夏俊濤

摘要：建筑給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不管是舊項(xiàng)目改造還是新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，當(dāng)項(xiàng)目一到手，要想拿出合理優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，很關(guān)鍵的一步就是進(jìn)行系統(tǒng)分析。通過系統(tǒng)分析，為決策提供各種分析數(shù)據(jù)、各種可供選擇方案的利弊分析和可行條件等，系統(tǒng)決策的正確與否和系統(tǒng)分析的水平與質(zhì)量關(guān)系極為密切。

關(guān)鍵詞：建筑給排水； 系統(tǒng)可靠性；給水；消防；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號： S276 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

1、系統(tǒng)可靠性的基本概念

所謂建筑給排水系統(tǒng)的可靠性是指建筑給排水包含的各個系統(tǒng)在規(guī)定的使用條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)完成其預(yù)定功能的能力?？煽啃缘哪康木褪潜M可能設(shè)計(jì)與制造不發(fā)生故障的系統(tǒng)，而這又恰恰是系統(tǒng)工程方法的可靠性技術(shù)。可靠性研究的目的是實(shí)現(xiàn)可靠性工程優(yōu)化。系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)本身就是系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。除了對一個已經(jīng)存在的工程系統(tǒng)用可靠度概念進(jìn)行評估外，對可靠度追求和把握的另一個原因是人們需要結(jié)合可靠度和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 2、系統(tǒng)可靠性模型分析

2.1 串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型分析

如果系統(tǒng)由兩個或兩個以上組分組成，其中任何一個組分發(fā)生故障就使系統(tǒng)失效，這樣的系統(tǒng)的可靠性模型就是串聯(lián)模型。假設(shè)一個系統(tǒng)有n個組分，每個組分對應(yīng)的失效率是 、…，對于串聯(lián)系統(tǒng)，各組分是相互獨(dú)立事件，根據(jù)概率論知系統(tǒng)的可靠度應(yīng)該是各組分可靠度之積。即系統(tǒng)可靠度R為

由于各單元的可靠度均小于 1，故整個系統(tǒng)的可靠度會小于各單元的可靠度，且串聯(lián)的單元越多，系統(tǒng)的可靠度就越小。

2.2 并聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型分析

如果系統(tǒng)的各組分，其中任何一個失效都不影響系統(tǒng)工作，只有全部都失效時系統(tǒng)才失效。這樣的系統(tǒng)，它的可靠性模型是并聯(lián)模型，在并聯(lián)模型中，由于每個組分都失效時系統(tǒng)才失效，所以系統(tǒng)的不可靠度 F 等于組分不可靠度的乘積，

系統(tǒng)可靠度

并聯(lián)系統(tǒng)多半是一種帶后備的情況。如兩臺水泵并聯(lián)工作，其中一臺失效，并不影響另一臺的正常工作，不致影響系統(tǒng)運(yùn)行。并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度大于各單元的可靠度。需注意的是，并聯(lián)系統(tǒng)指的是邏輯圖上的并聯(lián)，與安裝圖上的并聯(lián)有時并不一致。如串聯(lián)的止回閥或閘閥在邏輯圖上則是并聯(lián)系統(tǒng)。

2.3 復(fù)合系統(tǒng)可靠性模型分析

給水系統(tǒng)各組分的可靠性的相互關(guān)系，也可以構(gòu)成，先串聯(lián)后并聯(lián)的串并聯(lián)模型，或者先并聯(lián)后串聯(lián)的并串聯(lián)模型。當(dāng)各組分的可靠度相同，全是R時，

串并聯(lián)模型系統(tǒng)可靠度為：；二并串聯(lián)模型系統(tǒng)的可靠度是：。其中 n 與 N 分別為串聯(lián)與并聯(lián)的組分?jǐn)?shù)。

3、建筑給排水系統(tǒng)基于可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

在此我們可以從以下這幾個方面著手，探討如何改進(jìn)建筑給排水系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)行給排水系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 管材

在設(shè)計(jì)過程中，做到既保證系統(tǒng)的供水可靠度，又能控制管材的成本，或者在同樣工程成本的前提下，提高系統(tǒng)的供水可靠性，如何進(jìn)行管材的選用就成了擺在我們每個工程師面前的一個難題。

3.1.1選用原則

1）技術(shù)方面：①管材應(yīng)有省級政府衛(wèi)生部門頒發(fā)的生產(chǎn)許可證。②管材應(yīng)有制造標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)程。我國給水管材有不同等級的制造標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)程。一般具有技術(shù)手冊或其他形式的認(rèn)證，提供給設(shè)計(jì)人員選用依據(jù)及設(shè)計(jì)參數(shù)。③管材及管件應(yīng)規(guī)格齊全，可系統(tǒng)配套，亦可與不同材質(zhì)的管材連接。④管材供貨廠商有相應(yīng)的技術(shù)支持能力，包括對管材各種技術(shù)參數(shù)的說明及澄清、指導(dǎo)安裝、試水、驗(yàn)收、售后服務(wù)等。

