高層建筑給水排水的優(yōu)化方案設(shè)計(jì)分析

黃琳

華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230000

引言

水是生活中的必要資源，隨著人民生活水平的提高，建筑不只是遮風(fēng)擋雨的工具，其舒適性、安全性開始被人們所重視，而給排水系統(tǒng)也得到了越來越多的關(guān)注，急需進(jìn)一步優(yōu)化高層建筑的給水排水設(shè)計(jì)。

1 高層建筑給水排水的特點(diǎn)

高層建筑本身樓層高、振動(dòng)源多、用水量和排水量巨大，為給水排水工程的設(shè)計(jì)、施工提出了更高的要求，而且給水排水工程在投入運(yùn)行后難以更改調(diào)整，使得前期設(shè)計(jì)方案的重要性劇增。高層建筑給水排水的特點(diǎn)主要有三個(gè)方面：第一點(diǎn)是高層建筑住戶較多，給水排水使用人數(shù)更多，瞬間的給水量和排水量必須要有保障。第二點(diǎn)是高層建筑中給水排水管道及設(shè)備較多，很容易產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，需要進(jìn)一步優(yōu)化。第三點(diǎn)是高層建筑管道長(zhǎng)，管道壓力波動(dòng)較大，必須要穩(wěn)定管道壓力，使系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行。

2 高層建筑的消防給水系統(tǒng)組成

高層建筑的消防給水系統(tǒng)由消火栓系統(tǒng)與噴淋系統(tǒng)兩大部分組成。消火栓系統(tǒng)由消防水池、高位消防水池、消防泵、穩(wěn)壓系統(tǒng)、管道系統(tǒng)、消火栓等組成。噴淋系統(tǒng)由消防水池、高位消防水池（與消火栓系統(tǒng)合用）、消防泵、穩(wěn)壓系統(tǒng)、報(bào)警閥組、壓力開關(guān)、水力警鈴、信號(hào)閥、水流指示器、管道系統(tǒng)、噴淋頭、末端試水裝置、壓力流量控制部分等組成。

3 高層建筑給水排水存在的問題

3.1 高層建筑給水排水問題

隨著技術(shù)發(fā)展，高層建筑給水排水工程已經(jīng)具備了一定的水平，不過仍然存在一些亟待解決的問題。首先是管道滲漏現(xiàn)象在高層建筑的排水管道中較為多見，由于排水過程會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，將為管道增加負(fù)荷，這對(duì)排水管道的承載能力提出了挑戰(zhàn)，而在設(shè)計(jì)施工時(shí)沒有充分考慮，依然采用傳統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)，很容易導(dǎo)致管道滲漏甚至是破裂問題的發(fā)生。另外，管材本身的質(zhì)量設(shè)計(jì)也是滲漏問題的影響因素之一。其次是管道堵塞問題，堵塞問題主要是設(shè)計(jì)的管道直徑太小，導(dǎo)致一些較大體積的雜物難以排出。最后是供水水壓不足，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)用水量的估算不準(zhǔn)確，或是水泵設(shè)計(jì)不合理，水箱高度較低，都會(huì)導(dǎo)致給排水的水壓無法滿足高層建筑的需求。

3.2 高層建筑給水排水設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

高層建筑不斷增多，以及建筑造型與規(guī)模的多樣性發(fā)生，給水排水設(shè)計(jì)不僅要考慮給排水系統(tǒng)的合理性，還需兼顧各類管道在建筑中的有效布置，適應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)并節(jié)約施工成本，加上近年來綠色建筑理念逐漸擴(kuò)展，雨水綜合利用、中水回用、太陽能利用等系統(tǒng)與給排水設(shè)計(jì)逐漸銜接，高層建筑給排水設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容也在不斷增加。現(xiàn)階段，給排水設(shè)計(jì)技術(shù)日趨成熟，高層建筑給排水設(shè)計(jì)可以滿足絕大多數(shù)情況。不過給排水設(shè)計(jì)在建筑層面上還存在一些問題。比如一些建筑在給水設(shè)計(jì)中采用不同的分區(qū)模式，原有的市政管網(wǎng)可用水源變?yōu)闊o效能耗，不僅會(huì)造成壓力能量的浪費(fèi)，而且底層用戶水壓過大，很容易出現(xiàn)超壓出流現(xiàn)象。而管網(wǎng)疊壓給水方式雖然可以有效利用市政管網(wǎng)的壓力，具有良好的經(jīng)濟(jì)效果，但是在高層建筑蓄水量方面存有不足之處。

