超高層住宅建筑消防給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

王濤

（中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢 430071）

1 引言

超高層建筑是指總高度大于100 m 或是層數(shù)多于40 層的樓體。因?yàn)楦叨鹊脑O(shè)置問題，起高層建筑的建設(shè)難度相對(duì)偏高，具體表現(xiàn)在住戶規(guī)模偏大，需水量多，給水裝置總量多。

2 超高層住宅建筑的常規(guī)設(shè)計(jì)方向

2.1 供水方式

超高層的給水項(xiàng)目，關(guān)系到建設(shè)進(jìn)度與消防安全程度。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于分區(qū)與給水形式。結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)看，建筑高度未超過100 m 的項(xiàng)目，給水系統(tǒng)盡可能選擇分區(qū)減壓供水以及垂直分區(qū)并聯(lián)2 類。而本文所述的超高層項(xiàng)目，更適宜設(shè)施垂直串聯(lián)給水結(jié)構(gòu)。如今，給水模式有4 類：（1）儲(chǔ)水池、恒壓水泵以及高位水箱組合；（2）氣壓給水裝置；（3）儲(chǔ)水池、變頻水泵組合；（4）管網(wǎng)疊壓裝置。4 類給水模式具體描述如表1 所示。

表1 給水模式對(duì)比

根據(jù)表1 的對(duì)比情況來(lái)看，給水模式（1）的給水情況相對(duì)偏優(yōu)，能在較長(zhǎng)的工作時(shí)長(zhǎng)下保持高效的狀態(tài)。另外，和管網(wǎng)疊壓裝置、變頻相較，高位水箱的應(yīng)用價(jià)值更高，通常出現(xiàn)在用于辦公的建筑中。運(yùn)用氣壓給水的方式中，實(shí)際情況會(huì)受到氣壓罐的容積限制，無(wú)法布設(shè)在用水量極大的項(xiàng)目中。變頻給水相對(duì)來(lái)講，節(jié)能效果更佳，但穩(wěn)定性不高，假設(shè)在非用水時(shí)長(zhǎng)超過實(shí)際集中用水的時(shí)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)給水系統(tǒng)在低效狀態(tài)下的時(shí)間更長(zhǎng)。而管網(wǎng)疊壓方式，容易被附近市政管網(wǎng)的水壓與管徑所干擾，如果市政壓力波動(dòng)明顯，則會(huì)影響節(jié)能水平。建筑內(nèi)部給水系統(tǒng)的所需壓力值，可按照公式（1）計(jì)算：

式中，H 為所需壓力值，kPa；H1為引入管的起點(diǎn)處到最不利點(diǎn)位置的靜壓差，kPa；H2為管路沿程和局部壓力損失，kPa；H3為水表水頭的損耗，kPa；H4為最不利位置的最小工作壓力，kPa。

2.2 減壓設(shè)計(jì)

水壓超壓為超高層項(xiàng)目中通常會(huì)遭遇的現(xiàn)象，其既容易干擾住戶正常用水，又可能損壞潔具部件。對(duì)此，給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)可從幾個(gè)角度入手：

其一，布置減壓閥。常見的減壓閥設(shè)計(jì)方式有：（1）把閥門安裝在每層給水入戶管上，此結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)為后期運(yùn)維操作不會(huì)對(duì)住戶日常給水造成明顯干擾，但不足之處在于閥門過多，容易擴(kuò)大造價(jià)規(guī)模；（2）把閥門安裝在立管上，要求所選立管位置適宜，有必要的維修空間。在立管分區(qū)的位置，安裝一組閥門，便能支持不同用水處對(duì)于水壓與水量的需要。但在后期維修閥門中，對(duì)整個(gè)建筑內(nèi)的住戶用水都會(huì)產(chǎn)生干擾，同時(shí)，由于住宅水管井尺寸較小，減壓閥組的安裝空間不夠。

其二，安裝分區(qū)水箱。該種給水形式的穩(wěn)定性較佳，水箱部件會(huì)用到建筑上層位置，導(dǎo)致建筑框架荷載提高[1]。

3 排水系統(tǒng)

