高層建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)
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摘要：城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，高層建筑項(xiàng)目越來(lái)越多，而建筑高度的增加使得給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工也更加復(fù)雜。給排水系統(tǒng)不僅僅是建筑的基本功能，對(duì)建筑的正常使用具有重要意義，而且給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性會(huì)直接影響到居民的生活質(zhì)量。高層建筑的給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度高于低層建筑，實(shí)際工程設(shè)計(jì)中要充分考慮建筑的整體布局、供水可靠性及施工安全性等諸多因素。
關(guān)鍵詞：高層建筑；給排水系統(tǒng)；設(shè)計(jì)施工
1工程概況
本研究提到的工程位于南方某城市，總建筑面積12654m2，容積率45，綠地率35％，為高層建筑項(xiàng)目，主要包括主塔樓建筑、裙房建筑等，塔樓為38層辦公樓，建筑高度1535m；裙樓為6層辦公樓，建筑高度4375m，辦公人數(shù)3000人左右；地下室共三層，主要用于地下車庫(kù)及設(shè)備用房；地下建筑深度138m。本項(xiàng)目地場(chǎng)屬II類，地震防烈度7度；無(wú)斷裂構(gòu)造痕跡及其它不良地質(zhì)現(xiàn)象。本項(xiàng)目周邊已設(shè)市政道路，且已按雨、污分流鋪設(shè)排水管道，本項(xiàng)目雨、污就近接入市政排水管網(wǎng)，項(xiàng)目周邊無(wú)再生水等非傳統(tǒng)水源管網(wǎng)。本項(xiàng)目周邊無(wú)中水管網(wǎng)，采用中水回用系統(tǒng)只能利用廢水，該項(xiàng)目屬于公共建筑，廢水用水量較低，中水水源穩(wěn)定性差，回收污廢水時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，且對(duì)污水處理工藝要求較高。本工程地處南方某城市，雨水資源相對(duì)比較豐富，故本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用雨水回用系統(tǒng)。
2生活給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
21水量計(jì)算
本項(xiàng)目水源來(lái)源于市政自來(lái)水，市政給水管引入一條DN200給水管，市政管網(wǎng)供水壓力為03Mpa；本項(xiàng)目主要生活用水包括辦公用水、空調(diào)補(bǔ)水、游泳池補(bǔ)水、游泳池淋浴水、食堂用水、車庫(kù)沖洗、綠化用水等等。經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，本項(xiàng)目中辦公用水定額為每人每天每小時(shí)60L，用水時(shí)間10h，最大時(shí)用水量為36m3／h，每天辦公用水量為180m3；空調(diào)補(bǔ)水每天每小時(shí)30m3，用水時(shí)間10h，最大時(shí)用水量為每小時(shí)30m3，每日空調(diào)補(bǔ)水用量為300m3；游泳池補(bǔ)給水每天用水定額為120m3，最大時(shí)用水時(shí)為每小時(shí)12m3；游泳池淋浴每人每天每小時(shí)60L，用水時(shí)間10h，最大用水量為每小時(shí)6m3；食堂定額為每人每天每小時(shí)15L，最大時(shí)用水量為每小時(shí)10m3，每日用水量為30m3；車庫(kù)沖洗、綠化等每日用水量為345m3，最大時(shí)用水量為115m3／h；不可預(yù)見(jiàn)系數(shù)110，最大時(shí)用水時(shí)取105m3／h，每日用水量為70m3。本項(xiàng)目最大時(shí)用水量合計(jì)為每小時(shí)116m3，最高日用水量為765m3。
22分區(qū)及供水方式
