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【摘 要】 本文从高层建筑给水排水工程的特点、高层建筑给水系统、内部给水管网布置方式、高层建筑热水给水系统、高层建筑消防给水系统、高层建筑排水系统方面介绍了高层建筑给排水系统。
【关键词】 高层建筑；给水系统；给水方式；排水系统；热水系统；消防给水系统
【中图分类号】 TU821 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123（2011）01-090-02
随着世界人口的增加，可利用土地面积的减少，本着节约资源、降低能耗的思想，加之经济社会的发展和科学水平的提高，城市建设逐步向空间延伸。特别是进入21世纪以后，高层建筑建设突飞猛进，向着层数更多、设备更完善、功能更齐全、技术更先进的方向发展。高层建筑已成为现代化大都市的一种标志。
目前，对高层建筑的划分国际上还没有统一的标准，各国根据各自的经济条件和消防装备情况，自行规定标准。消防上划分高低层建筑消防栓给水系统按照我国《高层民用建筑设计防火规范》规定：10层和10层以上住宅或建筑高度超过24米的两层及两层以上的厂房为高层建筑，而建筑高度超过24米的单层厂房不属于高层建筑。
高层建筑层多楼高，与低层建筑不同。因此对建筑给水排水工程提出了新的技术要求，必须采取新的技术措施，才能确保给水排水系统的良好工况，满足各类高层建筑的功能要求。
1高层建筑给水排水工程的特点
由于高层建筑具有层数多、高度大、振动源多、用水需求高、排水量大集中的特点，对给水排水工程的设计、施工、材料及管理都提出了较高的要求，具有以下特点：
１．１高层建筑层数多，若采用低层建筑给水方式，则管道系统中系统静压力大，使管道配件承受的水压小于其工作压力，给水管网必须竖向划分几个区域布置，使下层管道系统的静水压力减小。
１．２高层建筑给水系统，室外给水管网水压往往只能供到下面几层，而不能供到上层，一般考虑二次供水。在工作时产生振动发出噪音，因此在设备和管道上需设置隔音装置。
１．３高层建筑的排水量大，管道长，管道中的压力波动大。为了提高排水系统的排水能力，稳定管道压力，保护水封不被破坏，高层建筑的排水系统应设置通气管系统或采用新型单立管系统。
１．４高层建筑的标准高，给水排水设备使用人数多，瞬间给水量和排水量大，一旦停水或管道堵塞，造成的影响大。因此，高层建筑必须保证供水安全可靠，排水畅通。
１．５高层建筑引发火灾的因素多，蔓延速度快，危险大。室外消防车所能射出水量及水压对高层建筑一般达不到其发生火灾时所需水量和水压，扑救困难较大，对此高层建筑灭火必须立足于自救。
2高层建筑给水系统
2.1竖向分区的必要性。高层建筑总高度大，仅靠室外给水管网供水压力无法满足高层用户的用水要求，一般采用二次供水。如果不采用竖向分区，将会带来一系列的问题：一是下层水压过大，水流喷溅，不仅造成浪费，而且影响使用；二是上层水压小，会出现负压抽吸，造成回流，污染给水管网的水质；三是下层管网由于承受压力巨大，关阀时易产生水锤，轻则产生噪音和振动，重则使管网遭受破坏；四是下层阀门易磨损，造成渗漏，增加维修工作量。倘若压力超过设备的额定工作压力，还会造成设备的损坏。实践证明，对高层建筑实行分区供水，是解决上述问题的有效方法。
2.2分区的方法。
２．２．１下区层数：根据室外给水管网的压力初估下区层数；
２．２．２上区层数：根据静水压力；