3.1 生活排水

常規(guī)市政排水系統(tǒng)，設(shè)置成雨污分流，所以，室外排水也選擇同樣的思路。首先，廚房廢水直接排放到室外的污水管網(wǎng)內(nèi)，最終和衛(wèi)生間產(chǎn)生的污水一同排放到化糞池內(nèi)。其次，住宅建筑的衛(wèi)生間，一般設(shè)糞、污的立管以及獨(dú)立連接的通氣管道。為優(yōu)化排水效果，控制衛(wèi)生間使用噪聲，在各層衛(wèi)生間，需連接器具通氣的管道。流入化糞池內(nèi)的物質(zhì)，同樣要通過預(yù)處理，并和生活污水一同轉(zhuǎn)移至下水管道中。最后，在地下室空間中形成的污水，無(wú)法借助自流的形式排到室外，可借助潛污泵直接抽出，達(dá)到排出的目的。

3.2 雨水排水

超高層住宅項(xiàng)目屋面雨水排水，能選擇有組織的內(nèi)排水系統(tǒng)。對(duì)于住宅類項(xiàng)目而言，由于屋面的面積不大，一般選擇重力流，其屋面可設(shè)置成側(cè)墻式的水斗。另外，為放置屋面雨水在陽(yáng)臺(tái)處溢出，超高層項(xiàng)目的陽(yáng)臺(tái)排水系統(tǒng)，需獨(dú)立設(shè)置，同時(shí)，此空間內(nèi)的雨水立管底部，需間接排水。

3.3 消防系統(tǒng)

超高層項(xiàng)目的消防供水分區(qū)設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)水壓、給水裝置供水的水平、管道承壓能力等加以確定。按照超高層住宅項(xiàng)目消防設(shè)計(jì)要求來(lái)看，消防栓處?kù)o水壓力需不大于1.0 MPa，假設(shè)大于該標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，需采取分區(qū)給水結(jié)構(gòu)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，該類給水分區(qū)設(shè)計(jì)，要結(jié)合樓體具體應(yīng)用情況、總體高度、項(xiàng)目造價(jià)等。目前可采取的分區(qū)方式有：（1）水泵、水箱，借助減壓閥設(shè)置具體管轄區(qū)域；（2）水泵與水箱設(shè)置成串聯(lián)結(jié)構(gòu)；（3）給水泵為并聯(lián)連接；（4）消防水泵形成串聯(lián)格局；（5）重力式的給水設(shè)計(jì)。在超高層項(xiàng)目中，給水分區(qū)設(shè)計(jì)通常選用上述某一類或者兩類及其以上組合結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)超高層建筑中，消防給水要基于住宅工程具體狀況，合理設(shè)置分區(qū)以及消防系統(tǒng)，兼顧火災(zāi)應(yīng)急與項(xiàng)目建設(shè)造價(jià)[2]。

4 超高層住宅建筑項(xiàng)目實(shí)例分析

4.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目的整體高度120 m，設(shè)有地下2 層，地上共有42 層，具體使用功能是住宅和配套商業(yè)。地下空間的主要功能是人防，負(fù)二層與負(fù)一層還是機(jī)動(dòng)車停車場(chǎng)與設(shè)備用房。配套商業(yè)集中在1～2 層，3～42 層為普通住宅，塔樓一共有4 棟。

4.2 給水設(shè)計(jì)

根據(jù)城市供水管網(wǎng)的供水壓力、建筑物各部分的使用功能及衛(wèi)生器具對(duì)靜水壓的要求，本項(xiàng)目最終確定采取并聯(lián)與串聯(lián)組合的給水方式。其中，生活用水來(lái)自項(xiàng)目周邊市政管網(wǎng)，在室外設(shè)置消防綠化與商業(yè)生活2 個(gè)供水部分，分別安裝水表。在生活給水設(shè)計(jì)中，按照功能設(shè)置分區(qū)，共得到5 個(gè)分區(qū)。即Ⅰ區(qū)是在負(fù)2 層～2 層，利用市政管網(wǎng)給水，其他分區(qū)均需經(jīng)過加壓處理；Ⅱ區(qū)是3～14 層；Ⅲ區(qū)從15～28 層；Ⅳ區(qū)是29～36 層；Ⅴ區(qū)是37～42 層。不包括Ⅰ區(qū)外的其他各區(qū)，均配備變頻調(diào)速的給水裝置進(jìn)行加壓處理。本工程的生活用水量如表2 所示。