本項(xiàng)目中接入的市政供水管網(wǎng)壓力為03Mpa，不過(guò)市政給水管道還有待完善，管網(wǎng)末端壓力不穩(wěn)定的情況時(shí)有發(fā)生，因此針對(duì)地上一至三層用戶采用加壓供水的方法，負(fù)三層及負(fù)一層采用直接供水的方法，以保證供水質(zhì)量。根據(jù)建筑的實(shí)際情況對(duì)給水系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)，工分為直接供水區(qū)、低區(qū)、中區(qū)、高區(qū)等個(gè)區(qū)，其中地下－3層至－1層為直接供水區(qū)，1～7層為低區(qū)，8～22層為中區(qū)，其中8～14層經(jīng)減壓供水，23～38為高區(qū)，針對(duì)供水壓力大于045Mpa的區(qū)域設(shè)置減壓閥進(jìn)行減壓，控制每個(gè)出水點(diǎn)水壓不超過(guò)045Mpa。每區(qū)設(shè)置一套變頻供水設(shè)備，根據(jù)管網(wǎng)水力計(jì)算泵房供水設(shè)備泵型，采用變頻給水設(shè)備作為生活用水加壓設(shè)備，保證水泵運(yùn)行的高效性。給水管材采用內(nèi)壁光滑、阻力小的材料，可適當(dāng)擴(kuò)大管徑，減少管道阻力損失，提高水泵揚(yáng)程。負(fù)三層設(shè)置獨(dú)立的、與結(jié)構(gòu)底板完全脫開(kāi)的生活貯水池，為保證生活用水的衛(wèi)生要求，在貯水池內(nèi)設(shè)置二氧化氯消毒設(shè)備；采用變頻調(diào)速泵設(shè)備無(wú)需設(shè)置天面生活水池，避免二次污染。生活給水系統(tǒng)室外埋地管道管材公稱直徑100以上的不銹鋼管，并采用卡箍連接；原則上管材以公稱直徑小于50時(shí)給水管道上的閥門采用截止閥，大于50時(shí)采用閘閥或蝶閥，不過(guò)本項(xiàng)目中管段上需雙向水流時(shí)需采用閘閥或蝶閥，各種排空泄水閥也采用閘閥或蝶閥，如管道安裝空間小則選擇蝶閥［1］。
23供水方式選擇
一般情況下高層建筑的供水方式包括以下幾種。1）高水位水箱供水，高水位水箱供水系統(tǒng)分為并聯(lián)供水、通訊供水、減壓水箱供水及減壓閥供水，無(wú)論哪種供水系統(tǒng)水箱供水都包括泵、水箱兩個(gè)部分。高水位水箱供水系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于水壓穩(wěn)定，啟動(dòng)時(shí)間短，工作效率高，設(shè)備及運(yùn)行成本更低，供水質(zhì)量更穩(wěn)定。不過(guò)高水位水箱供水系統(tǒng)也存在不足，比如水位高水箱大，增加了基礎(chǔ)設(shè)施的投資成本，且水質(zhì)易被污染，水箱進(jìn)水后易出現(xiàn)振動(dòng)與噪音。本項(xiàng)目中設(shè)置大量的通訊設(shè)備，設(shè)備層面積緊張，塔樓設(shè)置有機(jī)房、衛(wèi)星天線、通信設(shè)備機(jī)房等區(qū)域，高水位水箱需要一定的占地面積，因此本項(xiàng)目不適用。2）氣壓罐供水，氣壓罐供水系統(tǒng)包括密封罐與離心泵兩大部分，其中密封罐多為鋼質(zhì)，供水時(shí)水槽內(nèi)空氣壓縮可起到調(diào)節(jié)水量的作用，水槽內(nèi)按一定幾何高度輸送水壓，軟啟動(dòng)順序啟動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)塔供水。氣壓罐供水系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于水箱無(wú)需設(shè)置壓力，大大降低了水箱負(fù)荷，保證供水質(zhì)量，且基本投資相對(duì)較低，通常應(yīng)用于集中式、自動(dòng)化管理。不過(guò)氣壓罐給排水也存一定不足，包括水量小，而氣壓罐采用壓力波動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行效率受到影響；供水壓力穩(wěn)定性差，易導(dǎo)致供排水質(zhì)量不穩(wěn)定；此外，氣壓罐儲(chǔ)氣罐中的有效容積相對(duì)較少，無(wú)法保證其供水可靠性。由上文可知，本項(xiàng)目最大時(shí)用水量達(dá)到121m3／h，日用水量達(dá)到每天780m3，供水規(guī)模相對(duì)較大，因此也不適用氣壓供水。