超高层公共建筑给排水设计分析

郑锐强

广东省建筑设计研究院有限公司 广东 广州 510010

现阶段，随着我国社会经济发展水平的不断提升，人们生活质量水平的逐渐提高，人们对居住、生活、工作环境的要求越来越高，为推动城市现代化发展，高层建筑和超高层建筑拔地而起，设计人员加强了地下空间和地上空间的利用率。高层建筑和超高层建筑的出现推动了城市现代化发展进程，提高了人们生活质量。相比普通建筑而言，超高层建筑的结构复杂，对设计人员的专业技能、综合素质要求更高，对建筑结构稳定性、安全性、可靠性、使用寿命要求更高，其中给排水设计作为建筑设计的重点工作内容，在提供生活用水、消防用水，提高水资源利用率，加强雨水、中水回收利用等方面发挥着重要的作用。本文以笔者参与的某超高层建筑给排水设计为例，分析了超高层建筑结构特征以及超高层建筑给排水系统设计的难点内容，从中水回收系统的设计、雨水综合回收系统设计以及供水方式选择、室外给排水系统设计、消火栓给水系统设计等方面对设计的重点进行了分析。

1 工程概况

某超高层建筑高度为150.5m，总建筑面积为54972m2占地面积为5491m，容积率为5.9，建筑地下2层，地上32层。地下建筑功能主要为地下车库和设备用房，该项目中给排水系统包含冷给水系统、太阳能+空气源热水系统、污水废水排水系统、雨水排水系统、雨水回收系统、消防系统、自动喷水系统等。如图1所示。

2 超高层建筑特点和给排水设计难点

2.1 超高层建筑特点

超高层建筑的设计和建设是城市实现现代化发展的必然途径，也是缓解城市用地紧张、提高地下和地上空间利用率的重要手段。超高层建筑被称为固定的航空母舰、楼中城，不仅结构、功能复杂，在设计和建设中包含不同专业、不同部门、不同工种之间的交叉工作繁多，给排水设计系统包含生活给排水、消防给排水等多项工作内容。楼层越高，对建筑、结构、给排水、暖通和电气等专业的要求就越来越高，高层建筑建设持续时间长、工程规模庞大、设计工作难度大、任务量中。此外，在我国城市经济持续发展的背景下，人们生活质量水平不断提高，对居住、生活、工作环境的安全性、舒适性要求越来越高，现阶段各类新技术、新设备、新理念被广泛应用于超高层建筑设计和施工中，增大了超高层建筑建设设计工作的难度，对设计人员的综合水平、专业技能、统筹协调能力和安全意识提出了更高的要求，总而言之，超高层建筑的设计和建设工作是一项复杂性、系统性、综合性的工程[1]。

2.2 超高层建筑给排水系统设计的难点

超高层建筑设计的给水排水专业系统比较多，根据我国现阶段超高层建筑的发展实际情况来看，在设计和建设中要遵循以人为本的核心价值观，超高层建筑的设计和建设要以保证用户的居住、工作环境安全为首要任务，不仅要提高工作环境的舒适度，还要保证建筑的安全性、稳定性、可靠性。在以人为本的核心理念下，超高层建筑给排水设计中的消防设计成为最重要的设计内容，也是给排水领域关注度最高、探讨问题最多的设计内容[2]。由此可见，超高层建筑给水排水专业设计的难点、重点、要点任务是水消防设计，也是保障人们生命财产安全的重要途径。超高层建筑由于其特殊的构造，当出现火灾之后，火势蔓延速度快，救援难度大，在水消防设计中，要根据不同建筑的具体特征和高层民用建筑消防工作的具体要求，保证消防系统的供水正常、及时。通常情况下，超高层建筑中的给水系统主要选用串联减压供水系统和重力流供水系统，这两种供水系统有着各自的优势，在我国城市经济迅速发展的背景下，超高层建筑的建设规模越来越庞大，建筑内消防供水系统的设计受到地区经济发展水平。城市消防设计习惯等方面的影响，在采用供水系统时，要从多方面条件进行综合考量[3]。其次，消防转输水箱和减压水箱的设置也是水消防设计的重点、难点工作内容，通常情况下，消防转输水箱和减压水箱要设置在建筑物内避难层和设备层，避难层需要设置的设备类型比较多，空间面积有限，在设置消防转输水箱和减压水箱时，设计人员要注意与暖通、给水、排水、空调、电气等相关设备做好协调工作[4]。

3 超高层公共建筑给排水设计关键点

3.1 中水回收系统的设计的应用

随着社会的不断发展，人们生活质量水平的逐渐提高，现阶段水资源供应数量逐步增加，超高层建筑中用水量大，加强对中水回收系统的建设和应用有助于提高水资源利用率和使用率。所谓中水，是指将各种排水经过物理处理、化学处理、生物处理，以降低其中污染物含量，提高质量，再二次应用到生活、市政环境等范围中，中水来源一般来自于生活污水和冷却水，其中包含沐浴排水、洗衣排水、厨房排水、厕所排水等，在超高层建筑的给排水设计中应用中水回收系统可以降低水污染，提高水资源利用率，有助于提高社会效益，推动城市的可持续发展。超高层建筑人员密度大，产生的废水量大，中水回收系统的设置是给排水设计的关键内容，在设计中要确定中水回收系统的位置，相关设备的类型、数量等，才能保证中水回收的利用率，提升水资源利用率。

