史永強 中鐵十五局集團城市建設工程有限公司助理工程師

為了有效緩解城市土地資源的供需矛盾，降低城市發(fā)展過程中空間使用成本，越來越多的地區(qū)在城市發(fā)展中，將超高層建筑納入整體規(guī)劃中。根據(jù)相關研究機構(gòu)公布的數(shù)據(jù)，2020 年，我國超過300 m 的超高層建筑達到99 座，居世界第一。超高層建筑數(shù)量的增多以及規(guī)模的擴大，在很大程度上緩解了土地供需矛盾等問題，但是巨大的工程量和超高的建筑高度，對于給排水等配套設施提出了更高的要求[1]?；诔邔咏ㄖ椒€(wěn)運行的要求，應當在現(xiàn)有設計經(jīng)驗的基礎上綜合考量各類因素，采取必要的技術(shù)舉措，推動超高層建筑配套設施的穩(wěn)步升級，確保其服務功能的充分實現(xiàn)。

1 超高層建筑給排水設計概述

對超高層建筑給排水設計內(nèi)容、設計要點進行系統(tǒng)性梳理，有助于設計人員在思維層面形成完備的觀念認知，精準把握超高層建筑給排水設計的基本要求，突出給排水設計技術(shù)應用重點領域，確保給排水設計方案的整體效果。

1.1 超高層建筑給排水系統(tǒng)組成

超高層建筑給排水系統(tǒng)主要由給水、排水以及消防等模塊組成，采取氣壓罐供水和高水箱供水等方式，實現(xiàn)水資源的區(qū)域性調(diào)配，以滿足不同場景下的使用需求。具體來看，氣壓罐供水是通過持續(xù)性的壓力輸出將給水傳送到供水點。在此過程中，如果管道內(nèi)的壓力處于較低的范圍，氣壓罐中的離心泵將開始運轉(zhuǎn)，持續(xù)向管道內(nèi)注水，確保水管壓力保持在合理的范圍內(nèi)，當水管內(nèi)氣壓達到規(guī)定數(shù)值時，離心泵停止運轉(zhuǎn)[2]。高水箱供水是通過儲水以及調(diào)節(jié)水壓的方式來完成供水。當給水管道內(nèi)的水壓沒有達到預設參數(shù)時，調(diào)節(jié)罐在離心泵的驅(qū)動下，提高給水管網(wǎng)內(nèi)的水壓，從而快速完成給水任務。

超高層建筑排水系統(tǒng)主要采用了分流系統(tǒng)，依托分流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在保證排水效率的同時，減小整體能耗，避免產(chǎn)生額外費用。分流系統(tǒng)在設計過程中，需要設計人員采取水力計算的方式，對排水管道的流量進行分析，明確排水上限，避免盲目排水導致管道結(jié)構(gòu)性損傷。消防管道設計則采取減壓式的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以保證消防管道在結(jié)構(gòu)布局方面的獨立性，降低消防管網(wǎng)出現(xiàn)故障的概率，切實提升超高層建筑的消防安全屬性。

1.2 超高層建筑給排水設計要點

在超高層建筑給排水設計過程中，為確保設計方案的可操作性，實現(xiàn)給排水結(jié)構(gòu)功能的完整性，需要設計人員結(jié)合過往經(jīng)驗，精準把握給排水設計要點。由于超高層建筑整體垂直高度較高，靜水壓力較大，在供水管網(wǎng)設計環(huán)節(jié)，如果沒有很好地將其與建筑結(jié)構(gòu)進行分割，極有可能造成供水管網(wǎng)壓力過大，出現(xiàn)管道破損等情況，影響超高層建筑的正常使用[3]。例如，超高層建筑給排水管網(wǎng)的覆蓋面較大，為了滿足給水、排水需求，往往需要做好設備層以及管井等結(jié)構(gòu)的設計工作，通過科學布局給排水設施，確保給排水管道可以正常運轉(zhuǎn)。

超高層建筑結(jié)構(gòu)較為復雜，電氣設備分布范圍十分廣泛，在長期的使用過程中，出現(xiàn)火災風險的概率較大。為控制火災危害性，設計人員需要做好消防給水管網(wǎng)設計，通過相應的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升超高層建筑給排水系統(tǒng)的自救能力。與傳統(tǒng)建筑不同，超高層建筑人員較多，人口密度較大，需水量與排水量較大。在這種情況下，為了保證給排水管網(wǎng)的正常運轉(zhuǎn)，減少管網(wǎng)結(jié)構(gòu)故障的發(fā)生，無疑需要設計人員在管道壓力、管道結(jié)構(gòu)等方面作出相應的調(diào)整。通過這種方式，持續(xù)提升管道的防噪聲、防變形、防沖擊以及防滲漏能力，確保給排水設計方案充分滿足超高層建筑的使用需求。例如，超高層建筑的整體排水量較大，為了保證排水效果，部分設計人員采取了加大排水管道孔徑、延長排水管道長度等措施，實現(xiàn)排水的定向匯集以及定點排出。但是這種設計方式往往導致排水管道內(nèi)部壓力波動較大，影響管道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，造成排水管道使用壽命縮短等系列問題。

