超高層住宅建筑消防給排水系統設計研究

王濤

（中南建筑設計院股份有限公司，武漢 430071）

1 引言

超高層建筑是指總高度大于100 m 或是層數多于40 層的樓體。因為高度的設置問題，起高層建筑的建設難度相對偏高，具體表現在住戶規模偏大，需水量多，給水裝置總量多。

2 超高層住宅建筑的常規設計方向

2.1 供水方式

超高層的給水項目，關系到建設進度與消防安全程度。此系統設計的關鍵在于分區與給水形式。結合相關設計規范來看，建筑高度未超過100 m 的項目，給水系統盡可能選擇分區減壓供水以及垂直分區并聯2 類。而本文所述的超高層項目，更適宜設施垂直串聯給水結構。如今，給水模式有4 類：（1）儲水池、恒壓水泵以及高位水箱組合；（2）氣壓給水裝置；（3）儲水池、變頻水泵組合；（4）管網疊壓裝置。4 類給水模式具體描述如表1 所示。

表1 給水模式對比

根據表1 的對比情況來看，給水模式（1）的給水情況相對偏優，能在較長的工作時長下保持高效的狀態。另外，和管網疊壓裝置、變頻相較，高位水箱的應用價值更高，通常出現在用于辦公的建筑中。運用氣壓給水的方式中，實際情況會受到氣壓罐的容積限制，無法布設在用水量極大的項目中。變頻給水相對來講，節能效果更佳，但穩定性不高，假設在非用水時長超過實際集中用水的時長，會導致整個給水系統在低效狀態下的時間更長。而管網疊壓方式，容易被附近市政管網的水壓與管徑所干擾，如果市政壓力波動明顯，則會影響節能水平。建筑內部給水系統的所需壓力值，可按照公式（1）計算：

式中，H 為所需壓力值，kPa；H1為引入管的起點處到最不利點位置的靜壓差，kPa；H2為管路沿程和局部壓力損失，kPa；H3為水表水頭的損耗，kPa；H4為最不利位置的最小工作壓力，kPa。

2.2 減壓設計

水壓超壓為超高層項目中通常會遭遇的現象，其既容易干擾住戶正常用水，又可能損壞潔具部件。對此，給水系統設計可從幾個角度入手：

其一，布置減壓閥。常見的減壓閥設計方式有：（1）把閥門安裝在每層給水入戶管上，此結構優點為后期運維操作不會對住戶日常給水造成明顯干擾，但不足之處在于閥門過多，容易擴大造價規模；（2）把閥門安裝在立管上，要求所選立管位置適宜，有必要的維修空間。在立管分區的位置，安裝一組閥門，便能支持不同用水處對于水壓與水量的需要。但在后期維修閥門中，對整個建筑內的住戶用水都會產生干擾，同時，由于住宅水管井尺寸較小，減壓閥組的安裝空間不夠。

其二，安裝分區水箱。該種給水形式的穩定性較佳，水箱部件會用到建筑上層位置，導致建筑框架荷載提高[1]。

3 排水系統

3.1 生活排水

常規市政排水系統，設置成雨污分流，所以，室外排水也選擇同樣的思路。首先，廚房廢水直接排放到室外的污水管網內，最終和衛生間產生的污水一同排放到化糞池內。其次，住宅建筑的衛生間，一般設糞、污的立管以及獨立連接的通氣管道。為優化排水效果，控制衛生間使用噪聲，在各層衛生間，需連接器具通氣的管道。流入化糞池內的物質，同樣要通過預處理，并和生活污水一同轉移至下水管道中。最后，在地下室空間中形成的污水，無法借助自流的形式排到室外，可借助潛污泵直接抽出，達到排出的目的。

3.2 雨水排水

超高層住宅項目屋面雨水排水，能選擇有組織的內排水系統。對于住宅類項目而言，由于屋面的面積不大，一般選擇重力流，其屋面可設置成側墻式的水斗。另外，為放置屋面雨水在陽臺處溢出，超高層項目的陽臺排水系統，需獨立設置，同時，此空間內的雨水立管底部，需間接排水。

3.3 消防系統

超高層項目的消防供水分區設計，主要是根據水壓、給水裝置供水的水平、管道承壓能力等加以確定。按照超高層住宅項目消防設計要求來看，消防栓處靜水壓力需不大于1.0 MPa，假設大于該標準數值，需采取分區給水結構。在實際設計中，該類給水分區設計，要結合樓體具體應用情況、總體高度、項目造價等。目前可采取的分區方式有：（1）水泵、水箱，借助減壓閥設置具體管轄區域；（2）水泵與水箱設置成串聯結構；（3）給水泵為并聯連接；（4）消防水泵形成串聯格局；（5）重力式的給水設計。在超高層項目中，給水分區設計通常選用上述某一類或者兩類及其以上組合結構。在設計超高層建筑中，消防給水要基于住宅工程具體狀況，合理設置分區以及消防系統，兼顧火災應急與項目建設造價[2]。