3.3 高層建筑給水排水設(shè)計(jì)難點(diǎn)

高層建筑給水排水設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要集中在兩方面：一方面是高層建筑室內(nèi)水消防系統(tǒng)的給水設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段，大多數(shù)高層建筑以及超高層建筑給水設(shè)計(jì)采用的串聯(lián)加壓供水系統(tǒng)和重力流供水系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)各有優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)過程中需要考慮建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、建筑類型、地區(qū)設(shè)計(jì)習(xí)慣等多種內(nèi)容，需要設(shè)計(jì)人員綜合考慮。另一方面是高層建筑的消防水箱的規(guī)劃。在滿足消防規(guī)范要求的前提下，需盡可能減少消防水箱占用的面積。而消防水系統(tǒng)并非只包含給排水設(shè)計(jì)，與其他專業(yè)設(shè)計(jì)也有諸多關(guān)系，需要各部門之間協(xié)調(diào)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證其安全可靠。此外，高層建筑給水排水設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)環(huán)節(jié)較多，需要根據(jù)給排水系統(tǒng)的特點(diǎn)來進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，從全方位規(guī)劃，針對(duì)性設(shè)計(jì)來增強(qiáng)高層建筑給排水系統(tǒng)的有效性。

4 高層建筑給水排水的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 給水系統(tǒng)

高層建筑本身特點(diǎn)決定了僅依靠外界管網(wǎng)的供水壓力，是難以滿足較高樓層用水的水壓要求的，需要對(duì)高層建筑進(jìn)行豎向分區(qū)，充分利用給水管網(wǎng)的壓力。給水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分為兩個(gè)方面。一方面是生活、消防水池的構(gòu)建設(shè)計(jì)。從水體質(zhì)量及后續(xù)管理維護(hù)方面來看，將生活用水和消防水池進(jìn)行分開建設(shè)并共用吸水管，可以優(yōu)化建筑管理和供水壓力。合建貯水池或水箱必須按照規(guī)定，避免消防貯水不會(huì)被動(dòng)用，而分建則無須考慮。分建的貯水池只需選擇面積較小，上部條件靈活的區(qū)域，無須占用較大面積，能夠降低工程成本，并且在實(shí)際設(shè)計(jì)中，生活貯水池可以占據(jù)較好的位置，也能夠?yàn)橄蕾A水池提供一定的容量保障，而吸水管的設(shè)計(jì)則更為簡(jiǎn)單。若消防水泵為自灌式吸水，每臺(tái)水泵無須獨(dú)立設(shè)置吸水管。共用的吸水管應(yīng)盡可能選擇最大的管徑，將流速控制在0.5m/s左右，水泵支管的流速則為1.0m/s左右。各水泵支管與共用吸水管的連接應(yīng)采用管頂三通連接方式，以此保證吸水管能夠自動(dòng)排氣[1]。

提高供水壓力有四種設(shè)計(jì)方式：一是提高水箱的底標(biāo)高，增加用水點(diǎn)和水箱的高差，這種方式經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，但實(shí)用性較低，水箱提高1m才能提高10kPa，效率較差。二是增設(shè)增壓泵，安裝小型增壓泵基本可以解決供水壓力問題，不過水泵運(yùn)作會(huì)產(chǎn)生噪音，降噪處理會(huì)增加成本，而放置不管則會(huì)對(duì)住戶造成影響。三是安裝氣壓給水設(shè)備，此設(shè)施的壓力提升較好，并由壓力控制器自行管控，缺點(diǎn)是其壓力罐體積較大，會(huì)占用一定的空間，在高層住宅中使用較少。最后一種就是分區(qū)恒壓變量供水系統(tǒng)。通過計(jì)算供水區(qū)間的最大流量揚(yáng)程，設(shè)置合理的供水泵和變頻器，在設(shè)定的工作壓力下，用戶的用水量變化將通過變頻器控制水泵電機(jī)，滿足所有用戶的供水需求。