２．２．３计算依据：《建筑给水排水设计规范》规定高层建筑生活给水系统竖向分区：对住宅旅馆医院宜为300~350kpa；办公楼高层建筑竖向分区根据管道或设备所承受的静水压力，为350~450kpa。举例，如对室外给水管网压力210kpa，层高为3米的20层宾馆建筑进行分区，有公式Hm=12+(n-2)×4得出n=4,即为4层以下为下区；其余16层静水压力=10×3×16=480kpa，超过350kpa的限制压力，分为两区，每区8层。
2.3高层建筑给水系统的给水方式。
２．３．１串联给水方式：各区水泵均设在技术层内，各从下一区的水箱吸水，所以各区水箱容积除按本区用水量设计外，应附加转输到上区的水量，以满足上区水泵工作时所需的流量。
优点：a、各区水泵扬程和流量按本区所需设计，工作效率高，耗能少。b、管道总需求量少，节省初次基建投资。
缺点：a、对技术层要求高，需防振，防噪声、防渗漏。b、水泵分散布置不便管理，维修不方便。c、下区的水箱容积过大，增加结构负荷和造价。d、工作不可靠，下区任一区发生故障，上区供水受影响，虽然可设备用泵，但会增加相应费用。
２．３．２并联给水方式。
优点：a、各区水泵集中设置在底层和地下室，便于维护管理。b、与串联相比，各区均为独立系统，互不影响，供水较安全可靠。
缺点：上面几区的水泵扬程较大，压水管线较长。
２．３．３减压水箱给水方式。整个高层建筑的用水由设置在底层的水泵抽升至最高水箱，而后由此总水箱依次往上区供给并通过各区水箱减压。
优点：水泵管理简单，水泵及管道投资少。
缺点：a、最高层总水箱容积大，增加结构荷载，管道管径也会加大。b、不能保证供水的安全可靠，任一区设备出现问题将影响下区供水。
２．３．４无减压水箱的减压给水方式。减压阀代替减压水箱。特点是价格低，安装方便，使用可靠，无水箱，提高了建筑面积利用率。
总的来说，可根据实际情况和各个地方的不同要求采用相应的供水方式，也可以是几种供水方式相结合。
3内部给水管网布置方式
高层建筑每区内的给水管网，根据供水安全要求程度可设计成竖向环网或水平向环网。在供水范围较大的情况下，水箱上可设置两条出水管接到环网。此外，在环网的分水节点处还应适当设置闸阀以减少管段损坏或修理时的停水影响范围。
4高层建筑热水给水系统
热水系统同冷水一样应作竖向分区，而且两者的分区数和范围相同，以使两个系统的任一用水点的冷热水压力均衡。由于高层建筑使用热水的要求较高，管路长，应设置循环系统。循环系统可采用自然循环或机械循环。
4.1热水系统的分区供水的方式。
４．１．１集中供热水方式：各区热水循环管网自成独立系统，其容积式（或快速式）水加热器集中设置在建筑物的底层或地下室，水加热器的冷水来自各区技术层中水箱，因此能保持各区的冷热水压平衡。管网一般多为上行下给式，此方式的优点为设备集中便于管理，使用比较安全可靠；缺点为高区的水加热器因需承受高压而钢材消耗大，制作要求高，因此宜在3个分区以下的高层建筑中采用。
４．１．２分散供热水方式：加热设备和循环水泵分别设在各区技术层。此类方式在大于3个分区的高层建筑中被广泛采用。
高层建筑中底层的大用（热）水量设备，应设单独的热水系统供给热水，便于日常管理和控制。
4.2热水循环管网设计应注意以下几点。
４．２．１当热水系统的范围较大，立管超过5根时，供水干管和回水干管必须设成环形。
４．２．２为便于分层（竖向）分段（水平向）控制送水和调节热水循环的均衡，必须在立管上下部及水平管的适当的位置设置必要的调节闸阀；为使检修时不致过多关闭管段，也需在管段节点和横支管上设置关闭用的闸阀。
４．２．３热水管网的循环提供了双向供水的条件，因此应将回水干管和回水立管的管径设计成与热水配水管同管径或相接近，以便当配水管出事故时作配水用。
5高层建筑消防给水系统
