超高层建筑给水系统设计浅析

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摘要：本文从目前超高层的常用四种基本供水形式，依据《建筑给水排水设计标准》ＧＢ５００１５－２０１９（以下称：建水标）第３．８．５条表述的理解角度进行了计算分析与探讨，对比此前《建筑给水排水设计规范ＧＢ５００１５－２００９》相应部分要求，新标准对于超高层供水系统的中间水箱做了较为评细的规定，弥补了此前的规范空白，因此此部分计算探讨对于新的超高层项目给水系统设计与计算提供非常重要指导意义。

关键词：超高层建筑；变频供水；重力供水；二次污染

１前目

随着如今社会与经济的高速发展，用地紧缺，尤其是在一些大中型城市表现的更为凸出，高层建筑、超高层建筑数量是越来越多，各地地标性超高层建筑的髙度也在被不断的刷新人们的视线。据有关报道，截至２０２０年，全球高层建筑数量达１７３３座，据ＣＴＢＵＨ预测，２０２１年，全球高层建筑数量约达１８５８－１８８３座，其中２０２０年，中国依然占据了超过半数的高层建筑，２００ｍ以上高楼竣工数量达５６座，占比约达５３％，位居全球第一，其中国内目前已经建好且有较高知名度超高层建筑有位于上海的环球金融中心大厦、金茂大厦，还有广州的广州塔，北京的中信大厦，上海东方明珠等。结合已有的超高层建筑项目的设计经验，对超髙层建筑的供水系统从以下几方面进行简要分析９

２目前常用供水系统形式与计算分析

超高层建筑功能分类比较多，有以住宅为主的超高层，其建筑高度也一般比较低一些，通常高度在１５０ｍ以下居多，功能单一供水系统形式也相对简单。而对于其他功能复杂的公共建筑，不仅功能复杂，供水系统形式也复杂，建筑高度也比较高，例如广西华润大厦高度达４０３ｍ，贵阳国际金融中心Ｔ１髙度达４０１ｍ，武汉恒隆广场高度达３３９ｍ，横琴国际金融中心高度达３３８ｍ，湘江财富金融中心高度达３２７ｍ、深圳湾创新科技中心Ｔ１髙度达３１１ｍ。这些超高层供水系统更为复杂。因此选择适合的供水系统，对于供水安全性，经济性，是否节能有着至关重要的作用。当然通常超高层建筑的节能节水的重点也是在高区供水方案的选一择上，一般来说只要供水方案合理就能达到节水节能的效果。胃ｇ在《建水标》中要求：建筑高度超过ｌ〇〇ｍ的建筑，宜采用垂直串联供水方式。因此在实际工程中，超高层建筑供水高区串联供水方形式可分为：变频加压供水方式、重力供水方式以及泵箱混合式供水方式。其中变频供水方式在建筑高度不大，对水质要求比较高的超髙层应用较多，例如超髙层住宅，酒店等。对于用水量相对小，用水时间长，用７ｊＣ设备使用情况不集中，对水质要求不高，有一定节能要求的公共建筑（例如：办公楼）应用较多。依据《建水标》第３．８＿５条表述，并作为计算依据，我们基本可分为以下四种组合供水形式：第一种：由一级泵（即从低位Ｃ水池吸水的泵，下同）、中间水箱、二级供水泵（变频泵组）组成（具体详见图１）所示。依据《建水标》第３．８．５条，即有：一级泵１的供水流量高区最高日最大时用水量（＆高），二级泵２流量应为高区的设计秒流量（込＊），此时中间水箱有效容积Ｆ中＞〇＿５（込髙）〇第二种：由一级泵、中间水箱、二级供水泵（变频泵组）组成（具体详见图２）所示。此种供水形式，中间水箱同时兼顾高一区（或者中区）的重力供水，因此依据《建水标》第３．８．５条，即有：一级泵１的供水流量＆＝整个中区加高区（或者高一区和髙二区）最高日最大时用水量（ａ高），二级泵２流量应为高区的设计秒流量（仏高），此时中间水箱有效容积应为：Ｋ中＞０＿５（０ｈ高）〇第三种：由一级泵、中间水箱、二级供水泵（工频泵组）、高区高位水箱组成（具体详见图３）所示。此种供水形式，中间水箱作为高区调节水箱，因此依据《建水标》第３．８．５条，即有：一级泵１的供水流量＆＝整个高区最高日最大时用水量（込高），二级栗２流量应为高区的最高日最大时用水量此时数值上等于ａ＊），此时中间水箱有效容积应为：Ｆ中為（５￣１０ｍｉｎ）２ｈ＃２，高区高位水箱有效容积应为：＆＞〇．５０ｈ髙２ａ第四种：由一级泵、中间水箱、二级供水泵（工频泵组）、高区高位水箱组成（具体详见图４）所示。此种供水形式，中间水箱同时兼顾高一区（或者中区）的重力供水，同时作为高二区（或者高区）调节水箱，因此依据《建水标》第３．８．５条，即有：一级泵１的供水流量＆＝整个中区加高区（或者高一区加高二区）最高日最大时用水量（０ｈＫ），二级泵２流量应为高二区（或者高区）的最高日最大时用水量（込髙２），此时中间水箱有效容积应为：厂中＞（３￣５ｍｉｎ）０１１高２＋〇．５０１１髙１（此处为高一区或者中区的最高日最大时用水量），高二区（或者高区）高位水箱有效容积应为：厂高為〇－５０ｈ高２〇上述四类供水形式计算，对于项目中要求水箱容积最小，或者经济性指标要求严格时候可以作为参考依据，当然中间水箱可以取值比上述大一些，以策安全，不过这样做不仅会增加了土建荷载及经济成本以及泵房面积等指标，而且水箱容积过大，经常会造成水源的二次污染，因此设计者应根据具体情况酌情增加考虑。

