高層建筑給排水系統設計施工要點

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摘要：城市化建設的不斷推進，高層建筑項目越來越多，而建筑高度的增加使得給排水系統的設計、施工也更加復雜。給排水系統不僅僅是建筑的基本功能，對建筑的正常使用具有重要意義，而且給排水系統設計的合理性會直接影響到居民的生活質量。高層建筑的給排水系統設計難度高于低層建筑，實際工程設計中要充分考慮建筑的整體布局、供水可靠性及施工安全性等諸多因素。

關鍵詞：高層建筑；給排水系統；設計施工

1工程概況

本研究提到的工程位于南方某城市，總建筑面積12654m2，容積率45，綠地率35％，為高層建筑項目，主要包括主塔樓建筑、裙房建筑等，塔樓為38層辦公樓，建筑高度1535m；裙樓為6層辦公樓，建筑高度4375m，辦公人數3000人左右；地下室共三層，主要用于地下車庫及設備用房；地下建筑深度138m。本項目地場屬II類，地震防烈度7度；無斷裂構造痕跡及其它不良地質現象。本項目周邊已設市政道路，且已按雨、污分流鋪設排水管道，本項目雨、污就近接入市政排水管網，項目周邊無再生水等非傳統水源管網。本項目周邊無中水管網，采用中水回用系統只能利用廢水，該項目屬于公共建筑，廢水用水量較低，中水水源穩(wěn)定性差，回收污廢水時可能會出現水質不達標的問題，且對污水處理工藝要求較高。本工程地處南方某城市，雨水資源相對比較豐富，故本項目設計采用雨水回用系統。

2生活給水系統設計

21水量計算

本項目水源來源于市政自來水，市政給水管引入一條DN200給水管，市政管網供水壓力為03Mpa；本項目主要生活用水包括辦公用水、空調補水、游泳池補水、游泳池淋浴水、食堂用水、車庫沖洗、綠化用水等等。經過計算可知，本項目中辦公用水定額為每人每天每小時60L，用水時間10h，最大時用水量為36m3／h，每天辦公用水量為180m3；空調補水每天每小時30m3，用水時間10h，最大時用水量為每小時30m3，每日空調補水用量為300m3；游泳池補給水每天用水定額為120m3，最大時用水時為每小時12m3；游泳池淋浴每人每天每小時60L，用水時間10h，最大用水量為每小時6m3；食堂定額為每人每天每小時15L，最大時用水量為每小時10m3，每日用水量為30m3；車庫沖洗、綠化等每日用水量為345m3，最大時用水量為115m3／h；不可預見系數110，最大時用水時取105m3／h，每日用水量為70m3。本項目最大時用水量合計為每小時116m3，最高日用水量為765m3。

22分區(qū)及供水方式

本項目中接入的市政供水管網壓力為03Mpa，不過市政給水管道還有待完善，管網末端壓力不穩(wěn)定的情況時有發(fā)生，因此針對地上一至三層用戶采用加壓供水的方法，負三層及負一層采用直接供水的方法，以保證供水質量。根據建筑的實際情況對給水系統進行分區(qū)，工分為直接供水區(qū)、低區(qū)、中區(qū)、高區(qū)等個區(qū)，其中地下－3層至－1層為直接供水區(qū)，1～7層為低區(qū)，8～22層為中區(qū)，其中8～14層經減壓供水，23～38為高區(qū)，針對供水壓力大于045Mpa的區(qū)域設置減壓閥進行減壓，控制每個出水點水壓不超過045Mpa。每區(qū)設置一套變頻供水設備，根據管網水力計算泵房供水設備泵型，采用變頻給水設備作為生活用水加壓設備，保證水泵運行的高效性。給水管材采用內壁光滑、阻力小的材料，可適當擴大管徑，減少管道阻力損失，提高水泵揚程。負三層設置獨立的、與結構底板完全脫開的生活貯水池，為保證生活用水的衛(wèi)生要求，在貯水池內設置二氧化氯消毒設備；采用變頻調速泵設備無需設置天面生活水池，避免二次污染。生活給水系統室外埋地管道管材公稱直徑100以上的不銹鋼管，并采用卡箍連接；原則上管材以公稱直徑小于50時給水管道上的閥門采用截止閥，大于50時采用閘閥或蝶閥，不過本項目中管段上需雙向水流時需采用閘閥或蝶閥，各種排空泄水閥也采用閘閥或蝶閥，如管道安裝空間小則選擇蝶閥［1］。