按消防给水系统的构成与功能可分为室外消防栓系统、室内消防栓给水系统和自动喷水灭火系统。自动喷水灭火系统又分为闭式自动喷水灭火系统、开式自动喷水灭火系统与自动喷水—泡沫联用灭火系统。
5.1室外消防栓系统。
5.1.1室外消防栓给水管网：①为确保消防给水安全，高层建筑室外消防管网的进水管不宜少于2条，并宜从两条市政给水管道引入，当其中一条进水管发生故障时，其余进水管应仍能保证全部用水量；②管网布置应符合：a、应布置成环状；b、环状管网进水管不应少于2条；c、环状管网应采用阀门分成若干独立段，每段内消防栓数量不宜超过5个，并应在节点处设置阀门；d、建筑物室外消防栓给水管道管径不应小于100mm；e、按《室外给水设计规范》的规定，室外消防栓给水管管顶应在冻土层底150mm以下埋设。
5.1.2消防水池：一般情况下将室内消防水池与室外消防水池合并考虑，当市政给水管道和进水管道为枝状或只有一条进水管时，高层建筑应设消防水池。
5.2室内消防栓系统。
5.2.1不分区的室内消防栓系统：在高层建筑密集区，多幢高层建筑室内仅设独立的消防管网，共用消防泵来保持消防管网所需的水压或火灾报警临时加压保证供应消防用水量。优点是便于管理每区消防给水管网。
5.2.2分区的室内消防栓系统：当建筑高度超过50米或消防栓处静水压力超过1000kpa时，宜采用分区供水的室内消防栓系统。分区以消防栓处静水压力不应大于1000kpa划分为准，这是考虑消防栓的水带和普通钢管工作压力的允许值。主要分为并联分区供水、串联分区供水、无水箱供水三种方式：①给水管网应布置成独立的环状管网系统，必须保证给水干管和每条消防竖管都能双向供水；②环状管网的进水管不应少于2条，并从建筑物的不同方向引入；③消防竖管不宜少于2条，其布置应能保证同层相邻两个消防栓的水枪的充实水柱同时达到被保护范围内的任何部位；④消防给水管道应采用阀门分成若干独立段；⑤当建筑物内同时设有室内消防栓给水系统与自动喷水灭火系统时，室内消防栓给水管网与自动喷水管网分开设置。
6高层建筑排水系统
污水在排水立管中的流动,与一般的重力流和压力流不同,是一种极不稳定的气─水两相流。在高层建筑中,由于排水立管长、水量大、流速高，往往引起管道内的气压极大波动，并可能形成水塞，造成卫生器具溢水或水封被破坏。从而使下水道中的臭气侵入室内，污染环境。实践和理论都说明：高层建筑排水系统功能的优劣，在很大程度上取决于排水管道通气系统是否合理。因此，在高层建筑中通气系统在排水系统中占有重要地位。一个完善的排水系统，应满足以下各点要求：
６．１所有高出地面的卫生器具和排水设备的排水，应重力排入室外下水道。
６．２所有低于地面的卫生器具和排水设备的排水，应重力排入集水坑，然后提升排到重力流排水管中。
６．３超过10层的建筑物，底层的卫生器具，应单独设置排出管或排入提升系统。
６．４超过20层的建筑物，宜将地面以上最底下的２～３层的卫生器具设立管单独排出。
６．５对于建筑物的上部和下部房间平面布置不同，要求排水立管数量也完全不同时，可将排水系统分成两个区。一个区为上部房间服务，并在本区的下一层顶棚内设排水管，再向下单独排出室外。另一区为下部房间服务，并在顶棚内连接通气管，通气管可通到附近屋顶或与上部排水系统通气管连接。
６．６高层建筑的雨水系统和生活污水系统应分流排出。
６．７地下车库应设带有格栅的地沟和连接地沟的排水管，以便排除冲洗地面水、洗车水、喷淋装置和其他消防排水。并设置泵房或泵坑，排水泵的排水能力宜≥10Ｌ/ｓ。
６．８汽车库的排水在接入排水干管之前，应先接至油水分离器或隔油池和沉砂池（井）的单独系统中。
7结束语
