北京奥体南区超高层建筑的给排水设计

北京奥体南区超高层建筑的给排水设计

孙路军，魏鹏飞，黄山

(中国中建设计集团有限公司<直营总部>，北京100037)

摘要：目前工程设计中遇到的超高层建筑越来越多，但相关规范中对超高层建筑设计的条文规定较少，超高层建筑的设计一直是困扰设计人员的难点问题。就奥体南区3#地综合开发项目（超高层）的给排水及消防系统设计进行详细介绍，以供业内人员参考。

随着国民经济的快速发展，国内各地区的新建民用建筑，尤其是在土地供应紧张的大中型城市，高层和超高层建筑占了很大比例。如何合理地进行给排水及消防系统设计，对高层和超高层建筑日常运行的经济性以及消防系统安全可靠的运行有着重要的意义。

1 项目概况

奥体南区3#地项目位于北京北部中轴线上，在北京奥林匹克公园南侧，北邻鸟巢、水立方等地标建筑，地理位置较为重要。建筑方案由美国SOM设计公司设计，香港柏诚机电公司担任机电设计顾问。2010年开始方案设计， 2012年底完成施工图设计，预计2015年初正式投入使用。

该项目总建筑面积为147 082 m²，建筑主楼总高度为166 m，裙房为12.9 m。地下室共4层，其中地下四层至地下二层为地下汽车库及机电设备用房(地下三、四层部分防火分区兼作人防物资库)，地下一层、地下夹层为机电设备用房、职工食堂及厨房、自行车库、卸货区等；地上建筑主楼共37层，首层为办公大堂，二层为存档中心及数据中心，三层至三十三层为办公区（其中十一层为设备层及避难层、二十一层为设备层、二十二层为避难层），三十四层至三十七层为贵宾办公区。三十七层上方为屋顶设备层。裙房共两层，首层为银行、信访办及多功能厅，二层为银行。

本工程设有生活给水系统、中水系统、热水系统、生活排水系统、雨水系统、室外消火栓系统、室内消火栓系统、自动喷洒灭火系统、水喷雾灭火系统、大空间智能自动灭火系统、有管网气体灭火系统。

2 系统介绍

2.1 生活给水系统

本工程由项目南侧的奥体南区3号路及西侧的奥体南区4号路上的两条市政自来水管引入小区两条DN200给水管道在小区红线内形成DN200环状管网，供本工程生活用水及室外消防用水。两条市政引入管设总水表及倒流防止器,市政给水管网供水压力为0.18 MPa。最高日用水量(不含中水量)为628 m³/d，最大小时用水量为72 m³/h。

地库、商业业态系统的给水分区如下：a.地下四层至首层，由室外市政给水管网直接供水；b.裙房二层由B4生活水泵房内的加压一区生活变频给水设备及水箱联合供给；c.裙房屋顶设开式冷却塔，补水水量为37.2 m³/h，由设置在地下四层生活水泵房内的冷却塔变频调速供水泵组及生活给水与冷却塔补水合用水箱联合供给；裙房北侧室外设闭式冷却塔，补水量为1.5 m³/h，其补水箱设于21层避难层，补水由加压三区生活变频给水泵组供给。

办公业态系统的给水分区如下：a.首层由室外市政给水管网直接供水。b.F2~F10为加压一区，由设置在B4生活水箱间内的加压一区生活变频给水设备及水箱(有效容积为150 m³)联合供给；其中F2~F9在支管设置可调式减压阀减压供水。c.在B4生活水箱间内设置生活给水转输泵组，21层生活水箱间内设置生活转输水箱,有效容积为26 m3。d.F11~F16为加压二区，由设置在F21生活水箱间内的生活转输水箱重力供给。其中F11~F15在支管设置可调式减压阀减压供水。e.F17~F27为加压三区，由设置在F21生活水箱间的加压三区变频给水设备供水；其中F17~F26在支管设置可调式减压阀减压供水。f.F28~F37为加压四区，由设置在F21生活水箱间内的加压四区生活变频给水设备及水箱供给。其中F28~F36在支管设置可调式减压阀减压供水。

