超高層建筑給水系統設計淺析
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摘要：本文從目前超高層的常用四種基本供水形式，依據《建筑給水排水設計標準》ＧＢ５００１５－２０１９（以下稱：建水標）第３．８．５條表述的理解角度進行了計算分析與探討，對比此前《建筑給水排水設計規范ＧＢ５００１５－２００９》相應部分要求，新標準對于超高層供水系統的中間水箱做了較為評細的規定，彌補了此前的規范空白，因此此部分計算探討對于新的超高層項目給水系統設計與計算提供非常重要指導意義。
關鍵詞：超高層建筑；變頻供水；重力供水；二次污染
１前目
隨著如今社會與經濟的高速發展，用地緊缺，尤其是在一些大中型城市表現的更為凸出，高層建筑、超高層建筑數量是越來越多，各地地標性超高層建筑的髙度也在被不斷的刷新人們的視線。據有關報道，截至２０２０年，全球高層建筑數量達１７３３座，據ＣＴＢＵＨ預測，２０２１年，全球高層建筑數量約達１８５８－１８８３座，其中２０２０年，中國依然占據了超過半數的高層建筑，２００ｍ以上高樓竣工數量達５６座，占比約達５３％，位居全球第一，其中國內目前已經建好且有較高知名度超高層建筑有位于上海的環球金融中心大廈、金茂大廈，還有廣州的廣州塔，北京的中信大廈，上海東方明珠等。結合已有的超高層建筑項目的設計經驗，對超髙層建筑的供水系統從以下幾方面進行簡要分析９
２目前常用供水系統形式與計算分析
超高層建筑功能分類比較多，有以住宅為主的超高層，其建筑高度也一般比較低一些，通常高度在１５０ｍ以下居多，功能單一供水系統形式也相對簡單。而對于其他功能復雜的公共建筑，不僅功能復雜，供水系統形式也復雜，建筑高度也比較高，例如廣西華潤大廈高度達４０３ｍ，貴陽國際金融中心Ｔ１髙度達４０１ｍ，武漢恒隆廣場高度達３３９ｍ，橫琴國際金融中心高度達３３８ｍ，湘江財富金融中心高度達３２７ｍ、深圳灣創新科技中心Ｔ１髙度達３１１ｍ。這些超高層供水系統更為復雜。因此選擇適合的供水系統，對于供水安全性，經濟性，是否節能有著至關重要的作用。當然通常超高層建筑的節能節水的重點也是在高區供水方案的選一擇上，一般來說只要供水方案合理就能達到節水節能的效果。胃ｇ在《建水標》中要求：建筑高度超過ｌ〇〇ｍ的建筑，宜采用垂直串聯供水方式。因此在實際工程中，超高層建筑供水高區串聯供水方形式可分為：變頻加壓供水方式、重力供水方式以及泵箱混合式供水方式。其中變頻供水方式在建筑高度不大，對水質要求比較高的超髙層應用較多，例如超髙層住宅，酒店等。對于用水量相對小，用水時間長，用７ｊＣ設備使用情況不集中，對水質要求不高，有一定節能要求的公共建筑（例如：辦公樓）應用較多。依據《建水標》第３．８＿５條表述，并作為計算依據，我們基本可分為以下四種組合供水形式：第一種：由一級泵（即從低位Ｃ水池吸水的泵，下同）、中間水箱、二級供水泵（變頻泵組）組成（具體詳見圖１）所示。依據《建水標》第３．８．５條，即有：一級泵１的供水流量高區最高日最大時用水量（＆高），二級泵２流量應為高區的設計秒流量（込＊），此時中間水箱有效容積Ｆ中＞〇＿５（込髙）〇第二種：由一級泵、中間水箱、二級供水泵（變頻泵組）組成（具體詳見圖２）所示。此種供水形式，中間水箱同時兼顧高一區（或者中區）的重力供水，因此依據《建水標》第３．８．５條，即有：一級泵１的供水流量＆＝整個中區加高區（或者高一區和髙二區）最高日最大時用水量（ａ高），二級泵２流量應為高區的設計秒流量（仏高），此時中間水箱有效容積應為：Ｋ中＞０＿５（０ｈ高）〇第三種：由一級泵、中間水箱、二級供水泵（工頻泵組）、高區高位水箱組成（具體詳見圖３）所示。