当前，建筑给水排水与人们的生活息息相关，优质的安装施工质量和科学的管理是保障管网系统高效安全运行的必要条件。为了满足给水排水工程施工技术要求，提高施工质量，需要施工人员不断学习，提高自身的技术素质，才能确保施工的安全、质量、稳定、灵活性，满足民用建筑给排水的发展需要。
【关键词】 高层建筑；给水系统；给水方式；排水系统；热水系统；消防给水系统
【中图分类号】 TU821 【文献标识码】 B【文章编号】 1727-5123（2011）01-090-02
随着世界人口的增加，可利用土地面积的减少，本着节约资源、降低能耗的思想，加之经济社会的发展和科学水平的提高，城市建设逐步向空间延伸。特别是进入21世纪以后，高层建筑建设突飞猛进，向着层数更多、设备更完善、功能更齐全、技术更先进的方向发展。高层建筑已成为现代化大都市的一种标志。
目前，对高层建筑的划分国际上还没有统一的标准，各国根据各自的经济条件和消防装备情况，自行规定标准。消防上划分高低层建筑消防栓给水系统按照我国《高层民用建筑设计防火规范》规定：10层和10层以上住宅或建筑高度超过24米的两层及两层以上的厂房为高层建筑，而建筑高度超过24米的单层厂房不属于高层建筑。
高层建筑层多楼高，与低层建筑不同。因此对建筑给水排水工程提出了新的技术要求，必须采取新的技术措施，才能确保给水排水系统的良好工况，满足各类高层建筑的功能要求。
1高层建筑给水排水工程的特点
由于高层建筑具有层数多、高度大、振动源多、用水需求高、排水量大集中的特点，对给水排水工程的设计、施工、材料及管理都提出了较高的要求，具有以下特点：
１．１高层建筑层数多，若采用低层建筑给水方式，则管道系统中系统静压力大，使管道配件承受的水压小于其工作压力，给水管网必须竖向划分几个区域布置，使下层管道系统的静水压力减小。
１．２高层建筑给水系统，室外给水管网水压往往只能供到下面几层，而不能供到上层，一般考虑二次供水。在工作时产生振动发出噪音，因此在设备和管道上需设置隔音装置。
１．３高层建筑的排水量大，管道长，管道中的压力波动大。为了提高排水系统的排水能力，稳定管道压力，保护水封不被破坏，高层建筑的排水系统应设置通气管系统或采用新型单立管系统。
１．４高层建筑的标准高，给水排水设备使用人数多，瞬间给水量和排水量大，一旦停水或管道堵塞，造成的影响大。因此，高层建筑必须保证供水安全可靠，排水畅通。
１．５高层建筑引发火灾的因素多，蔓延速度快，危险大。室外消防车所能射出水量及水压对高层建筑一般达不到其发生火灾时所需水量和水压，扑救困难较大，对此高层建筑灭火必须立足于自救。
2高层建筑给水系统
2.1竖向分区的必要性。高层建筑总高度大，仅靠室外给水管网供水压力无法满足高层用户的用水要求，一般采用二次供水。如果不采用竖向分区，将会带来一系列的问题：一是下层水压过大，水流喷溅，不仅造成浪费，而且影响使用；二是上层水压小，会出现负压抽吸，造成回流，污染给水管网的水质；三是下层管网由于承受压力巨大，关阀时易产生水锤，轻则产生噪音和振动，重则使管网遭受破坏；四是下层阀门易磨损，造成渗漏，增加维修工作量。倘若压力超过设备的额定工作压力，还会造成设备的损坏。实践证明，对高层建筑实行分区供水，是解决上述问题的有效方法。
2.2分区的方法。
２．２．１下区层数：根据室外给水管网的压力初估下区层数；
２．２．２上区层数：根据静水压力；
２．２．３计算依据：《建筑给水排水设计规范》规定高层建筑生活给水系统竖向分区：对住宅旅馆医院宜为300~350kpa；办公楼高层建筑竖向分区根据管道或设备所承受的静水压力，为350~450kpa。举例，如对室外给水管网压力210kpa，层高为3米的20层宾馆建筑进行分区，有公式Hm=12+(n-2)×4得出n=4,即为4层以下为下区；其余16层静水压力=10×3×16=480kpa，超过350kpa的限制压力，分为两区，每区8层。
