高層建筑給水排水工程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

楊仲云 江西中煤建設(shè)集團(tuán)有限公司

1 前言

在高層建筑設(shè)計(jì)過程中，給、排水工程的設(shè)計(jì)工作涉及諸多內(nèi)容，給水設(shè)計(jì)包含消防用水及生活用水，直接關(guān)乎高層建筑用水質(zhì)量。在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)給排水問題予以高度關(guān)注，才能提高高層建筑居住性能。下面就結(jié)合筆者工作實(shí)踐，對(duì)高層給水及排水設(shè)計(jì)做出詳細(xì)分析。

2 高層建筑給排水設(shè)計(jì)特點(diǎn)

早在19世紀(jì)，便出現(xiàn)了“高層建筑”的概念，高層建筑最先起源于國(guó)外。我國(guó)的高層建筑發(fā)展起步較晚，在20世紀(jì)初期，才出現(xiàn)高層建筑，到20世紀(jì)80年代，高層建筑在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。隨著新材料以及新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，與之配套的排水設(shè)計(jì)也取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)步。高層建筑給排水工程核心任務(wù)在于為高層建筑內(nèi)的休閑活動(dòng)、居住行為、生產(chǎn)活動(dòng)提供舒適且衛(wèi)生的環(huán)境，高層建筑給水工程包含消防給水，而排水工程包含雨水排放、浴室排水、廚房排水、游泳池排水等。如今，在建設(shè)高層建筑時(shí)，不可忽視給排水工程內(nèi)容直接影響建筑功能以及建筑品質(zhì)、居住環(huán)境。

因高層建筑高度高、層數(shù)多，且結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，具有多元功能，在設(shè)計(jì)給排水系統(tǒng)時(shí)存在較大困難，這就需要考慮多方面因素。關(guān)于高層建筑給排水設(shè)計(jì)特點(diǎn)，總結(jié)起來主要體現(xiàn)在下面這四方面：①具有較大的靜水壓力，由于高層建筑高度不斷增加，給水系統(tǒng)以及消防系統(tǒng)均面臨巨大靜水壓力，采用單區(qū)供水，很容易導(dǎo)致配件或者是管道被損壞，影響后期應(yīng)用性能。②可靠性要求極其嚴(yán)格，高層建筑給水及排水涉及諸多設(shè)備，水壓非常大，而且管網(wǎng)極其復(fù)雜。如果出現(xiàn)堵塞問題或者是停水現(xiàn)象，便會(huì)造成難以預(yù)估的影響。所以，需要保障高層建筑給排水系統(tǒng)的可靠性。③消防任務(wù)較重，因高層建筑具有多元功能，而且人口聚集密度大，在日常運(yùn)營(yíng)和發(fā)展過程中，難以避免地會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)問題。一旦出現(xiàn)火災(zāi)，若無法及時(shí)有效控制，可能導(dǎo)致火勢(shì)迅速蔓延，撲救難度極大。這一過程中，由于外部消防設(shè)備受限，需要立足“自救”原則，這就對(duì)高層建筑消防系統(tǒng)提出了嚴(yán)格要求。④高層建筑給排水應(yīng)具有降噪防振能力，高層建筑給排水管線偏長(zhǎng)，而且具有較大的流量，動(dòng)力設(shè)備偏多，在設(shè)計(jì)給排水管道時(shí)，應(yīng)采取防噪音及防振動(dòng)措施。

3 高層建筑給排水設(shè)計(jì)面臨的問題

伴隨科學(xué)技術(shù)水平的提高，我國(guó)涌現(xiàn)出了諸多新材料、新設(shè)計(jì)技術(shù)。在這種情況下，人們對(duì)生活品質(zhì)的追求越來越高級(jí)了，同時(shí)對(duì)高層建筑給排水系統(tǒng)提出了新的要求及標(biāo)準(zhǔn)。給排水即使歷經(jīng)長(zhǎng)期發(fā)展，但依舊存在一些問題，例如在給排水設(shè)施設(shè)計(jì)過程中，就常常存在一些瑕疵。關(guān)于減壓設(shè)備的開發(fā)以及給排水節(jié)能問題始終都是研究重點(diǎn)。在高層建筑給排水設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重點(diǎn)考慮水錘問題，強(qiáng)化水壓控制力，避免管道異常滲漏，或者出現(xiàn)排水管道堵塞現(xiàn)象。如今，采取的熱水供給系統(tǒng)極易浪費(fèi)水資源，工業(yè)用水循環(huán)力越來越低，中水回收問題顯著。此外，關(guān)于如何應(yīng)用水資源這一問題，也有待完善及改進(jìn)。

