高层建筑给排水工程设计及施工技术分析

摘 要：在经济和社会不断发展进步的背景下，工程建设行业得到一定的发展机遇，对高层建筑而言，科学技术为其施工提供更多的便利。而坡地建筑的给水排水设计一直以来都是工程施工难题，备受社会及工程师的关注。高层建筑给排水设计中，由于构造特殊，还需要结合地理环境创新设计，在满足居民供水要求的同时符合节水理念。基于此，该文从实际案例角度出发，分析高层建筑给排水工程施工技术，并对工程建设提供几点建议。

关键词：高层建筑；给排水工程；设计；施工技术；节水理念

中图分类号：TU82 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）27-0193-04

Abstract： In the context of continuous economic and social development and progress， the engineering construction industry has been given certain development opportunities. As far as high-rise buildings are concerned， science and technology provide more convenience for their construction. The water supply and drainage design of slope buildings has always been a difficult problem in engineering construction， which has attracted the attention of the society and engineers. In the water supply and drainage design of high-rise buildings， due to the special structure， it is also necessary to combine the innovative design with the geographical environment to meet the water supply requirements of residents while in line with the concept of water saving. Based on this， from the point of view of actual cases， this paper analyzes the construction technology of water supply and drainage engineering of high-rise buildings， and provides some suggestions for the construction of the project.

Keywords： high-rise building; water supply and drainage engineering; design; construction technology; water saving concept

高层建筑工程中，给排水工程与居民优质生活息息相关，在满足人们日常需求的基础上也可以为其提供良好的居住环境。合理的给排水工程设计，既可以保证居民用水更加便利，也可以实现循环供水目的，提高水资源利用率的基础上，确保污水排放达标，为居民营造健康的生活环境。

1 高层建筑给排水工程设计

1.1 工程项目分析

某工程占地面积为17.6万m2，其中地上面积为10.2万m2，地下面积为3.3万m2，建筑有503ef0a6644323e75017c153694fd9f54b1cf2694baea1fb9ee16520ac9171f64a层高度，每楼层住户为4人，供水压力是0.15 MPa，住户数量为200个，用水量为200 L/日，总用水量为40 000 L/日。该高层建筑地质条件为东南低、西北高，呈现出东南方向倾斜的特点。

1.2 给水工程设计

根据GB 50015—2009《建筑给水排水设计规范》要求可知，在建筑生活给水系统设计的过程中，还需要按照以下几点内容进行处理。一是要求卫生器具配水点处静水压应当在0.45 MPa以下；二是如果入户管静水压应当超过0.35 MPa，则需要配备相应的调压和减压装置；三是不同的配水点水压，应当根据用户需求进行设计，满足实际要求；四是整体配件压力应当在0.6 MPa以内。基于此，结合本工程在设计给水系统过程中，应当充分考虑供水压力及稳定性，可以通过分散供水的方式满足供水需求。并且根据50层住宅楼高层建筑的布局合理设计给水系统，进而明确给水所用的管道敷设方案[1]。50层住宅楼一般要求给水管道管径在80～100 mm，为了更好地保持给水系统的稳定性，还需要结合区域内最大用水量合理设置水箱。可以根据居民用水水箱的峰值和最大需求量明确水箱的容量，比如居民用水量峰值为20 L/min，这样可以计算出水箱容量。

另外，还需要合理设计出水泵的数量和位置，可以根据给水系统进行设计，在明确各层给水压力以后，本工程项目中在每10层位置安装了一套给水泵系统，结合用水峰值明确了水箱容量在500 m3，这样可以有效满足各类给水需求，包括生活用水和消防用水。在设计给水系统过程中，也需要充分考虑给水井和水表的位置，一般情况下，水表要求安装在楼道内，方便管理和计量。设计过程中最为重要的是给水管道的安装，设计期间应当根据实际情况选择合适的支撑和安装方式，尽可能细致划分管道敷设，以便于后期施工和维护。在设计管道环节中，管道的保护和安全使用应当是设计过程中首要考虑的问题，尽可能延长管道使用寿命。这就需要结合给水系统合理设置管道检修口，基于此，绘制出详细的平面图、剖面图纸，最大限度保证给水系统设计的合理性和可行性。对于消防给水系统设计，如果是高层建筑物处于地形高度较差的环境中，消防水池位置可以满足室内给水水压需求，那么便可以采用高压方式设计消防给水系统。如果消防水池在最高处不能满足用水需求，那么就应当设置水泵加压、水泵房等相应的临时高压系统，以便于更好地满足消防给水要求。