2.3高层建筑给水系统的给水方式。
２．３．１串联给水方式：各区水泵均设在技术层内，各从下一区的水箱吸水，所以各区水箱容积除按本区用水量设计外，应附加转输到上区的水量，以满足上区水泵工作时所需的流量。
优点：a、各区水泵扬程和流量按本区所需设计，工作效率高，耗能少。b、管道总需求量少，节省初次基建投资。
缺点：a、对技术层要求高，需防振，防噪声、防渗漏。b、水泵分散布置不便管理，维修不方便。c、下区的水箱容积过大，增加结构负荷和造价。d、工作不可靠，下区任一区发生故障，上区供水受影响，虽然可设备用泵，但会增加相应费用。
２．３．２并联给水方式。
优点：a、各区水泵集中设置在底层和地下室，便于维护管理。b、与串联相比，各区均为独立系统，互不影响，供水较安全可靠。
缺点：上面几区的水泵扬程较大，压水管线较长。
２．３．３减压水箱给水方式。整个高层建筑的用水由设置在底层的水泵抽升至最高水箱，而后由此总水箱依次往上区供给并通过各区水箱减压。
优点：水泵管理简单，水泵及管道投资少。
缺点：a、最高层总水箱容积大，增加结构荷载，管道管径也会加大。b、不能保证供水的安全可靠，任一区设备出现问题将影响下区供水。
２．３．４无减压水箱的减压给水方式。减压阀代替减压水箱。特点是价格低，安装方便，使用可靠，无水箱，提高了建筑面积利用率。
总的来说，可根据实际情况和各个地方的不同要求采用相应的供水方式，也可以是几种供水方式相结合。
3内部给水管网布置方式
高层建筑每区内的给水管网，根据供水安全要求程度可设计成竖向环网或水平向环网。在供水范围较大的情况下，水箱上可设置两条出水管接到环网。此外，在环网的分水节点处还应适当设置闸阀以减少管段损坏或修理时的停水影响范围。
4高层建筑热水给水系统
热水系统同冷水一样应作竖向分区，而且两者的分区数和范围相同，以使两个系统的任一用水点的冷热水压力均衡。由于高层建筑使用热水的要求较高，管路长，应设置循环系统。循环系统可采用自然循环或机械循环。
4.1热水系统的分区供水的方式。
４．１．１集中供热水方式：各区热水循环管网自成独立系统，其容积式（或快速式）水加热器集中设置在建筑物的底层或地下室，水加热器的冷水来自各区技术层中水箱，因此能保持各区的冷热水压平衡。管网一般多为上行下给式，此方式的优点为设备集中便于管理，使用比较安全可靠；缺点为高区的水加热器因需承受高压而钢材消耗大，制作要求高，因此宜在3个分区以下的高层建筑中采用。
４．１．２分散供热水方式：加热设备和循环水泵分别设在各区技术层。此类方式在大于3个分区的高层建筑中被广泛采用。
高层建筑中底层的大用（热）水量设备，应设单独的热水系统供给热水，便于日常管理和控制。
4.2热水循环管网设计应注意以下几点。
４．２．１当热水系统的范围较大，立管超过5根时，供水干管和回水干管必须设成环形。
４．２．２为便于分层（竖向）分段（水平向）控制送水和调节热水循环的均衡，必须在立管上下部及水平管的适当的位置设置必要的调节闸阀；为使检修时不致过多关闭管段，也需在管段节点和横支管上设置关闭用的闸阀。
４．２．３热水管网的循环提供了双向供水的条件，因此应将回水干管和回水立管的管径设计成与热水配水管同管径或相接近，以便当配水管出事故时作配水用。
5高层建筑消防给水系统
按消防给水系统的构成与功能可分为室外消防栓系统、室内消防栓给水系统和自动喷水灭火系统。自动喷水灭火系统又分为闭式自动喷水灭火系统、开式自动喷水灭火系统与自动喷水—泡沫联用灭火系统。
5.1室外消防栓系统。
