基于旅检楼建筑给排水工程的设计与分析

吴良敏

（福建省交通规划设计院有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

随着城市化建设步伐的加快，建筑规模与数量均呈明显上升趋势，其中包括旅检楼建筑。新时期下，功能性需求日益膨胀，对于旅检楼给排水工程，不仅要保证用水稳定，还要具有节能降耗功能特点，故有关于建筑工程给排水设计要求日益升高。涂敏等[1]以长沙黄花国际机场T3航站楼为例，通过介绍建筑给排水BIM正向设计过程，阐述了BIM技术在航站楼给排水设计中的应用、问题及对策。周逢源等[2]通过结合给排水项目实例，从全专业协同设计理念出发落实设计，发现这一理念对设计优化具有重要价值，给出全新的设计流程与内容。王希诚等[3]以港珠澳大桥海珠口岸旅检楼A区建筑为例，立足于复杂的建筑功能阐述了叠压供水选型计算、污水自循环供气系统设计等。本人在此基础上。以牛头湾旅检楼建筑给排水工程为例，通过做出系统、附属配套设计等改进措施，得到减少水资源浪费、提高供水稳定性等效果，具有应用价值。

1 旅检楼建筑给排水工程设计现状

1.1 工程概况

案例工程位于福州市牛头湾，旅检客运大楼为多层公共建筑，钢筋混凝土框架与局部钢屋盖结构，占地面积10 830.15m2，建筑面积13 882.52m2，建筑层数2层，建筑高度20.3m。耐火等级与屋面防水等级分别为二级和一级。建筑功能包括：建筑一层具有行李托运功能，功能空间有行包房、候船厅、检测通道、配电房、发电机室、消控室、设备间、检测部门用房等；建筑二层为空调机房、检测部门用房等。

1.2 给排水设计现状

1.2.1 生活给水系统设计

案例工程中，生活用水来源为施工场地北侧市政自来水，根据建筑用水需求，最高日生活用水量与最大时用水量分别设计为60m3/t、6.25m3/t。

1.2.2 排水与雨水系统设计

在节能环保要求下，案例工程排水系统采用雨污分流制。围绕项目最高日生活排水量采用针对性方法预处理污水。其中，生活污水经化粪池简易处理后排入污水处理池，处理后排入市政污水管道，最后由市政统一处理后排放；检验检疫废水及入境卫生间排水设置专门化粪池，由相关部门另行处理。雨水系统以虹吸设计为主，以重力排水为辅，按照国标09S302安装87型屋面雨水斗。屋面雨水用雨水斗汇集经雨水管排至室外雨水系统，接入雨水检查井，汇集后统一排至市政雨水管。

1.2.3 消防给排水系统设计

为满足建筑项目自动喷水灭火，以及室内、室外消火栓用水量需求，消防用水总量设计为612m3，室内、室外、自动喷淋分别为144m3、288m3、180m3。选择场地内市政水，室外设房及室内外消防水池612t（分两格），供室内外消防、自动喷用水。室内消火栓采用临时高压给水系统设计，消火栓充实水柱13m；室外消火栓由低压压力开关连锁启动，于室外消防水池处设计取水口，供消防车使用。

1.2.4 自动喷淋系统设计

设计选用闭式自动喷淋系统，由报警阀压力开关启动、关闭。连接设计消防中心与自控线路。案例项目按危险Ⅰ级设计，喷水强度、作用面积分别为6L/min、160m2。本楼喷系统设计流量50L/S，入口压0.85MPa。喷淋设施底部设置排渣和泄水阀，各层喷淋干管贴梁底水平安装敷设，无吊顶场所采用直立型喷头，朝上安装；有吊顶场所采用吊顶型喷头，喷头溅水盘与顶板距离为75～150mm，喷头动作温度采用68℃，连接喷头的短立管管径不应小于DN25。

2 旅检楼建筑给排水工程设计难点

（1）生活给水系统方面，项目所在区域存在市政供水周期性不足的问题，这是因为下港区为新区，供水能力有限，市政供水压力较大，在用水高峰期（6～8am；19～22pm）极易出现供水不足或是叠压供水现象。