2）經(jīng)濟(jì)方面：①價格性能比。②與建筑物檔次相適應(yīng)。③業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)理單位對管材的認(rèn)識及接受程度。成熟的設(shè)計(jì)師會根據(jù)工程及業(yè)主的需要綜合考慮技術(shù)及經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)因素來決定管材的設(shè)計(jì)選用。

除了上述兩方面外，在選用管材時，我們還應(yīng)根據(jù)綜合考慮管材安裝的難易程度以及就地取材的因素。

3.2 給水系統(tǒng)

給水系統(tǒng)是旨在提供優(yōu)良服務(wù)的開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，人民生活水平的提高，水源的匱乏，也要求給水系統(tǒng)不斷提高其功能作用水平并可以生發(fā)出新的功能，如水質(zhì)保證、實(shí)時供水及降低能耗、漏耗等。給水系統(tǒng)的可靠性同樣包含水力（水壓、水量）和水質(zhì)兩個方面。

隨著高層建筑的快速發(fā)展，二次供水系統(tǒng)日益增多，它給生活供水帶來了方便，但同樣帶來了二次污染的潛在威脅，二次供水污染問題早已引起了社會各界的關(guān)注。在進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該具備衛(wèi)生意識，盡量避免出現(xiàn)水質(zhì)污染問題，下面列出了常見的幾個導(dǎo)致水質(zhì)污染的原因：

a)生活水箱與消防水箱混用，使二次供水受到污染；b) 儲水箱容積過大，水箱儲水量超過正常生活用水量，水體停留時間過長，導(dǎo)致余氯耗盡，微生物生長繁殖。設(shè)計(jì)時要考慮儲水箱的大小，不易使水在水箱中儲存時間過長。c) 沒有考慮生活水池與化糞池等污染場所的相對空間位置，也未作相應(yīng)的防護(hù)措施，一旦出現(xiàn)滲漏，地下污水就會滲入水池污染水質(zhì)。設(shè)計(jì)中要注意二次供水設(shè)施與周圍環(huán)境的相對位置，防止?jié)撛诘奈廴驹?。d) 高位水箱的出水口設(shè)計(jì)不合理，高于池底，池中水不能排凈，微生物繁殖，造成水質(zhì)污染。e) 蓄水池的進(jìn)水管、溢流管處理不當(dāng)或防護(hù)措施差，進(jìn)水管無蓋或密閉不嚴(yán)，溢流管根本就無防護(hù)措施，容易造成別的生物進(jìn)入水池污染水質(zhì)。f) 防倒流污染措施未嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，水質(zhì)污染的途徑很多，因倒流而造成污染是最常見的原因。設(shè)計(jì)中應(yīng)避免出現(xiàn)漏設(shè)或誤設(shè)等現(xiàn)象，如將應(yīng)設(shè)置倒流防止器的地方設(shè)置成止回閥。g) 二次供水系統(tǒng)缺乏必要的消毒設(shè)施。h) 生活飲用水管道與非飲用水管道標(biāo)識不明或無標(biāo)識。生活飲用水與非飲用水管道應(yīng)有明確標(biāo)識，及應(yīng)有相應(yīng)的防護(hù)措施。

3.3.消防系統(tǒng)

一般來講，消防系統(tǒng)由消防水源、水泵閥門、管網(wǎng)、報警閥、滅火設(shè)備（噴頭或消火栓）、屋頂水箱等部分組成， 這些組成部分構(gòu)成一個串聯(lián)系統(tǒng)，其可靠度為

這里的模型是可靠性的結(jié)構(gòu)模型，并非部件連接的物理模型。只要其中一個部件發(fā)生故障，整個消防系統(tǒng)都不能正常工作。要提高整個系統(tǒng)的可靠度，優(yōu)化消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，僅就消防供水及消防給水方式兩個方面展開討論。

⑴ 消防供水

能否確保消防給水水源直接影響火災(zāi)撲救效果，建筑消防供水的可靠性會影響建筑撲救火災(zāi)的成功率。需要指出的是，這里所指的消防水源，我們可以將其含義引申為接入室內(nèi)消防管網(wǎng)前的消防供水，將從消防水源以及水泵接合器兩個方面探討。