3）變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，變頻泵是指改變頻率及壓力控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)供水系統(tǒng)的水壓、流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，管網(wǎng)實(shí)際水壓低于設(shè)定水壓時(shí)，變頻調(diào)速器會(huì)按照順序循環(huán)軟啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的水泵，保證水壓恒定；反之管網(wǎng)水壓高于設(shè)定水壓時(shí)變頻調(diào)速器反順序切掉對(duì)應(yīng)水泵電機(jī)，根據(jù)實(shí)際用水量變化調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證供水質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性，且能夠延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，使用方便。雖然變頻泵無(wú)水箱供水系統(tǒng)成本相對(duì)較高，且環(huán)境溫度、濕度、粉塵等會(huì)影響到變頻器的工作環(huán)境，外部電池也會(huì)影響變頻器的工作性能，但是其供水壓力穩(wěn)定，有效節(jié)能，多臺(tái)泵組循環(huán)軟啟動(dòng)可減少?zèng)_擊，消除水錘，無(wú)需高位水箱、水塔等，避免二次污染；可編程控制、全自動(dòng)運(yùn)行，操作維護(hù)更加便捷，結(jié)構(gòu)緊湊、占地小、投資少，因此本項(xiàng)目中采用變頻調(diào)速供水方式。4）減壓分區(qū)供水系統(tǒng)，減壓分區(qū)供水系統(tǒng)中，每個(gè)水箱安裝于不同的區(qū)域，采用減壓閥或者減壓罐降低各區(qū)域的水壓，將水直接輸送至上部水箱。上層儲(chǔ)罐供應(yīng)至下層儲(chǔ)罐，上下兩層儲(chǔ)罐之間安裝減壓閥，供水至下層儲(chǔ)罐時(shí)直接進(jìn)入下一管道供水系統(tǒng)即可。在本項(xiàng)目中結(jié)合實(shí)際情況采用分區(qū)供水系統(tǒng)與變頻調(diào)速供水相結(jié)合的方式［2］。
24直飲水管道系統(tǒng)
項(xiàng)目設(shè)置直飲水系統(tǒng)，直飲水處理機(jī)房設(shè)置于地下三層，自來(lái)水注入原水箱后，經(jīng)過(guò)機(jī)械過(guò)濾器，再經(jīng)過(guò)活性炭進(jìn)行二次過(guò)濾，經(jīng)過(guò)軟化器進(jìn)行軟化，經(jīng)過(guò)鹽桶、保安過(guò)濾器后再進(jìn)入反滲透環(huán)節(jié)，完成反滲透后進(jìn)入中間水箱、中間水泵，再次進(jìn)行反滲透后進(jìn)行三次精濾，精濾完成后進(jìn)行消毒，最后進(jìn)行純水箱，由水泵傳輸至用戶。主樓、裙樓均設(shè)置直飲水點(diǎn)，采用變頻供水、立管全循環(huán)方式，不另設(shè)循環(huán)泵也可保證工作時(shí)間內(nèi)四個(gè)區(qū)域均能夠有一臺(tái)水泵保持正常運(yùn)行，為保證直飲水的衛(wèi)生、健康，直飲水管道選擇不銹鋼管。由于本項(xiàng)目直飲水處理機(jī)房位于負(fù)三層，因此各分區(qū)最低飲水嘴處?kù)o水壓力要控制在04Mpa以下，如某些區(qū)域靜水壓力過(guò)大，需設(shè)置可調(diào)式減壓閥，保證供水點(diǎn)的壓力穩(wěn)定。
3生活排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
31生活排水系統(tǒng)基本要求
本項(xiàng)目層數(shù)高、功能多樣，排水量相對(duì)較大，排水系統(tǒng)采用雨、污分流，室內(nèi)排水采用廢、污分流，糞便污水經(jīng)過(guò)化糞池處理后排入市政管網(wǎng)，負(fù)1～3層衛(wèi)生間采用真空排水系統(tǒng)，地上部分衛(wèi)生間采用同層排水系統(tǒng)，衛(wèi)生間立管與污水立管共用通氣立管。生活排水系統(tǒng)的主要組成部分包括地下、地下大部分，其中地下部分包括地下室衛(wèi)生間、地下機(jī)房、消防電梯坑、地下車庫(kù)地面等，地上部分包括地上建筑衛(wèi)生間、空調(diào)機(jī)房、管井、衛(wèi)生間廢水、餐飲廚房廢水等等，其中地下衛(wèi)生間、地漏、洗臉盆排水排至集水井，糞便污水采用真空排水系統(tǒng)；地下機(jī)房、消防電梯坑、地下車庫(kù)地面污水匯集至附近集水坑，再經(jīng)潛污泵提升至市政污水管道。地上衛(wèi)生間糞便污水排放至室外化糞池，空調(diào)機(jī)房、管井、衛(wèi)生間面盆、地漏等污水排放至室外房水管網(wǎng)；餐飲廚房廢水排放至獨(dú)立管道內(nèi)，經(jīng)氣浮隔油隔渣后由隔油池排放至市政污水管網(wǎng)［3］。
