試論超高層建筑給排水設計研究

朱洪楚

南京市建筑設計研究院有限責任公司 江蘇 南京 210000

隨著城市化進程不斷深入，我國超高層建筑工程建設數量逐漸增加，在一定程度上增加了工程給水、排水難度。為了保證給排水系統有效運行，需要設計人員嚴格遵循相關規范，做好給排水設計相關工作。超高層建筑給排水系統與傳統低層建筑工程相比，運行要求相對較高，需要設計人員明確設計重點和難點，從多方面因素綜合分析，做好給排水系統規劃和設計工作。

一、超高層建筑給排水系統選擇與分區

（一）高層建筑工程中的生活給水系統

現行的《建筑給排水設計規范》對建筑工程生活給水系統分區作出明確規定，需要設計人員嚴格按照相關規定進行設計。

首先，在生活給水系統設計中，需要對不同性質的用水區域進行明確區分。新時期背景下，各種類型超高層建筑工程大量涌現，其中包括功能單一的辦公樓和住宅樓，也包括多種功能的綜合樓，由于不同功能用水區域計費不盡相同，所以在給水系統設計方面也要做到相互獨立。這就需要設計人員結合實際情況進行分析。通常情況下，生活用水可以分為以下幾種：經營服務用水、居民用水、特種行業用水等。設計人員在區分給水系統前，需要全面了解地區收費范圍以及相關標準，保證給水系統區分科學、合理。

其次，在完成給水系統區分工作后，需要針對性選擇供水方式。《建筑給排水設計規范》中規定：如果建筑工程總高度超出100m，需要采用垂直串聯供水方式。設計人員應該結合建筑工程不同功能，做到具體情況具體分析，合理選擇供水方式。例如：某住宅共有三棟45層超高層建筑工程，平均每層高度為3m，總建筑高度為135m。在給排水設計中，將生活給水作出以下分區：A區為地下2層到地上二層，該區主要由市政給水管網供水。B區為地上3-15層，該區主要由B區變頻泵組進行供水。C區為地上15層到35層，該區主要由C區變頻泵組進行供水。D區為地上35-45層，該區主要由D區定去水泵加壓到建筑工程頂部水箱進行供水。在該高層建筑工程供水方式選擇過程中，需要考慮以下幾種情況：

第一，相對于屋頂水箱供水方式而言，變頻供水方式衛生條件更加良好，在條件允許的情況下需要優先采用變頻供水方式。該工程在100m以下供水系統中均選用變頻供水方式。

第二，變頻供水水泵組在運行過程中，水流量的高峰值與低谷值差距越小，水泵組在高效區運行時間就會越長，能夠充分滿足節能需求。在該工程中，由于共水泵組需要為多個用戶提供服務，所以流量較為均勻，高峰值與低谷值之間的差距也相對較小。

第三，共水泵組在運行過程中所負擔的建筑工程層數，會直接受到給水器具承壓性能的影響。《建筑給排水設計規范》中規定：積水器具最大承受壓力應小于0.6MPa。

第四，由于該工程沒有設置設備層，所以無法充分滿足串聯垂直給水需求，結合以往設計經驗總結分析，大多數超高層建筑都沒有設置設備層，如何能夠有效落實串聯垂直給水方式是現階段亟待解決的一個問題。

第五，超高層建筑工程給水管道較長，壓力也相對較大，在設計過程中需要充分保證給水安全性和穩定性。而選擇高位水箱供水方式能夠充分滿足這一需求。并購且蘇水泵能夠在高效中長時間運行，如果供水區域較小，其在耗能方面也會與變頻供水方式縮小差距。

（二）超高層建筑工程中的消防系統

1.消火栓系統

當前，超高層建筑工程消防系統大多選擇臨時高壓給水系統供水方式。相關規定曾明確指出：消防栓栓口的靜水壓力需要低于1MPa，如果超出該數值，需要采用分區給水系統。所以在超高層建筑消火栓系統設計過程中，設計人員需要嚴格按照該條例進行分析，并利用減壓閥、水泵等做好分區工作。

仍然以上文提到的45層超高層建筑為例進行分析，可以將消火栓系統的分為以下兩個區：低區為1-25層，主要由地下室消防栓泵減壓進行供水。高區為26-45層，主要由消火栓泵進行供水。這種分區不僅管路簡單、控制系統邊界、管徑較少，而且無需設備層。但也存在一定弊端，就是需要具備質量較好的減壓閥。

如果建筑工程高度接近或超過200m，會受幾個高差影響，導致常見的管材設備在供水過程中產生壓力極限，此時則不能單純通過減壓閥對消火栓系統進行分區。

例如：某高層建筑共50層，消火栓分區為：A區地下3層-地上7層。主要由地區消火栓泵經過減壓閥進行供水。B區為8-25層，主要由低區消火栓泵進行直接供水。C區為26-37層，主要由高區消火栓泵經過減壓閥進行供水。D區為38-50層，主要由高區消火栓泵進行直接供水。這種分區的優勢在于降低消火栓泵的揚程，溶蝕滿足管道及相關設備耐壓等級需求。但也存在一定弊端，就是對控制系統要求較高，需要設置設備層，為管理增加難度。

