基于地下工程给排水设计中的问题研究

陈明阔

【摘要】随着社会和城市的发展需要，地下工程的建设项目也越来越多，其建筑功能及使用要求也越来越高。由于地下工程的建设条件相对复杂、设计条件多变，在给排水设计中需要考虑并解决的问题也越来越多，如何做好地下工程项目是相关从业者一直思考的问题。本文通过对地下工程给排水设计中常见问题的研究，并从给排水设计角度进行了一些粗浅的思考，希望为地下工程给排水设计工作提供更多的思路。

【关键词】地下工程;给排水;问题研究;设计思考

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

1、前言

一般来说，地下工程是指在地面以下土层或岩体中修建的各类地下建筑物或地下构筑物的统称。地下工程的分类方法有很多，在工程中常根据其使用性质分为：地下交通工程、地下民用建筑、地下工业建筑、地下市政工程（如地下管廊）、地下公共建筑等。随着建设单位对地下工程的经济性、环境品质、安全性等各个方面技术要求的不断逐步提高，加之地下工程建设条件的复杂性，使得地下工程的给排水、消防系统的设计工作面临的技术挑战也越来越多。由于城市地下空间开发具有不可逆性，一旦建成，要想重建和改造将非常困难，因此，在地下工程给排水设计时应充分考虑各种因素，优化设计，为城市发展、经济发展做出应有的贡献[1]。

2、地下工程给排水设计问题与研究

在实际工程中，由于不同类型、不同项目的地下工程往往遇到的问题不大相同，在设计时，应根据其不同的使用性质、功能要求采取不同的设计方案、技术标准，这就需要设计人员在实际工程中不断去总结研究地下工程设计中的各种问题。以下结合安全、经济、实用等多方面综合考虑，通过从地下工程给排水设计中一些常见问题着手，研究与其对应的优化解决措施。

2.1地下车库顶板覆土厚度问题

给水排水专业在设计小区地下车库时，比较容易忽视的一个问题就是地下车库的顶板覆土厚度。一般地下车库顶板覆土厚度是由建筑专业考虑的，地下车库室内给排水设计又与其顶板覆土厚度关系不大，正常情况下，经验丰富的建筑工程师在设计时会综合考虑其覆土厚度，给排水专业在设计时比较容易忽略校核地下车库顶板覆土厚度。由此可能带来两个很难处理的设计问题：一是顶板上方覆土深度可能无法满足室外排水管网埋深要求，一般小区地下车库的占地面积都很大，有些甚至是整个小区的下面都是车库，如果在车库给排水设计时未考虑车库顶板上方敷设室外排水管线的条件，则很可能对整個小区各单体的排水都有较大影响。二是地下车库顶板覆土厚度制约其上方单体建筑排水出户管的标高，一般位于车库上方的单体建筑排水管大多考虑直接排出室外，如果车库顶板覆土厚度不够，影响最小的调整方案是提高排出管标高，但《建筑给水排水设计标准》 GB50015（以下简称“建水规”）中要求不得高于土壤冰冻线以上0.15m，当采用埋地塑料管时，可不高于土壤冰冻线以上0.50m，虽然有一定的调整空间，但是由于室外排水管道是重力自流，对于区域较大的工程仍然有很大的局限性。因此，在设计大型地下车库时要重视校核车库顶部的覆土厚度。

2.2地下工程消防水池及泵房问题

对于大型的地下交通工程、民用建筑和公共建筑等项目，设计常将消防水池及泵房附设在地下工程之内，一方面是方便使用和管理，另一方面是可减少管路工程，节省工程投资。对于附设在地下工程内的消防水池及泵房与一般的地面上或半地下消防水池及泵房有所差异，在设计时应加以注意。

首先，设在地下工程内的消防水池如果储存室外消防水量时，一是要在室外合适位置设置消防水池取水口（井），二是为满足消防车吸水高度的要求，设在地下工程内的消防水池最低液位与取水口室外地面的高差一般不大于5m，这就大大限制了消防水池的设置条件，在实际工程中，如果用地条件允许，一般可将室内、外消防用水分开储存，分别建设室内消防水池和室外消防水池。