4.2 消防給水系統(tǒng)

消防給水系統(tǒng)往往是建筑設(shè)計(jì)中不被重視的地方，很多建筑設(shè)計(jì)為節(jié)約成本、為生活用給排水管道留出空間，導(dǎo)致消防給水系統(tǒng)一直被壓縮，損害了高層建筑的安全，發(fā)生火災(zāi)時(shí)也難以實(shí)現(xiàn)滅火自救。

由于高層建筑層數(shù)多，高度高，火災(zāi)危險(xiǎn)性更大，高層建筑的消防給水設(shè)計(jì)必須要具有一定的供水滅火能力，可以滿足室內(nèi)自救和消防救援。高層建筑室內(nèi)的消防給水系統(tǒng)的工作壓力應(yīng)超過0.6MPa，并進(jìn)行豎向分區(qū)，而且消防給水要避免在短時(shí)間內(nèi)耗盡，也要利于消防人員的操作，消火栓栓口靜水壓力不應(yīng)大于0.8MPa，若超過0.8MPa，應(yīng)當(dāng)通過減壓水箱或減壓閥實(shí)行干管減壓。高層建筑的消防用水量需要根據(jù)建筑高度、建筑面積、人員情況等因素進(jìn)行考慮，設(shè)計(jì)能夠同時(shí)滿足消火栓用水量的數(shù)值[2]。在發(fā)生火災(zāi)后，為保證較高樓層能夠滿足水壓要求，可設(shè)計(jì)氣壓給水設(shè)備或穩(wěn)壓泵等局部加壓設(shè)施補(bǔ)充水壓。另外串聯(lián)加壓給水方式的經(jīng)濟(jì)性較好，而且消防栓在火災(zāi)初期的水量由消防水箱提供，同時(shí)連鎖消防泵房向轉(zhuǎn)輸水箱供水，其中建筑分區(qū)應(yīng)采用減壓穩(wěn)壓消防栓，水泵、閥門和設(shè)備的連接均為法蘭連接，系統(tǒng)工作閥的壓力為1.2MPa。在高層建筑中間樓層設(shè)置避難層或設(shè)備層，選用串聯(lián)加壓給水方式最為科學(xué)。

4.3 排水系統(tǒng)

高層建筑的排水系統(tǒng)由廚衛(wèi)器具、生產(chǎn)設(shè)備、排水管道、通氣管系統(tǒng)、抽水設(shè)備與其他處理設(shè)施構(gòu)成。優(yōu)化設(shè)計(jì)中較為關(guān)鍵的是排水管道的布置和敷設(shè)。不同性質(zhì)的污廢水應(yīng)當(dāng)采用分流制或合流制，需要根據(jù)建筑類型判斷，民用建筑應(yīng)當(dāng)將生活污水和雨水分流排放，而工業(yè)建筑中廢水污水較輕時(shí)可與雨水合流，污染嚴(yán)重的需要單獨(dú)處理，不過現(xiàn)階段高層建筑多為民用建筑，工業(yè)建筑較為少見，需結(jié)合實(shí)際建筑情況進(jìn)行設(shè)計(jì)[3]。排水管道的布置應(yīng)盡可能簡(jiǎn)短，以最短距離排出建筑，盡可能不穿越變形縫，也要利于建筑的安全及后續(xù)的維護(hù)清理。排水管道的敷設(shè)需與墻壁留有一定距離，管道穿墻、穿樓板應(yīng)提前設(shè)計(jì)好預(yù)留洞。建筑內(nèi)部的排水管道要與外界空氣相互連通，以此排出正壓或補(bǔ)充空氣減少負(fù)壓，使管道內(nèi)氣壓接近大氣壓力。由于高層建筑的排水系統(tǒng)至頂層的連接管較長(zhǎng)，排水壓力較大，下層廚衛(wèi)設(shè)計(jì)不佳時(shí)很容易發(fā)生排水噴濺或水流抽吸問題。為避免這類情況的發(fā)生，高層建筑設(shè)計(jì)中一二層應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行排水，為排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)專門的通氣管，建筑內(nèi)的排水立管可采用乙字彎消能措施，而污水、廢水應(yīng)分別設(shè)置立管排放，以便后續(xù)處理[4]。

