超高層建筑給排水設(shè)計實例及幾點思考

彭勃駱芳

（中南建筑設(shè)計院股份有限公司 湖北 武漢 430071）

0 引言

隨著城市化的進(jìn)程，建筑高度超過100米的超高層建筑持續(xù)增多，尤其是在土地有償使用，寸金尺土的城市中心區(qū)，建筑高度更是不斷增加。對于作為建筑使用功能的重要組成部分的給排水系統(tǒng)的設(shè)計也提出了不同要求。本文以實例詳細(xì)闡述了超高層給排水各系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容。

某超高層建筑位于福州市，本樓高240.65m，屬一類超高層建筑綜合樓。本樓地上五十六層，地下兩層，其中底部四層為辦公和商業(yè)裙房，五層至五十六層為塔樓，用途為辦公，地下兩層為配套設(shè)備用房和車庫。在本建筑物旁市政道路敷設(shè)有市政給水、污水及雨水干管，可供本建筑接口，且市政給水管最不利供水壓力為0.26MPa。建筑物所處街區(qū)有完善的城市基礎(chǔ)設(shè)施，供水可靠，水質(zhì)良好；排水設(shè)施完善，有可靠的城市消防保證體系。

1 給水系統(tǒng)設(shè)計

1.1 水源

本建筑全部生活用水取自市政給水管網(wǎng)。從市政主管開兩條DN200的引入管接入本建筑。本建筑生活用水、消防用水分別設(shè)水表計量。消防水表后采用DN150的給水管在本大樓室外形成環(huán)網(wǎng)

1.2 給水分區(qū)

選擇合理的給水方式是高層建筑生活給水系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，它直接關(guān)系到生活給水系統(tǒng)的使用效果和工程造價。根據(jù)建筑物各部分的使用功能及衛(wèi)生器具對靜水壓的要求，采用串聯(lián)并聯(lián)結(jié)合方式供水。生活給水系統(tǒng)分為6個區(qū)。其中Ⅰ區(qū)為地面二層及以下，利用市政管網(wǎng)壓力供水，其余分區(qū)均為加壓供水：Ⅱ區(qū)—三至十四層；Ⅲ區(qū)—十五至二十八層；Ⅳ區(qū)—二十九至三十六層；Ⅴ區(qū)—三十七至四十三層；Ⅵ區(qū)—四十四至五十六層。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區(qū)每區(qū)設(shè)置一套變頻調(diào)速供水設(shè)備加壓供水，Ⅵ區(qū)采用高位水箱供水，當(dāng)壓力超過0.35MPa時，采用減壓閥減壓。

1.3 供水設(shè)備設(shè)置

地下二層水泵房內(nèi)設(shè)食品級不銹鋼生活儲水箱兩座及Ⅱ、Ⅲ區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備各一套。Ⅱ區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備同時為設(shè)置于地下二層的直飲水制備機房內(nèi)的直飲水制取設(shè)備提供原水。Ⅲ區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備同時為設(shè)于二十九層水泵房內(nèi)的生活轉(zhuǎn)輸水箱供水。生活水箱有效容積按需要二次加壓生活日用水量的25%確定。

二十九層水泵房內(nèi)設(shè)食品級不銹鋼生活轉(zhuǎn)輸水箱一座及Ⅳ、Ⅴ區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備各一套。Ⅳ區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備同時為設(shè)置于二十九層的直飲水制備機房內(nèi)的直飲水制取設(shè)備提供原水。Ⅴ區(qū)變頻調(diào)速供水設(shè)備同時為設(shè)于四十四層水泵房內(nèi)的生活轉(zhuǎn)輸水箱供水。

四十四層水泵房內(nèi)設(shè)食品級不銹鋼生活轉(zhuǎn)輸水箱一座及屋頂水箱進(jìn)水泵一套。29層、44層避難層設(shè)置的中間轉(zhuǎn)輸水箱容積按轉(zhuǎn)輸流量的10分鐘取值。