1.3 排水工程设计

1.3.1 污水系统设计

污水系统设计是排水管道设计中的一项重要组成部分，高层建筑污水排水系统设计时，一般是按照顺着道路坡度的方向进行，本工程中是沿着西北向东南方向进行敷设，坡地建筑主要的特征在于其地势较为复杂，道路呈现出起伏大的现象，一定程度上会增加室外管道敷设设计的难度，并且随着坡度增加，水流的速度也会逐渐增大，由于水流大对管道产生的作用力也较大，长此以往对管道产生的损伤也会逐渐增大，因此，排水管道还应当重视管道材质、接口严密性等。如下公式为流体力学的公式。

v=A/Q，

式中：Q是流量（体积/时间），A是管道的横截面积。

根据GB 50014—2006《室外排水设计规范》的要求可知，污水排水管道金属材质水流应当为10.0 m/s，非金属则为5.0 m/s，并且非金属最大流值可以借助试验的方式来确定，可以根据实际情况进行调升。结合上述公式来说，本小区室外污水排水系统中，污水管道材质通常为HDPE管材，管道直径一般为DN200～300 mm，当粗糙系数为0.011、流速为5.0 m/s时，如果D=200 mm，最大水力坡降值为0.164 5，当D=300 mm时，最大水力坡降值为0.095 8。因此，当道路与管道的坡度比超过上文中最大值，则需要考虑建设跌水井，以此减少水流速度。跌水井建设一般需要根据地下室范围进行设计，结合管道材质、管径、跌落高度等方面进行选择[2]。但是由于跌水井建设要求和成本较高，为此，尽可能在设计环节中采取有效措施控制流速、管道坡度，减少跌水井设置数量。

1.3.2 雨水排水系统设计

本工程建设中，因为周边山体较多，坡地建筑较为明显，室外排水系统设计不仅影响着建筑地区雨水流排除效果，对实区外山洪流量也起到一定的拦截作用。施工建设地区坡度较大，水流也呈现出迅猛的趋势，湍急的雨水流很容易对管道产生较大压力，并且还会伴有一定的砂、石等杂质，进而增加了水流的冲刷力，如果雨水排水系统设计不合理很容易导致管道破裂、堵塞等事故。基于此，在设计雨水排水系统过程中，坡地高层建筑一般会选择在建筑外围开沟的方式进行设计，这样才可以起到拦截雨水的作用，并且可以及时将雨水排放到附近水体中。

在设计截洪沟时，应当对区域内实际情况进行调研，获取相关的资料对雨水分水、汇水等流径进行计算，科学合理地划分分水线。结合雨水流动轨迹设计截洪沟，合理优化天然形成的沟渠，通过改造使其成为可RJE+pMBB9/P7GNUe0b3gCQ==以抗洪的渠道，根据实际情况及雨水冲刷能力选择断面砌筑材料和处理形式。建筑区室外雨水排水系统设计时，应当综合考虑多个方面，以便于缩减雨水排除时间，提高排水系统的及时性。因此，在面对暴雨等天气时，应当根据降雨强度对排水系统进行计算，要选取比较短的降雨时间，对于较大降雨强度，室外排水系统安全性较高，排水效果良好[3]。一般的情况下，建筑区域内排水和市政排水连接也是一道难题，在具有坡度的场地内，建筑雨水管道与市政雨水管道存在一定的高度差，很难遇到管顶平接的情况。因此，对于管道连接应当结合地下室范围、排水管道材质、管径大小等情况进行考虑，以此明确连接方案。

2 高层建筑给排水工程施工技术

2.1 开挖工程施工技术

高层建筑给排水工程施工技术中，沟槽开挖是最为基础的施工项目，合理开挖技术可以有效提升沟槽开挖的整体施工质量，确保沟槽施工以及周围管道的安全性。首先应当根据实际施工情况核对施工图纸，严格按照设计图纸进行施工，根据设计图明确沟槽开挖技术，结合实际情况选择合适的挖土机等机械设备，如图1所示。实际开挖时，一般情况下开挖顺序按照上游向下游的方式进行施工，这样可以有效防止下游开挖过程中上游出现坍塌事故。为了进一步保证工程施工期间沟槽两侧土体的安全性，还需要设置相应的支撑或斜坡，进而增强沟槽两侧土体的强度[4]。在施工作业区域内10 m处应当设置安全警告标志。开挖期间还需要严格按照设计图纸控制开挖深度，避免出现超挖问题，在沟槽作业以后应当及时安装管道，最大限度避免土体出现坍塌现象，管道安装完成以后，应对土体进行分层回填和压实。