2 超高層建筑給排水設計的技術(shù)難題

超高層建筑自身獨特的屬性使給排水設計面臨更為復雜的環(huán)境。為保持給排水設計方案的有效性與合理性，確保給排水設計方案可以滿足超高層建筑的使用需求，有必要對給排水設計過程中面臨的主要技術(shù)難題進行梳理。

超高層建筑由于垂直高度較高，為保證水體可以快速達到供水點，往往采用高壓泵組和低壓泵組的供水方式。這種供水方案使得整個超高層建筑的給水壓力較大，導致給水管網(wǎng)在壓力作用下出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷的概率較大，無形中增加了超高層建筑給水管道的使用成本。超高層建筑給排水管網(wǎng)在使用過程中，暴露出用水高峰期水壓較低的情況。在某一時間周期內(nèi)，用水人數(shù)較大，需水量較大，導致超高層建筑頂部的水壓不足，從而影響用戶的正常使用。超高層建筑結(jié)構(gòu)布局較為復雜，給排水設計過程中，往往需要根據(jù)不同的場景，臨時調(diào)整給排水設計方案，這種臨時性的變更調(diào)整可能會導致超高層建筑水壓水量不足、水壓持續(xù)下降等情況。

3 超高層建筑給排水設計技術(shù)應用策略

在應用超高層建筑給排水設計技術(shù)的過程中，設計人員應當著眼于實際，堅持問題導向、需求導向、結(jié)果導向，以科學性原則與實用性原則為框架，拓寬思路、創(chuàng)新方法，積極推動給排水技術(shù)的合理化應用，以全面提升超高層建筑給排水等配套設施的服務能力。

3.1 精準把握超高層建筑給排水設計要求

超高層建筑給排水設計過程中面臨一些技術(shù)性難題，需要妥善解決其中出現(xiàn)的給水壓力不穩(wěn)等系列問題。在開展給排水設計工作的過程中，應當著重做好相關設計工作，實現(xiàn)水氣混合兩相流通。具體而言，對給排水管網(wǎng)中的立管設計流量進行評估，借助系統(tǒng)化的立管設計流量核算，確保立管的最大流量不超過規(guī)定流量的上限，完成給排水管網(wǎng)管道的科學選型。同時，還需要做好管道消能處理，通過消能處理降低水流下降的速度，防止水流速度過快，對給排水管網(wǎng)帶來額外的損傷，進而影響管網(wǎng)的使用壽命。

為實現(xiàn)水氣混合，保證管網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，設計人員可以在超高層建筑給排水系統(tǒng)的相關位置增加專用的通風立管，借助通風管道來提升給排水管道內(nèi)部的壓力調(diào)控能力，減少負壓情況的出現(xiàn)概率，保證給排水管道內(nèi)的空氣可以相互流通，實現(xiàn)水質(zhì)的保障與改善[4]。為保持給水供給能力，設計人員可以采取變頻泵，實現(xiàn)水壓與供水高度的有效匹配。同時，合理安排避難層的空間布局，實現(xiàn)輸送泵與輸水箱的有效設置。

3.2 完善超高層建筑消防給水系統(tǒng)設計方案

為了保證超高層建筑的消防安全，提升給排水管網(wǎng)的消防自救能力，在整個給排水系統(tǒng)設計過程中，設計人員應當針對性地做好消防給排水系統(tǒng)設計工作，逐步建立完善的消防給水模式。實際設計環(huán)節(jié)，設計人員應當根據(jù)《高層民用建筑設計防火規(guī)范》的相關規(guī)定，采取特殊的消防策略，做好消防給水設計方案的備案審核工作。例如，當高層建筑的整體高度達到250 m 時，設計人員需要根據(jù)建筑的空間布局制定特殊的消防策略，并上報消防主管部門進行審核論證，審核通過后組織實施。

在明確設計基本框架與主要流程后，設計人員應當根據(jù)超高層建筑的消防設計要求，對消防給水系統(tǒng)的主要參數(shù)作出相應的調(diào)整。例如，在超高層建筑的相關位置設置消防栓箱，同時設置噴淋系統(tǒng)，強化超高層建筑對于小規(guī)?；馂牡膽碧幹媚芰Α娏芟到y(tǒng)在設計過程中，不僅需要結(jié)合高層建筑的整體空間布局，對水泵、閥門以及管路開展合理安排，確保噴淋系統(tǒng)的覆蓋范圍以及應急能力，還需要提高噴淋系統(tǒng)的抗壓能力，以應對超高層建筑給水壓力過大的問題，保證噴淋系統(tǒng)各類組件的高效、平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

