高层建筑给水排水工程设计及施工技术研究

郝金凤

（云南兴滇建筑设计咨询有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

在城市化建设脚步逐渐加快的情况之下，高层建筑基于其自身提高土地资源利用率，提升城市整体形象的积极作用，成为城市建筑的主要发展方向，与此同时，为保障高层建筑的使用效果和功能，给水排水工程也逐渐得到了行业内外更多的重视。而且相较于普通建筑，高层建筑的给水排水工程更为复杂，规模更大，实际工程设计难度以及施工难度也相对更高。因此，加强对于高层建筑给水排水工程设计及施工技术的探讨和研究是十分有必要的。

1 高层建筑给水排水工程特点

给排水工程作为建筑机电安装工程的重要组成部分，与其他机电安装工程之间存在着较大差异，其主要特点表现在以下4 个方面：①分散性，给排水管网工程涉及整个建筑当中所有用水区域，因此工程范围较广，而且管网工程较为分散；②连通性，整个建筑当中给水管网虽然较为分散，但无论是水压、水量还是供水质量方面，都有着极强的关联性；③通透性，指的是在实际给排水系统运行的过程中，一旦某一个环节出现问题，就会对整个系统产生影响；④隐蔽性，为保障建筑整体美观性，以及给排水系统的运行安全，建筑给排水系统通常设置在较为隐蔽的位置，或者藏于建筑墙体、立柱之中。

除此之外，对于高层建筑而言，其给排水工程还存在以下特殊性：①静水压力大，由于高层建筑层高较高，因此为保障建筑供水功能，其静水压力通常较大；②水量较大，高层建筑当中的用户较多，而且人员密度较大，因此其给排水系统需要承受大量的水，而且在用水高峰期，瞬时给排水量较大，对于系统运行的可靠性有着较高的要求；③排水量大，管道较长，基于高层建筑人员密集，层高较高的缘故，因此不仅排水量较大，而且排水管道更长，要求排水管道有着较好的排水能力[1]。

2 高层建筑给水排水工程设计分析

2.1 冷水给水系统

冷水给水系统主要包括卫生间冲厕给水、盥洗给水、厨房给水以及灌溉冲洗给水几个部分，其中盥洗和厨房给水主要来源于城市自来水管网，而冲厕给水则是卫生间冲洗用水，灌溉给水主要用于绿化区域的浇灌以及车库和地面的冲洗。

在实际进行冷水给水系统设计之前，需要先明确建筑用水量标准，并对用水量进行计算。在实际进行计算的过程中，主要计算项目包括生活总用水量、生活自来水用水量以及饮水量。冷水给水系统设计要点包括以下4 个步骤。

（1）系统竖向分区。结合城市给水管网情况，以及建筑用水对于水量、水压等方面的实际需求，对系统进行竖向分区，明确不同层高的供水方式，对水秒流量情况进行设计，根据实际压力情况，选择直接供水或者是变频调速加压供水。

（2）系统组成。对于直接供水楼层而言，其给水系统主要包括引入管、水表、倒流防止器、给水管道以及其他相关附件等。对于加压给水区，其给水系统主要包括水池、变频供水系统，给水管道以及其他附件，详细结构组成如图1 所示。

图1 变频高层恒压供水系统结构

（3）水力计算。某高层建筑部分水力计算如图2所示。

图2 给水管网水利计算

为保障供水系统正常运行，需要对给水系统的水力进行计算。按照国家以及行业相关规定，高层建筑给水管道设计秒流量计算公式如式（1）所示。

式中：q——计算管段给水秒流量，L/s；N——计算管段卫生器具给水当量总数；a——建筑物特性系数。当马桶为自闭式冲洗阀时，大便器延时自闭冲洗阀的给水当量均以0.5 计，计算得到的q 附加1.20L/s 的流量后为该管段的给水设计秒流量。

在计算得到设计秒流量之后，还需要计算给水管网系统的管径，其计算公式如式（2）所示。

式中：d——计算管段的管道内径，m；q——计算管段给水秒流量，L/s；v——管道水流速度，m/s。

然后再针对给水管道沿程水头损失、单位长度水头损失以及局部水头损失分别进行计算，为给水管道设计提供相应参考数据。

（4）设备选型。根据水力计算结果，计算得到水泵流量、水泵扬程进行计算，然后确定相应变频泵参数，并根据边坡参数确定主泵设备以及气压罐数量，同时选取相应配电柜、进出水管阀等配套设备，某高层建筑冷水给水系统的主要设备选型情况如表1 所示。此外，还需要确定相应减压阀参数以及生活水池的容积。

表1 主要设备选型

2.2 热水给水系统

热水给水系统的计算内容主要包括耗热量、设计小时热水量。其中耗热量计算公式如式（3）所示。

式中：Q——设计小时耗热量，（kJ/h）；K——时变化系数；m——用水单位数；qr——热水用量定额，L/（人·d）；c——水的比热容，为4187J/（kg·℃）；tr——热水的温度，取值60℃；tl——冷水的温度，需要根据建筑区域进行确定；ρr——热水的密度，取值0.983kg/L；T——每日使用时间，h。

