超高层商业综合体建筑给排水系统设计思考 赵俊.pdf

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中国建筑学会建筑给水排水研究分会
roceedingsofInstituteofWaterSupplyandDrainage-ASC
p
超高层商业综合体建筑给排水系统设计思考
赵俊
(上海建筑设计研究院有限公司,上海200041)
摘要:国内专门针对超高层商业综合体建筑给排水系统设计的规范和书籍很少,因
此设计人员在从事相关工程的设计时,往往只是根据经验将各方知识予以整合。本文将结
合笔者多年的设计经验,对超高层商业综合体这类特殊的大型建筑的给排水设计进行分析
和比较,并对较为重要的设计环节提出自己的独特见解,以期能够作为参考。
关键词:超高层商业综合体建筑;二次供水;生活排水;室内真空排水;智慧给排水
ThingkingabouttheDesignofWaterSupplyand
DrainaeSstemforSuerHih-Riseand
gypg
CommercialMultifunctionalBuilding
ZhaoJun
(ShanghaiInstituteofArchitecturalDesign&ResearchCo.?Ltd.,Shanghai200041,China)
Abstract:Therearefewcodesandbooksonthedesignofwatersupplyanddrainagesystem
forsuperhigh-riseandcommercialmultifunctionalbuildinginourcountry,sowhendesigners
areengagedinthedesignofrelatedprojects,theyoftenonlybasedonexperiencetointegrate
theknowledeofallartiesfromthecanwillcombinetheauthor'sdesin
gpyppg
experiencecomesfrommanyyears,theauthoranalyzesandcomparesthedesignofwatersupply
anddrainageforthespeciallargebuildingofsuperhigh-risecommercialforward
theauthor'sownuniueviewsformoreimortantartofthedesin?soastobeabletoserveasa
qppg
reference.
Keywords:Super-highriseandcommercialmultifunctionalbuilding;Secondarywater
supply;Drainage;Indoorvacuumdrainage;Intelligentwatersupplyanddrainage
006/建筑给水排水:.
第四届第一次全体会员大会
III
暨学术交流会II
1概述
城市发展高度代表了一个国家的发展
水平,近年来,随着城镇化率的不断攀升,
中心城区发展的等级和建筑规模亦不断提
升和扩大,超髙层商业综合体建筑越建越
多。这类建筑既属于超高层建筑,同时又
属于商业综合体建筑,特点是建筑高度高、
“”
体量大、功能复杂,建筑内部出现房中房
设计很常见,因此,给排水系统设计难度
大增^
2图2上海国家会展中心和北京大兴国际机场实景
成都已建的环球中心约176万m,平
500x400m122m2
面尺寸,东面最高点,功能包括:海洋乐园、购物中心、商务城、商业小镇、剧院、
会务和展馆等,是比较典型的超髙层商业综合体建筑(见图1)。
同样已建的上海国家会展中心和北京的大兴国际机场则均不属于超高层商业综合体建筑(见图
2)。其中,上海国家会展中心是中国国际进口博览会的举办场馆,也是世界最大的单体会展建筑,
147m240m210m2
建筑面积达万,可提供万的室内展览面积和万的室外展览面积,包括:会展、
78m2223
办公、酒店和配套商业等;北京大兴国际机场主体建筑(航站楼)建筑面积为万,设个机位,
有4条跑道。包括:航站楼、办公和配套商业等。这两栋建筑物占地面积非常大,但因建筑限高原
因,建筑髙度不高。
本文结合国家现行标准以及笔者的工程实践经验,针对超髙层商业综合体建筑中比较重要的给
排水系统设计问题,阐述设计思考的方向和推荐的做法,有不到之处,恳请读者指正。
2问题与对策
超高层商业综合体建筑中涉及的给排水设计问题很多,比较典型的有:生活给水加压和储存设
施的设置位置与数量、生活给水输送及其供水方式、生活排水系统立管的设置方式、雨水系统的选
择、雨水系统的消能、屋面雨水排水坡度与重现期、比较理想的给排水系统或设施、消防系统和设
施的正确设计、消防灭火系统技术更新、关于热源选择等。
(以下简称二次供水设施)的设置位置与数量
现有规范及标准中,《建筑给水排水设计标准》GB50015-2019(以下简称《建水标》)、《城
镇给水排水技术规范》GB50788-2012、《二次供水工程技术规程》CJJ140-2010及《二次供水设施
卫生规范》GB17051-1997等均提及了二次供水设施的设置问题,其中《二次供水设施卫生规范》
规定了建筑二次供水设施的卫生要求和水质检验方法,所以设计单位很少采用。从条文看,《建
水标》:二次供水加压设施服务半径应符合当地供水主管部门的要求,并不宜大于
500m。:小区集中热水供应应根据建筑物的分布情况等采用小区共用系统、多
栋建筑共用系统或每栋建筑单设系统,共用系统加热站室的服务半径不应大于500m。条文中冷、
论文集/007:.
中国建筑学会建筑给水排水研究分会
roceedingsofInstituteofWaterSupplyandDrainage-ASC
p
热水都规定了服务半径以500m为限,既为了节能,
也考虑了供水安全性。此外,《建筑与工业给水排
水系统安全评价标准》GB/T51188-
20000m2
规定:应对单体建筑面积大于的公共场
20m2
所;:占地面积大于万和单体建筑面积大于
20000m2工工
的业项目建筑与业给水排水系统进行
安全评价。:当建筑物不允许中断生
图3超高层商业综合体建筑二次供水设施设置示意
活供水时,应采取安全可靠的保障供水措施。基于
上述分析,超高层商业综合体建筑,一般按照多栋
r?I
建筑物(功能)分别设置多套二次供水设施(见图
3箭头所指位置),满足节能和供水安全。建议按水箱
如下步骤设置:
中区
第一,从平面布置看,应遵循不超过保护半径箱
水^
2SKp]
500m或占地20万m限制条件(取小值);
第二,从单体建筑看,可以从建筑面积为低区
20000m2一水栗
的限制考虑,由于现有建筑体量般较大,)B型)水漼
(A型(
笔者认为可以适当放宽;
图4并联及串联供水系统示意
第三,从建筑功能看,如多栋建筑物功能不同,
可按栋分设二次供水设施;如单栋建筑物内有多种功能,可考虑平面内分区域(功能)设置二次供
7jC设施或按照竖向楼层分区域(功能)设置二次供水设施;
第四,有特殊功能需求时,要单独设置二次供水设施。