３供水设备的选择和系统承压问题的考虑

目前，在常见建筑给水系统中水池加变频调速栗组供水方式是目前主要采用的供水方式，它解决了低位水池、７ｊＣ泵、屋顶联合供水存在的二次污染的弊端。但是在超高层供水系统中，考虑到目前国内变频泵泵组最大供水能力、输水管道承压能力以及节能供水要求，设置中间水箱也是超高层建筑基本形式，尤其是对于高度大于１３０ｍ的建筑，设置中间水箱显得非常必要，在实际超髙层建筑供水系统设计中，高度不太大时候，一般采用前述图１及图２供水形式，当建筑高度较大（大于１８０ｍ）时候可以采用前述图３及图４供水形式，至于其他供水形式，例如：减压陶分区供水等，其实本质上都是上述四种供水形式的叠加或局部改进，其计算实质并无太大变化。设计中，一级栗通常为工频泵组，二级泵组（如有三级泵组）可以采用变频泵组或者工频泵组加水箱的形式，减少每个分区系统工作压力，以此来保证供水设备及管网的安全使用，减轻用水洁具承压，使得用水点压力处于舒适区、节水区，同时减少不必要的水资源浪费。此外，实际工程建设中还可以通过使用符合国家现行产品标准要求的管材、管件，管材与管件采用同一材质，以降低不同材质之间的腐蚀，减少连接处的漏水的几率，还可以通过选用管材与管件连接同径的管件，以减少管道的局部水头损失等方式同样可以起到减小承压，节能节水的效果。

４中间水箱和给排水管井的布置原则

前文提到的中间水箱一般设置在第二个避难层（建筑高度高度超过２００ｍ，需要在更高的避难层增设），其位置和布置需要结合建筑体内避难层的平面布置来确定，具体设置要求与低位贮水池及给水栗房相同，设计师完全可以参考相关规范及标准要求执行，此处不再赘述。Ｘ才于给排水管井的布置，要注意的是要考虑不同业态的管井分开布置，这样有利于后期的运营和管理维护。同时考虑各种相关检测时的排水问题，在布置给排水管井时建议预留有地漏的位置，还需要考虑到避免与其他的机电管线的交叉，出现施工困难或者净高不足的情况。

５结语

在地产存量时代的今天，作为新时代设计师，在设计过程中要考虑不同项目实际情况及客户使用要求、适应不同项目特点，通过精细化节约化的计算分析选择最为合理的方案，同时要积极响应新技术、新产品、特别是节能节水型设备的推广应用，为我们整个行业绿色节约发展做出自己应有的贡献。

作者:刘蓉蓉 杨富斌 单位:基准方中建筑设计有限公司太原分公司，