超高层建筑给排水设计实例及几点思考

彭勃骆芳

（中南建筑设计院股份有限公司 湖北 武汉 430071）

0 引言

随着城市化的进程，建筑高度超过100米的超高层建筑持续增多，尤其是在土地有偿使用，寸金尺土的城市中心区，建筑高度更是不断增加。对于作为建筑使用功能的重要组成部分的给排水系统的设计也提出了不同要求。本文以实例详细阐述了超高层给排水各系统的设计内容。

某超高层建筑位于福州市，本楼高240.65m，属一类超高层建筑综合楼。本楼地上五十六层，地下两层，其中底部四层为办公和商业裙房，五层至五十六层为塔楼，用途为办公，地下两层为配套设备用房和车库。在本建筑物旁市政道路敷设有市政给水、污水及雨水干管，可供本建筑接口，且市政给水管最不利供水压力为0.26MPa。建筑物所处街区有完善的城市基础设施，供水可靠，水质良好；排水设施完善，有可靠的城市消防保证体系。

1 给水系统设计

1.1 水源

本建筑全部生活用水取自市政给水管网。从市政主管开两条DN200的引入管接入本建筑。本建筑生活用水、消防用水分别设水表计量。消防水表后采用DN150的给水管在本大楼室外形成环网

1.2 给水分区

选择合理的给水方式是高层建筑生活给水系统设计的关键，它直接关系到生活给水系统的使用效果和工程造价。根据建筑物各部分的使用功能及卫生器具对静水压的要求，采用串联并联结合方式供水。生活给水系统分为6个区。其中Ⅰ区为地面二层及以下，利用市政管网压力供水，其余分区均为加压供水：Ⅱ区—三至十四层；Ⅲ区—十五至二十八层；Ⅳ区—二十九至三十六层；Ⅴ区—三十七至四十三层；Ⅵ区—四十四至五十六层。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ区每区设置一套变频调速供水设备加压供水，Ⅵ区采用高位水箱供水，当压力超过0.35MPa时，采用减压阀减压。

1.3 供水设备设置

地下二层水泵房内设食品级不锈钢生活储水箱两座及Ⅱ、Ⅲ区变频调速供水设备各一套。Ⅱ区变频调速供水设备同时为设置于地下二层的直饮水制备机房内的直饮水制取设备提供原水。Ⅲ区变频调速供水设备同时为设于二十九层水泵房内的生活转输水箱供水。生活水箱有效容积按需要二次加压生活日用水量的25%确定。

二十九层水泵房内设食品级不锈钢生活转输水箱一座及Ⅳ、Ⅴ区变频调速供水设备各一套。Ⅳ区变频调速供水设备同时为设置于二十九层的直饮水制备机房内的直饮水制取设备提供原水。Ⅴ区变频调速供水设备同时为设于四十四层水泵房内的生活转输水箱供水。

四十四层水泵房内设食品级不锈钢生活转输水箱一座及屋顶水箱进水泵一套。29层、44层避难层设置的中间转输水箱容积按转输流量的10分钟取值。

屋面水箱间设食品级不锈钢生活水箱一座，供45至56层生活用水，容积按44层以上楼层最大时用水量Qh的50%确定。

1.4 水泵选型

给水Ⅱ区选用变频调速供水设备一套，配用水泵CRI15-8型三台，配备500L气压罐一台；给水Ⅲ区选用变频调速供水设备一套，配用水泵CRI32-11-2型四台三用一备，配备500L气压罐一台。给水Ⅳ区选用变频调速供水设备一套，配用水泵CRI10-9型三台（两用一备），配备500L气压罐一台；给水Ⅴ区选用变频调速供水设备一套，配用水泵CRI15-8型四台（三用一备），配备500L气压罐一台；给水Ⅵ区屋顶水箱选用水箱供水泵CRI32-6型两台，一用一备。

