高層建筑給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，高層建筑工程數(shù)量日益增多，給排水系統(tǒng)作為高層建筑的重要組成環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)的合理性直接關(guān)系到建筑的使用功能和安全。在具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)嚴(yán)格遵循安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能及可持續(xù)發(fā)展的原則，確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行和長(zhǎng)期可靠性。旨在探討高層建筑給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略，通過(guò)引入先進(jìn)的技術(shù)手段和科學(xué)的管理方法，提高系統(tǒng)的整體效率、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，還分析了當(dāng)前設(shè)計(jì)中存在的常見(jiàn)問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決方案，以期為未來(lái)高層建筑的給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考和借鑒，推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高層建筑；給排水系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；節(jié)能；安全

一、前言

高層建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響因素較多，主要涵蓋供水壓力、排水質(zhì)量、消防用水需求及供排水系統(tǒng)的可靠性等。優(yōu)化給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅可提升建筑使用功能及舒適度，同時(shí)還可降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高能源系統(tǒng)利用率。

二、高層建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（一）安全性原則

高層建筑由于其高度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，面臨諸多問(wèn)題和挑戰(zhàn)，如壓力控制和消防供水等。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，必須綜合考慮消防、生活用水及生產(chǎn)需求等方面的安全保障措施。對(duì)于管道、閥門(mén)、泵站等核心組件的選擇，應(yīng)確保它們符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，具備優(yōu)秀的耐用性和抗振性能，以有效應(yīng)對(duì)高層建筑內(nèi)部可能發(fā)生的振動(dòng)和壓力變化。

（二）經(jīng)濟(jì)性原則

在給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)性原則，進(jìn)而優(yōu)化資源配置，最大限度地降低系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的成本。系統(tǒng)選材方面，應(yīng)優(yōu)先選用性價(jià)比高并符合標(biāo)準(zhǔn)的材料。例如，在排水管道中可采用耐腐蝕、耐高溫的材質(zhì)，以此來(lái)延長(zhǎng)管道的使用壽命并減少維護(hù)費(fèi)用[1]。同時(shí)，系統(tǒng)布局的優(yōu)化也至關(guān)重要，通過(guò)科學(xué)規(guī)劃管道路徑和設(shè)備位置，可以有效縮短管道長(zhǎng)度，減少泵站數(shù)量，進(jìn)而節(jié)省初期建設(shè)投資和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中的能耗。

（三）節(jié)能環(huán)保原則

節(jié)能環(huán)保原則是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要考量因素，特別是在給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)采取節(jié)能型設(shè)備以減少能源消耗和水資源浪費(fèi)。在具體設(shè)計(jì)中，可以選擇高效節(jié)能泵和低流量水龍頭等節(jié)水裝置，通過(guò)合理的水力分區(qū)和智能化控制系統(tǒng)來(lái)減少總體用水量，同時(shí)提升供水效率。另外，建筑內(nèi)的水資源循環(huán)使用和雨水回收也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的有效途徑。收集并凈化后的雨水可用于景觀灌溉、沖廁等非飲用目的，不僅能夠顯著降低用水量，還能減少污水排放[2]。

（四）可持續(xù)發(fā)展原則

可持續(xù)發(fā)展是高層建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)具備良好的擴(kuò)展性和維護(hù)性，以便適應(yīng)未來(lái)建筑功能的變化和技術(shù)進(jìn)步。隨著科技的不斷創(chuàng)新，新型材料、智能控制和信息化管理在給排水領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要滿足當(dāng)前的需求，還應(yīng)具有足夠的靈活性，以支持升級(jí)改造。

