基于地下工程給排水設(shè)計中的問題研究

陳明闊

【摘要】隨著社會和城市的發(fā)展需要，地下工程的建設(shè)項目也越來越多，其建筑功能及使用要求也越來越高。由于地下工程的建設(shè)條件相對復(fù)雜、設(shè)計條件多變，在給排水設(shè)計中需要考慮并解決的問題也越來越多，如何做好地下工程項目是相關(guān)從業(yè)者一直思考的問題。本文通過對地下工程給排水設(shè)計中常見問題的研究，并從給排水設(shè)計角度進行了一些粗淺的思考，希望為地下工程給排水設(shè)計工作提供更多的思路。

【關(guān)鍵詞】地下工程;給排水;問題研究;設(shè)計思考

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.088

1、前言

一般來說，地下工程是指在地面以下土層或巖體中修建的各類地下建筑物或地下構(gòu)筑物的統(tǒng)稱。地下工程的分類方法有很多，在工程中常根據(jù)其使用性質(zhì)分為：地下交通工程、地下民用建筑、地下工業(yè)建筑、地下市政工程（如地下管廊）、地下公共建筑等。隨著建設(shè)單位對地下工程的經(jīng)濟性、環(huán)境品質(zhì)、安全性等各個方面技術(shù)要求的不斷逐步提高，加之地下工程建設(shè)條件的復(fù)雜性，使得地下工程的給排水、消防系統(tǒng)的設(shè)計工作面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)也越來越多。由于城市地下空間開發(fā)具有不可逆性，一旦建成，要想重建和改造將非常困難，因此，在地下工程給排水設(shè)計時應(yīng)充分考慮各種因素，優(yōu)化設(shè)計，為城市發(fā)展、經(jīng)濟發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻[1]。

2、地下工程給排水設(shè)計問題與研究

在實際工程中，由于不同類型、不同項目的地下工程往往遇到的問題不大相同，在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)其不同的使用性質(zhì)、功能要求采取不同的設(shè)計方案、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這就需要設(shè)計人員在實際工程中不斷去總結(jié)研究地下工程設(shè)計中的各種問題。以下結(jié)合安全、經(jīng)濟、實用等多方面綜合考慮，通過從地下工程給排水設(shè)計中一些常見問題著手，研究與其對應(yīng)的優(yōu)化解決措施。

2.1地下車庫頂板覆土厚度問題

給水排水專業(yè)在設(shè)計小區(qū)地下車庫時，比較容易忽視的一個問題就是地下車庫的頂板覆土厚度。一般地下車庫頂板覆土厚度是由建筑專業(yè)考慮的，地下車庫室內(nèi)給排水設(shè)計又與其頂板覆土厚度關(guān)系不大，正常情況下，經(jīng)驗豐富的建筑工程師在設(shè)計時會綜合考慮其覆土厚度，給排水專業(yè)在設(shè)計時比較容易忽略校核地下車庫頂板覆土厚度。由此可能帶來兩個很難處理的設(shè)計問題：一是頂板上方覆土深度可能無法滿足室外排水管網(wǎng)埋深要求，一般小區(qū)地下車庫的占地面積都很大，有些甚至是整個小區(qū)的下面都是車庫，如果在車庫給排水設(shè)計時未考慮車庫頂板上方敷設(shè)室外排水管線的條件，則很可能對整個小區(qū)各單體的排水都有較大影響。二是地下車庫頂板覆土厚度制約其上方單體建筑排水出戶管的標(biāo)高，一般位于車庫上方的單體建筑排水管大多考慮直接排出室外，如果車庫頂板覆土厚度不夠，影響最小的調(diào)整方案是提高排出管標(biāo)高，但《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》 GB50015（以下簡稱“建水規(guī)”）中要求不得高于土壤冰凍線以上0.15m，當(dāng)采用埋地塑料管時，可不高于土壤冰凍線以上0.50m，雖然有一定的調(diào)整空間，但是由于室外排水管道是重力自流，對于區(qū)域較大的工程仍然有很大的局限性。因此，在設(shè)計大型地下車庫時要重視校核車庫頂部的覆土厚度。