32地下層排水系統(tǒng)
地下層排水系統(tǒng)向室外排水管網(wǎng)排放污水時(shí)主要利用提升系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，常用的污水提升系統(tǒng)包括兩種。一種是傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)，即通過(guò)一般的重力排水匯集至集水井，集水井水位達(dá)到一定高度時(shí)排污系統(tǒng)會(huì)將其提升至室外排水管網(wǎng)。排污泵放置于集水井內(nèi)為濕式提升系統(tǒng)，排污泵與集水井分離為干式提升系統(tǒng)，干式系統(tǒng)的占地面積更大，但排污泵發(fā)生故障、集水井出現(xiàn)堵塞等問(wèn)題時(shí)，維修更加方便；濕式系統(tǒng)戰(zhàn)地面積小，節(jié)省了使用空間，但如果排污泵發(fā)生故障需要將水泵抽出檢修，因此后續(xù)維修難度較大。在我國(guó)大部分建筑采用的都是傳統(tǒng)排水系統(tǒng)，其技術(shù)成熟、設(shè)計(jì)運(yùn)行方便，不過(guò)傳統(tǒng)排水系統(tǒng)集水井處于開(kāi)放狀態(tài)，污水異味溢出易污染環(huán)境，影響居民的生活居住體驗(yàn)。另一種則是真空排水系統(tǒng)，與傳統(tǒng)排水系統(tǒng)相比，真空排水系統(tǒng)完全密封，不存在污水異味及溢出的問(wèn)題，對(duì)環(huán)境的影響更??；傳統(tǒng)排水系統(tǒng)利用重力流排放，管道設(shè)置只能下降坡度，衛(wèi)生間要做沉箱，每個(gè)衛(wèi)生間都要設(shè)置集水井，而真空排水系統(tǒng)敷設(shè)管道時(shí)無(wú)坡度要求，施工更靈活，管道管徑小、埋深淺，施工更便利。且真空排水采用先進(jìn)的電子檢測(cè)系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障系統(tǒng)可自動(dòng)隔離故障部分，不會(huì)影響系統(tǒng)其它模塊正常運(yùn)行；此外，傳統(tǒng)排水系統(tǒng)采用普通坐便器，每次沖水用水量達(dá)6L，而真空坐便器僅需1L水量即可，因此真空排水系統(tǒng)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳16工作探索統(tǒng)排水系統(tǒng)。真空排水系統(tǒng)包括真空泵站、真空坐便器、控制裝置、序批處理裝置等等，其排水流程如下圖1所示。系統(tǒng)中真空泵站包括真空泵、真空收集器、排水泵三個(gè)部分，系統(tǒng)通過(guò)真空泵維持管道內(nèi)氣壓差，衛(wèi)生間污水由真空管傳輸至真空收集器，當(dāng)真空收集器中水位達(dá)到系統(tǒng)設(shè)置界線后，排水泵啟動(dòng)提升污水，將其排放至市政污水管網(wǎng)。真空坐便器是與真空排水系統(tǒng)配套的衛(wèi)生器具，其內(nèi)置氣動(dòng)真空控制閥，可保證衛(wèi)生器具處于真空狀態(tài)。真空系統(tǒng)中的控制裝置通過(guò)液位傳感器對(duì)真空閥進(jìn)行自動(dòng)控制，其與排水衛(wèi)生器具連接，真空閥閉合時(shí)污水存儲(chǔ)于小集水槽，開(kāi)啟真空閥后氣壓差會(huì)將污水吸到真空收集器中。真空閥的開(kāi)閉由序批處理裝置控制，真空管中的污水達(dá)到一定水位時(shí)，液位傳感器向序批處理裝置傳達(dá)指令，真空閥開(kāi)啟，避免真空管內(nèi)積水過(guò)多。相比傳統(tǒng)排水系統(tǒng)，真空排水最大的不足在于其成本相對(duì)較高，本項(xiàng)目屬于一類建筑，建設(shè)單位在分析系統(tǒng)成本與實(shí)用性后同意污水提升采用真空排水系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用中大便器采用普通排水器具，每個(gè)大便器設(shè)置一個(gè)真空污水提升器；洗手盆采用真空廢水提升器收集其排放的污水，保證廢水與污水進(jìn)入真空系統(tǒng)前嚴(yán)格分開(kāi)，避免便器管路向廢水管路傳導(dǎo)異味而影響環(huán)境［4］。
