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摘要:供水方式的选择是高层建筑生活用水及消防用水设计中的一个重要环节，往往决定着整个给水系统的成败。笔者结合工程实例，分析了高层建筑生活及消防供水方式的特点，对生活用水，消火栓和自动喷水灭火系统的供水方式设计进行了研究，旨在为高层民用建筑提供更经济、更合理的供水方式。
关键词:高层民用建筑；供水方式；生活用水；消火栓；自动喷水灭火系统
随着经济的快速发展，高层民用建筑的数量越来越多，其高度和层数也在不断地增加。而近年来,部分的高层民用建筑出现生活用水水压不够，频繁发生火灾等问题，因此生活给水与消防给水的安全设计问题得到了越来越多的重视。高层民用建筑有别于低层建筑，具有层数多、高度大、振动源多、用水要求高、排水量大等特点。因此，选择合理的供水方式是高层民用建筑生活及消防用水系统设计的关键，它直接关系到消防、生活给水系统的有效使用和各系统的工程造价，正确的设计将是确保建筑物内人们的生活正常，以及生命和财产安全的重要保障。
1工程概况
某高层民用建筑工程，分别是2栋32层的建筑，建筑高度100.2m，其中地下1层为地下车库，地上裙房2层为购物中心，3层以上均为住宅楼。3栋18层，地下室为库房，地上部分均为住宅。总建筑面积93244m2。
2生活给水供水方式分析
选择给水方式是高层建筑生活给水系统设计的关键，它直接关系到生活给水系统的使用和工程造价。对于高层建筑城市给水管网的水压一般不能满足高区部分生活用水的要求,绝大多数采用分区给水方式，建筑低区部分供水直接由城市给水管网供给，高区部分由水泵加压供水。对目前我国城市给水状况而言,水压一般可满足建筑5层～6层的生活用水要求,高区部分的供水应根据具体情况确定。
高区部分有储水池-恒压水泵-高位水箱供水方式、气压给水设备供水方式、储水池-变频水泵供水方式、管网叠压设备供水方式等。
采用储水池-恒压水泵-高位水箱供水方式，由于水泵流量和扬程不变，水泵始终工作在高效区，电耗较小，但如果中、低区采用减压阀由高区水箱供水，则造成了能量浪费。气压给水设备供水方式的主要缺点是气压罐调节容积小，由于气压罐容积所限，不可能针对大用户进行供水。变频调速供水设备可以实现无级调速,能通过压力传感器和计算机控制器根据管道压力的变化改变电机和水泵的转速或停转,实行闭环控制,因而在用水量变化较大时,其节能效果很明显。管网叠压设备是一种新型节能的供水方式，但在实际使用中，往往受到周边市政管网管径和水压波动的影响，在用水量以及接管管径等方面同样受到诸多的限制，而且当市政压力不稳定时，并不能起到节能的效果。
本工程生活给水由市政供水管网的不同方向引入2根DN250mm的给水管，在小区内形成环状给水管网，市政供水压力0.40MPa。结合小区的实际情况，根据GB50015—2003《建筑给水排水设计规范》(以下简称规范)第3.3.5条规定“:高层建筑生活给水系统的竖向分区,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；水压大于0.35MPa的入户管（或配水横支管），宜设减压或调压设施”。确定本工程供水分为高、中、低三个区，高区（19层～32层）采用高位水箱给水方式，根据规范要求采用高位水箱减压给水方式；中区（7层～18层）采用变频调速供水方式；低区（1层～6层）充分利用市政供水压力，由市政管网直接供水。
高区部分有14层，高42m，中区部分有12层，高36m，低区部分有6层，高18m，满足规范“各分区最低卫生器具配水点处的静水压不宜大于0.45MPa”的规定，但同时必须保证各入户管水压不大于0.35MPa，如何确定哪些楼层需要设置减压或调压设施呢？
在工程设计中，层高L为已定的常数，而根据规范要求，入户支管最大压力p2为0.35MPa，入户支管最小压力P1需满足户内水压要求，户内水压需考虑洁具的最小压力要求、水流阻力以及水表的阻力，一般p1为0.1MPa较为合理。则给水分区内入户支管水压不超过0.35MPa层数，总结可按下式计算：
对于下行上给方式：n=(p2-p1)/(L+1.3iL)+1=25/(L+1.3iL)+1对于上行下给方式：n=(p2-p1)/(L-1.3iL)+1=25/(L-1.3iL)+1式中，n为分区内支管压力小于0.35MPa的层数；L为层高3m；i为单位长度水头损失系数，取0.045mH2O/m（流速在规范允许范围内的单位阻力）。
管道局部水头损失按沿程水头损失的30%计。
为了减少使用减压或调压设施的层数，使n值加大，对于下行上给供水方式需减少i值，而对于上行下给供水方式，则需加大i值。
