基于地下工程給排水設計中的問題研究

陳明闊

【摘要】隨著社會和城市的發展需要，地下工程的建設項目也越來越多，其建筑功能及使用要求也越來越高。由于地下工程的建設條件相對復雜、設計條件多變，在給排水設計中需要考慮并解決的問題也越來越多，如何做好地下工程項目是相關從業者一直思考的問題。本文通過對地下工程給排水設計中常見問題的研究，并從給排水設計角度進行了一些粗淺的思考，希望為地下工程給排水設計工作提供更多的思路。

【關鍵詞】地下工程;給排水;問題研究;設計思考

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.088

1、前言

一般來說，地下工程是指在地面以下土層或巖體中修建的各類地下建筑物或地下構筑物的統稱。地下工程的分類方法有很多，在工程中常根據其使用性質分為：地下交通工程、地下民用建筑、地下工業建筑、地下市政工程（如地下管廊）、地下公共建筑等。隨著建設單位對地下工程的經濟性、環境品質、安全性等各個方面技術要求的不斷逐步提高，加之地下工程建設條件的復雜性，使得地下工程的給排水、消防系統的設計工作面臨的技術挑戰也越來越多。由于城市地下空間開發具有不可逆性，一旦建成，要想重建和改造將非常困難，因此，在地下工程給排水設計時應充分考慮各種因素，優化設計，為城市發展、經濟發展做出應有的貢獻[1]。

2、地下工程給排水設計問題與研究

在實際工程中，由于不同類型、不同項目的地下工程往往遇到的問題不大相同，在設計時，應根據其不同的使用性質、功能要求采取不同的設計方案、技術標準，這就需要設計人員在實際工程中不斷去總結研究地下工程設計中的各種問題。以下結合安全、經濟、實用等多方面綜合考慮，通過從地下工程給排水設計中一些常見問題著手，研究與其對應的優化解決措施。

2.1地下車庫頂板覆土厚度問題

給水排水專業在設計小區地下車庫時，比較容易忽視的一個問題就是地下車庫的頂板覆土厚度。一般地下車庫頂板覆土厚度是由建筑專業考慮的，地下車庫室內給排水設計又與其頂板覆土厚度關系不大，正常情況下，經驗豐富的建筑工程師在設計時會綜合考慮其覆土厚度，給排水專業在設計時比較容易忽略校核地下車庫頂板覆土厚度。由此可能帶來兩個很難處理的設計問題：一是頂板上方覆土深度可能無法滿足室外排水管網埋深要求，一般小區地下車庫的占地面積都很大，有些甚至是整個小區的下面都是車庫，如果在車庫給排水設計時未考慮車庫頂板上方敷設室外排水管線的條件，則很可能對整個小區各單體的排水都有較大影響。二是地下車庫頂板覆土厚度制約其上方單體建筑排水出戶管的標高，一般位于車庫上方的單體建筑排水管大多考慮直接排出室外，如果車庫頂板覆土厚度不夠，影響最小的調整方案是提高排出管標高，但《建筑給水排水設計標準》 GB50015（以下簡稱“建水規”）中要求不得高于土壤冰凍線以上0.15m，當采用埋地塑料管時，可不高于土壤冰凍線以上0.50m，雖然有一定的調整空間，但是由于室外排水管道是重力自流，對于區域較大的工程仍然有很大的局限性。因此，在設計大型地下車庫時要重視校核車庫頂部的覆土厚度。

2.2地下工程消防水池及泵房問題

對于大型的地下交通工程、民用建筑和公共建筑等項目，設計常將消防水池及泵房附設在地下工程之內，一方面是方便使用和管理，另一方面是可減少管路工程，節省工程投資。對于附設在地下工程內的消防水池及泵房與一般的地面上或半地下消防水池及泵房有所差異，在設計時應加以注意。

首先，設在地下工程內的消防水池如果儲存室外消防水量時，一是要在室外合適位置設置消防水池取水口（井），二是為滿足消防車吸水高度的要求，設在地下工程內的消防水池最低液位與取水口室外地面的高差一般不大于5m，這就大大限制了消防水池的設置條件，在實際工程中，如果用地條件允許，一般可將室內、外消防用水分開儲存，分別建設室內消防水池和室外消防水池。

其次，為滿足《消防給水及消火栓系統技術規范》 GB50974（以下簡稱“水消規”）要求，對于有多層的地下工程，消防泵房的位置只能設置在地下一層或二層，與室外地面的高差不應超過10m。但有些地下工程受建設條件限制，其地下一層的建筑完成面與室外地面的高差大于10m，比如有些換乘地鐵車站的站廳層。在實際工程中，一般可將消防泵房結合出入口設置或設置設備夾層，對于有用地條件的可單獨建設消防泵房。對于地鐵工程地下車站的消防泵房也可按水消規規范管理組答復函執行，設置在地鐵車站站廳層及以上樓層。