在生活水箱总出水管上设置紫外线消毒器对生活用水进行消毒。生活给水管道选用钢塑复合管（内衬塑PE），工作压力为1.6 MPa；管径≤DN80时采用丝扣连接方式，管径＞DN80时为沟槽连接方式。卫生间等处给水采用PPR管，工作压力为0.9 MPa，冷水采用S4系列，采用热熔连接方式。

2.2 生活热水系统

本建筑热水设置部位有：顶层贵宾办公区，地下一层内部职工食堂及外营食堂的厨房及淋浴部位。

本工程最高日热水（60 ℃）用水量为30 m³/d，最大小时用水量为9.75 m³/h。设计小时耗热量为650 kW。其中，贵宾办公厅部分设计小时耗热量为336 kW，职工食堂部分设计小时耗热量为146 kW，外营食堂部分设计小时耗热量为168 kW。

地下一层两个厨房及贵宾办公区采用集中热水供应方式。地下一层厨房热源由市政热力提供130 ℃热水作热媒，回水温度为70 ℃；在市政热网检修期采用电辅助加热。贵宾办公采用太阳能热水系统，电辅助加热。因此本工程共设置三套热水换热系统：a.地下两个厨房分别由设置在地下三层换热站内各自的水-水半容积式换热器（内设电辅助加热系统）供给热水。b.34~37层贵宾办公室卫生间由设置在屋顶机房层太阳能换热站内2台水-水半容积式换热器（内设电辅助加热系统）供给热水。太阳能作为一次热媒（乙二醇），与半容积式换热器换为二次热媒（水），二次热媒在半容积式换热器内与水换热。太阳能板设置在机房层的屋顶上。c.各热水系统采用全日制机械循环，每套系统设两台热水循环泵，互为备用；热水循环泵的启、闭由设在热水循环泵之前的热水回水管上的电接点温度计自动控制(启泵温度为50 ℃，停泵温度为55 ℃)。d.每套系统换热器均设两台，单台换热器供热能力不小于设计小时耗热量的70%。

生活热水管道选用钢塑复合管（内衬塑PE-RT），工作压力为1.6 MPa；管径≤DN80时采用丝扣连接，管径＞DN80时采用沟槽连接。卫生间等处热水支管采用PPR管，工作压力为0.9 MPa，热水主管采用热水专用管材系列，热熔连接。

2.3 中水给水系统

根据建设方与中水供水单位签订的协议,本工程由项目西侧的奥体南区3号路中的市政中水管道引入红线内一条DN150中水管道，在红线内枝状敷设，供本工程冲厕、浇洒绿地道路、冲刷车库地面用水及室内消防用水。市政中水管网供水压力为0.18 MPa。

本工程最高日中水用水量为467 m³/d，最大小时用水量为59 m³/h。裙房夹层及办公二层及以上层为加压供水部分，加压部分最高日用水量为229 m³/d，最大小时用水量为34 m³/h。中水贮水量为60 m³，存储于中水水箱中。

中水系统分区分为地库、商业业态系统和办公业态系统。其中，地库、商业业态系统：a.地下四层至首层，由室外市政中水管网直接供水；b.裙房首层的夹层由设置在B4中水泵房内的低区中水变频给水设备及中水水箱联合供给。办公业态系统：a.首层由室外市政中水管网直接供水。b.在B4中水泵房内设置中水转输泵组，21层中水水箱间内设置中水转输水箱,有效容积为39 m³。c.F2~F10为加压一区,由设置在B4中水泵房内的一区中水变频给水设备及中水水箱联合供给。其中F2~F9在支管设置可调式减压阀减压供水。d.F11~F16为加压二区，由设置在F21中水水箱间内的中水转输水箱重力供给。其中F11~F15在支管设置可调式减压阀减压供水。e.F17~27为加压三区，由设置在F21中水水箱间的三区变频中水设备供水；其中F17~F26在支管设置可调式减压阀减压供水。f.F28~F37为加压四区，由设置在F21中水水箱间内的四区生活变频给水设备及水箱供给。其中F28~F36在支管设置可调式减压阀减压供水。

