高層建筑給水排水工程設計問題及優化策略

周曉波

摘 要：從設計的角度對高層建筑的給水系統、排水系統及消防水系統的設計問題進行了分析，并針對目前高層建筑給排水系統設計出現的有關問題，提出了一些優化策略。

關鍵詞：高層建筑;給排水設計;存在問題;優化策略

引 言

我國現行規范對高層建筑是這樣定義的：建筑高度>27米的住宅、建筑高度>24米的非單層公共建筑及建筑高度>24米的非單層工業建筑屬高層建筑[1]，建筑高度>100米的建筑為超高層建筑[2]。隨著我國社會經濟的高速發展，高層建筑大量涌現，相比于單層及多層建筑，高層建筑的設計要求更為嚴格，尤其是給水排水系統設計質量的高低，直接影響到人們的生活質量及身體健康！

一、高層建筑給排水設計的特點

高層建筑給排水設計與一般單、多層建筑相比，計算方法、設計步驟及基本理論是基本相同的。高層建筑具有層數較多、建筑高度較大、建筑結構復雜、建筑功能較廣等特性，使其給排水設計具有如下特點：①必須有可靠的水源，合理的管網布置;②必須進行合理的豎向分區;③應力于消防自救;④必須有可靠的排水系統;⑤必須嚴格采取防震、防噪音、防水錘、防沉降等措施;⑥設計工作量大，施工難度也大。

二、高層建筑給水系統設計中存在的問題及優化策略

2.1存在問題。高層建筑給水系統設計比較復雜，比較突出的是水錘問題。水錘是由于管道壓力突然變化（例如突然關閉閥門），由水的壓縮性引起的供水系統中的沖擊波壓力。水錘破壞力較大，及容易造成爆管事故。

2.2優化策略。水錘，是供水管道中經常遇見的物理情況，影響供水管道及閥門使用壽命，嚴重時可能引發爆管。因此，在高層建筑給水系統設計中，應預防水錘的破壞。推薦以下幾種方法：

（1）給水加壓系統，應設置水錘消除裝置[3]，水泵的出水管上裝設水錘消除器，該設備主要防止停泵水錘，安裝在水泵出口管附近，利用管道本身的壓力為動力來實現低壓自動動作，防止水錘對設備和管道的沖擊。

（2）采用控制流速技術

在建筑給水設計中，為防止或減少管道水錘的發生，管道流速宜采用現行規范規定的下限值：DN≥80mm時，采用v≤1.8m/s為宜;25≤DN<80mm時，采用v=1.2～1.5m/s為宜;DN≤20mm時，采用v=1.0m/s為宜[3]。

（3）采用恒壓控制技術

采用變頻控制水泵機組，采用PLC自動控制系統對變頻泵實行自動控制，檢測管網壓力，反饋控制水泵的啟、停并調節轉速，調節流量，使壓力維持在設定值范圍內，避免壓力波動，使產生水錘的概率減小。

三、高層建筑排水系統設計中存在的問題及優化策略

3.1存在問題。排水系統含污（廢）水系統及雨水系統，其中污（廢）水系統中的地漏設置不當、水封破壞嚴重、異味反入室內的問題較為常見。雨水系統中尤其要屬陽臺返水問題較為突出，在超過設計重現期的暴雨發生時，雨水管道內部將形成滿管壓力流，此時陽臺地漏會出現反水問題，最終導致陽臺位置積存的雨水無法快速排出。

3.2優化策略。污（廢）水系統地漏的設置應符合《建筑給水排水設計標準》（GB50015-2019）第4.3.5條規定“地漏應設置在有設備和地面排水場所，如：衛生間、盥洗室、淋浴間、開水間;洗衣機、直飲水設備、開水器等設備的附近;食堂、餐飲業廚房間”[3]。

根據使用場合的不同選擇不同類型的地漏，食堂、廚房和公共浴室等排水設置網筐式地漏;設備排水應采用直通式地漏;地下車庫如有消防排水時，設置大流量專用地漏。地漏應設置在易濺水的器具或沖洗水嘴附近，且應在地面的最低處。

四、高層建筑消防給水系統設計中存在的問題及優化策略

4.1存在問題

（1）消防水池容積設計不合理。消防水池的有效容積設計偏小，造成此問題的主要原因是設計人員對建筑消防用水量及火災延續時間判斷不當。消防水池的有效容積設計偏大，存在浪費，造成此問題的主要原因是某些地區由于供水企業無法保證市政給水系統的安全性，室內、外消防用水量均必須儲存在消防水池中，導致消防水池容積設計偏大。

（2）水泵接合器的數量不夠或設置位置不合理。《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB 50974-2014）規定消防水泵接合器應設在室外便于消防車使用的地點，且距室外消火栓或消防水池的距離不宜小于15m，并不宜大于40m。實際工程中有的水泵接合器設在拐彎處、地溝邊、墻角下，位置不明顯，消防車無法靠近，操作起來極為不便;水泵接合器的數量設計不夠，許多設計人在確定水泵接合器的數量時帶有很大的主觀性，沒有按要求獨立設置水泵接合器。

4.2優化策略

（1）正確計算消防水池容積。在高層建筑設計中，市政消防給水設計流量小于建筑室內外消防給水設計流量時，消防供水采用一路消防供水或只有一條入戶引入管時，都要求設置消防水池。計算消防水池容積時，應將火災延續時間內室內各種系統的消防用水量之和減去市政進水管的補水量。總結消防水池的設計步驟如下：①對建筑物進行定性;②確定建筑物設置有哪幾種水消防系統;③確定哪些消防系統的水量需要儲存在消防水池;④確定水量儲存于消防水池中的每一種水消防系統的設計流量及火災延續時間;⑤判定水量儲存于消防水池的水消防系統中，哪些水消防系統在火災發生時需要同時開啟，將這些系統的消防水量相疊加;⑥判定消防水池的容積計算是否需要減去火災延續時間內消防水池補水管的補水量;⑦消防水池有效容積計算公式：

（2）嚴格按照現行規范規定設計水泵接合器的數量和位置

按照《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB 50974-2014）的要求，室內消防給水系統設置消防水泵接合器的目的是便于消防隊員現場撲救火災能充分利用建筑物內已經建成的水消防設施。消防水泵接合器的設置場所：①下列場所的室內消火栓給水系統應設置消防水泵接合器：a.高層民用建筑;b.設有消防給水的住宅、超過五層的其他多層民用建筑;c.超過2層或建筑面積大于10000平方米的地下或半地下建筑（室）、室內消火栓設計流量大于10L/s平戰結合的人防工程等。②自動噴水滅火系統、水噴霧滅火系統、泡沫滅火系統和固定消防炮滅火系統等水滅火系統，均應設置消防水泵接合器。

五、結語

我國高層建筑在不斷的發展過程中，出現了一些亟待解決的技術問題，需要相關技術從業者不斷探索革新。高層建筑給排水設計要滿足水壓、水質和水量的要求，并根據這些要求進行優化設計，最大程度實現建筑的安全性和舒適性。這就要求設計人員創新對給排水系統的設計方法，設計出先進、安全、實用的高層建筑給排水系統，實現節能減排、安全舒適，不斷提高人們在高層建筑中的工作和生活質量。

參考文獻

[1] GB 50016-2014（2018年版），建筑設計防火規范[S].

[2] GB 50352-2019，民用建筑設計統一標準[S].

[3] GB50015-2019，建筑給水排水設計標準[S].