23供水方式選擇

一般情況下高層建筑的供水方式包括以下幾種。1）高水位水箱供水，高水位水箱供水系統分為并聯供水、通訊供水、減壓水箱供水及減壓閥供水，無論哪種供水系統水箱供水都包括泵、水箱兩個部分。高水位水箱供水系統的優(yōu)勢在于水壓穩(wěn)定，啟動時間短，工作效率高，設備及運行成本更低，供水質量更穩(wěn)定。不過高水位水箱供水系統也存在不足，比如水位高水箱大，增加了基礎設施的投資成本，且水質易被污染，水箱進水后易出現振動與噪音。本項目中設置大量的通訊設備，設備層面積緊張，塔樓設置有機房、衛(wèi)星天線、通信設備機房等區(qū)域，高水位水箱需要一定的占地面積，因此本項目不適用。2）氣壓罐供水，氣壓罐供水系統包括密封罐與離心泵兩大部分，其中密封罐多為鋼質，供水時水槽內空氣壓縮可起到調節(jié)水量的作用，水槽內按一定幾何高度輸送水壓，軟啟動順序啟動，可實現無塔供水。氣壓罐供水系統的主要優(yōu)勢在于水箱無需設置壓力，大大降低了水箱負荷，保證供水質量，且基本投資相對較低，通常應用于集中式、自動化管理。不過氣壓罐給排水也存一定不足，包括水量小，而氣壓罐采用壓力波動運行，運行效率受到影響；供水壓力穩(wěn)定性差，易導致供排水質量不穩(wěn)定；此外，氣壓罐儲氣罐中的有效容積相對較少，無法保證其供水可靠性。由上文可知，本項目最大時用水量達到121m3／h，日用水量達到每天780m3，供水規(guī)模相對較大，因此也不適用氣壓供水。3）變頻調速供水系統，變頻泵是指改變頻率及壓力控制電機的轉速，對供水系統的水壓、流量進行調節(jié)，管網實際水壓低于設定水壓時，變頻調速器會按照順序循環(huán)軟啟動對應的水泵，保證水壓恒定；反之管網水壓高于設定水壓時變頻調速器反順序切掉對應水泵電機，根據實際用水量變化調節(jié)電機轉速，保證供水質量的穩(wěn)定性、可靠性，且能夠延長運行時間，使用方便。雖然變頻泵無水箱供水系統成本相對較高，且環(huán)境溫度、濕度、粉塵等會影響到變頻器的工作環(huán)境，外部電池也會影響變頻器的工作性能，但是其供水壓力穩(wěn)定，有效節(jié)能，多臺泵組循環(huán)軟啟動可減少沖擊，消除水錘，無需高位水箱、水塔等，避免二次污染；可編程控制、全自動運行，操作維護更加便捷，結構緊湊、占地小、投資少，因此本項目中采用變頻調速供水方式。4）減壓分區(qū)供水系統，減壓分區(qū)供水系統中，每個水箱安裝于不同的區(qū)域，采用減壓閥或者減壓罐降低各區(qū)域的水壓，將水直接輸送至上部水箱。上層儲罐供應至下層儲罐，上下兩層儲罐之間安裝減壓閥，供水至下層儲罐時直接進入下一管道供水系統即可。在本項目中結合實際情況采用分區(qū)供水系統與變頻調速供水相結合的方式［2］。

24直飲水管道系統

項目設置直飲水系統，直飲水處理機房設置于地下三層，自來水注入原水箱后，經過機械過濾器，再經過活性炭進行二次過濾，經過軟化器進行軟化，經過鹽桶、保安過濾器后再進入反滲透環(huán)節(jié)，完成反滲透后進入中間水箱、中間水泵，再次進行反滲透后進行三次精濾，精濾完成后進行消毒，最后進行純水箱，由水泵傳輸至用戶。主樓、裙樓均設置直飲水點，采用變頻供水、立管全循環(huán)方式，不另設循環(huán)泵也可保證工作時間內四個區(qū)域均能夠有一臺水泵保持正常運行，為保證直飲水的衛(wèi)生、健康，直飲水管道選擇不銹鋼管。由于本項目直飲水處理機房位于負三層，因此各分區(qū)最低飲水嘴處靜水壓力要控制在04Mpa以下，如某些區(qū)域靜水壓力過大，需設置可調式減壓閥，保證供水點的壓力穩(wěn)定。