其次，为满足《消防给水及消火栓系统技术规范》 GB50974（以下简称“水消规”）要求，对于有多层的地下工程，消防泵房的位置只能设置在地下一层或二层，与室外地面的高差不应超过10m。但有些地下工程受建设条件限制，其地下一层的建筑完成面与室外地面的高差大于10m，比如有些换乘地铁车站的站厅层。在实际工程中，一般可将消防泵房结合出入口设置或设置设备夹层，对于有用地条件的可单独建设消防泵房。对于地铁工程地下车站的消防泵房也可按水消规规范管理组答复函执行，设置在地铁车站站厅层及以上楼层。

2.3地下工程消防系统超压问题

对于深度较大的地下工程，在消防给水设计时还应注意校核系统的超压问题。在消防给水系统设计时，由于水消规中对消防水池、泵房设置高度有要求，对于未达到分区供水条件的，一般考虑设置各自独立的消防供水系统，满足整个工程该系统需要最不利工况条件。比如在消火栓给水系统设计时，系统最不利点与地下最底层消防设施高差较大，当整个系统满足最不利点消防设施供水压力时，地下最底层的消防设施供水压力就会超压。在实际工程设计中，一般会采取减压措施，比如喷淋给水系统的减压孔板减压，消火栓给水系统的减压稳压消火栓。当采用减压阀减压时，系统分区、总干管宜优先选择比例式减压阀，在压差过大或者对末端压力有明确要求的可考虑选择可调式减压阀，同时有条件应设置减压阀组以保证减压系统的可靠性[2]。

2.4地下工程排水问题

近些年，随着地下工程的功能越来越丰富，使用要求也越来越高，有些项目加大对地下空间的利用有很大的经济效益，比如很多的超市、停车场、美食城等都建在地下室。但是由于地下工程室内地面低于室外，其室内排水一般无法通过重力自流至室外排水管网，其排水系统的好坏直接影响建筑功能的使用。因此，选择合理的排水方式十分重要，在设计时一般遵循安全、实用的设计原则，既能够满足建筑功能的使用需要，同时也不影响其他功能的设置。

对于地下工程的废水系统，常采用集水坑+废水泵的排水方式，主要用于排出地下工程的冲洗地面、结构渗漏及消防废水等。在实际工程中常见的问题有：集水坑设置的位置较随意，比如有些影响车位的使用，有些设置在靠近出入通道上既不美观又影响过车，在设计中要注意避免设在以上区域;此外，为满足防火分区隔断要求，在设计中还应注意排水沟不能跨越防火分区，不同防火分区的集水坑不共用。需要特别注意的是，水消规以强条的形式要求附设在建筑物内的消防泵房应与其他其他部位隔开，这就要求消防泵房内的集水坑不能与地下工程内其他区域的集水坑共用。

对于地下工程的污水系统，传统做法一般采用的是污水池+污水泵的排水方式。由于这种排水方式所暴露的问题较多，比如对土建工程要求较为严格，设计兼容性差，后期整改调整难度大，此外，这种排水方式无法将污水池内的停泵液位以下的污水及时排除，容易滋生蚊蝇、臭气影响周边卫生条件，同时污水池的清掏工作量大，设备维护频率高、维护难度大等，在目前的地下工程设计中已经很少采用这种排水方式了。目前地下工程常用的排水方式主要有：一体化密闭提升装置和真空排污装置。这两种设备在地铁工程中运用也较为普遍，取得了较好的效果，但是在实际应用中也有各自的特点和要求。

对于一体化密闭提升装置系统的工作方式和传统污水池+污水泵的工作方式基本相同，进入密闭水箱前的管路系统均为重力自流，当密闭水箱内的液位达到设定高度时，启动污水泵将污水排出室外。与传统方式的差异主要是采用一体化成套设备，配用的水箱为密闭式，但其容积较小，这就可能频繁启泵，所配污水泵性能要保证和密闭水箱的容积相匹配。在设计中要注意一体化密闭提升装置与卫生洁具或排水设备需要有一定的高差，在土建配合的时候要根据管路系统计算确定;此外，在产品选型的时候，考虑污水中杂质的影响，一般要求厂家采用投入式压力传感器。

对于真空排污装置，按系统的密闭性又可以分为全真空排水系统和半真空排水系统。由于全真空排水系统采用的便器等洁具也都是真空式的，不仅设备投资高且故障率也相对较高，在地下工程设计中采用的也相对较少。半真空排水系统是重力流+真空压力流模式，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统始终保持一定的真空状态，当真空罐内达到一定液位时开启提升泵将污水提升至室外[3]。在设备选型时需要注意真空机组系统要保持一定的真空，设备工作时进入系统的空气量必须低于真空泵抽气量，否则系统可能无法正常工作，对机组及真空管路系统的各部件密封性和可靠性要求较高。在设计时需要注意的是，如果采用的是半真空排水系统，真空提升器与卫生洁具或排水设备需要有一定的高差，在土建配合的时候要根据管路系统计算确定;此外，由于真空设备对密封性要求较高，关键部件都是在工厂内组装，设备的尺寸相对较大，在设计时要考虑设备的运输路径和设备间的开门尺寸。

