1. 研究目的与意义（文献综述）

一、 国内外研究现状及发展趋势

随着建筑业的发展，建筑给水排水专业迅速发展，已成为给水排水中不可缺少而又独具特色的组成部分。我国建筑给排水积累了实践经验，借鉴了国外的新技术，专业技术有了明显的突破和发展, 其中消防给水系统在建筑给排水中的发展尤为突出。此外，我国建筑给排水产品设备的发展也促进了建筑给排水技术的发展。建筑给水排水技术的发展是与科研工作、工程实践(设计、安装)、产品开发等多方面有 关。近年来, 高层建筑给排水日趋增加, 例如上海在浦东建成的金茂大厦和上海国际环球金融中心。在产品开发上, 也不断引进先进国家的技术。为了使传统的给排水工程与社会可 持续发展在我国的经济条件下有机结合, 我国正积极发展水工业，作为给水排水工程在21世纪的新发展。

国内外对建筑给排水的研究目前主要集中在两个方向，分别是节水新技术和节能新技术。

2. 研究的基本内容与方案

一、 本课题研究内容

一、 设计任务

按照上级批准的设计任务书规定，新建一栋二十一层综合培训楼。

要求设计室内给排水工程与土建工程配套，具体项目为：

1、 室内给水工程

2、 室内排水工程

3、 室内热水工程（选做）

4、 室内消防工程

二、 设计文件及设计资料

1、 已获批准的设计任务书

2、 建筑给排水毕业设计指导书

3、 建筑给排水设计规范

4、 民用建筑设计防火规范

5、 高层民用建筑设计防火规范

6、 建筑提供的条件图（6张）

根据上级有关部门批准的任务书，拟在经武汉市修建一栋21层的综合性商住楼，总占地面积为1.8公顷，建筑面积20000平米左右，建筑高度68.400米。地下一层为设备用房。地上21层，一层为商场，二至三层为办公，四层是管道设备层，五至二十一层为客房，顶层有电梯机房。

7、 市政基础资料

该建筑物北侧道路下有市政给水管道，管径为DN400，常年可提供的资用水头为0.25MP，允许接管径为DN200，大楼40米范围无室外消火栓，污水管管径为DN600，管顶埋深为2.4米，雨水管管径为DN1200，管顶埋深为1.6米。

8、 气象资料

历年平均气温：16.72℃

最高：40.3℃

最低：-12.3℃

最大积雪深度：190mm

三、 设计成果

1、 毕业设计说明书（附计算书）

毕业设计说明书，计算书一般为50～90页（约2.5万～4万字），应包括目录，前言，正文，小节及参考文献等，学生必须用英文书写毕业设计摘要（约200～300字）。

在设计过程中，学生必须运用计算机进行大部分设计运算。

具体设计说明书的书写格式参见毕业设计指导书。

2、 毕业设计图纸

毕业设计图纸的数量不得少于15张。图面应布局合理，正确清晰，用工程字注文，符合制图标准及有关规定。

在绘图能力方面的要求：

（1） 至少有一张图纸用铅笔绘制

（2） 墨线图数量不得少于一张

（3） 尽量用计算机绘图

三、本课题研究方案

本建筑物所有给水排水均按高层建筑给排水要求进行设计。需要设计给水系统、排水系统、消防系统、热水系统几个部分，现对以上需要设计的系统进行分析定案。

1、给水系统

1.1本工程按一路市政供水管供水,供给地下贮水池,水压按0.25MPa。地下室不设生活给水系统。建筑内部生活用水分三个区：低区： 1层至4层用水，直接从市政管网取水；中区：第5至13层；高区：第14至21层，中、高两区用水由变频稳压泵，生活泵房及贮水池设在地下一层。

