超高層公共建筑給排水設計分析

鄭銳強

廣東省建筑設計研究院有限公司 廣東 廣州 510010

現(xiàn)階段，隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提升，人們生活質量水平的逐漸提高，人們對居住、生活、工作環(huán)境的要求越來越高，為推動城市現(xiàn)代化發(fā)展，高層建筑和超高層建筑拔地而起，設計人員加強了地下空間和地上空間的利用率。高層建筑和超高層建筑的出現(xiàn)推動了城市現(xiàn)代化發(fā)展進程，提高了人們生活質量。相比普通建筑而言，超高層建筑的結構復雜，對設計人員的專業(yè)技能、綜合素質要求更高，對建筑結構穩(wěn)定性、安全性、可靠性、使用壽命要求更高，其中給排水設計作為建筑設計的重點工作內(nèi)容，在提供生活用水、消防用水，提高水資源利用率，加強雨水、中水回收利用等方面發(fā)揮著重要的作用。本文以筆者參與的某超高層建筑給排水設計為例，分析了超高層建筑結構特征以及超高層建筑給排水系統(tǒng)設計的難點內(nèi)容，從中水回收系統(tǒng)的設計、雨水綜合回收系統(tǒng)設計以及供水方式選擇、室外給排水系統(tǒng)設計、消火栓給水系統(tǒng)設計等方面對設計的重點進行了分析。

1 工程概況

某超高層建筑高度為150.5m，總建筑面積為54972m2占地面積為5491m，容積率為5.9，建筑地下2層，地上32層。地下建筑功能主要為地下車庫和設備用房，該項目中給排水系統(tǒng)包含冷給水系統(tǒng)、太陽能+空氣源熱水系統(tǒng)、污水廢水排水系統(tǒng)、雨水排水系統(tǒng)、雨水回收系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、自動噴水系統(tǒng)等。如圖1所示。

2 超高層建筑特點和給排水設計難點

2.1 超高層建筑特點

超高層建筑的設計和建設是城市實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的必然途徑，也是緩解城市用地緊張、提高地下和地上空間利用率的重要手段。超高層建筑被稱為固定的航空母艦、樓中城，不僅結構、功能復雜，在設計和建設中包含不同專業(yè)、不同部門、不同工種之間的交叉工作繁多，給排水設計系統(tǒng)包含生活給排水、消防給排水等多項工作內(nèi)容。樓層越高，對建筑、結構、給排水、暖通和電氣等專業(yè)的要求就越來越高，高層建筑建設持續(xù)時間長、工程規(guī)模龐大、設計工作難度大、任務量中。此外，在我國城市經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的背景下，人們生活質量水平不斷提高，對居住、生活、工作環(huán)境的安全性、舒適性要求越來越高，現(xiàn)階段各類新技術、新設備、新理念被廣泛應用于超高層建筑設計和施工中，增大了超高層建筑建設設計工作的難度，對設計人員的綜合水平、專業(yè)技能、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力和安全意識提出了更高的要求，總而言之，超高層建筑的設計和建設工作是一項復雜性、系統(tǒng)性、綜合性的工程[1]。

2.2 超高層建筑給排水系統(tǒng)設計的難點

超高層建筑設計的給水排水專業(yè)系統(tǒng)比較多，根據(jù)我國現(xiàn)階段超高層建筑的發(fā)展實際情況來看，在設計和建設中要遵循以人為本的核心價值觀，超高層建筑的設計和建設要以保證用戶的居住、工作環(huán)境安全為首要任務，不僅要提高工作環(huán)境的舒適度，還要保證建筑的安全性、穩(wěn)定性、可靠性。在以人為本的核心理念下，超高層建筑給排水設計中的消防設計成為最重要的設計內(nèi)容，也是給排水領域關注度最高、探討問題最多的設計內(nèi)容[2]。由此可見，超高層建筑給水排水專業(yè)設計的難點、重點、要點任務是水消防設計，也是保障人們生命財產(chǎn)安全的重要途徑。超高層建筑由于其特殊的構造，當出現(xiàn)火災之后，火勢蔓延速度快，救援難度大，在水消防設計中，要根據(jù)不同建筑的具體特征和高層民用建筑消防工作的具體要求，保證消防系統(tǒng)的供水正常、及時。通常情況下，超高層建筑中的給水系統(tǒng)主要選用串聯(lián)減壓供水系統(tǒng)和重力流供水系統(tǒng)，這兩種供水系統(tǒng)有著各自的優(yōu)勢，在我國城市經(jīng)濟迅速發(fā)展的背景下，超高層建筑的建設規(guī)模越來越龐大，建筑內(nèi)消防供水系統(tǒng)的設計受到地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平。城市消防設計習慣等方面的影響，在采用供水系統(tǒng)時，要從多方面條件進行綜合考量[3]。其次，消防轉輸水箱和減壓水箱的設置也是水消防設計的重點、難點工作內(nèi)容，通常情況下，消防轉輸水箱和減壓水箱要設置在建筑物內(nèi)避難層和設備層，避難層需要設置的設備類型比較多，空間面積有限，在設置消防轉輸水箱和減壓水箱時，設計人員要注意與暖通、給水、排水、空調(diào)、電氣等相關設備做好協(xié)調(diào)工作[4]。