图1 沟槽开挖流程图

2.2 给排水管道安装

在高层建筑给水管道安装过程中，应当结合给水管道施工进度以及设计图纸制定管道安装顺序，之后是结合管道安装要求选择施工技术，提升给水管道a12E/72DGbrHIrMIGA7XrQ==安装位置的精准度。应当根据工程实际要求做好各项施工准备，比如给排水管道施工材料，一般选择塑料管（UPVC、PVC、PP-C等材质），并且施工过程中所选择的黏结剂应当与塑料管厂家一致，并且有合格的产品说明书。对于管材的检验除了外观无气泡裂纹，还应当保障直管段柔度在1%以内，主要施工工具有手电钻、冲击钻、水平尺和钢刮板等。通常情况下，给排水施工工艺流程为：安装准备→预制加工→干管安装→立管安装→支管安装→卡件固定→封口堵洞→闭水试验→通水试验。实际操作工艺如下：①预制加工。根据施工图纸设计要求，按预留口位置的尺寸进行草图绘制，之后对管材进行测量和切割，对于端口平整度要求采用铣刀或刮刀工具进行处理，要求外棱铣出15°角。在接管之前应进行试验，试验深度通常为承口的3/4。一旦试验合格必须要清理黏接部分，然后垂直插入涂抹黏接剂，在30 s到1 min之内，粘贴这边可以凝固，促使管道连接牢固，之后清理溢出的黏接剂。②干管安装。按照设计图纸的位置事先预埋管套或预留槽口，埋入地下室应当根据设计图纸的标高、坡度方向开挖槽沟并夯实。按照编号运输预制管道至指定位置，按照粘贴工艺依次进行各管道连接工作，要求管道安装坡度均匀、管道要直。安装完成以后需要进行闭水试验，通常情况下，闭水试验需要在管道出口用充气橡胶堵封闭，这个过程中如果水位不下降，充气橡胶不漏水则为合格。③立管安装。需要设置伸缩节，位置一般设置在距离地平位置70～100 mm。安装前清理施工现场，包括已经预留的伸缩节[5]。在立管插入端做好标记之后均匀涂抹肥皂液，进而将锁母、U型橡胶圈按照在立管上，通常情况下会预留20～30 mm的膨胀伸缩量，之后找正，测量顶板距三通口中心如果符合工程需求，即可对洞口进行封堵，同时封严上层预留伸缩节。④支管安装。将支管水平起吊，均匀涂刷黏接剂，管道推入预留管口中，结合管道长度适当调整管道安装坡度，之后固定卡架、堵洞。⑤器具连接管安装。结合建筑物的墙面、地面施工工艺，找到管道的预留口，按照实际管材质量及施工工序进行修理。管材安装黏接时，需要将管道预留口清理干净，之后方可进行黏接工序，在粘贴牢固以后找正、找直、封闭管口，同上述干管安装闭水试验方式相同进行试验，合格后方可进行下道工序。这个过程中应当重视黏接剂容易挥发，如果不能及时封盖，很容易对周围环境产生负面影响，如果在冬季施工其凝固时间应当控制在2～3 min以内，并且保证施工现场通风良好，避免明火。