3生活排水系統設計

31生活排水系統基本要求

本項目層數高、功能多樣，排水量相對較大，排水系統采用雨、污分流，室內排水采用廢、污分流，糞便污水經過化糞池處理后排入市政管網，負1～3層衛(wèi)生間采用真空排水系統，地上部分衛(wèi)生間采用同層排水系統，衛(wèi)生間立管與污水立管共用通氣立管。生活排水系統的主要組成部分包括地下、地下大部分，其中地下部分包括地下室衛(wèi)生間、地下機房、消防電梯坑、地下車庫地面等，地上部分包括地上建筑衛(wèi)生間、空調機房、管井、衛(wèi)生間廢水、餐飲廚房廢水等等，其中地下衛(wèi)生間、地漏、洗臉盆排水排至集水井，糞便污水采用真空排水系統；地下機房、消防電梯坑、地下車庫地面污水匯集至附近集水坑，再經潛污泵提升至市政污水管道。地上衛(wèi)生間糞便污水排放至室外化糞池，空調機房、管井、衛(wèi)生間面盆、地漏等污水排放至室外房水管網；餐飲廚房廢水排放至獨立管道內，經氣浮隔油隔渣后由隔油池排放至市政污水管網［3］。

32地下層排水系統

地下層排水系統向室外排水管網排放污水時主要利用提升系統來實現，常用的污水提升系統包括兩種。一種是傳統的排水系統，即通過一般的重力排水匯集至集水井，集水井水位達到一定高度時排污系統會將其提升至室外排水管網。排污泵放置于集水井內為濕式提升系統，排污泵與集水井分離為干式提升系統，干式系統的占地面積更大，但排污泵發(fā)生故障、集水井出現堵塞等問題時，維修更加方便；濕式系統戰(zhàn)地面積小，節(jié)省了使用空間，但如果排污泵發(fā)生故障需要將水泵抽出檢修，因此后續(xù)維修難度較大。在我國大部分建筑采用的都是傳統排水系統，其技術成熟、設計運行方便，不過傳統排水系統集水井處于開放狀態(tài)，污水異味溢出易污染環(huán)境，影響居民的生活居住體驗。另一種則是真空排水系統，與傳統排水系統相比，真空排水系統完全密封，不存在污水異味及溢出的問題，對環(huán)境的影響更小；傳統排水系統利用重力流排放，管道設置只能下降坡度，衛(wèi)生間要做沉箱，每個衛(wèi)生間都要設置集水井，而真空排水系統敷設管道時無坡度要求，施工更靈活，管道管徑小、埋深淺，施工更便利。且真空排水采用先進的電子檢測系統，一旦發(fā)生故障系統可自動隔離故障部分，不會影響系統其它模塊正常運行；此外，傳統排水系統采用普通坐便器，每次沖水用水量達6L，而真空坐便器僅需1L水量即可，因此真空排水系統性能遠遠優(yōu)于傳16工作探索統排水系統。真空排水系統包括真空泵站、真空坐便器、控制裝置、序批處理裝置等等，其排水流程如下圖1所示。系統中真空泵站包括真空泵、真空收集器、排水泵三個部分，系統通過真空泵維持管道內氣壓差，衛(wèi)生間污水由真空管傳輸至真空收集器，當真空收集器中水位達到系統設置界線后，排水泵啟動提升污水，將其排放至市政污水管網。真空坐便器是與真空排水系統配套的衛(wèi)生器具，其內置氣動真空控制閥，可保證衛(wèi)生器具處于真空狀態(tài)。真空系統中的控制裝置通過液位傳感器對真空閥進行自動控制，其與排水衛(wèi)生器具連接，真空閥閉合時污水存儲于小集水槽，開啟真空閥后氣壓差會將污水吸到真空收集器中。真空閥的開閉由序批處理裝置控制，真空管中的污水達到一定水位時，液位傳感器向序批處理裝置傳達指令，真空閥開啟，避免真空管內積水過多。相比傳統排水系統，真空排水最大的不足在于其成本相對較高，本項目屬于一類建筑，建設單位在分析系統成本與實用性后同意污水提升采用真空排水系統。實際應用中大便器采用普通排水器具，每個大便器設置一個真空污水提升器；洗手盆采用真空廢水提升器收集其排放的污水，保證廢水與污水進入真空系統前嚴格分開，避免便器管路向廢水管路傳導異味而影響環(huán)境［4］。