屋面水箱間設(shè)食品級不銹鋼生活水箱一座，供45至56層生活用水，容積按44層以上樓層最大時用水量Qh的50%確定。

1.4 水泵選型

給水Ⅱ區(qū)選用變頻調(diào)速供水設(shè)備一套，配用水泵CRI15-8型三臺，配備500L氣壓罐一臺；給水Ⅲ區(qū)選用變頻調(diào)速供水設(shè)備一套，配用水泵CRI32-11-2型四臺三用一備，配備500L氣壓罐一臺。給水Ⅳ區(qū)選用變頻調(diào)速供水設(shè)備一套，配用水泵CRI10-9型三臺（兩用一備），配備500L氣壓罐一臺；給水Ⅴ區(qū)選用變頻調(diào)速供水設(shè)備一套，配用水泵CRI15-8型四臺（三用一備），配備500L氣壓罐一臺；給水Ⅵ區(qū)屋頂水箱選用水箱供水泵CRI32-6型兩臺，一用一備。

2 排水系統(tǒng)設(shè)計

2.1 污水系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1 本樓采用污廢合流制。設(shè)專用通氣管；采用柔性接口排水鑄鐵管；污水水平橫干管敷設(shè)在四層樓頂梁下，保證支管連接點距立管底部下游水平距離大于3m。

2.1.2 潛水排污泵

本建筑所采用的潛水排污泵主要包括兩種型號：在消防電梯集水坑及地下水泵房集水坑中，設(shè)置較大型號潛水排污泵，型號80QW45-22-5.5，每個集水坑中設(shè)置兩臺潛水泵，一用一備；在地下室其它部位，均設(shè)置較小型號的潛水排污泵，型號50QW15-22-3.0。

2.1.3 室外排水構(gòu)筑物

生活污水經(jīng)立管收集后下至一層出戶，經(jīng)三格化糞池處理后，排入市政排水管網(wǎng)，化糞池根據(jù)實際使用人數(shù)計算，污水停留時間12小時，清掏周期90天，本項目化糞池選用四座G13a-100SQF型化糞池。

含油污水經(jīng)隔油池處理后，經(jīng)過化糞池再排入市政污水管道。隔油池選型主要針對含食用油的污水，選用標(biāo)準(zhǔn)為：污水在池內(nèi)流速不大于0.005m/s；池內(nèi)停留時間為10min；存油部分容積不小于該池有效容積的25%；池內(nèi)殘渣量占有效容積的10%，清除周期6天。本項目選用型號為GG-3SF型隔油池1個。

2.2 雨水系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 重現(xiàn)期選擇

本項目屋面雨水重現(xiàn)期P取10年，室外場地雨水重現(xiàn)期P取2年。屋面按排水總能力不小于50年重限期的雨水量考慮屋面溢流設(shè)施。

2.2.2 雨水系統(tǒng)設(shè)計

本大樓塔樓屋面雨水采用重力流系統(tǒng)排放，雨水由87型雨水斗收集；裙樓屋面雨水采用壓力流系統(tǒng)排放，雨水由虹吸雨水斗收集。屋面雨水經(jīng)水平干管及雨水立管下至地下一層及一層出戶，雨水出戶管經(jīng)消能井后排入市政雨水管道。

3 商業(yè)裙房冷卻循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計

3.1 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)流程

本樓冷卻循環(huán)水系統(tǒng)采用的設(shè)備及構(gòu)筑物主要包括冷卻塔、冷卻循環(huán)水泵、冷卻循環(huán)水補充水泵等。

3.2 設(shè)備設(shè)置

3.2.1 冷卻塔

本大樓商業(yè)裙房設(shè)水冷型集中空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，地下一層冷凍機房內(nèi)設(shè)有螺桿型冷水機組兩臺，根據(jù)一一對應(yīng)的原則，選用LRCM-H-350方形橫流式超低噪聲冷卻塔，置于裙房屋面。