33地上層衛(wèi)生間排水系統(tǒng)
地上層衛(wèi)生間排水有兩種方式，一種是隔層排水，即排水橫管貫穿該層樓板伸到下層用戶的天花板上，再接入排水立管，其對(duì)結(jié)構(gòu)要求比較簡(jiǎn)單，隔層排水所用的潔具種類較多，排水管坡度大可以減少管道堵塞的問(wèn)題等。不過(guò)隔層排水需穿越樓板敷設(shè)排水支管，樓板預(yù)留孔會(huì)限制衛(wèi)生器具的布置，排水時(shí)噪音大，一旦發(fā)生滲漏會(huì)干擾下層用戶等。另外一種是同層排水，即排水橫管敷設(shè)于本樓層，只有排水立管穿越樓板，同層排水又包括沉箱式同層排水與隱蔽式同層排水兩種，其中沉箱式同層排水是指將降低衛(wèi)生間樓板，衛(wèi)生器具排水橫支管敷設(shè)于下降的樓板上，再與排水立管連接，這種排水方式可最大程度上減少水管滲漏的問(wèn)題，且排水時(shí)噪音小，不會(huì)干擾下層用戶，可自由布置衛(wèi)生器具及管道，不過(guò)對(duì)衛(wèi)生間沉箱位置防水處理要求較高，建筑結(jié)構(gòu)必須配合同層排水支管，結(jié)構(gòu)降低的高度會(huì)對(duì)衛(wèi)生潔具的布置產(chǎn)生一定的限制，且排水管道是固定的，后期維修存在一定難度。隱蔽式同層的排水是將排水橫管敷設(shè)于本層假墻內(nèi)，衛(wèi)生器具為掛壁式，不僅可以節(jié)省地面空間，且能夠消除衛(wèi)生死角，墻前安裝便于二次裝修，假墻還能隔間；水箱設(shè)計(jì)獨(dú)特，管道內(nèi)壁光滑，節(jié)水效果好，布局靈活、個(gè)性化，管道走向可調(diào)整。不過(guò)作為一種新型的排水方式，其器具、管材都采用了新型技術(shù)，成本相對(duì)較高，且對(duì)施工技術(shù)要求較高。本項(xiàng)目屬于一類建筑，選擇沉箱式同層排水技術(shù)，保證排水通暢，減少滲漏，相對(duì)于隱蔽式同層排水技術(shù)而言，其技術(shù)成熟、風(fēng)險(xiǎn)較?。?］。
4消防給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目所處位置自來(lái)水供應(yīng)充足，室外消火栓利用建筑周邊給水管網(wǎng)即可，間隔100m左右設(shè)置一個(gè)室外消火栓。室內(nèi)采用并聯(lián)分區(qū)直接加壓消火栓給水系統(tǒng)，消火栓設(shè)計(jì)流量在40L／h，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間3h，水槍口徑19，充實(shí)水柱13m以上，立管頂部連通，水泵至水平環(huán)管設(shè)兩條輸水管，保證建筑任何一點(diǎn)均能夠同時(shí)到達(dá)兩股水柱，各消防栓箱配置水槍、25m龍帶、碎玻按鈕、警鈴、指示燈、消防軟管轉(zhuǎn)盤等基礎(chǔ)設(shè)施。由于該建筑高度大于100m，為避免壓力過(guò)高，采用并聯(lián)分區(qū)的方式進(jìn)行供水，其中－3～7層為低區(qū)，8～22層為中區(qū)，23～38層為高區(qū)，各區(qū)水壓均采用減壓穩(wěn)壓消火栓，避免水壓大于05MPa。消防電梯井、消防水泵房設(shè)置消防排水設(shè)施，集水井容積設(shè)計(jì)25m3，潛水泵排水能力為每秒10L［6－7］。
5結(jié)語(yǔ)
總之，高層建筑的給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要充分結(jié)合建筑的用水特點(diǎn)，在保證安全性的基礎(chǔ)上考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性，不斷優(yōu)化給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，盡量應(yīng)用新型技術(shù)提高建筑給排水系統(tǒng)的節(jié)能性，保證建筑項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益及社會(huì)效益。
作者:宋新梅 單位:新疆建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院