3.2 雨水综合利用

我国幅员辽阔，地大物博，不同地区的地理环境、气候条件各不相同，有些地区年降雨量充足、雨水充沛，在超高层公共建筑给排水设计中利用雨水综合收集系统可以在降雨量丰富的季节对雨水进行收集，经过处理之后可以二次应用到给水系统中，雨水收集系统主要由过滤系统、蓄水系统、净化系统组成，加强雨水回收系统的利用可以缓解城市缺水的问题，减轻城市排水系统的压力，控制城市水土流失、减少城市内涝问题。尤其在我国南方地区，年降雨量充沛，雨水可再生资源，在雨水回收系统设计中，要明确建筑所在区域的年降雨量和市政给排水系统的分布情况，确定室外污水井、雨水收集管道、雨水蓄水池的位置。如图2所示。在雨水回收系统设计中，根据《建筑给排水设计规范》相关规定来看，重要公共建筑的屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应小于50年重现期的雨水量，在超高层建筑中无法设置溢流口，在屋面雨水设计中重现期限取50年为宜，按照100年校核雨水系统的排水能力[5]。

图2 雨水回收系统简图

3.3 供水方式的选择

供水方式的选择要从多方面考虑，既要保证超高层建筑的正常供水，又要从节能方面出发，考虑水资源、电力资源的节约，现阶段常用的主要有重力供水和变频供水两种方式，相比来说，超高层公共建筑用水量较小。采用变频供水方式可以在变频加压水泵上采用一个流量分配，采用100%-50%-100%，第三个为备用，从变频给水方式的节能层面来看，节能效果是对设置高位水箱的给水方式来说的，超高层建筑虽然人口密集，公共建筑用水量少，夜间用水量会大幅减小，此时水泵可以降低转速运行，以此调节流量，在此情形下，相比其他供水方式来看，可以实现节能，也能有效避免水质出现二次污染问题。超高层公共建筑屋顶的水箱在使用一段时间之后要定期清理，避免出水质污染，影响用水质量。

3.4 室外给排水系统设计

室外给排水设计工作开展过程中，要结合城市规划、建筑所在区域的市政给排水系统特征以及市政环境合理确定室外给排水系统形式，在本工程项目中，在建筑市政给排水管网中引入两条DN200管道，在室外成环后接入地下二层蓄水池，为公共建筑中的生活用水和消防用水提供水源，根据供水需求，将供水压力设置为0.20MPa。在污水排放系统设置中，首先由建筑污水收集系统收集排出的生活污水，集中之后统一排放到市政排污系统中，运输至污水处理厂进行二级处理。室外雨水的排放，由专门的雨水管网收集之后排入市政雨水管网中，再对所收集的雨水进行集中统一处理，在本项目室外给排水系统中，由两路市政给排水管网组成，室外消防用水可以用低压制为消防用水和生活用水供水，能够满足建筑各类用水环境的基本需求[6]。为保证消防系统的全面性，加强消防系统的合理化设置，在本项目中，室外给水管网上设置了3处室外消火栓供消防车取用。如图3所示。

图3 本项目室外给排水工程平面图

3.5 消防栓给水系统设计

随着我国城市经济的持续发展，超高层建筑建设规模越来越庞大，正在建造和正在设计的超高层建筑数量可观，超高层建筑的建设是建筑行业的发展趋势和发展方向，也是推动城市现代化发展的重要途径。相比普通建筑而言，高层建筑和超层建筑设计工作本身具有一定的复杂性、综合性、系统性，在给排水设计工作中，不仅要考虑管道设置，同时要提高建筑的安全性、稳定性。其中消防安全设计是超高层建筑建设和给排水设计工作的重点、要点、难点内容。超高层建筑人口密度数大，当发生火灾问题之后，外部救援力量有限，最好的方式是采取自救措施，人员疏散难度大，消火栓给水系统设计作为给排水设计的重点工作内容，保证消防给水系统的合理性才能防患于未然。在消防给排水设计中，设计人员要明确超高层建筑的结构特征和人员分布情况，确定消防栓的安装位置和供水形式，在本项目中，消防技术方式由消防方案设计时的一次加压减压技术的方式改变为串联加压给水方式，经过对多种给水方式进行综合对比之后发现，采用串联加压给水方式可以保证输水的及时性、降低能耗，为消防系统提供稳定给水量的同时，可以减少成本投入，保证经济效益。在本项目。的做法是在地下二层消防泵内设置消防主泵和消防水池，在避难层设置转输水箱和消防转输泵，在屋面消防水箱间内设置火灾初期使用的消防高位水箱和和稳压泵。采用加压给水方式的优点在于结构荷载大，可以与其他专业如暖通设备、电气设备进行合理配置，提高地下空间的利用率[7]。消防供水主干管和立管较少，能够有效控制消防给水系统的建设成本，采用加压给水方式的具体原理是，如果主楼地区和副楼局部发生火灾之后，起火楼层和就近楼层可以同时启动消防栓进行灭火，由屋面水箱间内的消防高位水箱提供火灾初期的用水量。与此同时，室内消火栓箱内的启泵按钮启动，其联动地下二层消防泵内的消防主泵工作，可以提高火灾救援的及时性、全面性，联动多个消防设置，避免火势急速蔓延。

4 结束语

综上所述，在超高层建筑中，各类新技术、新设备、新工艺、新理念得到了广泛应用，给超高层建筑的创新发展提供了必要的技术支撑和物质支撑，超高层建筑的特征在于使用功能综合化、结构体系异性化。给排水设计工作作为建筑设计的重点工作内容，设计难度大，在具体设计过程中，相关人员要结合建筑所在区域的自然条件、气候条件以及生活用水量、消防用水量，加强对各类细节问题的管控，做好不同场景用水、排水工作的统筹，才能提高给排水系统设计的合理性、适用性。