超高層住宅建筑給水管道設計及其BIM技術的應用

張婭

（宜賓職業(yè)技術學院）

1 前言

我國智慧城市化進程發(fā)展迅速，隨著住宅建筑高度越來越高，對建筑給水的水質、水壓提出了更高的要求。在設計過程中結合BIM技術，能夠簡化管道設計操作，將有關數(shù)據(jù)輸入到軟件中，針對工程設計及時進行調整。通過數(shù)據(jù)庫訪問，能夠獲得行之有效的數(shù)據(jù)材料，并組織工程預算。

2 超高層建筑給水管道設計計算

超高層住宅主要針對高端客戶，以改善型住房為主，戶型以大戶型為主，絕大多數(shù)客戶對舒適性要求比較高，超高層住宅建筑的用水量建議選擇第三類用水定額標準，用水定額取180L/（人.d）～320L/（人.d），小時變化系數(shù)取2.5～2.0。

2.1 超高層建筑給水方式的選擇

1）最不利用水點壓力的確定

最不利點所需壓力，可以選用下面公式進行計算：

(其中ΔH為最不利用水點與引入管起點的靜水壓力差；∑h為引入管至最不利用水點的壓力損失；h1為水表水頭損失；h0為最不利用水點的流出水頭）

2）建筑給水方式的類型

建筑給水方式主要分為直接給水和間接給水兩種，間接給水根據(jù)增壓設備的選用分為單設水泵、水泵水箱聯(lián)合、氣壓給水等，高層建筑由于供水范圍大，多采用分區(qū)給水的給水方式。

單設水箱的給水方式是利用水箱的安裝高度獲得水的壓力能，比較節(jié)能。但這種方式需要管網(wǎng)水壓能到達屋頂，增壓能力受限，只能用于小高層建筑中。而且水箱儲水，如果管理不到位，沒有定期檢測，定期清洗，容易產生二次污染。

設水泵的給水方式，可調壓范圍廣，需要增加一次性投資與運行費用，比較耗能， 還需要單獨設置水泵房，對建筑提出更高要求。氣壓給水一般較少用在住宅建筑中。

3）超高層建筑給水方式

超高層建筑的給水方式建議選擇分區(qū)給水方式，市政給水壓力能滿足用水點壓力需求的低層選用直接給水方式，管網(wǎng)壓力不能滿足的區(qū)域采用增壓設施給水，再根據(jù)層數(shù)進行二次分區(qū)，可以考慮建筑設備層，避難層，地下室等位置，選用水泵、水箱、減壓閥等增壓設施進行串聯(lián)或并聯(lián)分區(qū)[1]。分區(qū)的最大供水范圍以衛(wèi)生器具最大工作壓力與節(jié)約能源安全用水為原則劃分。

2.2 高層建筑給水管道水力計算

1）用水量的計算

1.最高日用水量的計算

按建筑物用水要求，選用qd，時變化系數(shù)kd，用水單位數(shù)，Qd=mq。

2.最大時用水量的計算

先求平均時用水量： Qp=mq/T

再求最高日最大時用水量： Qh=KhQp

(其中q為用水定額；Kh為時變化系數(shù)；m為用水單位數(shù)；T為用水時間，取24h)

2）設計秒流量的計算

設計秒流量的計算，常用的有三種計算方法，住宅建筑建議可以選用出流概率法進行計算。

最后代入求設計秒流量: qg=0.2UNg

(其中q為用水定額；Kh為時變化系數(shù)；m為用水單位數(shù)；T為用水時間，取24h；Ng為一戶的用水當量數(shù))

3）管徑的計算

給水管道的計算根據(jù)流量公式，滿流進行計算：

（其中：qg設計秒流量；v：管道流速）

4)損失的計算

局部阻力損失可以取沿程損失的20%～30%。

5）建筑供水壓力校核

根據(jù)市政管網(wǎng)提供壓力與建筑所需壓力進行校核。

6)水泵性能參數(shù)的計算

選泵的性能參數(shù)主要是流量和揚程。水泵揚程的計算與水泵吸水方式有關，從吸水井吸水，水泵的揚程就是所供應范圍的最不利用水點所需壓力；如果經(jīng)相關部門同意可以從市政管網(wǎng)吸水或者采用無負壓給水方式的話，水泵揚程只需減去市政管網(wǎng)供水壓力。水泵的流量計算與給水方式有關，單設水泵給水方式，流量是供應范圍的設計秒流量；水泵水箱結合的給水方式，流量為建筑最大時用水量值[2]。