4 高層建筑給水設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 高層建筑生活給水設(shè)計(jì)

在對(duì)高層建筑生活給水系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)時(shí)，首要任務(wù)就是做好分區(qū)工作，明確給水系統(tǒng)，根據(jù)衛(wèi)生器具最大凈水壓力值確定高度，所設(shè)計(jì)的水壓不可偏大，而且要滿足供水點(diǎn)最低水壓要求，這樣才能避免其后期“負(fù)壓回流”。其次，應(yīng)針對(duì)高位水箱供水方式展開全面分析，對(duì)具體供水方法了然于胸。一般常見的方式有串聯(lián)法、減壓水箱法以及并聯(lián)方法，在具體設(shè)計(jì)和實(shí)踐過程中，要結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)置具有針對(duì)性的供水方案。

這里以“串聯(lián)供水”方法為例，需要在每一分區(qū)內(nèi)設(shè)置對(duì)應(yīng)的水箱以及水泵，在不同分區(qū)下部設(shè)立滿足具體分區(qū)的提升泵，以保障其能滿足上區(qū)到下區(qū)水箱中的抽水需求。在加壓運(yùn)輸時(shí)水逐區(qū)加壓上揚(yáng)，不會(huì)浪費(fèi)過多揚(yáng)程動(dòng)力，但由于該供水方法具有一定缺點(diǎn)，所以應(yīng)保障水泵分散在不同分區(qū)，即使會(huì)給日后維護(hù)及管理帶來不便，但卻可以保證防止下區(qū)出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響上區(qū)供水。由此可見，應(yīng)結(jié)合具體情況設(shè)計(jì)針對(duì)性的給水方案。

但需要注意的是，除了上述幾種方法外還可以采用不同設(shè)置水箱方法供水，但這種方法難以調(diào)節(jié)水量?？傊煌┧绞接胁煌膬?yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，但無論選擇哪一種給水方式，都要優(yōu)化給水管設(shè)計(jì)工作，選擇符合生活用水管材要求的材質(zhì)。在選擇塑料管時(shí)優(yōu)先選擇PP-R、PE-X以及PVC-U等管材，但是若選擇金屬管材，則應(yīng)優(yōu)選銅管以及鑄鐵管，復(fù)合管材以襯鉛管及玻璃管為主。

4.2 高層建筑消防給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先，在設(shè)計(jì)高層建筑消防給水系統(tǒng)時(shí)，需要把水視為“滅火劑”，并始終堅(jiān)持以消防系統(tǒng)為核心。在這一基礎(chǔ)上，有效分類消防給水系統(tǒng)。在具體分類時(shí)要結(jié)合不同功能以及側(cè)重點(diǎn)，細(xì)化給水系統(tǒng)類型[1]。

其次，在高層建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合服務(wù)范圍完善設(shè)計(jì)工作。從獨(dú)立的或者是區(qū)域集中的消防給水系統(tǒng)角度展開分析，在設(shè)計(jì)獨(dú)立消防給水系統(tǒng)時(shí)要在高層建筑中設(shè)置單獨(dú)加壓系統(tǒng)，通過這一系統(tǒng)完成高層建筑消防供水工作，這種供水方法具有較強(qiáng)的安全性，但也具有不易管理的缺點(diǎn)，需要投入較多的資本，更適合應(yīng)用于人防要求較強(qiáng)的地震區(qū)高層建筑中。然而，在采用區(qū)域集中的消防給水系統(tǒng)時(shí)，主要是為多幢高層建筑提供充滿加壓泵作用的消防給水系統(tǒng)，這樣既能易于管理，又不會(huì)投入過多資金，但也具有一定缺點(diǎn)，不能有效適應(yīng)地震區(qū)對(duì)高層建筑的安全性要求。