三、工程簡(jiǎn)介

某高層商業(yè)綜合體的給排水系統(tǒng)工程總建筑面積約為85，000㎡，地上28層、地下3層，建筑高度120m。該項(xiàng)目的給排水系統(tǒng)涵蓋生活用水、消防供水、雨水排放等多種功能，設(shè)計(jì)日用水量達(dá)500m3，消防儲(chǔ)水池容量為600m3，設(shè)有三套分區(qū)供水系統(tǒng)以保障不同樓層的水壓需求。生活水系統(tǒng)采用不銹鋼水管及節(jié)能水泵，管道總長(zhǎng)度超過(guò)3，200m，并設(shè)有智能控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)啟停和分區(qū)壓力調(diào)節(jié)，確保水資源的高效利用。該系統(tǒng)同時(shí)安裝有雨水收集與中水回用裝置，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約用水約8，000m3，有效降低了項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境負(fù)荷。通過(guò)對(duì)比分析，優(yōu)化后的給排水系統(tǒng)展現(xiàn)了顯著優(yōu)勢(shì)[3]。水泵和水箱數(shù)量的減少不僅降低了初期投資成本，還減少了后續(xù)的維護(hù)難度，提高了系統(tǒng)的可靠性與靈活性。水管長(zhǎng)度縮短和水壓穩(wěn)定性的提升有效降低了壓力損失和能源消耗，同時(shí)減少了漏水的風(fēng)險(xiǎn)。在消防系統(tǒng)方面，火災(zāi)發(fā)生后的響應(yīng)時(shí)間從約5分鐘縮短至30秒，大幅提高了滅火效率，降低了火勢(shì)蔓延的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。

四、高層建筑給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）給水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

某高層商業(yè)綜合體的給排水系統(tǒng)服務(wù)于一個(gè)總面積約為85，000㎡的建筑，共有地上28層和地下3層，建筑總高度達(dá)到120m。該系統(tǒng)的功能涵蓋了生活用水、消防供水和雨水排放等多個(gè)方面，設(shè)計(jì)的日用水量為500m3，消防儲(chǔ)水池的容量設(shè)定為600m3。為了滿足不同樓層的水壓需求，系統(tǒng)配備了三套分區(qū)供水設(shè)施。生活用水系統(tǒng)采用了不銹鋼管道和節(jié)能水泵，整個(gè)系統(tǒng)的管道總長(zhǎng)超過(guò)3，200m，并集成了一套智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水泵的自動(dòng)啟動(dòng)和停止以及分區(qū)壓力調(diào)節(jié)，保證了水資源的高效使用。此外，系統(tǒng)還裝備了雨水收集和中水回用設(shè)施，預(yù)計(jì)每年能節(jié)約大約8，000m3的用水量，從而有效減少了項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)成本和對(duì)環(huán)境的影響[4]。

通過(guò)對(duì)該給排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，其表現(xiàn)出多方面的優(yōu)勢(shì)。首先，水泵和水箱的數(shù)量減少，不僅降低了初始投資成本，還簡(jiǎn)化了后續(xù)的維護(hù)工作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。其次，通過(guò)縮短管道長(zhǎng)度和提高水壓穩(wěn)定性，有效地減少了壓力損失和能源消耗，同時(shí)也降低了漏水的可能性。在消防系統(tǒng)方面，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)將火災(zāi)響應(yīng)時(shí)間從原來(lái)的約5分鐘縮短到了30秒，極大地提高了滅火效率，減少了火災(zāi)擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。

（二）排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在高層建筑的排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)雨水和污水的分流是提高排水效率、減少環(huán)境污染的關(guān)鍵措施。合理規(guī)劃雨污分流系統(tǒng)，可將不同類(lèi)型的排水分別導(dǎo)入相應(yīng)的處理系統(tǒng)，減輕污水處理的負(fù)擔(dān)，減少處理成本。具體來(lái)說(shuō)，雨水可以通過(guò)獨(dú)立的管道系統(tǒng)排放，尤其是屋頂、天臺(tái)和室外地面的雨水應(yīng)該單獨(dú)收集和排放，防止與污水混合導(dǎo)致水質(zhì)下降。經(jīng)過(guò)初步過(guò)濾的雨水還可以作為中水再利用，用于綠化灌溉或道路清洗，既能節(jié)約水資源，又能緩解城市的排水壓力。