7)水箱的計算

1.水箱容積的計算

水箱的有效容積按經(jīng)驗公式計算，水泵自動運行時,取（5%～8% ）Qd，手動啟動時，取（12%～20%）Qd。

2.水箱設置高度的計算

當給水方式是先將水加壓至水箱，再由水箱往下供應時，水箱的安裝高度必須滿足其供應范圍的最不利用水點最低工作壓力的要求。

2.3 給水設計中BIM的應用

1）建立空間模型，設計衛(wèi)生裝置，構建給水系統(tǒng)。設計安裝模型，指導給水排水工程的建設，簡化設計流程；在創(chuàng)建給水系統(tǒng)的基礎上，通過網(wǎng)絡系統(tǒng)自動生成管道布局方案，并從中選擇最佳設計方案進行工程設計。

2）在應用BIM技術的基礎上，進行曲線分析，針對設計時間、目標對象以及工程期限等進行邏輯整合，及時發(fā)現(xiàn)邏輯問題，并加以修改，點擊“完成”即可；在給水系統(tǒng)中增設管道、衛(wèi)生器具；

3）自檢模式，在給水設計中，應用BIM技術，能夠針對所有涉及系統(tǒng)的流量以及連通性進行檢查。在工程建設圖紙繪制完成后，“系統(tǒng)檢查器”進行激活處理，通過借助互聯(lián)網(wǎng)上的箭頭呈現(xiàn)水的流向，并檢查管道流量和給水當量；

4）給水工程進行平面設計的過程中，要合理增設消火栓以及噴頭等，結合材料表以及工程實際需求，參數(shù)化設計，結合計算機，進行水利計算，讀取衛(wèi)生器具以及設備的相關信息，針對管道水力特性進行設定，通過BIM模型，設計管徑，自動進行修改設計，繼而提高工程設計效率。

3 舉例說明

3.1 工程概況

本工程位于宜賓市南岸大地坡住宅小區(qū)，小區(qū)占地310畝，共有住宅13棟，戶型面積從105m2～285m2不等，屬于改善型住宅。該小區(qū)均為高層住宅建筑，其中6號樓地下兩層，地上38層，其中15層、31層為避難層，層高3.1m，建筑高度117.8m，屬于超高層住宅建筑。本建筑的建筑給水設計要以安全和節(jié)能為原則進行，在保證水壓、水量的基礎上盡量節(jié)約能源。

3.2 供水方式

該建筑供水方式分兩個區(qū)，低區(qū)為6層及6層以下，采用市政給水管網(wǎng)直接供水；高區(qū)為7層～38層，為節(jié)約能源，充分利用市政管網(wǎng)的壓力，減少水箱的使用，以減少水的二次污染、采用無負壓變頻供水設備供水方式。高區(qū)7層～14層為高一區(qū)，采用無負壓變頻直接供水，設備放置與地下設備層水泵間；16層～22層為高二區(qū)，23層～29層為高三區(qū)， 31層～38層為高四區(qū)。設備層與避難層結合設置，轉輸水箱放置在30層，轉輸水箱采用無負壓變頻直接供應，30層到下一避難層的高二區(qū)與高三區(qū)采用水箱重力分區(qū)供水，以節(jié)約能源。高四區(qū)采用無負壓轉輸泵直接供水。

3.3 用水量估算

用水量標準為180 L/（人·d），用水時間24h，時變化系數(shù)2.5，總人數(shù)約為242人（36戶，每戶3.5人計），最高日用水量約為43.56m3/d，最大時用水量為4.54m3/h。

3.4 管材，安裝

室內所有管材采用PPR管，采用熱熔粘接吊裝在天花下。室外，地下室干管采用鋁塑復合管。

3.5 熱水設計

住宅內每戶均采用燃氣熱水器供應生活熱水。

3.6 BIM設計

采用軟件進行BIM 的建筑給水工程設計，建立空間模型，設計衛(wèi)生裝置，構建給水系統(tǒng)。在三緯視圖上所顯示的建筑空間結構，結構梁柱體系和設備管道系統(tǒng)，進行管線布設。將有關數(shù)據(jù)輸入到軟件中，針對工程參數(shù)進行統(tǒng)一的調整，確保水力計算的便利性，獲得相應的數(shù)據(jù)信息，在修正數(shù)據(jù)信息的過程中，對相關參數(shù)，包括管道摩擦阻力以及水利特性參數(shù)等進行整理分析，進行材料編制，通過統(tǒng)計以及測量，修改CAD圖紙，cone提高工程設計效率。

4 結束語

在智慧城市建設過程中，超高層住宅的建筑給水設計要從保證用水安全、盡量節(jié)能為原則，結合BIM技術，嚴格按照我國建筑給排水設計規(guī)范要求進行設計，BIM技術應用在給水工程設計過程中，能夠全面提升設計質量，進一步規(guī)范工程操作行為，彌補傳統(tǒng)設計所造成的缺陷問題。