最后，依靠給水方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要將高層建筑消防給水系統(tǒng)分為分區(qū)系統(tǒng)以及不分區(qū)系統(tǒng)。高層建筑高度超出50m，就應(yīng)采取分區(qū)系統(tǒng)；但是若未超出50m，則應(yīng)選擇不分區(qū)系統(tǒng)。如果僅依據(jù)給水壓力展開設(shè)計(jì)，主要有臨時(shí)高壓、穩(wěn)高壓和高壓的區(qū)別。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，因不同壓力設(shè)計(jì)效果具有差異性特點(diǎn)，為了滿足消防給水需求，應(yīng)科學(xué)確定具體壓力。如果依照系統(tǒng)類別展開設(shè)計(jì)工作，主要可以分為自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)以及消防栓系統(tǒng)。在設(shè)置消防栓給水系統(tǒng)之際，要保障消防給水管網(wǎng)、水泵接合器以及穩(wěn)壓裝置足夠科學(xué)、合理，才能保證后期發(fā)揮合理的性能。對(duì)于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)來講，要保障報(bào)警裝置水流指示器以及噴頭裝置應(yīng)用效能，從而增強(qiáng)消防給水系統(tǒng)可靠性。

4.3 高層建筑給水方式分析

4.3.1 超高層建筑疊壓供水

這一種供水方式主要是通過室外給水管網(wǎng)余壓直接抽水，再次增壓，屬于二次供水方式（如圖1所示）。一般來講，高層建筑只需采取并聯(lián)分區(qū)供水，并不存在疊壓。但是超出100m 之上的超高層，則需要應(yīng)用串聯(lián)供水方式，目前普遍是在設(shè)備層設(shè)中間傳輸池，占據(jù)較大的空間，而且會(huì)增加結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)。在出現(xiàn)新技術(shù)后，采取管道泵直接疊壓供水，無需設(shè)置中間傳輸水池，但仍需要解決很多實(shí)際問題，才能保證供水可靠性以及系統(tǒng)穩(wěn)定性。

需要注意的一點(diǎn)是，市政管網(wǎng)壓力理論并不適用于超高層建筑，一般只能應(yīng)用于四層。目前，樓宇層數(shù)較高，在原有供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常都會(huì)在樓底內(nèi)備放水箱，市政管網(wǎng)水自動(dòng)流到水箱，應(yīng)用水泵將水打上去，這種供水方式非常不節(jié)能[2]。市政管網(wǎng)壓力通常會(huì)直接流掉，加上水箱并非是全封閉形式的，很容易被臟東西污染，需要定期清理，但清理工作負(fù)擔(dān)又極大，維護(hù)起來非常麻煩。如今，在超高層建筑給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)用無負(fù)壓的方法，不需要水箱而使用儲(chǔ)水罐搭配加泵，疊加市政管網(wǎng)壓力，這樣既環(huán)保又節(jié)能。

4.3.2 無負(fù)壓供水

無負(fù)壓供水手段較為常見，而且效果極其顯著，無需設(shè)置生活水池以及生活水箱，設(shè)計(jì)起來非常便捷，應(yīng)用過程中不存在任何障礙，直接應(yīng)用一體化設(shè)備，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)及應(yīng)用程序（如圖2所示）。所謂的“無負(fù)壓供水設(shè)備”通常指無負(fù)壓變頻供水設(shè)備，也可以將其稱之為“變頻無負(fù)壓供水設(shè)備”。與供水管網(wǎng)增壓設(shè)備銜接，傳統(tǒng)供水方法需要連接蓄水池，蓄水池中的水大多都是自來水供給水，有壓力的水進(jìn)入水池后，就會(huì)變成“零”，進(jìn)而導(dǎo)致一部分能源被浪費(fèi)，但是無負(fù)壓供水設(shè)備卻達(dá)到了理想的節(jié)能供水效果，直接和自來水管網(wǎng)加以連接，不會(huì)對(duì)自來水管網(wǎng)產(chǎn)生副作用，雖是二次排水設(shè)備，但可直接在市政管網(wǎng)壓力基礎(chǔ)上疊壓供水，既能保障供水效率，又能節(jié)約資源，而且屬于全封閉式的，安全又便捷，占地量偏小，維護(hù)起來也非常輕松。

5 高層建筑排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 科學(xué)明確高層建筑排水系統(tǒng)

