高层建筑给水排水工程设计问题及优化策略

田松

摘要：随着城市化进程的不断推进，城市人口大量增长，在有限的土地供应下获得更广阔的生存空间，成为城市规划和建设者面对的迫切问题，于是高层建筑应运而生。作为城市现代化的标志和当代建筑文明的具体体现，高层建筑在一定程度上代表着一个国家或者区域经济和科学技术的实力。高层建筑在十九世纪就已出现，我国起步较晚，首先起源于二十世纪初的上海。直到二十世纪八十年代，高层建筑开始在我国快速发展。伴随着新材料和结构的出现，配套的排水设计得到了长足发展。给排水工程的核心任务是为在建筑内进行的生产、居住、休闲等活动提供舒适、方便、卫生、高效的环境。总之，给水排水工程是高层建筑不可或缺的重要组成部分，对建筑功能的实现、居住环境和品质、人员健康、以及节约水资源等方面有着重要作用。

关键词：高层建筑给水排水工程；设计问题；优化策略

1影响高层建筑给水排水设计的要点

由于层数多、高度大、结构复杂、功能多元化，在技术层面上高层建筑给水排水工程远高于低层建筑，需要考虑更多的影响、限制因素。

1）静水压力大。随着建筑高度增加，给水和消防系统面临更大的静水压力，采用单区供水容易导致管道及配件损坏，影响使用。

2）可靠性要求高。高层建筑给水排水设备多、水压大、管网复杂。同时使用人数多，一旦发生堵塞或停水，影响范围广。因此，对给水排水系统的可靠性要求更高。

3）消防任务重。由于功能多元和人口聚集，高层建筑可能引发火灾的因素更多，且火势蔓延快、扑救困难。受限于外部消防设备，基于“立足自救”的原则，高层建筑消防系统需要承受更重的灭火任务。

4）防振防噪能力强。由于管线长、流量大、动力设备多，高层给水排水管道和设备必须采用更有效的防振动、防噪音措施。

2高层建筑给水设计

由于高层建筑高度大，通常外部管网的供水压力无法满足供水需求，故常采用增压辅助供水设备。目前常见的供水方式有：

1）高位水箱供水。

由水泵、水箱等组成。可采用并联、串联供水及减压水箱、减压阀供水等。这种设计水压稳定，效率高，设备和运营成本低。但是水质容易受到污染，水箱易产生振动和噪音，且建筑成本更高。

2）气压罐供水。

包括离心水泵和钢制密闭气压罐。利用空气压缩性存储和调节水量。通过水泵机组的软起动和循序启动，可以实现无塔供水。这种供水方式不需要水箱或者水塔。由于是密闭容器，水质不易被污染，便于集中管理。缺点是水压不稳定，常呈周期性波动，设备运行、维护费用高，供水可靠性差。

3）变频泵无水箱供水。

通过变频器控制水泵转速，从而调节水压和流量。类似其他变频电器，该方式最主要的特点是节能。在设定压力不变的情况下，电机转速随用水量的变化进行调整，可以实现全自动化调速，设备使用寿命长，可靠性高。而且结构紧凑，安装方便。但是变频设备费用高，且易受到周围环境干扰。

4）减压分区供水。

利用减压水箱或者减压阀，降低位于建筑物顶层水箱提供的水压。可分区设置减压水箱，或者用减压阀代替下区减压水箱。该方式供水可靠，设备和管道系统相对简单，维护费用低。但下区水压损失较大，水泵能耗高。

5）太阳能热水供给。

为了节约生活成本、有效利用绿色能源，太阳能热水供应在普通高层建筑中已广泛使用。主要由集热器、储水箱、循环泵等组成。但是太阳能集热设备占地面积大，且不美观。该种热水供应方式受限于目前的装备水平，在超高层建筑上的应用仍处于发展中。