中水管道与给水管道用水设备要严格隔离，并要有明显标志防止误用:a.中水管道外壁应按有关标准的规定涂色和标志；b.水池（箱）、阀门、水表及给水栓、取水口均应有明显的“中水”标志；c.公共场所及绿化的中水取水口应设带锁装置；d.工程验收时应逐段进行检查，防止误接。

生活中水管道选用钢塑复合管（内衬塑PE），工作压力为1.6 MPa；管径≤DN80时采用丝扣连接方式，管径＞DN80时采用沟槽连接方式。卫生间等处中水支管采用PPR管S4系列，工作压力为0.9 MPa，采用热熔连接方式。

2.4 生活排水系统

本工程污、废水采用合流制，排水量为837.9 m³/d。室内标高在±0.000以上的排水由各自的排水管重力流排入室外排水管道，地下室排水排入集水坑并经潜水排污泵分别提升至室外排水管，经化粪池处理后排入市政污水管。公共餐厅厨房的含油废水须经器具隔油器，并经室外/室内隔油池、油脂分离器处理后排入市政排水管网。

排水管道（含通气管道）采用《建筑排水用柔性接口承插式铸铁管及管件》(CJ/T 178—2003)（RC型）铸铁管，为法兰连接方式，采用密封性能好的45°橡胶密封（要求承插接口具备抗震耐水压、抗径向抗轴向震动性能。抗轴向拔出性能）。裙房首层前厅及报告厅公共卫生间同层排水管材采用HDPE管，采用热熔连接方式。与潜污泵连接的压力排水管道采用内外壁热镀锌钢管，工作压力为1.0 MPa，管径≤DN80时为丝扣连接方式，管径＞DN80时为沟槽连接方式。

2.5 雨水系统

本工程建筑红线内场地雨水管道系统按重现期P=5年设计；主楼屋面、裙房屋面、自行车坡道、露天风道、露天泄爆口、开敞式地下楼梯间及车库入口的雨水管道系统按重现期P=50年设计。主楼屋顶雨水管道系统采用重力内排水系统，裙楼屋面采用虹吸雨水系统，统一收集利用。

在车库坡道顶端设置雨水沟排放坡道的雨水，防止雨水流入车库。坡道末端处雨水沟雨水排至集水坑，再由潜水泵提升至室外雨水管网；对于露天风井、楼梯间、自行车坡道及泄爆口等排水,在露天风道及泄爆口底部设置集水坑，再由潜水泵提升至室外雨水管网；露天风井雨水排水管穿风井时，做刚性密闭防水套管加严密封堵。

本工程部分室外人行、非机动车通行的地面采用透水地面，雨水渗排结合，回灌补充地下水；室内重力流雨水立管和悬吊管采用内外壁热镀锌钢管，工作压力为1.6 MPa，沟槽式或法兰连接。裙楼室内采用虹吸雨水系统时，管道采用HDPE管材，电熔对接。

2.6 室外消火栓系统

本工程由项目南侧的奥体南区3号路及西侧的奥体南区4号路上的两条市政自来水管引入小区两条DN200给水管道在小区红线内形成DN200环状管网，供本工程生活用水及室外消防用水。市政给水管网供水压力为0.18 MPa，可满足室外低压消防系统要求。本工程室外消防水量为30 L/s。环状管网上共设有若干套室外地下式消火栓，每个消火栓有DN65和DN100两种直径接口。室外消火栓间距不超过120 m，距消防道路边不大于2.0 m，距建筑物外墙不小于5.0 m，距消防水泵接合器不大于40.0 m。室外消火栓采用球墨给水铸铁管，橡胶圈接口，并设支墩。

2.7 室内消火栓系统

本工程采用市政自来水作为室内消防水源。在地下四层设置钢筋混凝土消防水池，有效容积为720 m³，分成两格可独立使用的消防水池。其中432 m³为室内消火栓用水量，满足室内一次灭火用水量的消防要求。