1.2屋顶消防水箱有生活变频供水装置补水，浮球阀控制进水。

1.3由《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第1.0.3条知：建筑高度小于24m的公共建筑或小于10层的住宅称为底层建筑；建筑高度高于或等于24m的公共建筑或高于或等于10层的住宅称为高层建筑。对于高层建筑而言生活给水系统由于其层数多、竖向高度大，为避免建筑低层配水点静水压力过大，需要进行竖向分区。

合理的确定高层建筑给水系统的竖向分区，关系到给水系统的运行、使用、维护、管理、投资节能等情况的效果，是高层建筑给水系统的首要环节。

目前，国内在高层建筑给水设计中，普遍都是以给水分区最低层配水点处最大允许静水压力值为依据，进行竖向分区的。我国《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第3.3.5规定，各分区最低卫生器具配水点处的静水压不宜大于0.45Mpa, 特殊情况下不宜大于0.55Mpa。

因此该给水系统分为3个区，1层至4层为低区，由市政管网直接供水；5到13层为中区；14到21层为高区，中区和高区由变频水泵供水。贮水池和水泵房设置在地下一层。

1.4对于分区三个以上的高层建筑，给水系统的供水方式应进行方案比较，方案比较可遵循供水技术可靠、经济合理的原则，从中选出两个可行性方案进行比较优缺点。给水系统竖向分为3区，其中低区由市政管网直接供水，中区和高区给水需进行二次加压，中区和高区给水方案比较如表所示。

中区、高区给水方案比较表

同时要对给水管网布置方式进行选择，给水系统按水平配水干管的敷设布置，可以布置成下行上给式、上行下给式和环状供水式三种管网方式。其主要优缺点见表。

管网布置方式

基于上述原由，初步拟定以下两个可行的给水方案进行比较选择。

方案Ⅰ：低区有市政管网提供，采用下行上给；中区、高区采用变频泵并联分区供水。

方案Ⅱ：中、高区采用水泵水箱减压阀分区给水方式，低区有市政管网直接供水，中、高区用水全部有设置在地下层的水泵提升至屋顶水箱，然后再分至各区的横管上，中区采用减压阀减压。

方案Ⅰ，优点：供水可靠；水泵布置集中，便于维护管理；不占建筑上层使用面积；能源消耗较省。缺点：水泵型号及台数较多；投资较大；水泵控制及调节较麻烦。

方案Ⅱ：优点：供水可靠；设备及管材较少，投资省；设备布置集中，便于维护管理，不占建筑上层使用面积，仅屋顶设置水箱。缺点：生活用水在水箱停用，对水质有影响，水泵扬程大提升管所承受的压力大，屋顶水箱对建筑结构有较大的要求。

方案比较：美观方面，方案Ⅰ屋顶因为不设置水箱较方案Ⅱ美观。经济方面，方案Ⅰ能源消耗较省，管网较简单，较方案Ⅱ经济。管理维护方面，方案Ⅰ水泵机组均设置在地下层管理方便，维护方便；方案Ⅱ水泵机组单一，管理维护方便，但需定时安排工作人员对屋顶水箱进行清洗。水质方面，方案Ⅰ较方案Ⅱ水质好，可达到生活饮用水水质的要求；而方案Ⅱ要在高位水箱的出口进行一定的处理或加强屋顶水箱的卫生管理，才可达到生活饮用水水质的要求。

基于上述原因，综合考虑，本设计选择方案Ⅰ，采用变频调速水泵的供水方式供水。变频调速水泵的控制方式，采用水泵出水管处压力恒定的方式来控制变速水泵，即在水泵的出水管上装置压力检出传送器，将此压力值信号输入压力控制器，并与压力控制器内原给定压力值相比较，根据比较的差值信号来调节水泵的转速。

