，水流的沖擊是否破壞較低層的水封？由建筑高度引起的勢(shì)能如何消除？也許你還知道終限流速理論，但具體問(wèn)題中如何應(yīng)用這個(gè)理論？要解決這些問(wèn)題，最終還要從排水管中的水流狀態(tài)分析中去找答案。

排水立管中的水流是斷續(xù)、非均勻的，帶有空氣，下落時(shí)極不穩(wěn)定的水氣兩相流，流量時(shí)大時(shí)小，滿流與非滿流交替。立管中水流的具體變化過(guò)程為附壁螺旋流→水膜流→等速水膜流→柱塞流，而對(duì)排水管系造成破壞的水流狀態(tài)為柱塞流。如立管中的水流狀態(tài)為柱塞流而其中的氣流又不足以破壞水塞時(shí)，水塞造成有壓沖擊流，在其運(yùn)動(dòng)的前端為大于大氣壓的正壓，后端為小于大氣壓的負(fù)壓，隨著水塞得下落，管中的氣壓發(fā)生激烈變化，會(huì)形成正壓噴濺或負(fù)壓抽吸，對(duì)排水管系中衛(wèi)生器具水封層的穩(wěn)定產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致排水管道系統(tǒng)不能正常工作。

要保證排水管系安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理，首先要保證排水立管中的水流不形成柱塞流，應(yīng)維持在等速水膜流，這就需要進(jìn)行嚴(yán)格水力計(jì)算，控制立管設(shè)計(jì)流量的負(fù)荷極限值為在等速水膜流狀態(tài)下達(dá)到終限流速時(shí)的流量；此外在排水立管中采取一些消能措施，減小水流的下降速度，避免由于水流的沖擊對(duì)管系造成，試驗(yàn)表明在立管上隔一定的距離設(shè)置“乙”字彎可以減小約50%的流速，工程中一般自頂層起每隔6層設(shè)置一套消能裝置；另一保證排水管系安全的重要措施就是設(shè)置專用的通氣立管與大氣相通，從而釋放排水管系中的正壓以及補(bǔ)給空氣減小負(fù)壓，使管內(nèi)的氣壓保持接近大氣壓力，保證立管內(nèi)的空氣流通，排除排水管道中的有害氣體，保護(hù)衛(wèi)生器具的水封，在《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-20032009年版）給出的數(shù)據(jù)可以看出，設(shè)置專用通氣立管是，排水立管的排水能力增大一倍以上。以上措施可以保證在超高層建筑排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)由于建筑高度引起的排水勢(shì)能得到有效消除，保證系統(tǒng)安全。

四、雨水系統(tǒng)

由于降雨不可人為控制，雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不安全對(duì)建筑尤其是超高層建筑的損害非常大，因此超高層建筑屋面雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的取值應(yīng)慎重?！督ㄖo水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》4.9.5條規(guī)定，重要公共建筑屋面雨水排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期不宜小于10年；4.9.9條規(guī)定，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。超高層因其自身特點(diǎn)不可能設(shè)置溢流口，筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)雨水重現(xiàn)期應(yīng)直接取50年，同時(shí)按100年校核雨水系統(tǒng)的排水能力。

除了設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的取值問(wèn)題外，還有一個(gè)問(wèn)題需要考慮。由于建筑高度很高，目前常用的87型雨水斗設(shè)計(jì)流態(tài)為重力流但需要考慮排水壓力，因此在選用雨水系統(tǒng)管材時(shí)需要考慮由于建筑高度引起的靜壓力，一般采用無(wú)縫鋼管。超高層建筑屋面雨水排水采用純重力流雨水系統(tǒng)是比較經(jīng)濟(jì)安全的，但重力流雨水斗沒(méi)有成型的產(chǎn)品可供使用，目前還是按87型雨水斗系統(tǒng)設(shè)計(jì)。尤其應(yīng)注意的是室內(nèi)雨水排入的第一個(gè)室外檢查井選用消能井，以防止由于排除管壓力過(guò)高引起噴濺事故。