本工程按一类高层建筑综合楼设计，室内消火栓水量为40 L/s,火灾延续时间为3 h。消火栓系统竖向分三个区，其中B4~F21为低区，本区内利用减压阀竖向分为两个区，低A区为B4~F10,低B区为F11~F21层，火灾发生时由设置在地下4层的消火栓水泵及消防水池供给，平时由设置在屋顶设备层的18 m³消防高位水箱稳压。消火栓栓口压力超过0.50 MPa的设置减压稳压消火栓。F22~F37为高区，火灾发生时，B4消防泵房内的消防转输泵组向21层的162 m³消防转输水箱供水、由高区消火栓泵及转输水箱供给。平时由设置在屋顶设备层的18 m³消防高位水箱及消火栓稳压设备稳压。

为保证消火栓栓口出水压力不超过0.5 MPa，B4~F4、F11~F15、F22~F31采用减压稳压消火栓。消火栓将按规范要求安装于各楼层明显便于取用的地方，消火栓的间距能保证同层相邻两个消火栓的水枪充实水柱到达室内任何部位。充实水柱不少于13 m，每根消火栓立管的最小流量为15 L/s，消火栓箱内设启动消防泵按钮。

高低区消火栓系统各设三套地下式消火栓系统水泵结合器。低区直接与供水干管连接，高区的消防水泵接合器与消防转输水泵供水管相连至21层消防转输水箱。每套水泵接合器流量按15 L/s计。

室内消火栓管道采用内外壁热浸镀锌加厚钢管。管径≤DN80时采用丝扣连接，管径>DN80时采用沟槽连接，阀门、需拆卸部位采用法兰连接。

2.8 自动喷水灭火系统

本工程按规范设自动喷水灭火系统，地下车库按中危险级Ⅱ级设计（考虑机械停车改造可能）,地上办公部分按中危险级Ⅰ级设计，裙房多功能厅等净空高度在8~12 m的区域按高大净空场所设计，裙房商业部分按中危险级Ⅰ级设计，综合上述设计等级，系统用水量按50 L/s设计。

本工程采用市政自来水作为室内消防水源。本工程在地下四层设置有效容积为720 m³的钢筋混凝土消防水池，其中180 m³为自喷系统用水量，满足室内一次灭火用水量的消防要求。

本工程自动喷水灭火系统竖向分两个区，其中B4~F20为低区，火灾发生时由设置在地下四层的自喷水泵及消防水池供给，平时由设置在屋顶设备层的18 m³消防高位水箱稳压。报警阀设置在B4层消防水泵房、B2的消防报警阀间及F11的消防报警阀间内。本区内利用减压阀竖向分为两个区，其中：低A区为B4~F11，报警阀设置在B4消防水泵房及B2的消防报警阀间内；低B区为F12~F20，报警阀设置在F11报警阀间内。配水支管压力超过0.40 MPa的设置减压孔板减压。F21~F37为高区，火灾发生时，B4消防泵房内的消防转输泵组向21层的162 m³消防转输水箱供水、由高区自动喷洒泵及转输水箱供给。平时由设置在屋顶设备层的18 m³高位消防水箱及消防增压稳压设备稳压。本区内利用减压阀竖向分为两个区，其中高A区为F21~F29，报警阀设置在F21消防水泵房内；高B区为F30~F37，报警阀设置在机电设备层消防水箱间内。配水支管压力超过0.40 MPa的设置减压孔板减压。

自动喷水灭火系统共设置六套室外地下式水泵接合器，四套接入低区系统，两套接入消防高区转输管道供给至F21的消防水箱内，每套水泵接合器流量为15 L/s。

室内自动喷洒管道采用内外壁热浸镀锌加厚钢管。管径≤DN80时采用丝扣连接，管径>DN80时采用沟槽连接，阀门、需拆卸部位采用法兰连接。

2.9 大空间智能型主动喷水灭火系统

本工程主楼首层扶梯上方、贵宾办公部分及裙房多功能厅、艺术展廊等处为超过12 m的高大空间，其消防措施采用大空间智能型主动喷水灭火系统中的自动扫描射水高空水炮灭火装置保护。