此種供水形式，中間水箱作為高區調節水箱，因此依據《建水標》第３．８．５條，即有：一級泵１的供水流量＆＝整個高區最高日最大時用水量（込高），二級栗２流量應為高區的最高日最大時用水量此時數值上等于ａ＊），此時中間水箱有效容積應為：Ｆ中為（５￣１０ｍｉｎ）２ｈ＃２，高區高位水箱有效容積應為：＆＞〇．５０ｈ髙２ａ第四種：由一級泵、中間水箱、二級供水泵（工頻泵組）、高區高位水箱組成（具體詳見圖４）所示。此種供水形式，中間水箱同時兼顧高一區（或者中區）的重力供水，同時作為高二區（或者高區）調節水箱，因此依據《建水標》第３．８．５條，即有：一級泵１的供水流量＆＝整個中區加高區（或者高一區加高二區）最高日最大時用水量（０ｈＫ），二級泵２流量應為高二區（或者高區）的最高日最大時用水量（込髙２），此時中間水箱有效容積應為：廠中＞（３￣５ｍｉｎ）０１１高２＋〇．５０１１髙１（此處為高一區或者中區的最高日最大時用水量），高二區（或者高區）高位水箱有效容積應為：廠高為〇－５０ｈ高２〇上述四類供水形式計算，對于項目中要求水箱容積最小，或者經濟性指標要求嚴格時候可以作為參考依據，當然中間水箱可以取值比上述大一些，以策安全，不過這樣做不僅會增加了土建荷載及經濟成本以及泵房面積等指標，而且水箱容積過大，經常會造成水源的二次污染，因此設計者應根據具體情況酌情增加考慮。
３供水設備的選擇和系統承壓問題的考慮
目前，在常見建筑給水系統中水池加變頻調速栗組供水方式是目前主要采用的供水方式，它解決了低位水池、７ｊＣ泵、屋頂聯合供水存在的二次污染的弊端。但是在超高層供水系統中，考慮到目前國內變頻泵泵組最大供水能力、輸水管道承壓能力以及節能供水要求，設置中間水箱也是超高層建筑基本形式，尤其是對于高度大于１３０ｍ的建筑，設置中間水箱顯得非常必要，在實際超髙層建筑供水系統設計中，高度不太大時候，一般采用前述圖１及圖２供水形式，當建筑高度較大（大于１８０ｍ）時候可以采用前述圖３及圖４供水形式，至于其他供水形式，例如：減壓陶分區供水等，其實本質上都是上述四種供水形式的疊加或局部改進，其計算實質并無太大變化。設計中，一級栗通常為工頻泵組，二級泵組（如有三級泵組）可以采用變頻泵組或者工頻泵組加水箱的形式，減少每個分區系統工作壓力，以此來保證供水設備及管網的安全使用，減輕用水潔具承壓，使得用水點壓力處于舒適區、節水區，同時減少不必要的水資源浪費。此外，實際工程建設中還可以通過使用符合國家現行產品標準要求的管材、管件，管材與管件采用同一材質，以降低不同材質之間的腐蝕，減少連接處的漏水的幾率，還可以通過選用管材與管件連接同徑的管件，以減少管道的局部水頭損失等方式同樣可以起到減小承壓，節能節水的效果。
４中間水箱和給排水管井的布置原則
前文提到的中間水箱一般設置在第二個避難層（建筑高度高度超過２００ｍ，需要在更高的避難層增設），其位置和布置需要結合建筑體內避難層的平面布置來確定，具體設置要求與低位貯水池及給水栗房相同，設計師完全可以參考相關規范及標準要求執行，此處不再贅述。Ｘ才于給排水管井的布置，要注意的是要考慮不同業態的管井分開布置，這樣有利于后期的運營和管理維護。同時考慮各種相關檢測時的排水問題，在布置給排水管井時建議預留有地漏的位置，還需要考慮到避免與其他的機電管線的交叉，出現施工困難或者凈高不足的情況。
５結語
在地產存量時代的今天，作為新時代設計師，在設計過程中要考慮不同項目實際情況及客戶使用要求、適應不同項目特點，通過精細化節約化的計算分析選擇最為合理的方案，同時要積極響應新技術、新產品、特別是節能節水型設備的推廣應用，為我們整個行業綠色節約發展做出自己應有的貢獻。
作者:劉蓉蓉 楊富斌 單位:基準方中建筑設計有限公司太原分公司，