3 超高層公共建筑給排水設計關鍵點

3.1 中水回收系統(tǒng)的設計的應用

隨著社會的不斷發(fā)展，人們生活質量水平的逐漸提高，現(xiàn)階段水資源供應數(shù)量逐步增加，超高層建筑中用水量大，加強對中水回收系統(tǒng)的建設和應用有助于提高水資源利用率和使用率。所謂中水，是指將各種排水經(jīng)過物理處理、化學處理、生物處理，以降低其中污染物含量，提高質量，再二次應用到生活、市政環(huán)境等范圍中，中水來源一般來自于生活污水和冷卻水，其中包含沐浴排水、洗衣排水、廚房排水、廁所排水等，在超高層建筑的給排水設計中應用中水回收系統(tǒng)可以降低水污染，提高水資源利用率，有助于提高社會效益，推動城市的可持續(xù)發(fā)展。超高層建筑人員密度大，產(chǎn)生的廢水量大，中水回收系統(tǒng)的設置是給排水設計的關鍵內(nèi)容，在設計中要確定中水回收系統(tǒng)的位置，相關設備的類型、數(shù)量等，才能保證中水回收的利用率，提升水資源利用率。

3.2 雨水綜合利用

我國幅員遼闊，地大物博，不同地區(qū)的地理環(huán)境、氣候條件各不相同，有些地區(qū)年降雨量充足、雨水充沛，在超高層公共建筑給排水設計中利用雨水綜合收集系統(tǒng)可以在降雨量豐富的季節(jié)對雨水進行收集，經(jīng)過處理之后可以二次應用到給水系統(tǒng)中，雨水收集系統(tǒng)主要由過濾系統(tǒng)、蓄水系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)組成，加強雨水回收系統(tǒng)的利用可以緩解城市缺水的問題，減輕城市排水系統(tǒng)的壓力，控制城市水土流失、減少城市內(nèi)澇問題。尤其在我國南方地區(qū)，年降雨量充沛，雨水可再生資源，在雨水回收系統(tǒng)設計中，要明確建筑所在區(qū)域的年降雨量和市政給排水系統(tǒng)的分布情況，確定室外污水井、雨水收集管道、雨水蓄水池的位置。如圖2所示。在雨水回收系統(tǒng)設計中，根據(jù)《建筑給排水設計規(guī)范》相關規(guī)定來看，重要公共建筑的屋面雨水排水工程與溢流設施的總排水能力不應小于50年重現(xiàn)期的雨水量，在超高層建筑中無法設置溢流口，在屋面雨水設計中重現(xiàn)期限取50年為宜，按照100年校核雨水系統(tǒng)的排水能力[5]。

圖2 雨水回收系統(tǒng)簡圖

3.3 供水方式的選擇

供水方式的選擇要從多方面考慮，既要保證超高層建筑的正常供水，又要從節(jié)能方面出發(fā)，考慮水資源、電力資源的節(jié)約，現(xiàn)階段常用的主要有重力供水和變頻供水兩種方式，相比來說，超高層公共建筑用水量較小。采用變頻供水方式可以在變頻加壓水泵上采用一個流量分配，采用100%-50%-100%，第三個為備用，從變頻給水方式的節(jié)能層面來看，節(jié)能效果是對設置高位水箱的給水方式來說的，超高層建筑雖然人口密集，公共建筑用水量少，夜間用水量會大幅減小，此時水泵可以降低轉速運行，以此調(diào)節(jié)流量，在此情形下，相比其他供水方式來看，可以實現(xiàn)節(jié)能，也能有效避免水質出現(xiàn)二次污染問題。超高層公共建筑屋頂?shù)乃湓谑褂靡欢螘r間之后要定期清理，避免出水質污染，影響用水質量。