3高层建筑排水设计

排水系统主要由生产、生活用水器具，排水管道，通气系统，抽升设备等组成。具体排水机制可以分为合流制和分流制，依据经济、技术等能力进行选择。民用建筑采用雨水和生活污水分流排放；工业建筑生产废水和污水视情况排放，若污染较轻，可以与雨水合流排放，如果污染较严重，则须分开。目前，出于环境保护和节约水资源的目的，高层建筑污水和废水开始分开排放，以便进行废水和污水分别处理。与供水管道中设定的压力不同，排水管道的水流不连续、不均匀，是水与空气结合的混合不稳定流。在立管中水流变化分为不同阶段，有附壁螺旋流、水膜流、等速水膜流以及柱塞流。当立管中为柱塞流时，水流前端压力大于大气压，水流后端压力小于大气压，管中气压随下落过程发生变化，有可能形成正压喷溅，或者负压抽吸，影响排水系统正常工作。为了保证排水系统的稳定可靠，要避免形成柱塞流。目前常用的减势能措施是每隔6层设置诸如“乙”字弯的消势装置，从而减小水流下降速度。另一办法是安装与大气相通的通气管，达到减小正压和负压的目的，使管道内的气压接近大气压力，同时排出有害气体，保护相关设备。

4目前存在的问题

随着科技、材料、建筑等领域的发展，以及人们对生活品质的不断追求，对高层建筑的给水排水系统提出了更高、更新的要求。虽然经历了长时间的发展，但仍存在诸多问题，比如：给水排水设施的节水、节能问题，稳压、减压设备开发，消防自动精准控制技术，排水系统压力稳定技术，新型低成本给水排水系统及材料研发，小体积高能效热水加热、供给设备研发等。在设计中，需考虑水锤预防，水压力控制，地漏及水封设置，管道渗漏，排水管堵塞等问题。目前采用的热水供给系统容易造成水资源浪费，工业用水循环使用率低，中水回收仍然存在诸多问题，同时雨水资源的合理使用尚需进一步完善。

5高层建筑给水排水设计趋势

随着科技、材料等领域的发展，高层建筑给水排水系统逐渐朝着更智能、更节能、更节约、更美观、更简洁的方向发展。

1）智能化。

高层建筑给水排水系统非常复杂，不同区域、不同管道、不同作用的水流特点、流量、水压要求等都不相同，采用传统方式控制这些因素以达最理想的状态成本高、难度大。伴随智能科技发展，采用智能控制技术自动调节给水排水系统已成为可能。在今后的一段时间内，给水排水系统智能化将是主要发展方向。

2）更注重节能。

处于环境、资源、经济等各方面因素，开发和应用更加节能的给水排水设备、技术是大势所趋。如采用变频调速水泵，或者采用更节能的加热设备等，有效减小了能耗。但是这方面工作仍然不足，还需大力发展。

3）更节约。

随着水资源供应逐渐紧张，且高层建筑供水陈本高，单位时间供水量有限，有效节约用水已成为必须面对的问题。如采用节水龙头，优化中水系统设计，大范围采用变频水泵等措施。结合智能控制，开发更为精准的节水设备将是研究重点之一。

4）更美观。

在满足日常生产、生活的需求外，建筑内的人工水景，高层泳池等设施为给水排水设计提出了更丰富的内容。同时相关技术、设备的开发和应用也变得更加迫切。

5）更简洁。

高层建筑空间资源有限，且给水排水系统非常复杂，增加了运营维护成本。通过采用新技术、新方法，使给水排水系统简洁、高效、噪音更小，是一直以来发展的主要方向和重点关切的问题。

6结论

无论是建筑设计功能的实现，还是节约资源，提高人们生活水平，给水排水系统在高层建筑的发展过程中都具有举足轻重的作用。我国相关领域发展较国外较晚，但是在短时间内取得了巨大的成果。目前，在节能、相关设备研发等方面仍落后于国外，存在诸多问题亟待解决。未来需要更加有效的投入，顺应发展趋势，不断提高相关领域技术水平。

参考文献：

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