浅析超高层建筑给排水设计

魏 铭 罗卫东 刘晶茹 李婷婷 王 晶 郭海娟

(1.大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁 大连 116023； 2.河北工程大学能源与环境工程学院，河北 邯郸 056038)

0 引言

随着科技进步，大中型城市的摩天大楼拔地而起，人们对摩天大楼的痴迷与日俱增。世界上诸多城市以地标性建筑来满足对都市天际线的想象，同时建造摩天大楼的技术也在日新月异的变化。那么如何定义超高层建筑，超过250 m的建筑称为超限高层建筑，超过100 m为超高建筑，超过24 m为高层建筑。随着我国综合实力的稳步提升，建筑给排水从20世纪50年代开始迅猛发展。据资料显示，到目前为止我国摩天大楼已经达到800座的数量，是美国的4倍，其中代表中国摩天大楼新标杆的上海中心大厦为632 m。随着高度不断攀升，造型别具一格的摩天大楼对建筑给排水技术的考验也越加严峻。同时随着人们环保理念的逐渐加深，保护水资源的态度越来越坚定，不断提出绿色建筑；太阳能发展；中水回用技术；雨水调蓄等新概念，建筑给排水专业的发展任重而道远。

超高层建筑存在的问题，超高层建筑具有高度高，运转高效，城市地标等优点，同时具有人员密集，用水量大，管道承压大，火灾发生难以控制等缺点。这就对从业人员的设计和施工有着极高的标准。现代建筑强调的是人与建筑的契合，建筑是人的一部分，阐述的是以人为本的价值观。因此，建筑安全问题也是非常重要一环，其中消防设计也是建筑安全的重中之重。

1 消防给水系统

现行规范明确规定超高层建筑消防以自救为主，设计分为主动防火系统和被动防火系统两大部分，主动防火系统由自动和人为控制，主要作用为灭火、防排烟、消防用电以及消防给水等系统设备组成。被动防火系统就是常见的防火门、防火卷帘、防火吊顶、防火墙、防火井、通风排烟管以及管道井等构成。

消防给水系统主要分为三类：临时高压系统，高压供水系统和低压供水系统。

1.1 重力给水系统

重力供水系统也可以说是为超高层建筑量身打造的技术，因为巨大的压力在超高层建筑中无处不在，合理利用很关键。由此通过计算将合适体积的消防水箱放置在楼层顶部为建筑提供消防用水和压力，但这时管道产生的压力也会是巨大的，需要通过减压阀来降压为每个楼层供水，这种方式的优点在于能随时为房间单元提供足够的水头压力和长时间的消防用水，需要注意的是要在每个支管都需要监测水头压力以防管道爆裂[1]。重力供水系统主要也分为两种，一种是由于每个房间屋顶的水箱容积有限，消防用水需要多级传送灭火，这时转输水箱由下至上连接达到楼顶，减压水箱由楼顶的消防水箱依次向下连接并分区；另一种为每个分区安置一个水箱，水箱上下各两根管分别作为传输和减压用，通过减压阀控制分区，见图1。但超过200 m的建筑由于管材压力巨大一般采用低层区临时高压系统，中区由低区的消防泵供给，高层用减压阀来解决[2]，见表1。

表1 重力供水方案对比

1.2 消防转输泵的设置

消防转输泵的设置主要有两种方案，其对比见表2。

表2 消防转输泵的方案对比

2 超高层建筑给排水设计与施工

2.1 超高层建筑给水设计

超高层建筑的给排水设计首先要根据不同的功能确定不同的给水系统，首先了解当地的水费计价标准，然后根据规范明确规定高层建筑要采用竖向分区恒压变频式的给水方式[8]，由于是超高层建筑，市政管网的水压只能满足低区的供水，所以从地下到3层～4层由市政管网直接供水。中区利用避难层或设备层放置的水箱采用变频泵组进行供水[4]。同样也有采用屋顶水箱供水的方式，但高区的水压一定不够，所以竖向分区恒压变频式为最佳方案。

“卫生器具给水配件所承受的最大工作压力不得大于0.6 MPa”。一个给水分区的最大层数n=(0.6-p)/h。其中，p为户内支管最小接入水压，一般为0.1～0.3，h为建筑层高[3]。

2.2 排水立管分区消能处理

为了避免超高层建筑中水流高速撞击破坏排水管[5]，需要采取一些措施对排水系统进行消能，这在超高层建筑中是不可或缺的一步，乙子弯管，共有两个作用，一个是避开梁结构，另一个就是消能。苏维托排水系统是一种汽水混合接头[3]，用于连接排水支管和立管，内部有水流阻隔器，能保证每根支管的水流都能沿一定方向流动，同时减缓水流速度，保证气压在管道中是平稳状态。同样在外部也可利用一些基础的物理杠杆进行承托，也能产生一定的效果。

在超高层建筑的排水系统设计中，由于是人群密集区，用水量大，通常采用雨水，废水，污水分流系统。在废水，污水产生量较多的地方加上集水池，池内填上两台潜水泵，帮助将污水排到室外。

3 管道施工

由于超高层建筑的管道压力巨大，基本不建议采用PVC管，更多采用金属管。管道铺设分为明装和暗装，根据以往的课设经验给水排水管道尽量贴墙设计，选择较短线路比较经济高效[6]。但考虑到暗装的管道较多，建筑的不规律的沉降，对横管铺设的要求比较高，无特殊要求尽量按规范要求的坡度进行安装[7]。现场的施工人员必须秉持一种匠人精神和严谨的科学态度。

4 超高层建筑给排水技术特点

1)由于是超高层建筑，管道静水压力巨大，所以在设计中安排好加压泵和减压泵运转。2)由于超高层建筑地处城市核心，人员密集，人口流动量巨大，所以消防防火安全是重中之重，消防设计是容不得半点马虎。在设计施工的过程中，由于超高层建筑的结构复杂，维护成本高，尽量做到给水管材和排水管材的细致划分，尤其是问题可能出现的管段，极力向业主阐明管材在给排水当中的作用，尽量不出现为了节省当下的成本而增加未来维护的费用。

5 超高层建筑的节能节材

能源紧缺是本世纪的一个未待解决的问题，所以如何合理利用资源也是建筑给排水专业人员该考虑的问题，雨水收集和涵养，如何处理成为有效资源。超高层建筑的排水量用水量巨大，如何选取高效的水箱和水泵也是面对如今水资源匮乏状况的行之有效地解决办法。

6 结语

本文主要概述了超高层建筑的给排水设计方案中的原理，消防设计中的方案比较以及未来发展绿色节能给排水的必要性。中国在世界上的地位稳步提升，随着经济的发展，我们的城市需要更多高效节能的超高层建筑满足人们的便利，建筑给排水专业也将随之发展，让我们一起努力为建筑行业添砖加瓦。