生活给水按垂直输送分为:并联供水及串联供水两种(见图4);按供水方式分为:市政直供(超
高层可忽略)、恒压变频供水及屋顶水箱重力流供水三类。选择方式,与水泵性能、管道和管件耐
。

与暖通专业相比给排水专业的水泵特点是流量不大、扬程较高、功率不大,但如果针对超高层
商业综合体流量大、扬程髙的特点,选泵难度增大,功率很高,这种泵型往往生产企业少、造价髙
昂,且功率过大时频繁启停水泵对电气安全以及水泵自身的使用寿命等都不利,因此需要限制——
笔者建议水泵扬程应以200米为限,因为超过了,水泵造价过高或难以选型,且管道和管件的耐压
能力也会有问题。基于水泵扬程计算时,扣除地下室和屋顶髙度以及水头损失来判断:当建筑髙度
大于150米时,建议采用串联方式按照建筑竖向高度逐级提升分段供水;当建筑髙度小于150m时,
采用并联方式分区域独立设置水栗供水是可行的。

150￣200m“一”
超高层建筑在以内,设计师常希望采用栗到顶的方式供水,此时不仅水泵难
选,管路压力也会大增。《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》:
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||
暨学术交流会II
室内给水管道的水压试验必表1压力管道水压强度试验的试验压力
须符合设计要求。当设计未管材类型系统工作压力P(MPa)试验压力(MPa)
注明时,各种材质的给水管,
道系统试验压力均为工作钢管
>P+
压力的1_5倍,但不得小于
2P
o关于这条,笔者建
球墨铸铁管
议,按照《消防给水及消火>P+
栓系统技术规范》GB50974丝P
钢网骨架塑料管,不小于

(见表1)。
,当采用高扬程水泵直接供水至屋顶时,管路工作
。据此,为了控制造价和系统安全设计,笔者建议管路的试验压
,限制于2_5MPa以内也符合之前对水泵扬程不应超过200m的分析〇

提出供水安全性及使用安全性基于三个因素:其一,屋顶水箱重力流供水方式安全可靠,只要
充分考虑好卫生、防冻等问题,在超高层商业综合体建筑中很适合,尤其是对重要的供水区域必须
采用屋顶水箱重力流供水方式。例如:超高层高区是高星级酒店时,应采用屋顶水箱重力流供水方式,
而高区如果是办公就可以采用恒压变频供水方式。其二,采用恒压变频供水方式时,建筑物内给水
垂直输送的高度不宜过高,一般按照l〇〇m为限。因为在超高层建筑物内,一旦高区因为故障断水,
对高区人员生活会造成很大不便。其三,设计人员应充分考虑:当水泵及管路承压等级选用过大时,
系统容易出现故障,即对安全性会产生影响;同时如出现爆管等问题,会对临近人员产生安全性的
隐患。

