高层建筑给排水和消防给水系统的设计探讨

杨 曦 宋 超

济宁市建筑设计研究院，山东济宁 272000

作为高层建筑的重要组成部分之一，给排水系统和消防系统能否平稳运行直接关系到居民生活质量和建筑整体安全性[1]。由于系统较为复杂及对水源要求相对较高等特点，给排水系统和消防系统在设计时需要考虑诸多因素，并且设计难度相对于普通建筑要大一些。在设计时，要从建筑本身实际情况出发，针对不同建筑的不同特点来制定施工方案，对水压和水容量及管道布局充分考虑，以保证建筑给排水和消防设施平稳运行。

1 高层建筑消防给排水工程特点

1.1 安全可靠性要求较高

针对高层建筑给排水和消防系统设计时，可靠性是否符合标准需要设计者们着重考虑。由于高层建筑一旦发生火灾，火势极难控制，所以在设计消防系统时，一定要将居民自救首先考虑，然后在此基础上确保高层建筑消防系统的整体可靠性过关。

1.2 静水压力较大

针对高层建筑进行给排水设计时，高层建筑的静水压力也要重点考虑，由于高层建筑与普通建筑有着较大区别，所以如果采用普通建筑的单区供水方法，则很可能导致水压过大，从而无法保证可靠性，给相应的零部件及水管造成破坏。

1.3 管道机械强度高

相比普通建筑来说，高层建筑的排水量要求较高，并且排水管道也较长，以上因素导致管道的内部水压力变化较大[2]。所以，在针对高层建筑排水系统设计时，一方面要确保其排水能力，另一方面也要保证输水管道内部水压保持稳定。基于此，高层建筑给排水消防系统管道材料在选择时要在保证其经济性的前提下尽可能地选择高强度材料。

2 高层建筑给排水消防中应注意的问题

2.1 室外消火栓系统问题

由于室外消火栓主要由所在地的市政网系统供水，所以在设计消防系统时要与市政、水务等单位之间进行合理沟通，确保消防系统时刻稳定。

2.2 室内消火栓系统问题

室内的消火栓分为高、低2个区，高区为17～27层，低区为1～16层，对其分别供水。在设计时，高层建筑的水箱一般设计为20m3左右的蓄水量，高度设计为满足高层消火栓6m以上的净水压力。

2.3 自动喷水灭火设备的选择

由于国内民用建筑火灾等级一般为中危险级，所以自喷水泵一般是依据最不利于喷头的压力再经过理论计算最终确定。在针对自喷水泵的射程计算中不仅要考虑建筑物的高度，也要考虑水流在实际工作时的损失，目前国内建筑的配水管进口位置水压规定为至少400kPa。此外，在设计中要充分考虑消防设备末端试水装置的实际压力是否符合相关行业标准，一般是将最不利点的喷头和压力表等相关设备连接，然后测量计算，以判断系统在实际运行中的工作压力。

2.4 管道与增压泵在给排水消防系统设计

由于消防系统用水的可靠和安全与否直接被用水管道布置情况影响，所以在进行排水消防系统设计时需要特别注意。设计人员在设计时要充分考虑室内消防管网之间的连接，并选用安全可靠的环状管网。此外，在设计时必须在保证最不利点消火栓用水压力的前提下，尽可能选择小型增压泵，以便于在发生紧急火灾时，减压泵可快速启动。

2.5 消防排水的有效性问题

一般情况下，消防排水都是利用建筑内部的消防专用线路或雨水管道进行排水，但在实际高层建筑中，设计者应考虑消防排水系统容量较大，持续排水时间也相对长，针对此现象要运用防返溢工艺来确保系统工作正常。此外，在设计地下水消防排水时，要对高层建筑严格分区，各区排水系统应相互独立并避免相互流通，严格保证本区排水不流入其他区域。

3 给水系统设计

3.1 给水管道材质的选用

由于高层建筑楼层较多，所以重量也较大，管道设备不仅要承受较大水压，也要承受多楼层的压力，管道设备在选择材质时不仅要具备较强抗腐蚀性，也要承受较强抗压能力。结合实际情况，目前的管材大多采用塑料材质，具有质量轻、寿命长及耐腐蚀等优点，并且相对于金属管道也相对经济，成本较低。