2.自動噴水滅火系統

高層建筑工程設計相關規范明確提出：如果建筑工程總高度超過100m，需要設置自動噴水滅火系統。在設計過程中，設計人員需要嚴格按照《自動噴水滅火系統設計規范》展開各項工作，保證管道在運行過程中壓力低于1.2MPa。在分區過程中需要結合不通報警閥負責樓層進行分析，盡可能保證生活給水系統和消火栓給水系統相互適應，避免管道過于復雜或分散。另外，在設計預作用系統和濕式系統時，需要保證一個報警閥控制的噴頭數量低于800個，而干式系統報警閥控制的噴頭數量要低于500個。同時保證所有報警閥供水組的最高位置和最毒位置相差距離小于50m。由于每個報警閥都要設置單獨立管，如此會導致管道分散，為解決這一問題，需要設計人員將噴淋水泵和報警閥前的供水管道設計為豎向環狀，從而滿足自動噴水滅火系統設計需求。

二、超高層建筑工程級配水系統管材和設備選型

（一）管材選型

如果給水管在運行過程中壓力超過1MPa，需要優先選擇強度較高的金屬管，通常不建議選擇塑料管。即便塑料管的承壓等級能夠達到1.6-2.5Mpa，但在實際應用中也存在一定風險。常見的金屬管有厚壁鍍鋅鋼管、不銹鋼鋼管等，可以結合供水需求進行科學選擇。另外，在生活給水系統管材選擇過程中，需要充分考慮水資源衛生問題，可以選用涂塑料管等管材。為了保證管材密封性良好，需要選擇法蘭、焊接、溝槽等連接方式。除此之外，如果在給水設計中選擇小于DN100的管材，需要采用螺紋連接方式。如果選擇塑料管道，需要采用熱熔連接方式，但熱熔連接存在一定弊端，不能在高壓管道系統中應用。

超高層建筑工程給排水管道選擇多種多樣，其中較為常見的有HDPE排水管道、PVC-U排水管道、球墨鑄鐵配水管道等。其中PVC-U排水管道自身強度較差，尤其采用成品膠粘結的管材在使用過程中極其容易產生脫落現象，所以盡量不使用。

（二）閥門選型

超高層建筑工程中給水系統下部分閥門在選型過程中，需要結合系統工作壓力以及試驗結果確定公稱壓力等級。如果給水系統沒有設置安全泄漏裝置，需要設計人員充分考慮水錘因素。

（三）水泵接合器選型

高層建筑給排水系統設計相關規范提出：室內消火栓系統和自動噴水滅火系統需要設置防火泵接合器。如果給排水系統有分區，需要設計人員在消防車供水壓力范圍內針對性設置消防水泵接合器。當前，我國出臺的《消防水泵接合器安裝》相關規范強調，消防水泵接合器只適用于消防系統壓力低于1.6MPa情況下，如果超出該數值，但是又在消防車供水壓力范圍內，需要采用特別定制的水泵接合器。

三、超高層建筑工程給排水系統減壓措施

超高層建筑工程的給排水系統，相對于常規建筑工程給排水系統而言大多處于高壓運行狀態，這也在一定程度上增加了運行不穩定因素，為了從根源上避免意外事故的發生，同時減少維修養護次數，需要采取針對性措施對給排水系統進行減壓，具體分析如下：

（一）給水系統減壓

針對超高層建筑給水系統，可以采用減壓穩壓消火栓、泄壓閥、節流管、減壓閥、安全閥等方式進行減壓。上文提到。超高層建筑經常使用減壓閥對給水系統進行分區，而用于分區的減壓閥有兩種，一種為比例式減壓閥，另一種為可調式減壓閥。后者壓力調整范圍通常在0.7MPa范圍內，在對生活給水系統進行減壓時，閥前和閥后的壓力需要控制在0.4MPa以內。如果高層建筑工程內部要求環境盡可能安靜，則閥前和閥后的壓力需要控制在0.3MPa以內，另外，一個給水分區不可避免存在超壓管段，此時也可以采用可調式減壓閥進行減壓。通常情況下，如果管徑大于DN50，可以采用先導式可調節減壓閥，如果管徑小于或等于DN50，也采用直接式可調節減壓閥。消防給水系統在減壓方面與生活給水系統大致相同，也需要采用減壓閥分區，其不同點為消防給水系統采用的減壓閥需要成組設置，而生活給水系統減壓閥既可以成組設置，也可以單獨設置，成組設置即備用設置，如果不采用成組設置方式，需要保證減壓閥失效時，管道壓力低于衛生器具可承受壓力。上文提到，衛生器具最大承壓力在0.6MPa范圍內。

（二）排水系統減壓

為了避免超高層建筑水流高速下落，導致排水管道受到沖擊發生損壞，需要采用針對性減壓方式降低水流沖擊力。當前排水系統設計中，較為常見的減壓方式有彎道偏執、乙字彎等方式，在條件允許的情況下也可以采用蘇維托系統和螺旋消音排水管道。另外，在管道彎折位置，需要做好支墩或支架，避免水流高速流動產生沖擊損壞管道，從而充分發揮高層建筑工程中排水管道的作用和功能。

結束語

綜上所述，由于超高層建筑高度較高，所以管路系統的內壓力也會相對較大，這也對給排水系統設計提出了較高要求。如果設計人員設計不當，會為給排水設計增加安全隱患，容易產生各種事故，所以本文從給排水系統分區、設備管材選型等方面入手，提出幾點給排水系統設計方法，旨在為提高建筑工程功能性和實用性奠定基礎。