超高层商业综合体建筑常采用多种组合供水模式满足设计要求,宜遵循以下设计原则:
第一,明确整个项目建筑髙度,以150m为限确定主体建筑串联、并联供水方式;
二500m20m2
第,根据建筑物平面中供水设施不超过保护半径或占地不超过万的限制条件,
再根据建筑物栋数及功能分布,合理确定二次供水设施的设置数量;
第三,每个二次供水设施设置位置应满足划分的供水区域面积接近、供水管路水头损失接近的
要求,并靠近用水量集中的位置;
第四,建筑物l〇〇m以上部分以及高层建筑中重要的建筑功能区域应采用屋顶水箱重力流供水
方式,100m以下部分宜采用恒压变频供水方式。

《建水标》,删除了2009版关于合流及分流的设计限定要求,因此生活排水系统应
基于建筑物功能、建筑高度以及拟采用的排水系统的特点进行设计。现有的室内生活排水系统有重
力流、压力流、真空排水系统三种,其中重力流排水系统又分为单立管、双立管、三立管三种形式,
单立管排水系统还分为普通单立管及特殊单立管排水系统两类,并同时存在特殊单立管与通气管道
论文集/009:.
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P
的组合形式。在缺乏数据资料时,针对各种排水系统的适用范围,大致只能笼统地讲:普通单立管
排水系统常用于12层及以下的住宅或类似的建筑物排水,其余排水系统适合用于更高楼层的排水
系统,但需要经过计算确定立管管径。针对超高层商业综合体建筑,不应采用普通单立管排水系统,
但如果是冷凝水之类的排水或与之相似的排水类型,更高的楼层也可以采用普通单立管排水系统。
而通气管是重要的提升排水立管排水能力的设计方式,即便采用了特殊单立管排水系统已经能够增
加一定的排水能力,如再辅助设计通气管道,排水系统的排水能力还有可能提高,可见设计通气管
道的重要性。
目前关于排水系统的理论计算方式不多,大量数据均基于实验的实测数据,有待进一步研究。
例如,《建水标》,但已经过多达3万多次的实测获得,如要补充完整,
还需付出数倍于之前的实验工作。针对超高层商业综合体建筑,建议遵循如下设计原则:
第一,各栋建筑物应分设独立的排水系统;
第二,单栋建筑物内高区与低区功能类似时,宜合并接人同一排水系统,也可以根据实际需求
分设;功能不同时,宜分设;
第三,特殊排水系统(如餐饮等)应设置独立的排水系统排出;
第四,平面大且底层水平敷设的排水出户管过长时,可在地上部分(或裙房)的楼层高位水平
转移至靠近基地的最外边沿再设法出户;
第五,底层一定要单独排水。

《建水标》第5章规定:雨水排水系统有重力流和压力流两种。其中,:87型雨
水斗系统设计可按现行标准《建筑屋面雨水排水系统技术规程》CJJ142的规定执行。这条规定了,
当采用87型雨水斗系统时,是需要按照另外一本规程执行的,而《建水标》中未详述这个内容。在《建
筑屋面雨水排水系统技术规程》,明确说明雨水在介于重力流和压力流之间过度
流态的情况下,采用87(79)型雨水斗比较适合。《建水标》:不同排水特征的
屋面雨水排水系统应选用相应的雨水斗。,进一步明确了采用不同雨水排
水系统时,采用雨水斗的形式问题。

国外研究认为,重力流排水系统存在终限流速。因此,重力流排水系统一旦达到终限流速,流
速就趋向稳定状态,理论上没有消能的必要。但雨水排水经常会碰到超重现期设计标准的情况,哪
怕按照重力流排水系统设计了溢流设施后,遇到超重现期设计标准的降雨时,从重力流满溢至溢流
设施的过程中,是否没有终限流速这个理论了?是否依然可以不消能?这方面还有待深人研究。一
般认为:在管道安装牢固后,消能意义不大,而且消能装置或消能水箱等设置的位置反而有安全的
隐患;同时,尽管消能后,管道安装固定的部件数量和强度可以适当降低,但是工程中并没有因为
可以降低而减免或减少,所以造价是增加的。根据调研,目前国内已建的300m以上的超高层建筑
物设置消能设施的并不多。10年前,笔者进行了相关的实验探究,验证了重力流雨水排水系统中
终限流速是存在的,因此,笔者认为消能设施可以不设。
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ni暨学术交流会I