現(xiàn)階段，綜合考量各種因素，噴淋系統(tǒng)中水泵、閥門以及管道的壓力參數(shù)應當保持在2.5 MPa，選擇的管路應當以無縫鋼管為主。通過設備性能參數(shù)的穩(wěn)步提升，可以較好地兼顧噴淋系統(tǒng)的實用性與穩(wěn)定性?；诔邔咏ㄖ老到y(tǒng)有序運轉(zhuǎn)的要求，設計人員可以在地下室內(nèi)設置泵房?？紤]到消防供水差異較大，對于水泵可以開展單獨設置，并且運用高低水壓來進行壓力劃分，確保消防供水系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中，水泵高低區(qū)可以共同啟動，同時確保超高層建筑消防系統(tǒng)的水壓符合預期[5]。

4 BIM 技術(shù)在超高層建筑給排水設計中的應用

超高層建筑給排水項目在設計過程中，需要充分利用BIM 技術(shù)，完成設計方案的論證與模型的構(gòu)建，持續(xù)提升超高層建筑給排水設計結(jié)果的有效性與精準性，確保設計方案達到預期要求。具體來看，設計人員根據(jù)設計任務書建立BIM 模型，根據(jù)相關設計參數(shù)以及設計要求形成相對完備的裝飾建筑模型。模型中涵蓋了室內(nèi)裝飾的主要構(gòu)件等多種要素，逐步模擬出空間狀態(tài)，實現(xiàn)設計方案的直觀化。

BIM 技術(shù)可以對設計方案的物理屬性作出評估，對空間內(nèi)采光、通風、聲學以及色彩等要素展開分析，根據(jù)分析結(jié)果不斷調(diào)整設計方案，在保證設計方案質(zhì)量的前提下壓縮設計周期，降低設計方案變更的概率，為項目工程量的管控提供便利條件。在完成設計方案確定后，設計人員根據(jù)相關要求，依序做好綜合碰撞檢查。檢查過程中，設計人員需要確立綜合化的評估體系，對超高層建筑給排水不同要素開展針對性調(diào)整，尤其注重做好特殊結(jié)構(gòu)相關信息的記錄，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的參數(shù)化處理。

各項綜合碰撞檢查工作完成后，生成二維裝飾施工圖。在這一過程中，充分利用Revit軟件組建相應的施工模型，這種施工模型與BIM 裝飾施工圖紙有著較強的內(nèi)在關聯(lián)性。當設計人員根據(jù)施工要求，調(diào)整Revit 模型的相關數(shù)據(jù)后，可動態(tài)調(diào)整制圖模型，縮減了中間環(huán)節(jié)，實現(xiàn)工作效率的穩(wěn)步提升。同時，BIM技術(shù)與Revit 軟件聯(lián)合使用，支持手工圖形繪制操作，設計人員可以根據(jù)需要在圖紙的相關位置標注文字注釋或者相關說明，以更好地提升設計方案的可行性，推動超高層建筑給排水項目后續(xù)活動的順利開展[5]。

BIM 技術(shù)在超高層建筑給排水項目中的應用可以持續(xù)提升項目管理工作的精細化管理水平，形成系統(tǒng)化、全面化的項目管理模式。例如，在施工進度管理過程中，管理部門組織人員利用BIM技術(shù)實時掌握項目的進展情況，將施工進展與設計方案進行橫向?qū)Ρ?，判定施工進度是否達到預期。對于施工進度較慢的建設項目，施工企業(yè)可以組織人員進入施工現(xiàn)場，實地掌握施工區(qū)域人員、設備以及材料的管理情況。通過綜合性評估，明確施工現(xiàn)場管理過程中暴露出的相關問題，以問題為導向，以需求為牽引，綜合考量各類因素，在BIM 技術(shù)框架下，有針對性地開展超高層建筑給排水施工現(xiàn)場管理工作。

針對部分施工體量較大、施工難度較高的超高層建筑給排水，施工人員可以充分借助BIM 技術(shù)對施工流程開展全方位的模擬。模擬過程中，通過物理碰撞以及規(guī)則碰撞等方式，測試模擬施工流程的可行性，論證施工流程是否可以在保障施工質(zhì)量的前提下壓縮施工周期，保證施工進度。在這一過程中，管理人員利用計算機技術(shù)持續(xù)記錄建筑工程項目的節(jié)點數(shù)據(jù)，抓住項目施工管理的重點要求，通過科學把控管理重點，使施工企業(yè)在物料選型、購買以及管理等環(huán)節(jié)可以更好地開展管理工作，從源頭上杜絕質(zhì)量問題的發(fā)生，實現(xiàn)超高層建筑給排水質(zhì)量的科學管理，同時確?？梢栽谝?guī)定的時間內(nèi)，快速完成項目施工任務。

5 結(jié)語

超高層建筑給排水設計對于建筑物內(nèi)部水資源管控能力的提升大有裨益。為發(fā)揮給排水系統(tǒng)的經(jīng)濟價值與社會價值，實現(xiàn)設計方案的經(jīng)濟性、美觀性以及實用性，嘗試從多個角度出發(fā)，通過有效整合技術(shù)資源，持續(xù)增強給排水設計方案的有效性，確保給排水各類設施的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。