设计小时热水量的计算公式如式（4）所示。

式中：qh——设计小时热水量，（L/h）；tr——热水的温度，取值60℃；tl——冷水的温度，需要根据建筑区域进行确定；ρr——热水的密度，取值0.983kg/L。

然后确定热水供应区域以及分区情况，再根据相关设计规范，以及建筑工程实际情况，确定热源，热源范围主要包括工业废热、地热、太阳能、热泵、热力管网以及热水机组等。最后，根据相应计算结果进行加热设备以及膨胀管的选型。

2.3 消防给水系统

消防给水系统的设计主要包括以下内容：首先，结合高层建筑实际情况和消防需求，确定消防用水量；其次，根据消防用水总量，确定消防水箱的容积，并结合实际情况判断是否需要设置消防水池，根据相关规范要求，当出现以下3 种情况之一时需要设置消防水池：①生产、生活用水量达到最大时，市政给水管网或入户引入管不能满足室内、室外消防给水设计流量；②采用一路消防供水或只有一条入户引入管，且室外消火栓设计流量大于20L/s 或建筑高度大于50m 时；③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；再次，室内消火栓系统的设计，该系统主要包括消防水泵、管道、水枪、水带以及控制阀门等多个结构，在进行室内消火栓设计时，需要先进行给水系统分区，确保静水压力控制下1MPa 以下，并根据建筑结构，确定消火栓保护半径，然后在此基础上，进行消火栓的布置设计，计算消火栓栓口所需压力、沿程水头损失，并根据系统水力，确定消火栓立管管径、环管管径，然后进行消防泵的选择；第四，自动喷水灭火系统设计，该系统主要包括消防水池、自动喷水设备、水泵、减压阀、喷头、喷水管道以及控制阀门等，在实际进行系统设计的过程中，需要先明确不同楼层区域范围的供水方式，主要包括屋顶直供以及减压供水等，然后根据建筑实际情况和需求，进行相应装置的选型和分布设置，并根据流量需求，确定喷头流量、流速、水头损失以及重点压力；最后根据相应计算结果，确定喷头型式。

2.4 生活排水系统

生活排水系统的设计要点为室内污水废水的计算，主要为排水管道流量计算，其计算公式如式（5）所示。

式中：qp——排水设计秒流量，L/s；Np——卫生器具排水总量；a——建筑物特性系数；qd——最大卫生器具排水流量，L/s。

2.5 雨水排水系统

在实际进行雨水排水系统设计的过程中，需要先进行雨水计算，根据建筑当地暴雨强度公式、屋面设计重现期、室外设计重现期得到设计降雨强度，再结合设计降雨强度以及径流系数等确定设计雨水流量。然后确定汇水面积，进行雨水立管流量的计算，并以此确定立管管材。最后进行室内雨水管道布设[2]。此外，为提升高层建筑的环保性能，还可在屋顶设置雨水回收系统，其主要布局结构如图3 所示。

图3 雨水回收利用

3 高层建筑给水排水工程施工技术分析

给水施工技术要点主要包括以下3 个方面：①实际施工的过程中应加强对于给水管道内部压力的控制，确保管道设计符合用户对于水量、水压的需求，并在施工过程中，为给水立管预留充足空间；②，在选择相应供水管网类型的过程中，需要充分考虑水管的质量，并结合静压参数，确保供水管道相应参数符合静压需求，此外，为降低管道静压影响，可通过设置竖向管道的方式，以此达到延长管道使用寿命的目的；③在建筑内部进行管道敷设施工的过程中，应结合建筑内部结构，合理进行管道开槽施工，或者将其敷设在非承重墙区域。

在进行排水系统施工的过程中，需要注意以下技术要点：①加强对于排水管道材料的选择，确保材料的质量以及性能均符合相应工程需求，并做好柔性接口的科学处理，保障整个系统的稳定性和可靠性；②在实际进行排水立管敷设的过程中，应注意在窗口等位置设置排水检查口，并做好室内卫生间等区域的排水施工，确保室内环境良好[3]。

4 结语

综上所述，基于高层建筑给水排水工程庞大、复杂，管道分散，静水压力较大等方面的特点，在实际进行给排水工程设计的过程中，应加强对于静水压力的重视和控制，做好前期水量、水压等计算工作，并结合实际情况，合理进行系统结构的设计以及相应设备选型，同时在实际进行给排水工程施工的过程中，应明确相应施工技术要点，确保工程设计要求能够得到有效落实。相信随着对高层建筑给水排水工程设计以及施工技术的深入研究和实践探索，高层建筑给排水工程效果将会得到良好保障。