低区给水系统利用市政管网压力直接供水，采用下行上给的供水方式，枝状管网、横干管敷设于地下室的天花板下。

中区、高区采用下行上给的供水方式，枝状管网、横干管分别敷设于4层和13的楼板下，主立管置于水暖井内。

1.5地下生活水池的确定

经计算得：低区用水量为10.26m³ ，中区用水量为167.76m³，高区用水量为149.63m³。

生活水池的容积计算：按最高日用水量的25%计算，水池只贮存中、高区备用水。

采用不锈钢水池，水池的规格为5×5×4=100m³

2、排水系统

2.1.中高区客房共17层，经计算立管流量4.16L/S，卫生间排水系统采用专用通气立管的排水系统，每层设结合通气管与污水立管相连，排水立管在设备层楼板下排水横干管处汇合，污水经地下室楼板下排出室外。低区公共卫生间设置侧墙通气，污水经地下室楼板下排出室外。一层卫生间污水单独排放。污水在室外汇合后经化粪池处理后排入市政污水管道。

2.地下室污废水汇集至集水坑，由潜水泵提升排出。地下层集水坑内设2台潜水泵，一用一备，交替运行，潜水泵由集水坑水位自动控制。

3.常用的建筑排水管材基本可分为两大类：金属管材与非金属管材。

建筑生活排水管道管材的选择，应综合考虑建筑物的使用性质、建筑高度、抗震要求、防火要求及当地的管材供应条件，因地制宜选用。管材选用应符合《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)第4.5.1条要求：

1、居住小区内排水管道，宜采用埋地排水塑料管、承插式混凝土管或钢筋混凝土管。

2、建筑物内排水管道应采用建筑排水塑料管及管件或柔性接口机制排水铸铁管及相应管件。

3、当排水温度大于40度时，应采用金属排水管或耐热塑料排水管。

尽管排水铸铁管的优点甚多，然而随着经济的迅猛发展,人们的生活水平、环保意识不断提高,传统的铸铁排水管材因为不能满足现代环保要求,已逐渐被淘汰。随着石油化工的飞速发展,石油深加工技术日趋完善,诞生了各种塑料排水管材,UPVC管材经济环保,资源来源丰富,有着诸多优异性能,因而被广泛应用,成为铸铁排水管的首选替代管材。

UPVC管材具有重量轻、耐腐蚀、强度较高等优点,因而在管道安装中应用广泛。在正常情况下,其使用寿命一般可达30—50年。UPVC管材内壁光滑,流体摩擦阻力小,克服了铸铁管因生锈、结垢而影响流量的缺陷。故确定排水管材为UPVC管。

3、消防系统

1.消火栓给水系统包括由室外给水管网直接供水的消防给水方式、设水箱的消火栓给水方式、设水泵和水箱的消火栓给水方式。前者适用于水量和水压比较稳定且能满足消防用水要求的情况；中者适用于室外管网一天中有一定时间能保证消防水量的情况；后者适用于水压不能满足要求的情况。鉴于本设计的情况，拟采用设水池、水泵、水箱的消火栓给水方式，应分别设置室外消火栓给水系统和室内消火栓给水系统。

2.室内消火栓给水管网可分为环状管网和枝状管网。环状管网内的消防用水是双向流动的。在设置分隔阀门的条件下，环状管网在管网的任一段损坏时，系统的其余部分仍能正常工作，因而安全性好，同时其水力条件也比枝状管网好。所以规范对楼层较多、高度较高、起火后容易蔓延的建筑，以及室内消火栓用水量较大、消火栓数量较多的建筑都要求将室内消火栓给水系统管网布置成环状。因此，本设计也采用环状网布置形式。

3.自动喷水灭火系统包括湿式自动喷水灭火系统、干式自动喷水灭火系统、预作用喷水灭火系统、雨淋喷水灭火系统和水幕系统等。本设计拟采用湿式自动喷水灭火系统。

4.管材的选用

消火栓管道采用焊接钢管；自喷管道采用内外壁热镀锌钢管。

该建筑属一类高层建筑,根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014的规定,高层建筑必须设置室内、室外消火栓给水系统：一类综合楼火灾延续时间为3h。该大楼要求消防给水安全可靠，设置独立的消火栓给水系统和自动喷水灭火系统以及灭火器，每个消火栓箱内设电钮，消防时直接启动消防泵。

