試論超高層建筑給排水設(shè)計研究

朱洪楚

南京市建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 江蘇 南京 210000

隨著城市化進(jìn)程不斷深入，我國超高層建筑工程建設(shè)數(shù)量逐漸增加，在一定程度上增加了工程給水、排水難度。為了保證給排水系統(tǒng)有效運(yùn)行，需要設(shè)計人員嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范，做好給排水設(shè)計相關(guān)工作。超高層建筑給排水系統(tǒng)與傳統(tǒng)低層建筑工程相比，運(yùn)行要求相對較高，需要設(shè)計人員明確設(shè)計重點(diǎn)和難點(diǎn)，從多方面因素綜合分析，做好給排水系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計工作。

一、超高層建筑給排水系統(tǒng)選擇與分區(qū)

（一）高層建筑工程中的生活給水系統(tǒng)

現(xiàn)行的《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》對建筑工程生活給水系統(tǒng)分區(qū)作出明確規(guī)定，需要設(shè)計人員嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計。

首先，在生活給水系統(tǒng)設(shè)計中，需要對不同性質(zhì)的用水區(qū)域進(jìn)行明確區(qū)分。新時期背景下，各種類型超高層建筑工程大量涌現(xiàn)，其中包括功能單一的辦公樓和住宅樓，也包括多種功能的綜合樓，由于不同功能用水區(qū)域計費(fèi)不盡相同，所以在給水系統(tǒng)設(shè)計方面也要做到相互獨(dú)立。這就需要設(shè)計人員結(jié)合實際情況進(jìn)行分析。通常情況下，生活用水可以分為以下幾種：經(jīng)營服務(wù)用水、居民用水、特種行業(yè)用水等。設(shè)計人員在區(qū)分給水系統(tǒng)前，需要全面了解地區(qū)收費(fèi)范圍以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證給水系統(tǒng)區(qū)分科學(xué)、合理。

其次，在完成給水系統(tǒng)區(qū)分工作后，需要針對性選擇供水方式?！督ㄖo排水設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：如果建筑工程總高度超出100m，需要采用垂直串聯(lián)供水方式。設(shè)計人員應(yīng)該結(jié)合建筑工程不同功能，做到具體情況具體分析，合理選擇供水方式。例如：某住宅共有三棟45層超高層建筑工程，平均每層高度為3m，總建筑高度為135m。在給排水設(shè)計中，將生活給水作出以下分區(qū)：A區(qū)為地下2層到地上二層，該區(qū)主要由市政給水管網(wǎng)供水。B區(qū)為地上3-15層，該區(qū)主要由B區(qū)變頻泵組進(jìn)行供水。C區(qū)為地上15層到35層，該區(qū)主要由C區(qū)變頻泵組進(jìn)行供水。D區(qū)為地上35-45層，該區(qū)主要由D區(qū)定去水泵加壓到建筑工程頂部水箱進(jìn)行供水。在該高層建筑工程供水方式選擇過程中，需要考慮以下幾種情況：

第一，相對于屋頂水箱供水方式而言，變頻供水方式衛(wèi)生條件更加良好，在條件允許的情況下需要優(yōu)先采用變頻供水方式。該工程在100m以下供水系統(tǒng)中均選用變頻供水方式。

第二，變頻供水水泵組在運(yùn)行過程中，水流量的高峰值與低谷值差距越小，水泵組在高效區(qū)運(yùn)行時間就會越長，能夠充分滿足節(jié)能需求。在該工程中，由于共水泵組需要為多個用戶提供服務(wù)，所以流量較為均勻，高峰值與低谷值之間的差距也相對較小。

第三，共水泵組在運(yùn)行過程中所負(fù)擔(dān)的建筑工程層數(shù)，會直接受到給水器具承壓性能的影響?！督ㄖo排水設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：積水器具最大承受壓力應(yīng)小于0.6MPa。

第四，由于該工程沒有設(shè)置設(shè)備層，所以無法充分滿足串聯(lián)垂直給水需求，結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)分析，大多數(shù)超高層建筑都沒有設(shè)置設(shè)備層，如何能夠有效落實串聯(lián)垂直給水方式是現(xiàn)階段亟待解決的一個問題。

第五，超高層建筑工程給水管道較長，壓力也相對較大，在設(shè)計過程中需要充分保證給水安全性和穩(wěn)定性。而選擇高位水箱供水方式能夠充分滿足這一需求。并購且蘇水泵能夠在高效中長時間運(yùn)行，如果供水區(qū)域較小，其在耗能方面也會與變頻供水方式縮小差距。

（二）超高層建筑工程中的消防系統(tǒng)

1.消火栓系統(tǒng)