3.2.2 冷卻循環(huán)泵

選用臥式離心泵。冷卻循環(huán)水泵置于地下一層冷凍機房。冷卻水泵與冷水機組的開停聯(lián)動。開機時先開冷卻水泵，后開冷水機組，停機時與此程序相反。

3.2.3 冷卻塔補水泵

選用變頻調(diào)速供水設(shè)備一套。

4 直飲水系統(tǒng)設(shè)計

本項目辦公各層飲水間設(shè)管道直飲水供應(yīng)系統(tǒng)系統(tǒng)分區(qū)：

4.1 本設(shè)計直飲水供應(yīng)系統(tǒng)采用兩套。低區(qū)直飲水制備機房設(shè)于地下二層，由Ⅱ區(qū)生活變頻供水設(shè)備向機組提供原水；高區(qū)直飲水制備機房設(shè)于二十九層，由Ⅲ區(qū)生活變頻供水設(shè)備向機組提供原水。經(jīng)過預(yù)過濾、反滲透及臭氧消毒工藝，制備的凈水分別儲存在高低區(qū)凈水箱內(nèi)。

4.2 直飲水供應(yīng)系統(tǒng)分為高低兩個大區(qū)供水。

高區(qū)為29層至56層，低區(qū)為1層至28層。高低兩區(qū)均采用變頻調(diào)速水泵加壓供水，管網(wǎng)布置均為上行下給式。當(dāng)壓力超過0.35MPa時，采用減壓閥減壓。

4.3 直飲水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)循環(huán)管道，循環(huán)管道內(nèi)水的停留時間不超過6小時。高低兩區(qū)均采用在管網(wǎng)末端設(shè)電磁閥定時開啟、重力回水的方式進(jìn)行循環(huán)，回水管末端設(shè)流量調(diào)節(jié)閥。循環(huán)回水接至循環(huán)過濾器處理后，經(jīng)過臭氧消毒回至凈水箱。

5 消防給水設(shè)計

5.1 系統(tǒng)設(shè)置

本樓建筑高度H=240.65m，H>100m，屬一類超高層建筑。本設(shè)計按一類超高層綜合樓消防要求配置消防設(shè)施。根據(jù)本工程的性質(zhì)及火災(zāi)危險性，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本工程主要設(shè)置以下消防系統(tǒng)：消火栓系統(tǒng)；自動噴淋系統(tǒng)；氣體滅火系統(tǒng)；建筑滅火器；水噴霧滅火系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置。

具體設(shè)置部位為：全樓設(shè)置消火栓系統(tǒng)、自動噴淋系統(tǒng)和建筑滅火器，變配電房設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，發(fā)電機房設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)，三層以上通高的中庭設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置。

5.2 消火栓系統(tǒng)

5.2.1 消火栓用水量

本項目為一類超高層建筑，其室內(nèi)消火栓用水量40L/s，室外消火栓用水量30L/s，火災(zāi)延續(xù)時間3小時。則一次火災(zāi)室內(nèi)消火栓用水量為432m3，室外消火栓用水量為324m3。本樓消防水池儲存室內(nèi)外消防用水，故地下室室內(nèi)消防水池內(nèi)實際儲存消火栓系統(tǒng)用水量432m3。

5.2.2 消火栓系統(tǒng)設(shè)計

本工程室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)為臨時高壓系統(tǒng)，分為上下兩個大區(qū)加壓供水。下區(qū)為地下二層至二十五層加壓供水系統(tǒng)，由設(shè)于地下二層水泵房內(nèi)的消火栓給水加壓泵供水；上區(qū)為二十六至屋頂機房層加壓供水系統(tǒng)，由設(shè)于二十九層水泵房內(nèi)的消火栓給水加壓泵與地下二層水泵房內(nèi)的消火栓給水加壓泵垂直串聯(lián)供水。為了使消火栓栓口的靜水壓力不大于1.0MPa,每個加壓供水系統(tǒng)供水管網(wǎng)在豎向上均采用減壓穩(wěn)壓閥分為若干分區(qū)供水。每個分區(qū)管網(wǎng)各自構(gòu)成環(huán)狀，并用閥門分成若干獨立段，以利檢修。本工程消火栓出水壓力超過0.50MPa時設(shè)減壓穩(wěn)壓消火栓。水槍充實水柱不應(yīng)小于13米。

室外消火栓系統(tǒng)全部由市政管網(wǎng)供水。本設(shè)計在小區(qū)內(nèi)消防車道邊沿道路均勻布置室外地上式消火栓，消火栓間距不大于120m。