2 排水系统设计

2.1 污水系统设计

2.1.1 本楼采用污废合流制。设专用通气管；采用柔性接口排水铸铁管；污水水平横干管敷设在四层楼顶梁下，保证支管连接点距立管底部下游水平距离大于3m。

2.1.2 潜水排污泵

本建筑所采用的潜水排污泵主要包括两种型号：在消防电梯集水坑及地下水泵房集水坑中，设置较大型号潜水排污泵，型号80QW45-22-5.5，每个集水坑中设置两台潜水泵，一用一备；在地下室其它部位，均设置较小型号的潜水排污泵，型号50QW15-22-3.0。

2.1.3 室外排水构筑物

生活污水经立管收集后下至一层出户，经三格化粪池处理后，排入市政排水管网，化粪池根据实际使用人数计算，污水停留时间12小时，清掏周期90天，本项目化粪池选用四座G13a-100SQF型化粪池。

含油污水经隔油池处理后，经过化粪池再排入市政污水管道。隔油池选型主要针对含食用油的污水，选用标准为：污水在池内流速不大于0.005m/s；池内停留时间为10min；存油部分容积不小于该池有效容积的25%；池内残渣量占有效容积的10%，清除周期6天。本项目选用型号为GG-3SF型隔油池1个。

2.2 雨水系统设计

2.2.1 重现期选择

本项目屋面雨水重现期P取10年，室外场地雨水重现期P取2年。屋面按排水总能力不小于50年重限期的雨水量考虑屋面溢流设施。

2.2.2 雨水系统设计

本大楼塔楼屋面雨水采用重力流系统排放，雨水由87型雨水斗收集；裙楼屋面雨水采用压力流系统排放，雨水由虹吸雨水斗收集。屋面雨水经水平干管及雨水立管下至地下一层及一层出户，雨水出户管经消能井后排入市政雨水管道。

3 商业裙房冷却循环水系统设计

3.1 冷却循环水系统流程

本楼冷却循环水系统采用的设备及构筑物主要包括冷却塔、冷却循环水泵、冷却循环水补充水泵等。

3.2 设备设置

3.2.1 冷却塔

本大楼商业裙房设水冷型集中空气调节系统，地下一层冷冻机房内设有螺杆型冷水机组两台，根据一一对应的原则，选用LRCM-H-350方形横流式超低噪声冷却塔，置于裙房屋面。

3.2.2 冷却循环泵

选用卧式离心泵。冷却循环水泵置于地下一层冷冻机房。冷却水泵与冷水机组的开停联动。开机时先开冷却水泵，后开冷水机组，停机时与此程序相反。

3.2.3 冷却塔补水泵

选用变频调速供水设备一套。

4 直饮水系统设计

本项目办公各层饮水间设管道直饮水供应系统系统分区：

4.1 本设计直饮水供应系统采用两套。低区直饮水制备机房设于地下二层，由Ⅱ区生活变频供水设备向机组提供原水；高区直饮水制备机房设于二十九层，由Ⅲ区生活变频供水设备向机组提供原水。经过预过滤、反渗透及臭氧消毒工艺，制备的净水分别储存在高低区净水箱内。

4.2 直饮水供应系统分为高低两个大区供水。

高区为29层至56层，低区为1层至28层。高低两区均采用变频调速水泵加压供水，管网布置均为上行下给式。当压力超过0.35MPa时，采用减压阀减压。

4.3 直饮水供应系统设循环管道，循环管道内水的停留时间不超过6小时。高低两区均采用在管网末端设电磁阀定时开启、重力回水的方式进行循环，回水管末端设流量调节阀。循环回水接至循环过滤器处理后，经过臭氧消毒回至净水箱。

5 消防给水设计

5.1 系统设置

本楼建筑高度H=240.65m，H>100m，属一类超高层建筑。本设计按一类超高层综合楼消防要求配置消防设施。根据本工程的性质及火灾危险性，根据相关规范，本工程主要设置以下消防系统：消火栓系统；自动喷淋系统；气体灭火系统；建筑灭火器；水喷雾灭火系统；标准型大空间智能灭火装置。

具体设置部位为：全楼设置消火栓系统、自动喷淋系统和建筑灭火器，变配电房设置气体灭火系统，发电机房设置水喷雾灭火系统，三层以上通高的中庭设置标准型大空间智能灭火装置。

