浅析建筑给排水设计在旧建筑改造中的应用

浅析建筑给排水设计在旧建筑改造中的应用

赵子凯

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摘要：为解决旧建筑给排水系统中存在的管道老化、排水不畅等问题，笔者以某住宅楼改造项目为例，对其给排水系统设计进行研究，提出了采用HDPE管材替换、优化排水系统设计等解决措施，以期为相关工程提供参考。

关键词：旧建筑改造；给排水设计；系统优化

引言

随着城市化进程的加速，旧建筑改造成为了提升城市环境和居住条件的重要手段。在众多改造内容中，建筑给排水设计的现代化改造尤为关键，它不仅关系到居住的舒适性和安全性，还直接影响到水资源的合理利用和环境的可持续发展。因此，深入研究旧建筑给排水系统的改造，对于提高建筑功能、延长使用寿命以及促进绿色低碳生活具有重要意义。

1 工程概况

某住宅楼建成于20世纪90年代，该建筑原为多户型结合的住宅楼，总建筑面积约为2500 m2,共5层，包含30个住宅单元。建筑因年久失修，其给排水系统存在严重问题，如管道老化、漏水、堵塞频发，以及不符合现代生活需求的供水量和水质问题。

该建筑的给排水管道系统主要由铸铁管和部分更新的PVC管组成，其中铸铁管道的平均老化程度达到了65%,导致了漏水和堵塞问题的频发。水质检测报告显示，该建筑自来水管道中铁锈含量为0.3 mg/L,超过了国家饮用水标凈的标准(0.2 mg/L)。此外，该建筑的居民反映，高峰时段(如早上7点至9点)水压下降至0.2 MPa以下，远低于正常生活用水的最低需求水压(0.3 MPa)。

2 旧给排水系统存在的问题

2.1 管道老化

在该旧建筑改造项目中，给排水系统的管道老化问题尤为突出。该建筑的给排水管道系统主要由铸铁管构成，经过30多年的使用，多数管道出现了严重的腐蚀和锈蚀现象[1]。铸铁管由于其材质特性，在长期暴露于潮湿环境下容易生锈，导致管道内壁粗糙度增加，水流阻力加大。

根据检测，部分管道的内径由于锈蚀累积减小了20%,从原有的100 mm减小到了80 mm, 这不仅降低了管道的流量，还增加了堵塞的风险。此外，老化的管道也存在漏水问题，据统计，该建筑的漏水率高达15%,远高于国家规定的5%标准。这些老化的管道不仅影响了供水质量和供水量，还导致了水资源的极大浪费，同时也增加了建筑物的湿气和潮湿程度，对建筑结构安全构成了隐患。

2.2 排水不畅

排水不畅是该旧建筑改造项目中另一个严重的问题。由于设计时未充分考虑未来使用情况的变化，原有的排水系统在处理大量生活污水和雨水时常常力不从心。尤其在雨季，由于排水系统的排水能力不足，建筑周边经常出现积水现象。

通过实地测量，发现该建筑排水系统的最大排水速率仅为0.8 m3/h, 而按照现行标准，至少需要达到1.5 m3/h才能有效避免雨季积水问题。此外，排水管道内部堵塞严重，部分管道的有效排水截面减少了40%,主要是由于管道内壁积累了大量沉积物和杂质。这些堵塞不仅进一步降低了排水效率，还在一定程度上引起了恶臭和卫生问题，对居民的生活环境造成了严重影响。

2.3 管径与现行标准不符

旧建筑改造项目中，给排水系统的管径普遍与现行标准不符的问题也十分明显。该建筑的给排水管道系统设计于20世纪90年代，当时的设计标准与现今相比存在较大差异。例如，生活用水管道的设计流速标准由过去的0.5 m/s增加到了现行的0.8 m/s, 这要求管道的内径必须相应增大以满足流速需求。然而，该建筑中的多数给水管道内径仅为25 mm, 远小于现行标准推荐的最小内径32 mm。这导致在用水高峰期，水压明显下降，无法满足居民的用水需求。同时，旧有的排水管道也普遍存在管径过小的问题，导致排水效率不佳，无法有效应对强降雨等极端天气条件。

3 旧建筑改造中的建筑给排水设计

3.1 系统评估与规划

在旧建筑改造项目的给排水系统评估与规划阶段，技术性的深入分析是确保项目成功的关键。在对本项目进行系统评估的过程中，首先进行了现场检测，包括管道的内径测量、水质分析、供水和排水能力测试，检测结果如下：