5.2.3 消火栓系統(tǒng)設(shè)備

本工程消火栓系統(tǒng)設(shè)備主要包括：

地下二層：臥式恒壓切線消防泵兩臺(一用一備)；

二十九層：臥式恒壓切線消防泵兩臺(一用一備)、消防水箱保證下區(qū)消火栓系統(tǒng)初期滅火用水；

屋面水箱層：屋頂消防水箱及氣體頂壓式自動消防給水設(shè)備DTJ0.5/10-6型一套。提供上區(qū)火災(zāi)初期滅火用水及維持上區(qū)消火栓給水系統(tǒng)管網(wǎng)平時壓力。

5.3 自動噴水滅火系統(tǒng)

5.3.1 自噴系統(tǒng)用水量

商業(yè)、地下車庫屬中（Ⅱ）危險級，自噴水量按中（Ⅱ）危險級，噴水強度 8L/min·m2，作用面積 160m2，流量 27.73L/s，火災(zāi)延續(xù)時間1小時；辦公樓屬中（Ⅰ）危險級，自噴水量按中（Ⅰ）危險級，噴水強度 6L/min·m2，作用面積 160m2，持續(xù)噴水時間1小時，流量20.8L/s，火災(zāi)延續(xù)時間1小時；辦公大堂高度超過12米，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置，每個噴頭設(shè)計流量為5L/s,設(shè)計同時開啟噴頭數(shù)量為9個，q=45L/s,火災(zāi)延續(xù)時間為1小時。

綜上，本工程自噴水量取最大值，即標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置和噴淋同時工作時，火災(zāi)持續(xù)時間1.0小時，故地下室消防水池內(nèi)儲存自噴水量270m3。

5.3.2 自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計

本工程自噴給水系統(tǒng)為臨時高壓系統(tǒng)，分為上下兩個大區(qū)加壓供水。下區(qū)為地下二層至二十五層加壓供水系統(tǒng)，由設(shè)于地下二層水泵房內(nèi)的自噴給水加壓泵供水；上區(qū)為二十六層至屋頂機房層加壓供水系統(tǒng)，由設(shè)于二十九層水泵房內(nèi)的自噴給水加壓泵與地下二層水泵房內(nèi)的自噴給水加壓泵垂直串聯(lián)供水。為了使配水管道工作壓力不大于1.20MPa，且滿足每個報警閥供水的最高與最低位置噴頭高程差不大于50m及報警閥控制噴頭數(shù)量的要求，每個加壓系統(tǒng)供水管網(wǎng)在豎向上均采用減壓穩(wěn)壓閥分為若干分區(qū)供水。報警閥前的管網(wǎng)均構(gòu)成環(huán)狀，并用閥門分成若干獨立段，以利檢修。

5.3.3 自噴系統(tǒng)設(shè)備選型

本工程噴淋系統(tǒng)設(shè)備主要包括：

地下二層臥式恒壓切線消防泵兩臺，一用一備；

地下二層主動噴水滅火系統(tǒng)給水泵；臥式恒壓切線消防泵兩臺，一用一備；

二十九層：臥式恒壓切線消防泵兩臺，一用一備，消防水箱提供下區(qū)噴淋系統(tǒng)初期滅火用水；

屋面水箱層：屋頂消防水箱、增壓設(shè)備。提供上區(qū)自動噴水滅火系統(tǒng)初期滅火用水。

5.4 水噴霧滅火系統(tǒng)

5.4.1 本大樓地下一層柴油發(fā)電機房及其油箱間需設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)。柴油的閃點為60-110℃。柴油發(fā)電機及其油箱的噴霧強度取20L/min·m2。設(shè)計流量為36.5L/s,0.5小時滅火時間。

5.4.2 水噴霧滅火系統(tǒng)為臨時高壓系統(tǒng)，與標(biāo)準(zhǔn)型大空間智能滅火裝置供水泵合用。

6 建筑滅火器設(shè)置

根據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,本建筑應(yīng)廣泛設(shè)置建筑滅火器。

本工程按A類中危險級要求配置滅火器的區(qū)域有：鋪面；按A類嚴(yán)重危險級要求配置滅火器的區(qū)域有：廚房、辦公、停機坪。按B、C類中危險級要求配置滅火器的區(qū)域有地下室車庫。