5.2 消火栓系统

5.2.1 消火栓用水量

本项目为一类超高层建筑，其室内消火栓用水量40L/s，室外消火栓用水量30L/s，火灾延续时间3小时。则一次火灾室内消火栓用水量为432m3，室外消火栓用水量为324m3。本楼消防水池储存室内外消防用水，故地下室室内消防水池内实际储存消火栓系统用水量432m3。

5.2.2 消火栓系统设计

本工程室内消火栓给水系统为临时高压系统，分为上下两个大区加压供水。下区为地下二层至二十五层加压供水系统，由设于地下二层水泵房内的消火栓给水加压泵供水；上区为二十六至屋顶机房层加压供水系统，由设于二十九层水泵房内的消火栓给水加压泵与地下二层水泵房内的消火栓给水加压泵垂直串联供水。为了使消火栓栓口的静水压力不大于1.0MPa,每个加压供水系统供水管网在竖向上均采用减压稳压阀分为若干分区供水。每个分区管网各自构成环状，并用阀门分成若干独立段，以利检修。本工程消火栓出水压力超过0.50MPa时设减压稳压消火栓。水枪充实水柱不应小于13米。

室外消火栓系统全部由市政管网供水。本设计在小区内消防车道边沿道路均匀布置室外地上式消火栓，消火栓间距不大于120m。

5.2.3 消火栓系统设备

本工程消火栓系统设备主要包括：

地下二层：卧式恒压切线消防泵两台(一用一备)；

二十九层：卧式恒压切线消防泵两台(一用一备)、消防水箱保证下区消火栓系统初期灭火用水；

屋面水箱层：屋顶消防水箱及气体顶压式自动消防给水设备DTJ0.5/10-6型一套。提供上区火灾初期灭火用水及维持上区消火栓给水系统管网平时压力。

5.3 自动喷水灭火系统

5.3.1 自喷系统用水量

商业、地下车库属中（Ⅱ）危险级，自喷水量按中（Ⅱ）危险级，喷水强度 8L/min·m2，作用面积 160m2，流量 27.73L/s，火灾延续时间1小时；办公楼属中（Ⅰ）危险级，自喷水量按中（Ⅰ）危险级，喷水强度 6L/min·m2，作用面积 160m2，持续喷水时间1小时，流量20.8L/s，火灾延续时间1小时；办公大堂高度超过12米，设置标准型大空间智能灭火装置，每个喷头设计流量为5L/s,设计同时开启喷头数量为9个，q=45L/s,火灾延续时间为1小时。

综上，本工程自喷水量取最大值，即标准型大空间智能灭火装置和喷淋同时工作时，火灾持续时间1.0小时，故地下室消防水池内储存自喷水量270m3。

5.3.2 自动喷水灭火系统设计

本工程自喷给水系统为临时高压系统，分为上下两个大区加压供水。下区为地下二层至二十五层加压供水系统，由设于地下二层水泵房内的自喷给水加压泵供水；上区为二十六层至屋顶机房层加压供水系统，由设于二十九层水泵房内的自喷给水加压泵与地下二层水泵房内的自喷给水加压泵垂直串联供水。为了使配水管道工作压力不大于1.20MPa，且满足每个报警阀供水的最高与最低位置喷头高程差不大于50m及报警阀控制喷头数量的要求，每个加压系统供水管网在竖向上均采用减压稳压阀分为若干分区供水。报警阀前的管网均构成环状，并用阀门分成若干独立段，以利检修。

5.3.3 自喷系统设备选型

本工程喷淋系统设备主要包括：

地下二层卧式恒压切线消防泵两台，一用一备；

地下二层主动喷水灭火系统给水泵；卧式恒压切线消防泵两台，一用一备；

二十九层：卧式恒压切线消防泵两台，一用一备，消防水箱提供下区喷淋系统初期灭火用水；

屋面水箱层：屋顶消防水箱、增压设备。提供上区自动喷水灭火系统初期灭火用水。

5.4 水喷雾灭火系统

5.4.1 本大楼地下一层柴油发电机房及其油箱间需设置水喷雾灭火系统。柴油的闪点为60-110℃。柴油发电机及其油箱的喷雾强度取20L/min·m2。设计流量为36.5L/s,0.5小时灭火时间。