在高層建筑中，排水系統(tǒng)主要用來排放廢水以及污水。因此，在具體規(guī)劃及設(shè)置排水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)與高層建筑具體情況加以整合，進(jìn)一步明確排水系統(tǒng)類型。排水系統(tǒng)應(yīng)具備以下三個(gè)條件：其一，排水路徑簡(jiǎn)單，便于流暢排水[3]；其二，管道內(nèi)氣壓較為穩(wěn)定，而且不會(huì)發(fā)生劇烈變化；其三，不可為房屋功能帶來破壞性影響，而且要符合便捷安裝及便捷施工的要求。

5.2 排水設(shè)計(jì)方式

5.2.1 超高層屋面雨水排放

針對(duì)于300m 之下的超高層建筑來講，通常會(huì)采取不分區(qū)雨水排放系統(tǒng)，這一排水方式在很多超高層建筑項(xiàng)目中都得以廣泛應(yīng)用，而且收效較為明顯。但也存在一些瑕疵，比如經(jīng)常溢流影響建筑周邊地面或者在大風(fēng)雨來臨之際，接雨水出戶管受到影響。究其原因，主要在于屋面逆流口設(shè)置高度不恰當(dāng)，因此應(yīng)定期檢查井內(nèi)雨水齊水流態(tài)是否存在不穩(wěn)定情況。

屋面排水系統(tǒng)主要分為內(nèi)部排水系統(tǒng)和外排水系統(tǒng)，外排水系統(tǒng)組成部分敷設(shè)在室外，屋面排水系統(tǒng)點(diǎn)較為分散，內(nèi)排水系統(tǒng)極其封閉，封閉式系統(tǒng)管道不存在開口部分，這一點(diǎn)應(yīng)引起給水設(shè)計(jì)人員的高度重視。

5.2.2 真空排水

這一種排水方式的應(yīng)用案例并不多，但真空排水方式不僅僅拘泥于高層建筑排水，其特點(diǎn)是可以隨意上下彎曲管道，能夠解決運(yùn)行費(fèi)用問題。真空高速排水系統(tǒng)運(yùn)作原理較為獨(dú)特，能夠把水瞬間排走。在真空管道內(nèi)，排水水流速度極快可達(dá)6m/s，這是普通排水系統(tǒng)排水速度的6 倍左右。如若一套高層建筑面積為100m2，樓頂高度為3m，住房被水淹沒，使用排水能力為2m3/s的真空高速排水系統(tǒng)，在2min左右的時(shí)間內(nèi)就可將300m3積水全部排走。相比之下，如果應(yīng)用普通的城市排水系統(tǒng)，即使不存在任何故障，同口徑大小排水管，需要花費(fèi)7min的時(shí)間才能將這些水排除干凈。如今，所采取的重力排水系統(tǒng)，通常只能排除濃度偏低且雜質(zhì)較少的液體，如果遇到塑料袋、淤泥或者是泔水等，則極易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，尤其是在城市內(nèi)遭遇大雨情況后，排水系統(tǒng)常常會(huì)癱瘓，原因莫過于此[4]。

5.3 地漏附件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)地漏的目的在于能及時(shí)把建筑表面積水排掉，包含廚房積水和衛(wèi)生間積水。這兩個(gè)地方都是設(shè)計(jì)地漏的重要部位，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)要連接排水支管和地漏，這樣才能達(dá)到理想的排積水效果。

5.4 地下室排水設(shè)計(jì)

在布置地下室排水管道時(shí)，具有一定困難，所有管道和配件不應(yīng)穿過地板。所以，要采取科學(xué)的措施。首先，應(yīng)明確地下室地板地面標(biāo)高。其次，在電梯井最底層基坑旁應(yīng)設(shè)置集水坑或者是集水池，這樣可以接受電梯井以及地面排水[5]。

6 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合前文分析，發(fā)現(xiàn)針對(duì)高層建筑給水及排水系統(tǒng)展開研究及設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。在新形勢(shì)下，高層建筑給排水設(shè)計(jì)工作人員應(yīng)全面意識(shí)到給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作對(duì)高層建筑應(yīng)用性能的重要意義，并且結(jié)合高層建筑實(shí)際設(shè)計(jì)情況，潛心研究給排水設(shè)計(jì)方案，從而有效發(fā)揮高層建筑功能，為保障高層建筑消防安全帶來重大支持。