7 氣體滅火系統(tǒng)

本工程地下室配電房、一層高壓配電間、四層網(wǎng)絡(luò)及有線電視機房及二十九層避難層配電房設(shè)置七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，設(shè)計滅火濃度為9%。氣體噴放時間為7s。滅火浸漬時間10min。

8 設(shè)計中的幾點思考

8.1 超高層給排水管材的選用

因超高層高度超過100米，對部分管材的選用要求與一般高層建筑相比較高。例如雨水管材選型時應(yīng)注意管材的工作壓力應(yīng)大于建筑物凈高度產(chǎn)生的靜水壓。本樓塔樓高度超過200米，故本設(shè)計中雨水管選用無縫鋼管；因消防給水系統(tǒng)采用串聯(lián)供水方式，應(yīng)注意小流量時高低區(qū)消防泵揚程疊加值比標(biāo)準(zhǔn)工況時高，因此消防管材選用時應(yīng)核算壓力等級，以控制質(zhì)量，保證安全。

8.2 轉(zhuǎn)輸水箱進(jìn)水控制閥的選擇

采用變頻供水的高層建筑的一般將生活水箱置于底層由市政直接進(jìn)水，水箱的進(jìn)水多采用浮球閥進(jìn)行控制。本項目設(shè)置的生活、消防轉(zhuǎn)輸水箱在進(jìn)水管上設(shè)電動閥，由水位控制電動閥的開啟，避免采用浮球閥進(jìn)水造成變頻泵頻繁啟動。

8.3 水泵接合器設(shè)置

水泵接合器應(yīng)分散設(shè)置，因集中設(shè)置不利于消防車撲救，可靠性較低，操作不利。另《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中要求當(dāng)水泵接合器的供水能力不能滿足最不利點作用面積的流量和壓力要求時，應(yīng)采取增壓措施，而在《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》中要求消防給水為豎向分區(qū)供水時，在消防車供水壓力范圍內(nèi)的分區(qū)，應(yīng)分別設(shè)置水泵接合器。但考慮到安全性，本設(shè)計中噴淋和消火栓系統(tǒng)均在在14層避難層設(shè)置高區(qū)水泵接合器接力供水設(shè)施，接力供水設(shè)施由接力水箱和固定的電力泵組成。

8.4 頂壓系統(tǒng)的設(shè)置

本建筑頂層為停機坪，需設(shè)置消火栓。因停機坪高度高于屋面消防水箱，為保證停機坪上最不利消火栓處的靜壓不小于0.15MPa且保證火災(zāi)初期消防用水，在屋面水箱間設(shè)置氣體頂壓消防給水設(shè)備，氣壓罐儲存停機坪的2支水槍火災(zāi)初期10分鐘的消防水量6m3。

8.5 消防串聯(lián)給水系統(tǒng)初級泵防沖擊措施

本設(shè)計消防給水系統(tǒng)采用串聯(lián)方式，有點在于避難層無需設(shè)置水箱可節(jié)約面積，結(jié)構(gòu)荷載小，可以利用下區(qū)水泵富余壓力減小上區(qū)水泵揚程。但次級泵停泵時，如不采取措施次級管網(wǎng)的水壓回傳會損壞初級泵。本設(shè)計在次級泵水泵吸水管上裝設(shè)了倒流防止器，出水管上裝設(shè)了快閉止回閥和水錘吸納器可以防止水壓回傳。

8.6 注意消防系統(tǒng)減壓閥兩種工況下是否有效

消防系統(tǒng)中設(shè)定減壓閥工作壓力時應(yīng)注意火災(zāi)初期水箱供水和消防水泵開啟后兩種工況時的壓力變化，避免發(fā)生火災(zāi)初期高位水箱靜壓未能達(dá)到按消防泵供水時工況設(shè)置的減壓閥設(shè)定壓力值，造成減壓閥無法開啟，水箱無法供水。為避免此情況，本設(shè)計中高位消防水箱供水和消防泵供水分別設(shè)置兩路管線和相應(yīng)的減壓閥。

［1］GB50015-2003高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].2005.

［2］GB50045-95建筑給水排水設(shè)計規(guī)范[S].2009.

［3］GB50084-2001自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].2005.