當(dāng)前，超高層建筑工程消防系統(tǒng)大多選擇臨時高壓給水系統(tǒng)供水方式。相關(guān)規(guī)定曾明確指出：消防栓栓口的靜水壓力需要低于1MPa，如果超出該數(shù)值，需要采用分區(qū)給水系統(tǒng)。所以在超高層建筑消火栓系統(tǒng)設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要嚴(yán)格按照該條例進(jìn)行分析，并利用減壓閥、水泵等做好分區(qū)工作。

仍然以上文提到的45層超高層建筑為例進(jìn)行分析，可以將消火栓系統(tǒng)的分為以下兩個區(qū)：低區(qū)為1-25層，主要由地下室消防栓泵減壓進(jìn)行供水。高區(qū)為26-45層，主要由消火栓泵進(jìn)行供水。這種分區(qū)不僅管路簡單、控制系統(tǒng)邊界、管徑較少，而且無需設(shè)備層。但也存在一定弊端，就是需要具備質(zhì)量較好的減壓閥。

如果建筑工程高度接近或超過200m，會受幾個高差影響，導(dǎo)致常見的管材設(shè)備在供水過程中產(chǎn)生壓力極限，此時則不能單純通過減壓閥對消火栓系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)。

例如：某高層建筑共50層，消火栓分區(qū)為：A區(qū)地下3層-地上7層。主要由地區(qū)消火栓泵經(jīng)過減壓閥進(jìn)行供水。B區(qū)為8-25層，主要由低區(qū)消火栓泵進(jìn)行直接供水。C區(qū)為26-37層，主要由高區(qū)消火栓泵經(jīng)過減壓閥進(jìn)行供水。D區(qū)為38-50層，主要由高區(qū)消火栓泵進(jìn)行直接供水。這種分區(qū)的優(yōu)勢在于降低消火栓泵的揚(yáng)程，溶蝕滿足管道及相關(guān)設(shè)備耐壓等級需求。但也存在一定弊端，就是對控制系統(tǒng)要求較高，需要設(shè)置設(shè)備層，為管理增加難度。

2.自動噴水滅火系統(tǒng)

高層建筑工程設(shè)計相關(guān)規(guī)范明確提出：如果建筑工程總高度超過100m，需要設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要嚴(yán)格按照《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》展開各項工作，保證管道在運(yùn)行過程中壓力低于1.2MPa。在分區(qū)過程中需要結(jié)合不通報警閥負(fù)責(zé)樓層進(jìn)行分析，盡可能保證生活給水系統(tǒng)和消火栓給水系統(tǒng)相互適應(yīng)，避免管道過于復(fù)雜或分散。另外，在設(shè)計預(yù)作用系統(tǒng)和濕式系統(tǒng)時，需要保證一個報警閥控制的噴頭數(shù)量低于800個，而干式系統(tǒng)報警閥控制的噴頭數(shù)量要低于500個。同時保證所有報警閥供水組的最高位置和最毒位置相差距離小于50m。由于每個報警閥都要設(shè)置單獨(dú)立管，如此會導(dǎo)致管道分散，為解決這一問題，需要設(shè)計人員將噴淋水泵和報警閥前的供水管道設(shè)計為豎向環(huán)狀，從而滿足自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計需求。

二、超高層建筑工程級配水系統(tǒng)管材和設(shè)備選型

（一）管材選型

如果給水管在運(yùn)行過程中壓力超過1MPa，需要優(yōu)先選擇強(qiáng)度較高的金屬管，通常不建議選擇塑料管。即便塑料管的承壓等級能夠達(dá)到1.6-2.5Mpa，但在實際應(yīng)用中也存在一定風(fēng)險。常見的金屬管有厚壁鍍鋅鋼管、不銹鋼鋼管等，可以結(jié)合供水需求進(jìn)行科學(xué)選擇。另外，在生活給水系統(tǒng)管材選擇過程中，需要充分考慮水資源衛(wèi)生問題，可以選用涂塑料管等管材。為了保證管材密封性良好，需要選擇法蘭、焊接、溝槽等連接方式。除此之外，如果在給水設(shè)計中選擇小于DN100的管材，需要采用螺紋連接方式。如果選擇塑料管道，需要采用熱熔連接方式，但熱熔連接存在一定弊端，不能在高壓管道系統(tǒng)中應(yīng)用。

超高層建筑工程給排水管道選擇多種多樣，其中較為常見的有HDPE排水管道、PVC-U排水管道、球墨鑄鐵配水管道等。其中PVC-U排水管道自身強(qiáng)度較差，尤其采用成品膠粘結(jié)的管材在使用過程中極其容易產(chǎn)生脫落現(xiàn)象，所以盡量不使用。