4 超高層住宅建筑項目實例分析

4.1 項目簡介

本項目的整體高度120 m，設有地下2 層，地上共有42 層，具體使用功能是住宅和配套商業。地下空間的主要功能是人防，負二層與負一層還是機動車停車場與設備用房。配套商業集中在1～2 層，3～42 層為普通住宅，塔樓一共有4 棟。

4.2 給水設計

根據城市供水管網的供水壓力、建筑物各部分的使用功能及衛生器具對靜水壓的要求，本項目最終確定采取并聯與串聯組合的給水方式。其中，生活用水來自項目周邊市政管網，在室外設置消防綠化與商業生活2 個供水部分，分別安裝水表。在生活給水設計中，按照功能設置分區，共得到5 個分區。即Ⅰ區是在負2 層～2 層，利用市政管網給水，其他分區均需經過加壓處理；Ⅱ區是3～14 層；Ⅲ區從15～28 層；Ⅳ區是29～36 層；Ⅴ區是37～42 層。不包括Ⅰ區外的其他各區，均配備變頻調速的給水裝置進行加壓處理。本工程的生活用水量如表2 所示。

表2 生活用水量

為能有效控制高區供水系統內的管道壓力，通常會在超高層建筑的公共區域，借助在塔樓內部安裝給水二次提升裝置，但給水加壓設備不得設置在居住用房的上層、下層和毗鄰的房間內，因此，在住宅類的建筑工程中不適用。對此，首先，可借助氬弧焊以及強化法蘭連接，在建筑高區給水管道中裝配不銹鋼管材。其次，建筑高區給水裝置可使用高性能給水泵，同時設定適宜的技術參數。最后，將水力調節閥與水錘消除器安裝在各60 m 的分區給水設施上，高于100 m 的分區給水裝置，可安裝持壓泄壓閥。

4.3 排水設計

排水系統為達到雨污分流，為確保排水過程順暢，在污水系統內需進一步細化污廢分流，在衛生間安裝專門的通氣立管，避免水封受損時，污濁氣體返回建筑內部。室內廚房空間配備伸頂通氣。各棟住宅樓體，配備100 m3規格的化糞池，住戶產生的糞便污水在處理后，直接進入市政的污水系統中。淋浴及盥洗廢水單獨收集至室外，集中進行中水處理站，處理達標后用于綠化澆灑及道路沖洗。中水處理站設置事故排出口，污水處理設施維修時，將廢水直接排至市政污水管網。

超高層項目排水系統中，水體自重形成的作用力，容易損壞各排水設施，而且還會干擾水封。對此可采取的設計調整包括：（1）為控制水體下流過程中的流速，由頂層開始，以每6 層為1 個單位布置消能設施，以控制水流沖擊力；（2）借助水力計算，保障排水立管始終處于等速水膜流；（3）針對管道內正壓與補給空氣，下降負壓，設置專門的通氣立管，維持管中壓力和大氣壓之間的基本均衡；（4）在室內的排水管與通氣管處使用帶柔性接口的管件，壓力排水管設計成焊接鋼質管材，地下空間的管線為明設，其他都采用暗設施工；（5）內部雨水排水對應的首個檢查井應為消能井，以免由于水流壓力偏大，帶來噴濺問題。

4.4 消防設計

消防設計主要包括以下內容：

1）消防栓系統。其室內用水量設置為15 L/s，室外消防用水量是20 L/s。對于消防栓給水系統，將住宅建筑總體分成2個區域，不超過15 層的樓層屬于低區，16 層及其以上是高區。在區域中設置加壓水泵，建筑內部的加壓管道按照環狀鋪設。各區分別設置消防水泵接合器，各自連接不同區域環管。

2）自動噴淋系統。結合建筑總高度與各報警閥負責的噴頭量、管網壓力等，設置縱向分區。每個報警閥組供水的最高與最低位置灑水噴頭，其高程差不大于50 m，每個防火分區、每個樓層設水流指示器[3]。

5 結語

隨著生活水平的不斷提高，居民對居住環境的要求也越來越高。超高層住宅設計中，合理確定消防及給水系統的分區、排水系統形式至關重要。根據項目所在區域的用水特點，對居民用水量標準、當地常用做法展開調查，以確定給排水系統的規模及系統形式。同時，根據建筑高度及項目規模，合理確定消防用水量、消防系統分區及消防設施的配備，為居民提供安全舒適的居住環境。