4.4 中水回用與雨水利用設(shè)計(jì)

中水回用設(shè)計(jì)是依靠中水回用系統(tǒng)將地上6層以上住房衛(wèi)生間洗臉盆用水以及優(yōu)質(zhì)雨水等雜排水進(jìn)行處理后，用于1～5層商業(yè)用公共衛(wèi)生間沖洗使用。此處理系統(tǒng)也配備自來水補(bǔ)水系統(tǒng)，當(dāng)雜排水水源不足時(shí)，可以進(jìn)行補(bǔ)充。中水處理的水源需要為優(yōu)質(zhì)的雜排水，污染程度較低且生化性能良好，可采用生生物膜法作為處理工藝，能夠有效去除污水中的污染物質(zhì)，然后再經(jīng)過消毒處理后便可以達(dá)到有機(jī)物的去除和消毒作用，實(shí)現(xiàn)中水回用[5]。

雨水綜合利用設(shè)計(jì)在高層建筑中主要以屋面雨水回用為主，由于屋面雨水的清潔度遠(yuǎn)高于地面雨水，對(duì)于雨水處理而言也更為簡(jiǎn)便。屋面雨水經(jīng)雨水管道收集后，排放至室外一體化雨水處理裝置，經(jīng)過處理后便可用于建筑周邊場(chǎng)地綠化和道路沖洗。

4.5 綠色建筑給排水設(shè)計(jì)

綠色建筑是當(dāng)前社會(huì)建筑設(shè)計(jì)發(fā)展的主要方向，不論是施工建設(shè)，還是建筑給排水設(shè)計(jì)都應(yīng)當(dāng)遵循綠色生態(tài)、節(jié)能降耗的基本原則。在高層建筑給排水設(shè)計(jì)中，綠色建筑設(shè)計(jì)理念以《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》為基礎(chǔ)進(jìn)行規(guī)劃，在綠化、景觀、洗車等方面用水應(yīng)采用非傳統(tǒng)水源；非飲用水盡可能使用再生水；辦公樓、商場(chǎng)類建筑的非傳統(tǒng)水源利用率不得低于20%。不過，在實(shí)際高層建筑設(shè)計(jì)中往往難以取得優(yōu)質(zhì)的效果[6]。以建筑溢流口為例，主要有兩方面原因。一方面是建筑工程本身在設(shè)計(jì)中沒有專業(yè)的給排水設(shè)計(jì)人員參與，導(dǎo)致建筑屋面沒有設(shè)計(jì)溢流口。為此，需要有關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)明確高層建筑溢流口設(shè)計(jì)的重要性，溢流口設(shè)計(jì)符合綠色建筑設(shè)計(jì)理念，能夠?yàn)榻ㄖ沙掷m(xù)發(fā)展提供支撐。而另一方面，則是屋面溢流口設(shè)計(jì)不合理所造成的，因?yàn)橛晁康牟淮_定性，屋面溢流口設(shè)計(jì)的大小需要設(shè)計(jì)人員自行判斷和計(jì)算，屋面雨水排水系統(tǒng)需按照50年重現(xiàn)期進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員既要考慮建筑本身的安全性，結(jié)合水力學(xué)、工程學(xué)理論準(zhǔn)確計(jì)算出溢流口的高度和尺寸，并與建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)人士配合，確定溢流口位置。綠色建筑給排水設(shè)計(jì)需要給排水設(shè)計(jì)人員和其他部門人員進(jìn)行溝通交流，從多個(gè)方面優(yōu)化給排水的綠色設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)給排水系統(tǒng)的有效性和生態(tài)性[7]。

5 結(jié)束語

高層建筑的特點(diǎn)決定了其給水排水系統(tǒng)中可能存在的問題，針對(duì)高層建筑給水排水系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)行優(yōu)化處理，為給水系統(tǒng)、消防給水、排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為完善的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低高層建筑給水排水系統(tǒng)出現(xiàn)問題的概率，進(jìn)一步提升高層建筑給水排水系統(tǒng)的效果和使用壽命，為高層建筑的質(zhì)量提供保障。