《建水标》中对屋面坡度以及设计雨水流量有特殊的规定,,%
的斜屋面或采用内檐沟集水时,。一般分析:存在较大坡度的斜屋
￣,这与斜屋面面积和坡度有关,
研究认为集流时间取3min为宜,且3min集流时间内平均降雨强度是5min集流时间内平均降雨强
￣。因此,%的斜屋面或采用内檐沟集水时,
的系数,以加大排水能力,防止天沟泛溢。
《民用建筑设计统一标准》:屋面采用结构找坡时不应小于3%,
采用建筑找坡时不应小于2%。从该条可理解:屋面找坡排水不是针对斜屋面,反之,如果是斜屋
面的话,根本已经无需土建专业再找坡了。但屋面坡度毕竟有大有小,为简化工程设计计算,《建
一“15”
水标》,该值相对较大,坡度小时,雨量算出来是偏大的,
但偏重安全。可如果坡度特别大时,?客观讲,精准的研究还未到这个程度,同
样从《民用建筑设计统一标准》GB50352表6_14_2中了解到屋面排水坡度的取值范围是非常大的,
30%￣50%的情况都有,如果真有这么大时,单靠给排水专业的排水设施已经很难控制,对于大坡
度斜屋面设计的建筑,多有采用自由散水方式排水。针对超高层大型商业综合体建筑的坡屋面,一
般认为屋面面积较大,沿坡向方向的长度也长,建筑高度也较高,哪怕坡度大于20￣30%也需要设
法解决水流从高空溢出的情况。由于沿坡向方向的长度比较长,通常可以设置多条拦截雨水天沟,
减少末端的雨水排水压力,也可以在末端适当降低坡度,增大天沟截面等措施排除雨水。

《建水标》。%的斜屋
面雨水量计算时,,已超过100年重现期时,怎么设计比较好呢?有这么几个建议:
其一,重要的建筑物,取大值;其二,如果建筑物屋面有内凹结构,应考虑超重现期的排水,并应
对此进行结构核算,另外,还应设置屋面积水超警戒水位的报警系统;其三,影响重大的建筑物,
屋面雨水排水系统设计时提高标准本就合理,标准只是规定了最低的设计要求。

、集成化和标准化
根据调研,给排水系统和设备都有朝智能化、集成化、标准化三个方向发展的趋势。其中,大
型系统或设施有智慧泵房(机房)、真空排水、新鲜热水站等;小型设施有成品隔油装置、成品污
水提升装置、成品排水泵站;即便如热交换器这类比较大型而复杂的设施也在同步革新。相信随着
装配式建筑的不断发展,随着人工智能技术的不断提高,给排水系统或设施的发展速度还会更快。

室内真空排水系统是一种室内排水系统的重大变革。上海早在本世纪初的新上海南站建设中初
次对室内真空排水系统的应用做出了探索,几乎同时上海n赛车场对室外真空排水系统的应用也
开展了研究。近些年,这项新技术在大型地下商业建筑、大型体育场馆以及医院等项目中逐步得到
论文集/011:.
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p
应用,并得到用户认可。尤其在地下室人防区域顶板的上方设有大量排水设施时,可以采用室内真
空排水系统直接提升至室外;此外,在卫生防疫领域,该技术全封闭化运维的特点,基本杜绝了疾
病传染的可能,具有显著的优势;再有,采用该系统特别适用于长距离输送生活排水,在大型商业
综合体从室内排水点至出户处长达数l〇m,甚至上百米的情况下,依然能够发挥出色的排水能力q
该系统的优势主要有:新建及改建建筑中,卫生设施及管道安装便捷快速;卫生防疫领域中,
大量减少交叉感染风险;相比传统排水系统,具有超高的节水能力;系统设计干净无味,环保卫生;
空间布置灵活,不受上下楼层功能限制;地下空间能自由增设排水点位。
(如:水源、存储、输送及供水安全问题)

近年来,与给排水专业相关的消防设计规范都更新了,特别是{建筑设计防火规范》GB50016、《自
动喷水灭火系统设计规范》GB50084、《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974等。从内容看,
消防水源引入、消防水量储存、消防用水输送以及消防灭火系统的设计都提高了安全标准。