对于本工程高区为上行下给方式，则：n=[25/（3-1.3×0.045×3）]+1=8.85层，中区为下行上给式，则：n=[25/（3+1.3×0.045×3）]+1=8.87层，故分区内入户管水压不大于0.35MPa的层数确定为8层。
因此，中区部分15层～18层各供水入户管上设置减压阀，高区（19层～32层）又分为两个分区，25层～32层为高一区，由高位水箱直接供水，19层～24层为高二区，采用高位水箱-减压阀给水方式供水。中区（7层～18层）采用变频调速供水，其中7层～10层的入户管上设置减压阀。需要说明的是，以上仅为估算结果，在实际设计时，还应根据设计管径对各楼层压力进行复核。建筑给水系统分区图见图1。
3消火栓供水方式分析
根据2009年5月1日新颁布的消防法，消防工作必须“预防为主、防消结合”，高层建筑消防安全必须做到防患于未然，做到万无一失。高层建筑在消防给水形式上主要有常高压制和临时高压制，GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》（2005版）第7.4.7条规定“:采用高压给水系统时,可不设高位消防水箱。当采用临时高压给水系统时,应设高位消防水箱”。采用临时高压系统，屋顶需要设置容积18m3消防水箱，较常高压消防系统比较，无论从设备层的占地面积，或者从工程造价方面考虑，采用临时高压系统都有一定的优势，从安全角度考虑，只要加强安全巡检，就可以做到万无一失，因此，确定本工程消防采用临时高压系统。
GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》（2005版）第7.4.6.5条规定“:消火栓栓口静水压力不应大于1.0MPa，当大于1.0MPa时，应采取分区给水系统。消火栓栓口的出水压力大于0.50MPa时，应采取减压措施”。
最高建筑32层，建筑高度100.2m，根据规范规定的消防给水静水压力要求，可不分区,但消火栓栓口的出水压力大于0.50MPa时，应采取减压措施，消防给水分区内不超压消火栓层数，总结可按下式计算：
对于下行上给供水方式：n=(p2-p1)/(L+1.2iL)+1=25/(L+1.2iL)+1
式中,p2为0.50MPa；p1为0.19MPa（保证消火栓10mH2O水柱的最小压力）；n为栓口压力小于0.50MPa的层数；L为层高；i为单位长度水头损失系数，取0.03mH2O/m（流速在规范允许范围内暂定值）。
管道局部水头损失按沿程水头损失的20%计。
则：n=[31&pide;（3+1.2×0.03×3）]+1=11层，故消火栓系统内栓口水压不大于0.5MPa的层数确定为11层。若不分区，则-1层～21层消火栓均需采用SNW65-I减压稳压消火栓。
为降低投资，需要对各建筑消防系统进行合理分区，若所有建筑消防系统均分区，则需要在每栋建筑上均设置消防水箱，这势必造成住户公摊增大。最终确定在小区最高建筑屋顶设置一个18m3消防水箱，保证消防初期10min消防用水量。32层高层建筑高度为100.2m，其消防系统分区：地下1层～18层为消火栓低区，19层～32层为消火栓高区。18层建筑消火栓系统竖向不分区，由小区消火栓管网减压供给，在建筑消火栓系统给水入口处设200X可调先导式减压阀，阀后压力为0.8MPa。同时,对栓口出水压力大于0.50MPa的消火栓，采用SNW65-I减压稳压消火栓。
建筑消火栓系统分区见图2。
4自动喷水灭火系统供水方式
本小区32层高层为一类建筑，其地下1层为地下车库，地上裙房2层为商场，3层以上为住宅。根据（GB50084-2001）《自动喷水灭火系统设计规范》（2005版），汽车库、商场为中危险II级，设计喷水强度为8L/(min?m2)，作用面积为160m2，喷头工作压力为0.1MPa，火灾延续时间按1h。自动喷水系统采用临时高压制，自喷系统竖向不分区，由设在小区最高建筑屋顶的18m3消防水箱（与消火栓系统共用）保证火灾初期自喷消防水压与水量，喷淋泵设在小区生活消防泵房内。
5结语
总之，建筑生活、消防给水设计是一个系统的设计工程，而供水方式的设计是其中的关键环节，只有做好供水方式的设计，才能确保系统的正常使用。为此，高层民用建筑采用何种给水方式一定要根据建筑自身的用水特点进行分析，合理选择供水分区时，除考虑给水自身需要外，还应结合其他专业统一进行技术经济分析，从而选择最经济、合理的供水方式。
参考文献
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[2]卢兴.高层民用建筑室内消火栓系统供水方式选择探析[J]工程与建设.2006年02期
[3]李玉华.高层建筑给水排水设计[M]黑龙江科学技术出版社.2002年08期