2.2地下工程消防水池及泵房問題

對于大型的地下交通工程、民用建筑和公共建筑等項目，設(shè)計常將消防水池及泵房附設(shè)在地下工程之內(nèi)，一方面是方便使用和管理，另一方面是可減少管路工程，節(jié)省工程投資。對于附設(shè)在地下工程內(nèi)的消防水池及泵房與一般的地面上或半地下消防水池及泵房有所差異，在設(shè)計時應(yīng)加以注意。

首先，設(shè)在地下工程內(nèi)的消防水池如果儲存室外消防水量時，一是要在室外合適位置設(shè)置消防水池取水口（井），二是為滿足消防車吸水高度的要求，設(shè)在地下工程內(nèi)的消防水池最低液位與取水口室外地面的高差一般不大于5m，這就大大限制了消防水池的設(shè)置條件，在實際工程中，如果用地條件允許，一般可將室內(nèi)、外消防用水分開儲存，分別建設(shè)室內(nèi)消防水池和室外消防水池。

其次，為滿足《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》 GB50974（以下簡稱“水消規(guī)”）要求，對于有多層的地下工程，消防泵房的位置只能設(shè)置在地下一層或二層，與室外地面的高差不應(yīng)超過10m。但有些地下工程受建設(shè)條件限制，其地下一層的建筑完成面與室外地面的高差大于10m，比如有些換乘地鐵車站的站廳層。在實際工程中，一般可將消防泵房結(jié)合出入口設(shè)置或設(shè)置設(shè)備夾層，對于有用地條件的可單獨建設(shè)消防泵房。對于地鐵工程地下車站的消防泵房也可按水消規(guī)規(guī)范管理組答復(fù)函執(zhí)行，設(shè)置在地鐵車站站廳層及以上樓層。

2.3地下工程消防系統(tǒng)超壓問題

對于深度較大的地下工程，在消防給水設(shè)計時還應(yīng)注意校核系統(tǒng)的超壓問題。在消防給水系統(tǒng)設(shè)計時，由于水消規(guī)中對消防水池、泵房設(shè)置高度有要求，對于未達到分區(qū)供水條件的，一般考慮設(shè)置各自獨立的消防供水系統(tǒng)，滿足整個工程該系統(tǒng)需要最不利工況條件。比如在消火栓給水系統(tǒng)設(shè)計時，系統(tǒng)最不利點與地下最底層消防設(shè)施高差較大，當(dāng)整個系統(tǒng)滿足最不利點消防設(shè)施供水壓力時，地下最底層的消防設(shè)施供水壓力就會超壓。在實際工程設(shè)計中，一般會采取減壓措施，比如噴淋給水系統(tǒng)的減壓孔板減壓，消火栓給水系統(tǒng)的減壓穩(wěn)壓消火栓。當(dāng)采用減壓閥減壓時，系統(tǒng)分區(qū)、總干管宜優(yōu)先選擇比例式減壓閥，在壓差過大或者對末端壓力有明確要求的可考慮選擇可調(diào)式減壓閥，同時有條件應(yīng)設(shè)置減壓閥組以保證減壓系統(tǒng)的可靠性[2]。

2.4地下工程排水問題

近些年，隨著地下工程的功能越來越豐富，使用要求也越來越高，有些項目加大對地下空間的利用有很大的經(jīng)濟效益，比如很多的超市、停車場、美食城等都建在地下室。但是由于地下工程室內(nèi)地面低于室外，其室內(nèi)排水一般無法通過重力自流至室外排水管網(wǎng)，其排水系統(tǒng)的好壞直接影響建筑功能的使用。因此，選擇合理的排水方式十分重要，在設(shè)計時一般遵循安全、實用的設(shè)計原則，既能夠滿足建筑功能的使用需要，同時也不影響其他功能的設(shè)置。

對于地下工程的廢水系統(tǒng)，常采用集水坑+廢水泵的排水方式，主要用于排出地下工程的沖洗地面、結(jié)構(gòu)滲漏及消防廢水等。在實際工程中常見的問題有：集水坑設(shè)置的位置較隨意，比如有些影響車位的使用，有些設(shè)置在靠近出入通道上既不美觀又影響過車，在設(shè)計中要注意避免設(shè)在以上區(qū)域;此外，為滿足防火分區(qū)隔斷要求，在設(shè)計中還應(yīng)注意排水溝不能跨越防火分區(qū)，不同防火分區(qū)的集水坑不共用。需要特別注意的是，水消規(guī)以強條的形式要求附設(shè)在建筑物內(nèi)的消防泵房應(yīng)與其他其他部位隔開，這就要求消防泵房內(nèi)的集水坑不能與地下工程內(nèi)其他區(qū)域的集水坑共用。