3、地下工程给排水设计思考

每个工程项目的建设条件、工程性质、使用要求一般都有所差异，而地下工程一般具有周期长、系统复杂、使用要求差异大、设计条件多变等特点。不同类型的地下工程项目，在设计中所采用的设计原则和技术标准往往也有着较大的差异，在实际工程中，由于设计人员自身工程设计经验的局限性，可能会碰到各种各样的问题。在设计中要以精细化和节约化设计理念为基础，并且注重设计产品的功能性、安全性、扩展性[4]。对于地下工程类项目，在设计时可从建筑功能定位及使用要求、外部设计条件、近期实施方案和远期规划要求等方面确定给排水设计方案。

3.1建筑功能定位及使用要求

在给排水设计中要充分理解建筑的功能定位及使用要求，了解各个业态的特点，选择合理的系统形式和参数才能做到安全、合理、经济，这是给排水设计过程中最重要的工作之一。比如，在确定地下工程消防水量时，对于同一座地下建筑，如果建筑功能定位为地下商业时，需根据建筑物的体积按水消规选择对应的消防水量;但是如果建筑功能定位为仅停放汽车的地下车库时，需按《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》 GB50067确定其消防水量。这两者的变化仅仅是建筑功能的变化，但是其消防系统设计相差甚大。这就要求我们在设计前期充分理解建筑的功能定位及使用要求。

3.2外部设计条件

在给排水开展设计前，要重点落实各系统的外部设计条件，是给排水专业开展设计最重要的基础资料之一。比如各系统的设计接口位置、接驳条件及接驳要求等。只有将外部设计条件与建筑功能定位及使用要求有机结合起来，才能设计出合理的方案。

3.3近期实施方案和远期规划要求

由于地下工程项目设计条件和使用要求的多变性，往往近期实施方案和远期规划要求有较大出入，理清近期实施方案与远期规划要求这根脉络，是给排水设计过程中一项重要的工作。哪些系统要做、哪些业态合并、如何后期管理、如何对系统设计参数取值都需要认真研究确定。在满足近期实施方案的同时充分考虑远期规划，因此，给排水系统支持的能力要有一定的冗余度，以满足大部分业态的运营需求，扩展性往往会成为以后招商时的重要制约条件。比如，预留的给水、排水及消防系统设计条件，可能会成为这些业态是否成立的关键因素。所以在设计阶段要有一定的前瞻性考虑。

要做好地下工程的给排水设计，除了在设计中要解决一些重点、难点问题，在技术上采用经济、合理的设计方案外，还需要注意加强同工程建设各方的沟通与协调。比如，在排水系統方面，有些地区在条件许可的前提下可不设置化粪池，从而大大节约项目用地和维护成本，这就需要同当地的排水管理部门进行密切沟通和咨询;在消防方面，各系统的取值关系到消防水池的面积和设备的大小，一些地下空间建设规模大、使用功能复杂、与其相连相通的其他建筑多，在开展设计前也需要同消防部门做好消防定性的沟通。

结语：

随着社会和城市的不断建设发展，不久的将来地下工程可能在人们的生活中扮演越来越重要的角色。由于地下工程项目设计是一项系统而又复杂的工作，在实际工程中可能会遇到各种各样的问题，需要相关人员不断去总结研究这些问题。对于给排水专业来说，地下工程设计的重点、难点及处理方式方法可能均有别于地上建筑，基于地下工程给排水设计中的问题研究应该严谨考虑，因地制宜，从多方面规划和实施。

参考文献：

[1]郭成林，刘启明.城市地下工程给排水消防设计探讨[J].重庆建筑，2010，9（09）：26-28+40.

[2]吴前飞，童自明.某超高层建筑消防系统设计探讨[J].给水排水，2015，51（10），88-92.

[3]冯少凤.广佛线二期工程新城东站真空排水系统设计[J].工程建设与设计，2019（05）：134-136+139.

[4]范莉.城市地下工程给排水消防设计方案[J].智能城市，2021，7（08）：112-113.