室内消火栓系统设计

根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014消火栓给水系统的用水量如表所示：

1）根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014所示：室内消火栓栓口处的静水压力不应大于1.0MPa，当大于1.0 MPa时，应采取分区给水系统；消火栓栓口的出水压力大于0.5 MPa时，应采取减压措施。

根据本建筑的高度，室内消火栓栓口处静水压力没有达到1.0 MPa，故消防系统不分区。

2）本建筑是高层建筑，屋顶可设高位水箱，故本设计采用设水池-水泵-水箱的消火栓给水方式。室内消防依据规范应设置成环状管道，故在楼顶和地下层楼板下设置环状管网。

3）由上表中规范规定可知，本建筑室内消火栓用水量为40L/s。

自喷系统设计

本综合楼属于一类高层建筑，有地下车库，消防等级为中危Ⅱ级考虑，则设计喷水强度8L/min*m²，作用面积为160m²，喷头工作压力为0.1MPa，最不利点不应低于0.05MPa；根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50048-2017），民用建筑系统设计参数如下表所示：

消防水池、水箱的位置及容积的确定

1）消防水池布置在地下室水泵房旁。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014，火灾延续时间按3h计，自动喷水灭火系统按1h计算。

则：

室内消火栓用水量：4033600=432000L=432

自动喷淋用水量：1608601.3=99840L=99.84

则消防水池的容积为： 432 99.84=531.84

实际消防水池容积为：531.84gt;500因此分为两个独立使用的消防水池。

2）消防水箱布置在屋顶电梯机房上。

a)有效容积：消防水箱贮水量应满足10min消防流量的要求，室内消防栓用水量和喷淋水量之和。

即：消火栓： 401060=24000L=24；

自动喷淋：8160101.3=16640L=16.64。

则消防水箱有效容积为：24 16.64=40.64，消防水箱存水量大于36，取其有效容积为36。设计尺寸为：LBH=4m4m3m 水深2.25m。

b)设置高度：根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974-2014，当建筑高度不超过100m时，高位水箱的设置高度应保证最不利点消火栓静水压力不低于0.1MPa，即高位水箱距最不利消火栓的高差不小于10m。本设计高位水箱箱底标高为74.4m，距最不利消火栓的高差为74.4m-66.5m=7.9m，小于10m，不满足规范要求，需在楼顶设置增压稳压设备。

4、热水系统

4.1 热水供应系统选择

本设计上部为客房，要求较高，拟设计24小时热水系统，低区为办公区，无热水供应。室内热水采用集中式热水供应系统，竖向分区与冷水系统相同：中、高区水加热器均由各区的变频泵供给冷水。中、高区均采用半容积式水加热器，加热方式为蒸汽间接加热，集中设置在设备层，冷水计算温度为5℃，水加热器出水温度为60℃，由室内热水配水管网输送到各用水点。循环方式采用立管循环的机械循环方式。中、高区均采用上行下给供水方式。热回水经循环泵加压后与水加热器冷水进水管汇合。

4.2 管道的敷设与选材

热水管道应选用耐腐蚀和安装连接方便可靠的管材，可采用薄壁铜管、薄壁不锈钢管、塑料热水管、塑料和金属复合热水管等。
当采用塑料热水管或塑料和金属复合热水管材时应符合下列要求：
管道的工作压力应按相应温度下的许用工作压力选择；
设备机房内的管道不应采用塑料热水管。

本设计中出户管采用塑料热水管，立管和横干管均采用薄壁不锈钢管。

中、高区热给水均采用上行下给式，给水横干管分别敷设于十三层、二十一层楼板下，热回水横干管分别敷设于设备层、十三层楼板下。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

1、建筑给水排水工程教材

2、《建筑给水排水设计规范》 【2009版gb50015-2003】

3、《消防给水及消火栓系统技术规范》 【gb50974-2014】