33地上層衛(wèi)生間排水系統

地上層衛(wèi)生間排水有兩種方式，一種是隔層排水，即排水橫管貫穿該層樓板伸到下層用戶的天花板上，再接入排水立管，其對結構要求比較簡單，隔層排水所用的潔具種類較多，排水管坡度大可以減少管道堵塞的問題等。不過隔層排水需穿越樓板敷設排水支管，樓板預留孔會限制衛(wèi)生器具的布置，排水時噪音大，一旦發(fā)生滲漏會干擾下層用戶等。另外一種是同層排水，即排水橫管敷設于本樓層，只有排水立管穿越樓板，同層排水又包括沉箱式同層排水與隱蔽式同層排水兩種，其中沉箱式同層排水是指將降低衛(wèi)生間樓板，衛(wèi)生器具排水橫支管敷設于下降的樓板上，再與排水立管連接，這種排水方式可最大程度上減少水管滲漏的問題，且排水時噪音小，不會干擾下層用戶，可自由布置衛(wèi)生器具及管道，不過對衛(wèi)生間沉箱位置防水處理要求較高，建筑結構必須配合同層排水支管，結構降低的高度會對衛(wèi)生潔具的布置產生一定的限制，且排水管道是固定的，后期維修存在一定難度。隱蔽式同層的排水是將排水橫管敷設于本層假墻內，衛(wèi)生器具為掛壁式，不僅可以節(jié)省地面空間，且能夠消除衛(wèi)生死角，墻前安裝便于二次裝修，假墻還能隔間；水箱設計獨特，管道內壁光滑，節(jié)水效果好，布局靈活、個性化，管道走向可調整。不過作為一種新型的排水方式，其器具、管材都采用了新型技術，成本相對較高，且對施工技術要求較高。本項目屬于一類建筑，選擇沉箱式同層排水技術，保證排水通暢，減少滲漏，相對于隱蔽式同層排水技術而言，其技術成熟、風險較?。?］。

4消防給排水系統設計

本項目所處位置自來水供應充足，室外消火栓利用建筑周邊給水管網即可，間隔100m左右設置一個室外消火栓。室內采用并聯分區(qū)直接加壓消火栓給水系統，消火栓設計流量在40L／h，火災延續(xù)時間3h，水槍口徑19，充實水柱13m以上，立管頂部連通，水泵至水平環(huán)管設兩條輸水管，保證建筑任何一點均能夠同時到達兩股水柱，各消防栓箱配置水槍、25m龍帶、碎玻按鈕、警鈴、指示燈、消防軟管轉盤等基礎設施。由于該建筑高度大于100m，為避免壓力過高，采用并聯分區(qū)的方式進行供水，其中－3～7層為低區(qū)，8～22層為中區(qū)，23～38層為高區(qū)，各區(qū)水壓均采用減壓穩(wěn)壓消火栓，避免水壓大于05MPa。消防電梯井、消防水泵房設置消防排水設施，集水井容積設計25m3，潛水泵排水能力為每秒10L［6－7］。

5結語

總之，高層建筑的給排水系統設計要充分結合建筑的用水特點，在保證安全性的基礎上考慮系統設計的經濟性、穩(wěn)定性，不斷優(yōu)化給排水系統設計方案，盡量應用新型技術提高建筑給排水系統的節(jié)能性，保證建筑項目的經濟效益、環(huán)境效益及社會效益。

作者:宋新梅 單位:新疆建設職業(yè)技術學院