5.4.2 水喷雾灭火系统为临时高压系统，与标准型大空间智能灭火装置供水泵合用。

6 建筑灭火器设置

根据《建筑灭火器配置设计规范》规定,本建筑应广泛设置建筑灭火器。

本工程按A类中危险级要求配置灭火器的区域有：铺面；按A类严重危险级要求配置灭火器的区域有：厨房、办公、停机坪。按B、C类中危险级要求配置灭火器的区域有地下室车库。

7 气体灭火系统

本工程地下室配电房、一层高压配电间、四层网络及有线电视机房及二十九层避难层配电房设置七氟丙烷气体灭火系统，设计灭火浓度为9%。气体喷放时间为7s。灭火浸渍时间10min。

8 设计中的几点思考

8.1 超高层给排水管材的选用

因超高层高度超过100米，对部分管材的选用要求与一般高层建筑相比较高。例如雨水管材选型时应注意管材的工作压力应大于建筑物净高度产生的静水压。本楼塔楼高度超过200米，故本设计中雨水管选用无缝钢管；因消防给水系统采用串联供水方式，应注意小流量时高低区消防泵扬程叠加值比标准工况时高，因此消防管材选用时应核算压力等级，以控制质量，保证安全。

8.2 转输水箱进水控制阀的选择

采用变频供水的高层建筑的一般将生活水箱置于底层由市政直接进水，水箱的进水多采用浮球阀进行控制。本项目设置的生活、消防转输水箱在进水管上设电动阀，由水位控制电动阀的开启，避免采用浮球阀进水造成变频泵频繁启动。

8.3 水泵接合器设置

水泵接合器应分散设置，因集中设置不利于消防车扑救，可靠性较低，操作不利。另《自动喷水灭火系统设计规范》中要求当水泵接合器的供水能力不能满足最不利点作用面积的流量和压力要求时，应采取增压措施，而在《高层民用建筑设计防火规范》中要求消防给水为竖向分区供水时，在消防车供水压力范围内的分区，应分别设置水泵接合器。但考虑到安全性，本设计中喷淋和消火栓系统均在在14层避难层设置高区水泵接合器接力供水设施，接力供水设施由接力水箱和固定的电力泵组成。

8.4 顶压系统的设置

本建筑顶层为停机坪，需设置消火栓。因停机坪高度高于屋面消防水箱，为保证停机坪上最不利消火栓处的静压不小于0.15MPa且保证火灾初期消防用水，在屋面水箱间设置气体顶压消防给水设备，气压罐储存停机坪的2支水枪火灾初期10分钟的消防水量6m3。

8.5 消防串联给水系统初级泵防冲击措施

本设计消防给水系统采用串联方式，有点在于避难层无需设置水箱可节约面积，结构荷载小，可以利用下区水泵富余压力减小上区水泵扬程。但次级泵停泵时，如不采取措施次级管网的水压回传会损坏初级泵。本设计在次级泵水泵吸水管上装设了倒流防止器，出水管上装设了快闭止回阀和水锤吸纳器可以防止水压回传。

8.6 注意消防系统减压阀两种工况下是否有效

消防系统中设定减压阀工作压力时应注意火灾初期水箱供水和消防水泵开启后两种工况时的压力变化，避免发生火灾初期高位水箱静压未能达到按消防泵供水时工况设置的减压阀设定压力值，造成减压阀无法开启，水箱无法供水。为避免此情况，本设计中高位消防水箱供水和消防泵供水分别设置两路管线和相应的减压阀。

［1］GB50015-2003高层民用建筑设计防火规范[S].2005.

［2］GB50045-95建筑给水排水设计规范[S].2009.

［3］GB50084-2001自动喷水灭火系统设计规范[S].2005.