高层建筑给水排水工程设计问题及优化策略

周晓波

摘 要：从设计的角度对高层建筑的给水系统、排水系统及消防水系统的设计问题进行了分析，并针对目前高层建筑给排水系统设计出现的有关问题，提出了一些优化策略。

关键词：高层建筑;给排水设计;存在问题;优化策略

引 言

我国现行规范对高层建筑是这样定义的：建筑高度>27米的住宅、建筑高度>24米的非单层公共建筑及建筑高度>24米的非单层工业建筑属高层建筑[1]，建筑高度>100米的建筑为超高层建筑[2]。随着我国社会经济的高速发展，高层建筑大量涌现，相比于单层及多层建筑，高层建筑的设计要求更为严格，尤其是给水排水系统设计质量的高低，直接影响到人们的生活质量及身体健康！

一、高层建筑给排水设计的特点

高层建筑给排水设计与一般单、多层建筑相比，计算方法、设计步骤及基本理论是基本相同的。高层建筑具有层数较多、建筑高度较大、建筑结构复杂、建筑功能较广等特性，使其给排水设计具有如下特点：①必须有可靠的水源，合理的管网布置;②必须进行合理的竖向分区;③应力于消防自救;④必须有可靠的排水系统;⑤必须严格采取防震、防噪音、防水锤、防沉降等措施;⑥设计工作量大，施工难度也大。

二、高层建筑给水系统设计中存在的问题及优化策略

2.1存在问题。高层建筑给水系统设计比较复杂，比较突出的是水锤问题。水锤是由于管道压力突然变化（例如突然关闭阀门），由水的压缩性引起的供水系统中的冲击波压力。水锤破坏力较大，及容易造成爆管事故。

2.2优化策略。水锤，是供水管道中经常遇见的物理情况，影响供水管道及阀门使用寿命，严重时可能引发爆管。因此，在高层建筑给水系统设计中，应预防水锤的破坏。推荐以下几种方法：

（1）给水加压系统，应设置水锤消除装置[3]，水泵的出水管上装设水锤消除器，该设备主要防止停泵水锤，安装在水泵出口管附近，利用管道本身的压力为动力来实现低压自动动作，防止水锤对设备和管道的沖击。

（2）采用控制流速技术

在建筑给水设计中，为防止或减少管道水锤的发生，管道流速宜采用现行规范规定的下限值：DN≥80mm时，采用v≤1.8m/s为宜;25≤DN<80mm时，采用v=1.2～1.5m/s为宜;DN≤20mm时，采用v=1.0m/s为宜[3]。

（3）采用恒压控制技术

采用变频控制水泵机组，采用PLC自动控制系统对变频泵实行自动控制，检测管网压力，反馈控制水泵的启、停并调节转速，调节流量，使压力维持在设定值范围内，避免压力波动，使产生水锤的概率减小。

三、高层建筑排水系统设计中存在的问题及优化策略

3.1存在问题。排水系统含污（废）水系统及雨水系统，其中污（废）水系统中的地漏设置不当、水封破坏严重、异味反入室内的问题较为常见。雨水系统中尤其要属阳台返水问题较为突出，在超过设计重现期的暴雨发生时，雨水管道内部将形成满管压力流，此时阳台地漏会出现反水问题，最终导致阳台位置积存的雨水无法快速排出。

3.2优化策略。污（废）水系统地漏的设置应符合《建筑给水排水设计标准》（GB50015-2019）第4.3.5条规定“地漏应设置在有设备和地面排水场所，如：卫生间、盥洗室、淋浴间、开水间;洗衣机、直饮水设备、开水器等设备的附近;食堂、餐饮业厨房间”[3]。

根据使用场合的不同选择不同类型的地漏，食堂、厨房和公共浴室等排水设置网筐式地漏;设备排水应采用直通式地漏;地下车库如有消防排水时，设置大流量专用地漏。地漏应设置在易溅水的器具或冲洗水嘴附近，且应在地面的最低处。

四、高层建筑消防给水系统设计中存在的问题及优化策略

4.1存在问题

（1）消防水池容积设计不合理。消防水池的有效容积设计偏小，造成此问题的主要原因是设计人员对建筑消防用水量及火灾延续时间判断不当。消防水池的有效容积设计偏大，存在浪费，造成此问题的主要原因是某些地区由于供水企业无法保证市政给水系统的安全性，室内、外消防用水量均必须储存在消防水池中，导致消防水池容积设计偏大。

（2）水泵接合器的数量不够或设置位置不合理。《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014）规定消防水泵接合器应设在室外便于消防车使用的地点，且距室外消火栓或消防水池的距离不宜小于15m，并不宜大于40m。实际工程中有的水泵接合器设在拐弯处、地沟边、墙角下，位置不明显，消防车无法靠近，操作起来极为不便;水泵接合器的数量设计不够，许多设计人在确定水泵接合器的数量时带有很大的主观性，没有按要求独立设置水泵接合器。

4.2优化策略

（1）正确计算消防水池容积。在高层建筑设计中，市政消防给水设计流量小于建筑室内外消防给水设计流量时，消防供水采用一路消防供水或只有一条入户引入管时，都要求设置消防水池。计算消防水池容积时，应将火灾延续时间内室内各种系统的消防用水量之和减去市政进水管的补水量。总结消防水池的设计步骤如下：①对建筑物进行定性;②确定建筑物设置有哪几种水消防系统;③确定哪些消防系统的水量需要储存在消防水池;④确定水量储存于消防水池中的每一种水消防系统的设计流量及火灾延续时间;⑤判定水量储存于消防水池的水消防系统中，哪些水消防系统在火灾发生时需要同时开启，将这些系统的消防水量相叠加;⑥判定消防水池的容积计算是否需要减去火灾延续时间内消防水池补水管的补水量;⑦消防水池有效容积计算公式：

（2）严格按照现行规范规定设计水泵接合器的数量和位置

按照《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014）的要求，室内消防给水系统设置消防水泵接合器的目的是便于消防队员现场扑救火灾能充分利用建筑物内已经建成的水消防设施。消防水泵接合器的设置场所：①下列场所的室内消火栓给水系统应设置消防水泵接合器：a.高层民用建筑;b.设有消防给水的住宅、超过五层的其他多层民用建筑;c.超过2层或建筑面积大于10000平方米的地下或半地下建筑（室）、室内消火栓设计流量大于10L/s平战结合的人防工程等。②自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统、泡沫灭火系统和固定消防炮灭火系统等水灭火系统，均应设置消防水泵接合器。

五、结语

我国高层建筑在不断的发展过程中，出现了一些亟待解决的技术问题，需要相关技术从业者不断探索革新。高层建筑给排水设计要满足水压、水质和水量的要求，并根据这些要求进行优化设计，最大程度实现建筑的安全性和舒适性。这就要求设计人员创新对给排水系统的设计方法，设计出先进、安全、实用的高层建筑给排水系统，实现节能减排、安全舒适，不断提高人们在高层建筑中的工作和生活质量。

参考文献

[1] GB 50016-2014（2018年版），建筑设计防火规范[S].

[2] GB 50352-2019，民用建筑设计统一标准[S].

[3] GB50015-2019，建筑给水排水设计标准[S].