對于地下工程的污水系統(tǒng)，傳統(tǒng)做法一般采用的是污水池+污水泵的排水方式。由于這種排水方式所暴露的問題較多，比如對土建工程要求較為嚴(yán)格，設(shè)計兼容性差，后期整改調(diào)整難度大，此外，這種排水方式無法將污水池內(nèi)的停泵液位以下的污水及時排除，容易滋生蚊蠅、臭氣影響周邊衛(wèi)生條件，同時污水池的清掏工作量大，設(shè)備維護頻率高、維護難度大等，在目前的地下工程設(shè)計中已經(jīng)很少采用這種排水方式了。目前地下工程常用的排水方式主要有：一體化密閉提升裝置和真空排污裝置。這兩種設(shè)備在地鐵工程中運用也較為普遍，取得了較好的效果，但是在實際應(yīng)用中也有各自的特點和要求。

對于一體化密閉提升裝置系統(tǒng)的工作方式和傳統(tǒng)污水池+污水泵的工作方式基本相同，進入密閉水箱前的管路系統(tǒng)均為重力自流，當(dāng)密閉水箱內(nèi)的液位達到設(shè)定高度時，啟動污水泵將污水排出室外。與傳統(tǒng)方式的差異主要是采用一體化成套設(shè)備，配用的水箱為密閉式，但其容積較小，這就可能頻繁啟泵，所配污水泵性能要保證和密閉水箱的容積相匹配。在設(shè)計中要注意一體化密閉提升裝置與衛(wèi)生潔具或排水設(shè)備需要有一定的高差，在土建配合的時候要根據(jù)管路系統(tǒng)計算確定;此外，在產(chǎn)品選型的時候，考慮污水中雜質(zhì)的影響，一般要求廠家采用投入式壓力傳感器。

對于真空排污裝置，按系統(tǒng)的密閉性又可以分為全真空排水系統(tǒng)和半真空排水系統(tǒng)。由于全真空排水系統(tǒng)采用的便器等潔具也都是真空式的，不僅設(shè)備投資高且故障率也相對較高，在地下工程設(shè)計中采用的也相對較少。半真空排水系統(tǒng)是重力流+真空壓力流模式，在真空提升器前采用的是重力流，真空提升器之后至真空泵站的管路系統(tǒng)始終保持一定的真空狀態(tài)，當(dāng)真空罐內(nèi)達到一定液位時開啟提升泵將污水提升至室外[3]。在設(shè)備選型時需要注意真空機組系統(tǒng)要保持一定的真空，設(shè)備工作時進入系統(tǒng)的空氣量必須低于真空泵抽氣量，否則系統(tǒng)可能無法正常工作，對機組及真空管路系統(tǒng)的各部件密封性和可靠性要求較高。在設(shè)計時需要注意的是，如果采用的是半真空排水系統(tǒng)，真空提升器與衛(wèi)生潔具或排水設(shè)備需要有一定的高差，在土建配合的時候要根據(jù)管路系統(tǒng)計算確定;此外，由于真空設(shè)備對密封性要求較高，關(guān)鍵部件都是在工廠內(nèi)組裝，設(shè)備的尺寸相對較大，在設(shè)計時要考慮設(shè)備的運輸路徑和設(shè)備間的開門尺寸。

3、地下工程給排水設(shè)計思考

每個工程項目的建設(shè)條件、工程性質(zhì)、使用要求一般都有所差異，而地下工程一般具有周期長、系統(tǒng)復(fù)雜、使用要求差異大、設(shè)計條件多變等特點。不同類型的地下工程項目，在設(shè)計中所采用的設(shè)計原則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)往往也有著較大的差異，在實際工程中，由于設(shè)計人員自身工程設(shè)計經(jīng)驗的局限性，可能會碰到各種各樣的問題。在設(shè)計中要以精細化和節(jié)約化設(shè)計理念為基礎(chǔ)，并且注重設(shè)計產(chǎn)品的功能性、安全性、擴展性[4]。對于地下工程類項目，在設(shè)計時可從建筑功能定位及使用要求、外部設(shè)計條件、近期實施方案和遠期規(guī)劃要求等方面確定給排水設(shè)計方案。