設(shè)計(jì)時(shí)，需要準(zhǔn)確計(jì)算建筑各區(qū)域的雨水量和污水量，依據(jù)流量需求確定合適的排水管徑，確保水流暢通無(wú)阻。尤其是在降雨量大的地區(qū)，雨水管道的設(shè)計(jì)要考慮到大流量帶來(lái)的沖擊，選擇適當(dāng)?shù)墓艿啦牧虾瓦B接方式，以提高系統(tǒng)的耐久性和穩(wěn)定性[5]。選取高效化的排水設(shè)備對(duì)于提升排水系統(tǒng)的運(yùn)行效率至關(guān)重要。采用高效排水泵和節(jié)能配件，不僅能加快排水速度，還能顯著減少能耗。例如，高層建筑的污水排放通常需要匯入地面的市政污水管網(wǎng)，要求排水泵具有足夠的揚(yáng)程和排量。使用變頻排水泵可以根據(jù)實(shí)際污水量自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行頻率，從而在高峰期和低谷期避免不必要的能量浪費(fèi)。揚(yáng)程與流量關(guān)系見(jiàn)表2。

（三）消防系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在高層建筑的消防系統(tǒng)優(yōu)化中，采用消防與生活用水合用的系統(tǒng)可以有效提高水資源的利用率，減少不必要的浪費(fèi)。這種系統(tǒng)通過(guò)合理設(shè)計(jì)管道和水泵的運(yùn)行方案，實(shí)現(xiàn)了生活用水和消防用水的資源共享，確保在滿足日常用水需求的同時(shí)，也能隨時(shí)為消防提供充足的水源保障。通常，合用系統(tǒng)會(huì)配備生活水箱和消防水箱，其中生活水箱會(huì)預(yù)留部分容量作為緊急消防用水，而消防水箱則具備在高峰期自動(dòng)補(bǔ)水的功能，確保持續(xù)穩(wěn)定的水供應(yīng)。高層建筑消防系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中消防與生活合用系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表3。

選取使用變頻控制技術(shù)為消防泵的運(yùn)行可提供靈活度更高的調(diào)節(jié)方案，根據(jù)實(shí)際條件和需求自動(dòng)調(diào)整消防泵的啟停和運(yùn)行頻率，進(jìn)而進(jìn)一步提升系統(tǒng)的響應(yīng)效率和能耗表現(xiàn)。傳統(tǒng)的消防泵在緊急情況下需要全功率運(yùn)行，而變頻控制技術(shù)則能根據(jù)火災(zāi)的具體情況自動(dòng)調(diào)節(jié)流量和壓力，滿足局部或小規(guī)模火情的需求，避免不必要的資源浪費(fèi)。此外，在日常維護(hù)過(guò)程中，變頻控制技術(shù)還能使消防泵以低速循環(huán)運(yùn)行，有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命并減少維護(hù)次數(shù)。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高層建筑給排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為系統(tǒng)性的工程，需綜合考慮多方面的影響因素?；诜謪^(qū)供水、無(wú)負(fù)壓供水、智能化管理、高效排水設(shè)備、防水與防倒灌等措施，創(chuàng)新智能消防系統(tǒng)的應(yīng)用，可最大限度提升系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)效率，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，進(jìn)而最大限度滿足高層建筑對(duì)給排水系統(tǒng)的基本需求。

參考文獻(xiàn)

[1]穆顯超.高層建筑給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究[J].建設(shè)科技，2024（12）：69-71.

[2]王金棟.城市高層建筑給排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].房地產(chǎn)世界，2024（07）：130-132.

[3]王和中.高層建筑給排水及消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、問(wèn)題探討[J].房地產(chǎn)世界，2024（04）：47-49.

[4]陸小峰.基于綠色建筑理念的建筑給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].工程技術(shù)研究，2023，8（23）：188-190.

[5]嚴(yán)振興.高層建筑給排水消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)探析[J].消防界（電子版），2023，9 （13）：52-54.

作者單位：煙臺(tái)業(yè)達(dá)實(shí)業(yè)有限公司

■ 責(zé)任編輯：王穎振 鄭凱津