采用ZSS-25型喷头，每个喷水流量为5 L/s，工作压力为0.6 MPa ，保护半径为20 m，最大安装高度为20 m。系统的设计流量按大厅6个水炮同时喷水计算为30 L/s。持续喷水时间为1 h，设计用水量为108 m³。同时21F消防转输水箱内储存0.5 h大空间智能自动灭火系统消防用水量，满足高大空间一次灭火用水量的消防要求。

发生火灾时，首层扶梯上方、裙房多功能厅及艺术馆廊等处的大空间灭火系统由设置在地下四层消防水泵房内的水炮供水泵供给。平时由设置在F21的消防水箱稳压；贵宾办公区大空间灭火系统由设置在F21消防水泵房内的水炮供水泵供给，平时由设置在屋顶消防水箱间的消防水箱稳压。

该系统共设置四套室外地下式水泵接合器，两套接入低区系统，两套接入消防高区转输管道供给至F21的消防水箱内，每套水泵接合器流量为15 L/s。

室内大空间智能自动灭火系统采用内外壁热浸镀锌加厚钢管。管径≤DN80时采用丝扣连接，管径>DN80时采用沟槽连接，阀门、需拆卸部位采用法兰连接。

2.10 水喷雾灭火系统

本工程地下一层柴油发电机设置水喷雾灭火系统保护，设计喷雾强度为20 L/(s·m²)，设计用水量为60 L/s，持续喷雾时间为0.5 h。

本工程在地下四层设置容量为720 m³的钢筋混凝土消防水池，水喷雾系统一次灭火用水量为108 m³，满足柴油发电机房一次灭火用水量的消防要求。

发生火灾时，系统由设置在地下四层消防水泵房内的水喷雾供水泵供给。平时由设置在21F避难层消防转输水箱稳压。

水喷雾给水管采用内外壁热浸镀锌钢管。管径≤DN80时采用丝扣连接，管径>DN80时采用法兰或沟槽连接。

2.11 气体灭火系统

本工程B1层1#、2#、3#变配电室，1#变配电室电缆夹层，应急发电机房控制室及F2数据中心，21F避难层变配电室等处设置气体灭火系统。本工程共设置三套有管网组合分配式IG541气体灭火系统,B1设置一套有管网组合分配式IG541分配式灭火系统，保护1#~3#变配电室、1#变配电室电缆夹层及应急发电机房控制室五个防护区。F2设置一套有管网组合分配式IG541分配式灭火系统，保护数据中心防护区。F21设置一套有管网组合分配式IG541分配式灭火系统，保护避难层变配电室。

设计灭火浓度为36.5%,当IG541混合气体灭火剂喷放至设计用量的95%时，其喷放时间不应大于60 s,且不应小于48 s。浸渍时间为10 min。

系统控制应包括自动、手动、应急操作三种方式。有管网气体灭火系统管材应采用内外壁热浸镀锌加厚钢管，管材及工作压力由专业厂家二次设计。

2.12 移动式建筑灭火器设置

地下部分按中危险级B类火灾在每个消火栓处及适当部位各配置两具手提式干粉(磷酸铵盐)灭火器，型号为MF/ABC5。地上部分按严重危险级A类火灾在每个消火栓处及适当部位各配置两具手提式干粉(磷酸铵盐)灭火器，型号为MF/ABC5。高低压变配电室等电气用房按中危险级E类火灾在房间内设置推车式干粉(磷酸铵盐)灭火器，型号为MFT/ABC20。

3 结语

相对于其他民用建筑，超高层民用建筑对给排水和消防系统设计的安全性及可靠性要求更高。希望通过对工程设计和施工中遇到问题的解决，充分理解规范的要求，根据所设计的建筑物的特点不断总结和完善设计技术及方法，达到设计安全、合理和经济的目的。（摘自：《中国给排水》杂志2015年第10期“设计经验”栏目）