2.3 水表井及污水处理设备安装技术

水表井是给排水管道安装的一个重要组成部分，在安装过程中，还需要结合高层建筑管道设计施工水表井，并且采取搭建临时支撑的方式避免水表井塌方。按照设计图纸进行水表井尺寸开挖，达到要求深度以后，整平水井底部，铺设水泥砂浆底板，之后安装水表井壁体，最后安装水表、阀门等组件。相关组件安装完成以后，如果没有出现漏水现象，则表示水表井安装工作完成，之后完成回填、铺设水表井盖等工作即可。从高层建筑角度分析，水表井施工应当与管道隔离开来，以便于后期水表检修和维护。另外，水表井起到阻止外界污染物进入管网中污染水质并监测水质的功能，既可以帮助相关部门对管道进行维修，也可以有效节约水资源。为此，水表井安装对提升建筑物给排水质量起到一定促进作用，可以提升用水计量的精确度，同时也可以发挥出管理的效果，为给排水系统稳定运行提供基础保障[6]。污水处理流程图如图2所示，对于污水处理设备安装而言，在实际之前施工之前，应当结合设计选择设备，之后根据设备的尺寸进行基坑处理，污水处理对防渗要求较高，如果采用砌筑的方式，还需要重视内部装修工作，采用防水材料进行涂抹，避免出现渗漏问题，对其他土体造成危害。在高层建筑给排水工程中污水处理是一项重要组成部分，不仅可以通过沉淀池、过滤池等设备处理污水中的杂质，起到净化水的作用，也可以有效防止生活污水污染下游水体。同时，对污水进行处理再利用也可以实现污水再利用的目的，有效控制污水扩展，对居民身心健康产生影响。

图2 污水处理流程图

3 提供给排水工程施工质量的建议

3.1 加大科学施工监督管理力度

高层建筑给排水工程设计的施工期间，还需要按照实际工程项目需求进行合理规划，但是要想切实提升工程建设质量，还要重视科学施工监督管理工作，可以从以下2个方面入手。一方面，确保监理人员监管力度落实到位，应当熟知给排水工程项目各项施工工序的重点难点工作，充分利用BIM等技术对工程进行实时监测和控制，并且可以按照实际工作情况调整工程项目，帮助施工单位解决实际问题，进而合理控制工程成本以及工程施工效率，进一步保证工程施工质量。另一方面，还应当不断强化监管力度，根据给排水工程施工流程落实监督管理制度，加强监管工作落实效果。对于每一根管道都需要进行实际监测，在保证其功能的基础上，优化安装施工技术[7]。另外，在管理中先进的信息技术可以实现可视化的、立体视图功能，可以进一步细化监管工作，同时也可以呈现出各个施工环节存在的问题，有利于工作人员及时作出应对措施，改进工程施工方案。

3.2 重视节能环保合理利用高位差

节能环保理念已经渗透到各个行业中，在高层建筑给排水施工过程中，也需要秉持节约水资源的理念进行设计。首先，应当根据实际情况选择环保材料，注重绿色施工技术的应用，在给水系统中，尽可能采用可以调节的供水系统，进而减少电能的消耗；采用耐久性能高的材料进行施工，或者是采用可回收利用的材料；对于排水系统，尽量利用高层建筑高差使水通过势能流下，减少抽水机的使用频率。相对于底层建筑给排水设计，高层建筑高低楼之间存在较大的高差，这不仅是施工弊端，也可以作为一项优势进行施工，比如在供水系统中，高程差较大很容易导致高层水压不够，但这也可以作为水资源节约的一项措施，在保证居民日常供水需求的同时，减少水资源浪费问题的出现。设计人员可以利用这种高程差对高层居民的沐浴废水、盥洗房间饮用水等废水进行回收，进行二次综合利用，这样可以有效节约水资源。

4 结束语

综上所述，在高层建筑中，给排水系统是不可或缺的组成部分，其设计和施工技术对高层建筑使用起到一定积极影响。在科技进步的背景下，未来高层给排水系统设计和应用也会取得较大的进步，推动给排水工程施工技术不断更新优化，同时也满足绿色施工的要求。这也离不开设计人员和施工人员的共同努力，每完成一项工作都是对工程的一次经验总结，通过不断探索，相信未来给排水设计将会更加完美、人性化。

参考文献：

[1] 陆小峰.基于绿色建筑理念的建筑给排水系统优化设计分析[J].工程技术研究，2023，8（23）：188-190.

[2] 黄伟杰.BIM技术在高层建筑给排水设计中的应用研究[J].绿色建筑，2023（6）：112-114.

[3] 杨婕.高层建筑给排水消防设计关键技术的应用探究[J].居业，2023（1）：149-151.

[4] 李国浩.高层建筑给排水常见问题及解决方案[J].城市建设理论研究（电子版），2023（24）：97-99.

[5] 罗磊.老旧小区给排水系统改造相关问题分析[J].建材发展导向，2023，21（16）：143-145.

[6] 严振兴.高层建筑给排水消防系统设计及注意事项探析[J].消防界（电子版），2023，9（13）：52-54.

[7] 甘兆麟.广州某地标超高层建筑给排水设计方案对比分析[J].工程技术研究，2023，8（13）：195-197.