3.4 室外給排水系統(tǒng)設計

室外給排水設計工作開展過程中，要結合城市規(guī)劃、建筑所在區(qū)域的市政給排水系統(tǒng)特征以及市政環(huán)境合理確定室外給排水系統(tǒng)形式，在本工程項目中，在建筑市政給排水管網(wǎng)中引入兩條DN200管道，在室外成環(huán)后接入地下二層蓄水池，為公共建筑中的生活用水和消防用水提供水源，根據(jù)供水需求，將供水壓力設置為0.20MPa。在污水排放系統(tǒng)設置中，首先由建筑污水收集系統(tǒng)收集排出的生活污水，集中之后統(tǒng)一排放到市政排污系統(tǒng)中，運輸至污水處理廠進行二級處理。室外雨水的排放，由專門的雨水管網(wǎng)收集之后排入市政雨水管網(wǎng)中，再對所收集的雨水進行集中統(tǒng)一處理，在本項目室外給排水系統(tǒng)中，由兩路市政給排水管網(wǎng)組成，室外消防用水可以用低壓制為消防用水和生活用水供水，能夠滿足建筑各類用水環(huán)境的基本需求[6]。為保證消防系統(tǒng)的全面性，加強消防系統(tǒng)的合理化設置，在本項目中，室外給水管網(wǎng)上設置了3處室外消火栓供消防車取用。如圖3所示。

圖3 本項目室外給排水工程平面圖

3.5 消防栓給水系統(tǒng)設計

隨著我國城市經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，超高層建筑建設規(guī)模越來越龐大，正在建造和正在設計的超高層建筑數(shù)量可觀，超高層建筑的建設是建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢和發(fā)展方向，也是推動城市現(xiàn)代化發(fā)展的重要途徑。相比普通建筑而言，高層建筑和超層建筑設計工作本身具有一定的復雜性、綜合性、系統(tǒng)性，在給排水設計工作中，不僅要考慮管道設置，同時要提高建筑的安全性、穩(wěn)定性。其中消防安全設計是超高層建筑建設和給排水設計工作的重點、要點、難點內(nèi)容。超高層建筑人口密度數(shù)大，當發(fā)生火災問題之后，外部救援力量有限，最好的方式是采取自救措施，人員疏散難度大，消火栓給水系統(tǒng)設計作為給排水設計的重點工作內(nèi)容，保證消防給水系統(tǒng)的合理性才能防患于未然。在消防給排水設計中，設計人員要明確超高層建筑的結構特征和人員分布情況，確定消防栓的安裝位置和供水形式，在本項目中，消防技術方式由消防方案設計時的一次加壓減壓技術的方式改變?yōu)榇?lián)加壓給水方式，經(jīng)過對多種給水方式進行綜合對比之后發(fā)現(xiàn)，采用串聯(lián)加壓給水方式可以保證輸水的及時性、降低能耗，為消防系統(tǒng)提供穩(wěn)定給水量的同時，可以減少成本投入，保證經(jīng)濟效益。在本項目。的做法是在地下二層消防泵內(nèi)設置消防主泵和消防水池，在避難層設置轉輸水箱和消防轉輸泵，在屋面消防水箱間內(nèi)設置火災初期使用的消防高位水箱和和穩(wěn)壓泵。采用加壓給水方式的優(yōu)點在于結構荷載大，可以與其他專業(yè)如暖通設備、電氣設備進行合理配置，提高地下空間的利用率[7]。消防供水主干管和立管較少，能夠有效控制消防給水系統(tǒng)的建設成本，采用加壓給水方式的具體原理是，如果主樓地區(qū)和副樓局部發(fā)生火災之后，起火樓層和就近樓層可以同時啟動消防栓進行滅火，由屋面水箱間內(nèi)的消防高位水箱提供火災初期的用水量。與此同時，室內(nèi)消火栓箱內(nèi)的啟泵按鈕啟動，其聯(lián)動地下二層消防泵內(nèi)的消防主泵工作，可以提高火災救援的及時性、全面性，聯(lián)動多個消防設置，避免火勢急速蔓延。

4 結束語

綜上所述，在超高層建筑中，各類新技術、新設備、新工藝、新理念得到了廣泛應用，給超高層建筑的創(chuàng)新發(fā)展提供了必要的技術支撐和物質支撐，超高層建筑的特征在于使用功能綜合化、結構體系異性化。給排水設計工作作為建筑設計的重點工作內(nèi)容，設計難度大，在具體設計過程中，相關人員要結合建筑所在區(qū)域的自然條件、氣候條件以及生活用水量、消防用水量，加強對各類細節(jié)問題的管控，做好不同場景用水、排水工作的統(tǒng)籌，才能提高給排水系統(tǒng)設計的合理性、適用性。