3.1建筑功能定位及使用要求

在給排水設(shè)計中要充分理解建筑的功能定位及使用要求，了解各個業(yè)態(tài)的特點，選擇合理的系統(tǒng)形式和參數(shù)才能做到安全、合理、經(jīng)濟，這是給排水設(shè)計過程中最重要的工作之一。比如，在確定地下工程消防水量時，對于同一座地下建筑，如果建筑功能定位為地下商業(yè)時，需根據(jù)建筑物的體積按水消規(guī)選擇對應(yīng)的消防水量;但是如果建筑功能定位為僅停放汽車的地下車庫時，需按《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》 GB50067確定其消防水量。這兩者的變化僅僅是建筑功能的變化，但是其消防系統(tǒng)設(shè)計相差甚大。這就要求我們在設(shè)計前期充分理解建筑的功能定位及使用要求。

3.2外部設(shè)計條件

在給排水開展設(shè)計前，要重點落實各系統(tǒng)的外部設(shè)計條件，是給排水專業(yè)開展設(shè)計最重要的基礎(chǔ)資料之一。比如各系統(tǒng)的設(shè)計接口位置、接駁條件及接駁要求等。只有將外部設(shè)計條件與建筑功能定位及使用要求有機結(jié)合起來，才能設(shè)計出合理的方案。

3.3近期實施方案和遠期規(guī)劃要求

由于地下工程項目設(shè)計條件和使用要求的多變性，往往近期實施方案和遠期規(guī)劃要求有較大出入，理清近期實施方案與遠期規(guī)劃要求這根脈絡(luò)，是給排水設(shè)計過程中一項重要的工作。哪些系統(tǒng)要做、哪些業(yè)態(tài)合并、如何后期管理、如何對系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)取值都需要認(rèn)真研究確定。在滿足近期實施方案的同時充分考慮遠期規(guī)劃，因此，給排水系統(tǒng)支持的能力要有一定的冗余度，以滿足大部分業(yè)態(tài)的運營需求，擴展性往往會成為以后招商時的重要制約條件。比如，預(yù)留的給水、排水及消防系統(tǒng)設(shè)計條件，可能會成為這些業(yè)態(tài)是否成立的關(guān)鍵因素。所以在設(shè)計階段要有一定的前瞻性考慮。

要做好地下工程的給排水設(shè)計，除了在設(shè)計中要解決一些重點、難點問題，在技術(shù)上采用經(jīng)濟、合理的設(shè)計方案外，還需要注意加強同工程建設(shè)各方的溝通與協(xié)調(diào)。比如，在排水系統(tǒng)方面，有些地區(qū)在條件許可的前提下可不設(shè)置化糞池，從而大大節(jié)約項目用地和維護成本，這就需要同當(dāng)?shù)氐呐潘芾聿块T進行密切溝通和咨詢;在消防方面，各系統(tǒng)的取值關(guān)系到消防水池的面積和設(shè)備的大小，一些地下空間建設(shè)規(guī)模大、使用功能復(fù)雜、與其相連相通的其他建筑多，在開展設(shè)計前也需要同消防部門做好消防定性的溝通。

結(jié)語：

隨著社會和城市的不斷建設(shè)發(fā)展，不久的將來地下工程可能在人們的生活中扮演越來越重要的角色。由于地下工程項目設(shè)計是一項系統(tǒng)而又復(fù)雜的工作，在實際工程中可能會遇到各種各樣的問題，需要相關(guān)人員不斷去總結(jié)研究這些問題。對于給排水專業(yè)來說，地下工程設(shè)計的重點、難點及處理方式方法可能均有別于地上建筑，基于地下工程給排水設(shè)計中的問題研究應(yīng)該嚴(yán)謹(jǐn)考慮，因地制宜，從多方面規(guī)劃和實施。

參考文獻：

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