3.2 给水设计中的给水方式

目前，在我国高层建筑中主要有以下几种给水方式：减压分区、高位水箱、变频泵无水箱等，以上方式各有优缺点，要根据实际高层建筑的具体情况来针对性的选择。高位水箱给水方式是通过泵房内的离心水泵供水，由于可在未发生火灾时在高位水箱中储存一定的水量，所以可确保供水水压持续稳定。此种给水方法优点是成本低、方式简单，但相应的也存在一定的问题。由于水箱内的水流动性较差，所以时间长了以后很可能造成水箱内水质污染，如消防设备需经常使用，可以选用此方式；减压分区给水方式主要是利用减压阀进行减压，在不同区域内分别安装水箱，利用水泵将水导入最高楼层上的总水箱中，然后上区水箱向下区进行供水，也可在管道上安装减压阀，水流经过减压后进入下一分区的管道网络。此方式的优点是维修方便、可靠性强且不需要为减压阀设置水箱，从而提高建筑的利用率，但缺点是下区处水压损失较大、水泵能耗增加；变频泵无水箱法主要是利用变频器的自动化功能进行给水，利用变频器控制电动机的转速，从而实现流量与水压的平稳运行，在提前预设好水压基础上，可以根据不同时间的水量变化来利用变频器调整电动机的转速，从而保证给水系统的可靠平稳，此方式最大的优点是在保证水质的前提下节约能源，但缺点是变频器成本较高，并且易受外界电磁干扰，所以在使用方式供水时要做好抗干扰措施。

3.3 排水系统设计

在日常生活中，高层建筑的排水系统主要排放生活污水、废水及雨水等，在排水方式的选择上要依据建筑所在的城市制定的排放标准及建筑的自身特点来决定。目前较为常见的排水系统有中水系统、同层排水方式及排水通气技术。工业生产中，一般使用中水系统，主要将工业生产生成的废水等物质运用物理及化学方式处理，使之达到制造工艺的使用标准后再循环投入到工业生产中，是水资源循环利用的典型案例。但在高层建筑排水系统的设计中，中水系统的使用成本较高。此外，使用中水系统，在水质方面对人体健康会产生潜在的威胁，在实际使用中应谨慎选择。近年来，同层排水逐渐被推广开来，在高层建筑的某一层中安装一个住户共同使用的水封管配件，一旦排水系统出现堵塞故障等异常，在本层即可进行故障诊断并采取措施，方便运营维护。同层排水方式为住户提供了较大的方便，具有操作灵活、噪声污染小等优点。但采用同层排水方式时，要尽可能选择密封性较好的管道材料并用热熔连接；为保证排水的流畅，避免出现水封负压虹吸等现象，在进行高层建筑排水系统设计时，一般采用排水通气技术。一方面可以保证排水系统中气流的正常流通，另一方面也可以防止管道内气体进入室内。

3.4 消防系统设计

高层建筑的安全性直接受到消防系统设计影响，由于高层建筑的楼层较多、居民数量较多，所以一旦发生火灾，救援将面临较大困难，高层建筑的消防系统应该确保消防用水的需求量及供应的持续性。消防系统的设计主要包括以下2部分：（1）消火栓系统；（2）自动喷水系统。消防系统是高层建筑设计的关键部位之一，高层建筑一旦发生火灾等异常，将给生命财产造成极大的威胁。区域集中消防供水系统比较可靠，在区域内设置一个消防水池和加压泵房，但是要合理确定具体的位置。消火栓一方面是高层建筑内消防系统的重要组成部分，同时也是火灾发生后居民第一时间可以使用的消防设备。在现场的消火栓箱内可安装紧急启动消防泵按钮，按钮一合，消防水泵就立即启动。考虑到减小消防泵的启动负荷，应在出水管路上设计多功能控制阀。水泵起动时能自动打开阀门，停止时能自动关闭阀门，并能有效地防止水锤的危害。但要注意，当高层建筑消火栓压力过大时，要替换成减压或稳压消火栓。在火灾的初期，自动喷水设备灭火作用较为明显。随着技术的不断发展，自动喷水设备的相关技术也在不断的提高，逐渐由大水量喷淋转变为细水雾喷涂，此方法可大大减少蓄水量，设备的体积也较小，在火灾发生的初期对电气设备造成的损害也大大降低。近年来，随着电子技术的不断提高，火灾报警系统也出现了革新，逐步由红外技术代替温度传感器和烟雾传感器，逻辑判断能力也大大提升，对火灾的判断正确率也逐步上升，失误越来越少。

4 结语

随着高层建筑在建筑领域的迅猛发展，排水及消防系统的设计水平也随之得到了较大幅度的提高，未来的发展趋势会越来越人性化、绿色化、智能化、多功能化，以便于确保高层建筑己排水及消防系统的使用需求。但目前实际设计过程中还受到各种客观因素的限制，也存在一定的问题，所以，设计师及工作人员要使用新材料新技术来不断加强创新，不断提高给排水及消防系统的设计水平。