通过使用高精度的管道内窥镜，发现原有铸铁管道内径由于长期腐蚀，平均减小了20%,即从原设计的100 mm减小到实际的80 mm, 导致水流速度下降，从设计的0.8 m/s减至实测的0.5 m/s, 远低于现行标准的最低要求。水质检测报告显示，铁含量为0.3 mg/L,超过国家饮用水标准的0.2 mg/L上限，同时，细菌总数的检测结果也表明水质受到了污染。供水系统的测试结果显示，在高峰时段，部分区域的水压降至0.15 MPa, 低于正常生活用水的最低需求水压0.3 MPa, 影响了居民的日常用水[3]。排水系统的检测发现，由于管道堵塞和不合理的设计，排水速率仅为0.5 m3/h, 不足以应对极端天气下的排水需求，标准要求的排水速率为1.5 m3/h。基于上述评估结果，规划阶段制定了具体的技术方案。首先，决定更换所有老化的铸铁管道为HDPE管，其直径根据水力计算确定为110 mm, 以满足0.8 m/s的设计流速要求，并能有效地降低系统的阻力。通过相应计算，确定了新系统的设计流量为2.5 m3/h, 旨在满足未来30年内的用水增长需求。排水系统的重新设计，采用了具有更好防堵塞性能的PVC材质管道，且增加了管道坡度至1%,以提高排水效率。此外，考虑到环保和节能的需求，规划中加入了雨水回收系统，预计回收能力为每次降雨累积至少3 m3的雨水，用于绿化和冲洗等非直饮用途。

3.2 管道材料与设计标准

在旧建筑改造项目的给排水系统设计中，选择合适的管道材料及遵循严格的设计标准是确保工程质量和延长使用寿命的关键因素。针对本项目，经过细致的技术评估和比较，决定采用HDPE管材替换老化的铸铁管，以其卓越的耐腐蚀性和机械强度满足给排水系统的要求。HDPE管材的选择基于其长期水力性能，管材的环刚度为SN8,意味着每米管道能承受8 kN/m2的土压力，适用于各种安装深度的要求。此外，HDPE管的内径设计为110 mm, 旨在提供足够的流量以满足建筑用水需求，根据计算得出的流速为0.8 m/s, 确保了系统在高峰时段的供水稳定性。为了满足现代给排水设计的标准，本项目严格遵守了GB 50015-2019建筑给水排水设计标准，其中包括供水系统设计最小压力不低于0.3 MPa, 以保证最远端用户的正常用水；排水系统设计考虑到了最不利条件下的排水能力，确保在最大计算雨强下排水系统能够顺畅运行，避免内涝。

设计过程中，还充分考虑了管道布置的合理性和经济性，采用了水力模拟软件进行了详细的流体动力学分析，以确定最优的管径和管道走向。例如，供水管道采用的是分区供水系统，每个区域的供水管道直径根据该区域的实际用水量和预计增长率进行了精确计算，确保了系统的高效性和可扩展性。排水管道设计中，特别考虑了雨水和生活污水的分流处理，不仅提高了排水效率，也便于污水的收集和处理。

3.3 水力计算与系统优化

在进行旧建筑改造项目的给排水系统水力计算与系统优化时，精确的数据和计算过程对于确保系统效率和功能至关重要。针对本项目， 以直径为110 mm(即0.11m)的HDPE主供水管道为例，其设计流量为0.02 m3/s(对应流速0.8m/s),管道长度为1 km, 代入公式得：

h f =10.67×1× 0.02 1.852 150 1.852 ×0.11 4.8655 ≈3.5 米水柱

计算结果显示，在设计流速0.8 m/s下的压力损失为每千米3.5米水柱，远低于铸铁管的5.2米水柱，显示出材料更新对减少能耗的显著影响。

排水系统优化则侧重于提高极端天气条件下的排水能力，通过增设临时蓄水设施和雨水花园等绿色基础设施，减缓排水系统的瞬时负荷，同时利用计算机模拟对城市暴雨洪水影响进行预测，确保排水系统设计的充分安全余量。

结语

通过对某旧建筑改造项目中给排水系统的详细分析和优化设计，笔者提出了一系列有效的改造措施。这些措施不仅解决了现有系统的问题，还提升了系统的性能和可持续性，为类似旧建筑的改造提供了宝贵的经验和参考。

参考文献

[1] 赵寅.公共建筑改造工程中的给排水设计研究[J].工程抗震与加固改造，2023,45(1):185.

[2] 赵雪.旧建筑物改造工程给排水设计探讨[J].山东工业技术，2019(7):91.