2.3地下工程消防系統超壓問題

對于深度較大的地下工程，在消防給水設計時還應注意校核系統的超壓問題。在消防給水系統設計時，由于水消規中對消防水池、泵房設置高度有要求，對于未達到分區供水條件的，一般考慮設置各自獨立的消防供水系統，滿足整個工程該系統需要最不利工況條件。比如在消火栓給水系統設計時，系統最不利點與地下最底層消防設施高差較大，當整個系統滿足最不利點消防設施供水壓力時，地下最底層的消防設施供水壓力就會超壓。在實際工程設計中，一般會采取減壓措施，比如噴淋給水系統的減壓孔板減壓，消火栓給水系統的減壓穩壓消火栓。當采用減壓閥減壓時，系統分區、總干管宜優先選擇比例式減壓閥，在壓差過大或者對末端壓力有明確要求的可考慮選擇可調式減壓閥，同時有條件應設置減壓閥組以保證減壓系統的可靠性[2]。

2.4地下工程排水問題

近些年，隨著地下工程的功能越來越豐富，使用要求也越來越高，有些項目加大對地下空間的利用有很大的經濟效益，比如很多的超市、停車場、美食城等都建在地下室。但是由于地下工程室內地面低于室外，其室內排水一般無法通過重力自流至室外排水管網，其排水系統的好壞直接影響建筑功能的使用。因此，選擇合理的排水方式十分重要，在設計時一般遵循安全、實用的設計原則，既能夠滿足建筑功能的使用需要，同時也不影響其他功能的設置。

對于地下工程的廢水系統，常采用集水坑+廢水泵的排水方式，主要用于排出地下工程的沖洗地面、結構滲漏及消防廢水等。在實際工程中常見的問題有：集水坑設置的位置較隨意，比如有些影響車位的使用，有些設置在靠近出入通道上既不美觀又影響過車，在設計中要注意避免設在以上區域;此外，為滿足防火分區隔斷要求，在設計中還應注意排水溝不能跨越防火分區，不同防火分區的集水坑不共用。需要特別注意的是，水消規以強條的形式要求附設在建筑物內的消防泵房應與其他其他部位隔開，這就要求消防泵房內的集水坑不能與地下工程內其他區域的集水坑共用。

對于地下工程的污水系統，傳統做法一般采用的是污水池+污水泵的排水方式。由于這種排水方式所暴露的問題較多，比如對土建工程要求較為嚴格，設計兼容性差，后期整改調整難度大，此外，這種排水方式無法將污水池內的停泵液位以下的污水及時排除，容易滋生蚊蠅、臭氣影響周邊衛生條件，同時污水池的清掏工作量大，設備維護頻率高、維護難度大等，在目前的地下工程設計中已經很少采用這種排水方式了。目前地下工程常用的排水方式主要有：一體化密閉提升裝置和真空排污裝置。這兩種設備在地鐵工程中運用也較為普遍，取得了較好的效果，但是在實際應用中也有各自的特點和要求。

對于一體化密閉提升裝置系統的工作方式和傳統污水池+污水泵的工作方式基本相同，進入密閉水箱前的管路系統均為重力自流，當密閉水箱內的液位達到設定高度時，啟動污水泵將污水排出室外。與傳統方式的差異主要是采用一體化成套設備，配用的水箱為密閉式，但其容積較小，這就可能頻繁啟泵，所配污水泵性能要保證和密閉水箱的容積相匹配。在設計中要注意一體化密閉提升裝置與衛生潔具或排水設備需要有一定的高差，在土建配合的時候要根據管路系統計算確定;此外，在產品選型的時候，考慮污水中雜質的影響，一般要求廠家采用投入式壓力傳感器。

對于真空排污裝置，按系統的密閉性又可以分為全真空排水系統和半真空排水系統。由于全真空排水系統采用的便器等潔具也都是真空式的，不僅設備投資高且故障率也相對較高，在地下工程設計中采用的也相對較少。半真空排水系統是重力流+真空壓力流模式，在真空提升器前采用的是重力流，真空提升器之后至真空泵站的管路系統始終保持一定的真空狀態，當真空罐內達到一定液位時開啟提升泵將污水提升至室外[3]。在設備選型時需要注意真空機組系統要保持一定的真空，設備工作時進入系統的空氣量必須低于真空泵抽氣量，否則系統可能無法正常工作，對機組及真空管路系統的各部件密封性和可靠性要求較高。在設計時需要注意的是，如果采用的是半真空排水系統，真空提升器與衛生潔具或排水設備需要有一定的高差，在土建配合的時候要根據管路系統計算確定;此外，由于真空設備對密封性要求較高，關鍵部件都是在工廠內組裝，設備的尺寸相對較大，在設計時要考慮設備的運輸路徑和設備間的開門尺寸。