超高層建筑雨水系統(tǒng)還有一個(gè)不容忽視的問(wèn)題——雨篷的雨水排水。雨篷的面積雖然不大，其雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期可按5年取值，但是雨篷所截留的上方側(cè)墻的面積（面積取值折減一半）遠(yuǎn)大于雨篷的面積，一般也遠(yuǎn)大于屋面的面積，因此雨篷的雨水排水量遠(yuǎn)比屋面的排水量大。由于雨篷面積小，雨水斗多，立管也多，并且雨篷是建筑專業(yè)的門面，因此建筑專業(yè)對(duì)雨水斗、立管的設(shè)置有諸多限制，而雨篷下面是人員的出入口，安全性十分重要，因此在配合此部分的設(shè)計(jì)時(shí)要妥善處理，首先要做到安全可靠再考慮美觀因素。

五、地下車庫(kù)的排水

凡高層建筑均設(shè)有地下室，一方面是由于結(jié)構(gòu)需要，另一方面，向地下要空間。由于地下汽車庫(kù)有汽車進(jìn)出口，我們不可能也沒(méi)必要將其坡道完全遮蓋，必定有段露天部分，這些露天部分，除了投影平面有雨水外，還有側(cè)壁包括上部建筑側(cè)墻以及出入口的飄雨，按照規(guī)范要求，其雨量前者按100%計(jì)算，后者按最大墻面的50%計(jì)算，這些雨水由截水溝排至集水坑，再經(jīng)由潛水泵提升排出。截水溝的設(shè)置，有的在上端、中端、下端各設(shè)置一條，有點(diǎn)在上端和下端各設(shè)置一條，不同的人有不同的設(shè)置方式。以筆者的觀點(diǎn)，綜合來(lái)看，在下端一條必不可少，并且僅設(shè)在地下一層的坡道上，地下二層及以下層就沒(méi)有必要再設(shè)了。上端的截水溝一般必要性不大，因?yàn)樵谏隙颂幰话愣荚O(shè)有反坡，正反坡相交處坡脊一般高于室外路面，具有擋水作用。一般坡脊高出室外路面10㎝為宜。

對(duì)于上層而言，排水可以直接采用地漏排至下層，而對(duì)于車庫(kù)內(nèi)底層的排水一般有兩種方式：一是采用排水明溝，另一種則是采用地漏。溝設(shè)在地面找坡后的最低處，假設(shè)溝的起始高為200，溝底兩端相差100，若溝坡按0.5%考慮，則溝長(zhǎng)可達(dá)20m，即兩集水坑之間的距離可達(dá)40m，若溝坡按0.3%考慮，則溝長(zhǎng)可達(dá)33m，即兩集水坑之間的距離可達(dá)66m。另外在設(shè)置集水坑的位置時(shí)，要適當(dāng)注意，設(shè)溝坡0.5%，若坑設(shè)在兩端，溝總長(zhǎng)最長(zhǎng)為40，若坑設(shè)在距兩端頭的1/4處，溝的總長(zhǎng)剛可達(dá)80m，若溝長(zhǎng)40m，坑設(shè)在中間，則可減少一個(gè)坑，從以上情況分析來(lái)看，坑設(shè)在中間較經(jīng)濟(jì)，如果坡長(zhǎng)有剩余，則可加大溝坡，以有利排水。一般而言，集水坑的設(shè)置按照經(jīng)驗(yàn)來(lái)看可以每1000平方設(shè)置1.5～2個(gè)。

六、結(jié)束語(yǔ)

總之，超高層建筑與一般建筑相比，具有層數(shù)多、高度大、功能復(fù)雜、用水要求高、排水量大等特點(diǎn)，對(duì)給排水設(shè)計(jì)者提出了較高的要求，我們應(yīng)該熟練掌握相應(yīng)規(guī)范條文才能保證設(shè)計(jì)過(guò)程中不出紕漏。