表2 生活用水量

為能有效控制高區(qū)供水系統(tǒng)內(nèi)的管道壓力，通常會(huì)在超高層建筑的公共區(qū)域，借助在塔樓內(nèi)部安裝給水二次提升裝置，但給水加壓設(shè)備不得設(shè)置在居住用房的上層、下層和毗鄰的房間內(nèi)，因此，在住宅類的建筑工程中不適用。對(duì)此，首先，可借助氬弧焊以及強(qiáng)化法蘭連接，在建筑高區(qū)給水管道中裝配不銹鋼管材。其次，建筑高區(qū)給水裝置可使用高性能給水泵，同時(shí)設(shè)定適宜的技術(shù)參數(shù)。最后，將水力調(diào)節(jié)閥與水錘消除器安裝在各60 m 的分區(qū)給水設(shè)施上，高于100 m 的分區(qū)給水裝置，可安裝持壓泄壓閥。

4.3 排水設(shè)計(jì)

排水系統(tǒng)為達(dá)到雨污分流，為確保排水過程順暢，在污水系統(tǒng)內(nèi)需進(jìn)一步細(xì)化污廢分流，在衛(wèi)生間安裝專門的通氣立管，避免水封受損時(shí)，污濁氣體返回建筑內(nèi)部。室內(nèi)廚房空間配備伸頂通氣。各棟住宅樓體，配備100 m3規(guī)格的化糞池，住戶產(chǎn)生的糞便污水在處理后，直接進(jìn)入市政的污水系統(tǒng)中。淋浴及盥洗廢水單獨(dú)收集至室外，集中進(jìn)行中水處理站，處理達(dá)標(biāo)后用于綠化澆灑及道路沖洗。中水處理站設(shè)置事故排出口，污水處理設(shè)施維修時(shí)，將廢水直接排至市政污水管網(wǎng)。

超高層項(xiàng)目排水系統(tǒng)中，水體自重形成的作用力，容易損壞各排水設(shè)施，而且還會(huì)干擾水封。對(duì)此可采取的設(shè)計(jì)調(diào)整包括：（1）為控制水體下流過程中的流速，由頂層開始，以每6 層為1 個(gè)單位布置消能設(shè)施，以控制水流沖擊力；（2）借助水力計(jì)算，保障排水立管始終處于等速水膜流；（3）針對(duì)管道內(nèi)正壓與補(bǔ)給空氣，下降負(fù)壓，設(shè)置專門的通氣立管，維持管中壓力和大氣壓之間的基本均衡；（4）在室內(nèi)的排水管與通氣管處使用帶柔性接口的管件，壓力排水管設(shè)計(jì)成焊接鋼質(zhì)管材，地下空間的管線為明設(shè)，其他都采用暗設(shè)施工；（5）內(nèi)部雨水排水對(duì)應(yīng)的首個(gè)檢查井應(yīng)為消能井，以免由于水流壓力偏大，帶來(lái)噴濺問題。

4.4 消防設(shè)計(jì)

消防設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：

1）消防栓系統(tǒng)。其室內(nèi)用水量設(shè)置為15 L/s，室外消防用水量是20 L/s。對(duì)于消防栓給水系統(tǒng)，將住宅建筑總體分成2個(gè)區(qū)域，不超過15 層的樓層屬于低區(qū)，16 層及其以上是高區(qū)。在區(qū)域中設(shè)置加壓水泵，建筑內(nèi)部的加壓管道按照環(huán)狀鋪設(shè)。各區(qū)分別設(shè)置消防水泵接合器，各自連接不同區(qū)域環(huán)管。

2）自動(dòng)噴淋系統(tǒng)。結(jié)合建筑總高度與各報(bào)警閥負(fù)責(zé)的噴頭量、管網(wǎng)壓力等，設(shè)置縱向分區(qū)。每個(gè)報(bào)警閥組供水的最高與最低位置灑水噴頭，其高程差不大于50 m，每個(gè)防火分區(qū)、每個(gè)樓層設(shè)水流指示器[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著生活水平的不斷提高，居民對(duì)居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高。超高層住宅設(shè)計(jì)中，合理確定消防及給水系統(tǒng)的分區(qū)、排水系統(tǒng)形式至關(guān)重要。根據(jù)項(xiàng)目所在區(qū)域的用水特點(diǎn)，對(duì)居民用水量標(biāo)準(zhǔn)、當(dāng)?shù)爻Ｓ米龇ㄕ归_調(diào)查，以確定給排水系統(tǒng)的規(guī)模及系統(tǒng)形式。同時(shí)，根據(jù)建筑高度及項(xiàng)目規(guī)模，合理確定消防用水量、消防系統(tǒng)分區(qū)及消防設(shè)施的配備，為居民提供安全舒適的居住環(huán)境。