3、地下工程給排水設計思考

每個工程項目的建設條件、工程性質、使用要求一般都有所差異，而地下工程一般具有周期長、系統復雜、使用要求差異大、設計條件多變等特點。不同類型的地下工程項目，在設計中所采用的設計原則和技術標準往往也有著較大的差異，在實際工程中，由于設計人員自身工程設計經驗的局限性，可能會碰到各種各樣的問題。在設計中要以精細化和節約化設計理念為基礎，并且注重設計產品的功能性、安全性、擴展性[4]。對于地下工程類項目，在設計時可從建筑功能定位及使用要求、外部設計條件、近期實施方案和遠期規劃要求等方面確定給排水設計方案。

3.1建筑功能定位及使用要求

在給排水設計中要充分理解建筑的功能定位及使用要求，了解各個業態的特點，選擇合理的系統形式和參數才能做到安全、合理、經濟，這是給排水設計過程中最重要的工作之一。比如，在確定地下工程消防水量時，對于同一座地下建筑，如果建筑功能定位為地下商業時，需根據建筑物的體積按水消規選擇對應的消防水量;但是如果建筑功能定位為僅停放汽車的地下車庫時，需按《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》 GB50067確定其消防水量。這兩者的變化僅僅是建筑功能的變化，但是其消防系統設計相差甚大。這就要求我們在設計前期充分理解建筑的功能定位及使用要求。

3.2外部設計條件

在給排水開展設計前，要重點落實各系統的外部設計條件，是給排水專業開展設計最重要的基礎資料之一。比如各系統的設計接口位置、接駁條件及接駁要求等。只有將外部設計條件與建筑功能定位及使用要求有機結合起來，才能設計出合理的方案。

3.3近期實施方案和遠期規劃要求

由于地下工程項目設計條件和使用要求的多變性，往往近期實施方案和遠期規劃要求有較大出入，理清近期實施方案與遠期規劃要求這根脈絡，是給排水設計過程中一項重要的工作。哪些系統要做、哪些業態合并、如何后期管理、如何對系統設計參數取值都需要認真研究確定。在滿足近期實施方案的同時充分考慮遠期規劃，因此，給排水系統支持的能力要有一定的冗余度，以滿足大部分業態的運營需求，擴展性往往會成為以后招商時的重要制約條件。比如，預留的給水、排水及消防系統設計條件，可能會成為這些業態是否成立的關鍵因素。所以在設計階段要有一定的前瞻性考慮。

要做好地下工程的給排水設計，除了在設計中要解決一些重點、難點問題，在技術上采用經濟、合理的設計方案外，還需要注意加強同工程建設各方的溝通與協調。比如，在排水系統方面，有些地區在條件許可的前提下可不設置化糞池，從而大大節約項目用地和維護成本，這就需要同當地的排水管理部門進行密切溝通和咨詢;在消防方面，各系統的取值關系到消防水池的面積和設備的大小，一些地下空間建設規模大、使用功能復雜、與其相連相通的其他建筑多，在開展設計前也需要同消防部門做好消防定性的溝通。

結語：

隨著社會和城市的不斷建設發展，不久的將來地下工程可能在人們的生活中扮演越來越重要的角色。由于地下工程項目設計是一項系統而又復雜的工作，在實際工程中可能會遇到各種各樣的問題，需要相關人員不斷去總結研究這些問題。對于給排水專業來說，地下工程設計的重點、難點及處理方式方法可能均有別于地上建筑，基于地下工程給排水設計中的問題研究應該嚴謹考慮，因地制宜，從多方面規劃和實施。

參考文獻：

[1]郭成林，劉啟明.城市地下工程給排水消防設計探討[J].重慶建筑，2010，9（09）：26-28+40.

[2]吳前飛，童自明.某超高層建筑消防系統設計探討[J].給水排水，2015，51（10），88-92.

[3]馮少鳳.廣佛線二期工程新城東站真空排水系統設計[J].工程建設與設計，2019（05）：134-136+139.

[4]范莉.城市地下工程給排水消防設計方案[J].智能城市，2021，7（08）：112-113.