①消防水源：消防給水水源可取自市政給水管網(wǎng)、天然水源和消防水池消防水源，

必須保證規(guī)定火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)的用水量。如果消防設(shè)施出現(xiàn)設(shè)備故障或操作不當(dāng)，整個消防供水設(shè)施就處于癱瘓，甚至連屬于市政供水壓力范圍內(nèi)的樓層都無法得到可靠的消防供水。為提高系統(tǒng)的可靠性，合理利用市政水壓，可以考慮如下做法：在自動噴水滅火系統(tǒng)中，在噴淋泵后、濕式報警閥前將市政給水管道并聯(lián)在噴淋泵的出水管上，同樣在消火栓系統(tǒng)中，也將市政給水管道并聯(lián)在消火栓泵的出水管道上，這樣，無論是人為因素或設(shè)備故障，市政供水都能靠自身壓力進(jìn)入消防管網(wǎng)，直接撲滅屬于市政供水壓力可達(dá)樓層的火災(zāi)。但進(jìn)水管道上要安裝止回閥，防止噴淋泵啟動后出水倒流到市政管網(wǎng)中，同時又起到防止污染生活飲用水的作用。

②水泵接合器的設(shè)置：按規(guī)范要求通常在消防車供水壓力范圍內(nèi)的每個消防分區(qū)都設(shè)置水泵接合器。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，許多設(shè)計(jì)人員往往將所有的水泵接合器集合起來，設(shè)在一處，這是很不合理的，應(yīng)分開設(shè)置，水泵接合器之間的距離一般不宜小于 15m，以便于消防車在現(xiàn)場展開滅火工作。

此外，在連接水泵接合器時應(yīng)注意，應(yīng)將水泵接合器接在室內(nèi)消防管網(wǎng)與消防環(huán)管相連接處的止回閥靠室內(nèi)消防管網(wǎng)一側(cè)。否則容易出現(xiàn)的一個問題是，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，消防車從室外消火栓吸水加壓后，打入水泵接合器的消防水在室外消火栓和水泵接合器間循環(huán)，經(jīng)加壓后的消防水不能進(jìn)入室內(nèi)消防管網(wǎng)，導(dǎo)致室內(nèi)消防系統(tǒng)水壓和流量不能滿足要求。

⑵ 消防給水方式

高層建筑的火災(zāi)撲救以自救為主，高層建筑消防以室內(nèi)消防為主，室內(nèi)消防管網(wǎng)要保證消防需要的水量和水壓都時刻處于臨戰(zhàn)狀態(tài)。因此室內(nèi)消防給水系統(tǒng)采用常高壓、穩(wěn)高壓或臨時高壓給水系統(tǒng)?；馂?zāi)時消火栓系統(tǒng)一般考慮相關(guān)層消火栓同時工作，若在分區(qū)中界面發(fā)生火災(zāi)時就要求高低區(qū)消防水泵同時工作。整個設(shè)計(jì)的配電負(fù)荷應(yīng)按高低區(qū)消防水泵同時工作配置，而高低區(qū)消防水泵均按室內(nèi)消防用水量設(shè)計(jì)。故當(dāng)分區(qū)中界面發(fā)生火災(zāi)時，實(shí)際消防流量比設(shè)計(jì)流量要大。為保證系統(tǒng)的安全性可靠性，應(yīng)采取一定的技術(shù)措施。

在減壓閥前后應(yīng)安裝壓力監(jiān)控裝置，同時能將壓力狀況傳送至消防控制中心以便及時察看減壓閥的工作狀況。當(dāng)減壓閥失靈后遠(yuǎn)傳壓力變送器將壓力信號傳至消防控制中心，中心接到報警后能及時派人檢修。使用減壓閥應(yīng)采取保證水質(zhì)的技術(shù)措施。一般做法是在閥前安裝過濾器且對減壓閥前管道的材質(zhì)亦需相應(yīng)提高要求。減壓閥采取備用措施，即采取一用一備的減壓閥組。消防給水方式的選擇要根據(jù)工程具體情況由與之相關(guān)的各種因素綜合評價。通過對高層建筑消防系統(tǒng)進(jìn)行合理的豎向分區(qū)以及選擇經(jīng)濟(jì)合理的給水方式，有利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行并可節(jié)約初期投資節(jié)約能源和減少運(yùn)行費(fèi)用。

4、結(jié)語

建筑給水排水工程發(fā)展至今，正逐漸成為一門相對獨(dú)立的工程學(xué)科。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，大體量、多功能、超高層建筑的出現(xiàn)，對建筑給水排水設(shè)計(jì)提出了新的要求。深入研究建筑給水排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，總結(jié)其優(yōu)化的指導(dǎo)思想、評價指標(biāo)、優(yōu)化程序，在此基礎(chǔ)上從系統(tǒng)可靠性角度探討如何優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且針對建筑給水排水常用的各個子系統(tǒng)，分別進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，以供在設(shè)計(jì)中參考，選擇最優(yōu)方案。