（2）部分给排水管道需要穿过楼板，包括本楼的给水干管、立管等，一旦建筑出现不规则沉降，将对给排水管道造成质量损伤，影响给排水的顺利运作。

（3）对于旅检大楼屋面雨水排水设计来说，本次案例工程采用虹吸系统，主要通过雨水斗汇集经雨水管排至室外雨水系统，然后接入雨水检查井，汇集后统一排至市政雨水管。但是在实际排水期间，工程所在地区为亚热带海洋性季风气候，年平均降水量为900～2 100mm，一旦遇到暴雨天气屋面雨水瞬时流量巨大，屋面易积水，雨水收集、利用是给排水工程设计重点。

（4）水锤现象。一般情况下，水锤现象主要出现在供水管理，是一种物理现象，一旦出现将给阀门、供水管路带来伤害，严重情况下甚至会出现爆管事故。本次案例项目在给排水设计方面侧重于管道防腐、消防、抗震，现有方案缺乏水锤防控设计，因此，水泵房优化设计十分必要。

3 旅检楼建筑给排水工程设计对策

3.1 优化生活给水方式

针对这一给水环境，案例项目选择变频供水，缓解市政供水压力的同时，满足建筑用水需求，提高生活用水利用率，减少不必要的资源浪费。变频设置设计落实于总体泵房。与此同时，按照设计需水量，设置10t水箱7个，闲时蓄水高峰期供水，并配水质检测系统。

与此同时，基于计算进行选型优化。根据本次案例工程给排水设计现状可知，大部分用水来源是市政用水，在给排水管线较为复杂的情况下，较为容易出现叠压供水现象，针对这一情况，为实现节能降耗等可持续发展设计目标，在实际设计与施工过程中，设计人员需落实规范的选型设计，在不增加市政管网供水压力的基础上，满足建筑用水需求。比如，可设计选用无负压供水设备，作为一种加压供水机组，设计使用时可直接与场地内外的市政供水管道相连接，在市政管网现有压力的作用下串联叠压供水，一方面保证市政管网压力不小于设定保护压力（设定压力必须高于小区直供区压力需求），另一方面不影响附近用户用水的前提下实现安全可靠的供水，具有良好的节能效果。除此之外，为避免给水资源浪费，在叠压供水设计过程中，设计人员可选用调节水箱式，丰富供水形式，提高给水灵活性。需要注意的是，在对叠压供水设备规格类型进行选择时，应以《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）为标准，计算项目工程生活给水设计秒流量、给水当量数、叠压供水系统变频泵扬程等，通过规范计算得到准确参数规格实现合理选型应用。

3.2 防沉降设计措施

为避免建筑地基对给排水系统管道造成质量破坏，减少后续维护成本，案例项目在给排水系统设计过程中，应在出户管接入检查井的进入点预留沉降的余地[1]。设计时可从管道材料的角度入手，比如选用使用便利且适用性良好的不锈钢金属软管，将其作为出管材质，进而强化给排水系统管道的抗地质沉降和抗拉性能；或是为出户管安装防沉降套管配件，适用于无压小管道。除此之外，案例项目还可以调整设计内容，比如：（1）根据《建筑给排水设计规范》相关要求，严格落实建筑基础与室外检查井之间的距离要求后，考虑在进、出户管建筑位置设置专用防沉降井，井中放置软性防水填料，可与结构同时沉降，与此同时在距离建筑外墙1m的位置进行不锈钢金属软管的设置，优化阀门井与室外水表井，需要注意的是，设置软管时，不可使其弯曲角度超过6°。（2）围绕排水管道，在其出户后将弯头下方连接直管，并将其插入特殊防沉降套管配件。相较于方法（1），方法（2）原理简单、成本低廉，但易造成排水管埋深较大，且管道缝隙处易渗漏，因此最好将其应用于DN100以下污水、废水等无压排水管道[2]。