5.1.1室外消防栓给水管网：①为确保消防给水安全，高层建筑室外消防管网的进水管不宜少于2条，并宜从两条市政给水管道引入，当其中一条进水管发生故障时，其余进水管应仍能保证全部用水量；②管网布置应符合：a、应布置成环状；b、环状管网进水管不应少于2条；c、环状管网应采用阀门分成若干独立段，每段内消防栓数量不宜超过5个，并应在节点处设置阀门；d、建筑物室外消防栓给水管道管径不应小于100mm；e、按《室外给水设计规范》的规定，室外消防栓给水管管顶应在冻土层底150mm以下埋设。
5.1.2消防水池：一般情况下将室内消防水池与室外消防水池合并考虑，当市政给水管道和进水管道为枝状或只有一条进水管时，高层建筑应设消防水池。
5.2室内消防栓系统。
5.2.1不分区的室内消防栓系统：在高层建筑密集区，多幢高层建筑室内仅设独立的消防管网，共用消防泵来保持消防管网所需的水压或火灾报警临时加压保证供应消防用水量。优点是便于管理每区消防给水管网。
5.2.2分区的室内消防栓系统：当建筑高度超过50米或消防栓处静水压力超过1000kpa时，宜采用分区供水的室内消防栓系统。分区以消防栓处静水压力不应大于1000kpa划分为准，这是考虑消防栓的水带和普通钢管工作压力的允许值。主要分为并联分区供水、串联分区供水、无水箱供水三种方式：①给水管网应布置成独立的环状管网系统，必须保证给水干管和每条消防竖管都能双向供水；②环状管网的进水管不应少于2条，并从建筑物的不同方向引入；③消防竖管不宜少于2条，其布置应能保证同层相邻两个消防栓的水枪的充实水柱同时达到被保护范围内的任何部位；④消防给水管道应采用阀门分成若干独立段；⑤当建筑物内同时设有室内消防栓给水系统与自动喷水灭火系统时，室内消防栓给水管网与自动喷水管网分开设置。
6高层建筑排水系统
污水在排水立管中的流动,与一般的重力流和压力流不同,是一种极不稳定的气─水两相流。在高层建筑中,由于排水立管长、水量大、流速高，往往引起管道内的气压极大波动，并可能形成水塞，造成卫生器具溢水或水封被破坏。从而使下水道中的臭气侵入室内，污染环境。实践和理论都说明：高层建筑排水系统功能的优劣，在很大程度上取决于排水管道通气系统是否合理。因此，在高层建筑中通气系统在排水系统中占有重要地位。一个完善的排水系统，应满足以下各点要求：
６．１所有高出地面的卫生器具和排水设备的排水，应重力排入室外下水道。
６．２所有低于地面的卫生器具和排水设备的排水，应重力排入集水坑，然后提升排到重力流排水管中。
６．３超过10层的建筑物，底层的卫生器具，应单独设置排出管或排入提升系统。
６．４超过20层的建筑物，宜将地面以上最底下的２～３层的卫生器具设立管单独排出。
６．５对于建筑物的上部和下部房间平面布置不同，要求排水立管数量也完全不同时，可将排水系统分成两个区。一个区为上部房间服务，并在本区的下一层顶棚内设排水管，再向下单独排出室外。另一区为下部房间服务，并在顶棚内连接通气管，通气管可通到附近屋顶或与上部排水系统通气管连接。
６．６高层建筑的雨水系统和生活污水系统应分流排出。
６．７地下车库应设带有格栅的地沟和连接地沟的排水管，以便排除冲洗地面水、洗车水、喷淋装置和其他消防排水。并设置泵房或泵坑，排水泵的排水能力宜≥10Ｌ/ｓ。
６．８汽车库的排水在接入排水干管之前，应先接至油水分离器或隔油池和沉砂池（井）的单独系统中。
7结束语
当前，建筑给水排水与人们的生活息息相关，优质的安装施工质量和科学的管理是保障管网系统高效安全运行的必要条件。为了满足给水排水工程施工技术要求，提高施工质量，需要施工人员不断学习，提高自身的技术素质，才能确保施工的安全、质量、稳定、灵活性，满足民用建筑给排水的发展需要。