消防供水系统采用两路供水,对于大城市不是问题,但是对于小城镇或是比较偏远的地方相当
困难。对此,笔者认为满足如下三点才是正真意义上的两路供水,即:
第一,有两个市政给水厂通过各自的输水管网向同一城区的市政给水管网输水;
第二,且城区的市政给水管网已经成环布置;
第兰,应至少有两条不同市政给水干管上不少于两条引入管向建筑物的消防给水系统供水。
《消防给水及消火栓系统技术规范》,但没有
说明是两个给水厂,只强调了有两条输水管网,笔者建议给水厂也是两个;此外,同一路段的市政
给水干管上接入两条及两条以上的引入管不能严格算是两路供水。

规范规定:做不到两路供水就要存储一次灭火的消防水量,但国内除了上海等少数城市按照这
个规定做了,即两路供水能力均满足消防灭火要求时,不设消防水池;其他省份和地区尚未执行。
50m2
此外,超髙层商业综合体建筑体量都很大,需要重点关注万建筑规模这个限制指标。《消防

给水及消火栓系统技术规范》中条备注规定:当单座建筑总建筑面积大于万时,
。同时笔者需要强调:地下室连
通而地上不连通的建筑群也是单栋建筑。

超高层建筑消防用水大多采用串联供水的方式输送,输
送的供水管道至少为两根,如果采用中间转输水箱时,笔者
建议采用两个(见图5)。因此,从输送角度看,也是以安
f〇屮M减压水箱
全输送为首要原则的。供水的安全性应当等同于输送,无论
从屋顶消防水箱、中间的减压水箱及其相应的供水管道看,连通
都应至少为两组,并且每组的供水能力均应该满足一次消防
用水的要求(见图5)。图5消防输水及供水系统示意
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可见无论是输送还是供水,两组管道应连通,并在连通管道上设置阀门。但在实际工程中,系
统设计的变化还有很多,例如:中间水箱也可以选择合并设置。

目前有两个比较重要的文件与超高层商业综合体建筑相关:其一,国家公安部2018年4月10
“”
日发出了关于印发《建筑高度大于250m民用建筑防火设计加强性技术要求(试行)》的通知;
“”
其二,应急消〔2019〕314号关于印发《大型商业综合体消防安全管理规则(试行)》的通知。
通知中与给排水专业相关的重要规定有:
(1)大于250m的建筑高层主体内严禁使用液化石油气、天然气等可燃气体燃料。
(2)高度大于250m时,室内消防给水系统应采用高位消防水池和地面(地下)消防水池供水。
高位消防水池、地面(地下)消防水池的有效容积应分别满足火灾延续时间内的全部消防用水量。
高位消防水池与减压水箱之间及减压水箱之间的高差不应大于200m〇
(3)高度大于250m时,自动喷水灭火系统设计参数应按《自动喷水灭火系统设计规范》
GB50084规定的中危险级II级确定;洒水喷头应采用快速响应喷头,不应采用隐蔽型喷头;建筑外
墙采用玻璃幕墙时,喷头与玻璃幕墙的水平距离不应大于lm〇
(4)高度大于250m时,电梯机房、电缆竖井内应设置自动灭火设施;在楼梯间前室和设置室
内消火栓的消防电梯前室通向走道的墙体下部,应设置消防水带穿越孔,消防水带穿越孔平时应处
于封闭状态,并应在前室一侧设置明显标志。
5型理已入且5m2
()大商业综合体消防安全管规则适用于建成并投使用建筑面积不小于万的
商业综合体,其他商业综合体可参照执行。
(6)大型商业综合体中,餐饮场所使用天然气作燃料时,应当采用管道供气;设置在地下且
150m275
建筑面积大于或座位数大于座的餐饮场所不得使用燃气。

(1)首先应确认整个建筑物的建筑规模(建筑总面积)和建筑高度;
(2)了解和确定市政给水管网的供水能力(市政给水资料),并根据当地的规定,确定消防
水池的设置方式;
350m2
()根据建筑规模万为限,确定室外消防用水是否需要翻番;
(4)根据建筑高度是否超250m为限,确定是否需要执行《建筑高度大于250m民用建筑防火
设计加强性技术要求(试行)》的规定以及其他政府性消防规定;
(5)根据建筑规模、功能、布置间距以及业主对消防监控和运维的管理要求等,合理确定消
防水泵房的设置数量。一般消防水泵房按照一套设计比较经济合理,但泵房内水泵分设是比较常见
的。消防水泵分设虽然对消防监控和运维的管理增加了工作量,但对控制消防系统设计规模、提高
安全性、降低系统水损节约能耗等方面有明显优势,同时也便于不同物业部门的管控;
(6)根据规范确定适宜的消防灭火系统。


针对超高层商业综合体建筑,有必要重点介绍高压细水雾和IG100纯氮气这两种灭火系统。这
论文集/013:.
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