3.3 屋面虹吸雨水设计

在本次案例工程中，虹吸雨水系统的汇水面积主要按照汇水面积按照屋面的水平投影面积计算，高出屋面部分的侧墙面积的相关规定折算为汇水面积。根据当地暴雨重现期（P=50年），若是暴雨时间为5min，那么其强度（q5）为7.14L/S·100m2，设计要以这一数据为指标，因而出户管算至排出管出建筑外墙5m。在该情况下，屋面的虹吸雨水系统、110型雨水斗、90型雨水斗分别为8、16、8个。实际设计中，于相互连接的天沟内设置这一系统，虹吸雨水斗应保持水平状态，相邻的雨水斗间距控制在20m以内，被结构梁断的雨水沟每段均有雨水斗。选用不锈钢材质与铝合金材质分别设计虹吸雨水斗主体和导流罩，选用螺纹丝扣连接HDPE和雨水斗，为确保进水水位的同一性，应在同一水平面上安装虹吸雨水斗斗体（同一悬吊管状态）。独立系统单独排出不同高度、不同结构形式汇集而来的雨水，水平悬吊系统要求具有足够的强度以支持管道和流体的重量，及在高速水流和管道因温差而产生变形应力的冲击下有良好的防晃、抗震及吸收应力等功能。此外，屋面虹吸雨水设计过程中，设计人员还要做好水力计算校核，确保系统管道内最大设计负压绝对值、各虹吸雨水斗至系统过渡段总水头损失允许误差分别小于等于10KPa和80KPa。水平悬吊管设计流速为大于等于1.0m/s，立管设计流速不大于10m/s[3]。悬吊管这一固定系统安装要求如表1所示。

表1 固定系统安装要求

除此之外，虹吸系统包括由天沟内虹吸雨水斗、虹吸排水悬吊管、立管、水平干管等，其中，水平悬吊管与立管的安装要求如表2所示。

表2 水平悬吊管与立管安装要求

3.4 泵房水锤预防设计

由于案例工程所在地区多降雨，为避免泵房出现水锤现象，在项目给排水工程中，还应落实规范的泵房水锤预防设计，以此保证给排水系统安全、稳定运行。具体预防设计措施可总结为：

（1）设计使用变频调速恒压控制工艺。围绕案例工程项目，天气的变化将为给排水系统带来差异化的运行情形，进而导致供水管网压力时高时低，在水泵频繁工作的情况下，供水管网难免出现波动影响，进而为水锤现象的出现埋下安全隐患。在当前时代背景下，为实现此类情况的有效、自动化控制，可结合使用BIM、PLC等技术，利用自动化、信息化控制系统，基于管网合理压力调整其频率，确保水泵水流量一直在管网要求范围以内，提高压力变动平稳性，实现恒压供水。

（2）设计使用泄压保护技术。超压排流阀具有泄压保护作用，而该作用的发挥离不开系统工作压力的准确设定，通过输入参数值，一旦系统监测到管路压力大于设置参数，排水口将自动开启保护。与此同时，围绕消防水泵设计选用超压排流阀，当管路处于小流量状态时，避免其出现超压状态。

（3）设计选用合适的止回阀。为实现对泵房水锤现象的有效预防与控制，同时降低水锤现象的影响，设计人员还可以通过止回阀的合理选用降低压力影响，比如缓闭式止回阀，以此有效缓解水锤现象。根据实际需求，还可以设计选用速闭式止回阀，一旦电泵处于零工况状态，阀门将直接关闭，进而有效缓冲回流水柱，从根本上避免水锤现象的生成。

4 结论

综上所述，围绕建筑实例给排水工程设计应从实际出发，做好消防、生活等给水系统设计以及雨水、污水等排水设计。

（1）生活用水给排水设计方面，可选用选择变频供水，满足用水需求的同时缓解市政压力；

（2）做好防沉降等安全用水、无污染排水等保障类设计；（3）科学计算选型并优化，比如叠压供水设计；

（4）落实屋面虹吸等水资源利用设计，减少资源浪费；

（5）结合气候与地理位置落实水锤设施等，以此满足建筑用水、排水需求，提高工程施工质量。