（二）閥門選型

超高層建筑工程中給水系統(tǒng)下部分閥門在選型過程中，需要結(jié)合系統(tǒng)工作壓力以及試驗結(jié)果確定公稱壓力等級。如果給水系統(tǒng)沒有設(shè)置安全泄漏裝置，需要設(shè)計人員充分考慮水錘因素。

（三）水泵接合器選型

高層建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)規(guī)范提出：室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)需要設(shè)置防火泵接合器。如果給排水系統(tǒng)有分區(qū)，需要設(shè)計人員在消防車供水壓力范圍內(nèi)針對性設(shè)置消防水泵接合器。當(dāng)前，我國出臺的《消防水泵接合器安裝》相關(guān)規(guī)范強(qiáng)調(diào)，消防水泵接合器只適用于消防系統(tǒng)壓力低于1.6MPa情況下，如果超出該數(shù)值，但是又在消防車供水壓力范圍內(nèi)，需要采用特別定制的水泵接合器。

三、超高層建筑工程給排水系統(tǒng)減壓措施

超高層建筑工程的給排水系統(tǒng)，相對于常規(guī)建筑工程給排水系統(tǒng)而言大多處于高壓運(yùn)行狀態(tài)，這也在一定程度上增加了運(yùn)行不穩(wěn)定因素，為了從根源上避免意外事故的發(fā)生，同時減少維修養(yǎng)護(hù)次數(shù)，需要采取針對性措施對給排水系統(tǒng)進(jìn)行減壓，具體分析如下：

（一）給水系統(tǒng)減壓

針對超高層建筑給水系統(tǒng)，可以采用減壓穩(wěn)壓消火栓、泄壓閥、節(jié)流管、減壓閥、安全閥等方式進(jìn)行減壓。上文提到。超高層建筑經(jīng)常使用減壓閥對給水系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)，而用于分區(qū)的減壓閥有兩種，一種為比例式減壓閥，另一種為可調(diào)式減壓閥。后者壓力調(diào)整范圍通常在0.7MPa范圍內(nèi)，在對生活給水系統(tǒng)進(jìn)行減壓時，閥前和閥后的壓力需要控制在0.4MPa以內(nèi)。如果高層建筑工程內(nèi)部要求環(huán)境盡可能安靜，則閥前和閥后的壓力需要控制在0.3MPa以內(nèi)，另外，一個給水分區(qū)不可避免存在超壓管段，此時也可以采用可調(diào)式減壓閥進(jìn)行減壓。通常情況下，如果管徑大于DN50，可以采用先導(dǎo)式可調(diào)節(jié)減壓閥，如果管徑小于或等于DN50，也采用直接式可調(diào)節(jié)減壓閥。消防給水系統(tǒng)在減壓方面與生活給水系統(tǒng)大致相同，也需要采用減壓閥分區(qū)，其不同點(diǎn)為消防給水系統(tǒng)采用的減壓閥需要成組設(shè)置，而生活給水系統(tǒng)減壓閥既可以成組設(shè)置，也可以單獨(dú)設(shè)置，成組設(shè)置即備用設(shè)置，如果不采用成組設(shè)置方式，需要保證減壓閥失效時，管道壓力低于衛(wèi)生器具可承受壓力。上文提到，衛(wèi)生器具最大承壓力在0.6MPa范圍內(nèi)。

（二）排水系統(tǒng)減壓

為了避免超高層建筑水流高速下落，導(dǎo)致排水管道受到?jīng)_擊發(fā)生損壞，需要采用針對性減壓方式降低水流沖擊力。當(dāng)前排水系統(tǒng)設(shè)計中，較為常見的減壓方式有彎道偏執(zhí)、乙字彎等方式，在條件允許的情況下也可以采用蘇維托系統(tǒng)和螺旋消音排水管道。另外，在管道彎折位置，需要做好支墩或支架，避免水流高速流動產(chǎn)生沖擊損壞管道，從而充分發(fā)揮高層建筑工程中排水管道的作用和功能。

結(jié)束語

綜上所述，由于超高層建筑高度較高，所以管路系統(tǒng)的內(nèi)壓力也會相對較大，這也對給排水系統(tǒng)設(shè)計提出了較高要求。如果設(shè)計人員設(shè)計不當(dāng)，會為給排水設(shè)計增加安全隱患，容易產(chǎn)生各種事故，所以本文從給排水系統(tǒng)分區(qū)、設(shè)備管材選型等方面入手，提出幾點(diǎn)給排水系統(tǒng)設(shè)計方法，旨在為提高建筑工程功能性和實用性奠定基礎(chǔ)。