我国建筑给水排水技术一直伴随着国家城镇化建设工程的兴盛不断发展,特别是自上世纪九十年代开始,我国建筑业进入飞速发展时期,建筑给水排水技术在此期间得到迅速提升。在生活热水供应、超高层建筑的消防给水系统、新型管道材料等技术方面,显得尤为突出。然而,近年来随着建设工程的发展速度逐步平缓,行业面临发展的转型,建筑市场发展的新常态正在逐渐成型。

在传统设计方式变革和产业机构重组的时代背景下,不断地创新和寻求新机遇成为行业发展的新方向。在此过程中,我们需要加强思考,站在时代前沿,用思想和观点改变技术的布局与形态,用技术创新体现建筑给水排水技术与专业的价值所在。

此次我们请来了国家注册公用设备(给水排水)工程师钟雄英女士做解析,她表示,伴随着人们意识形态和经济实力的提高,现代化城镇建设促使建筑给水排水技术更加侧重安全、卫生、舒适,确保水质、水压、水量、水温满足用水点的需求,是时代赋予这一行业不可推卸的责任。

设计理念的变化 

设计思想是设计行动的指导,建筑给水排水设计需要从设计思想到设计方法的提高,需要创新与开拓的思维模式。专家钟雄英指出,对水的研究需要道法自然,得道究术,方可与时代的发展相吻合,并且,与时俱进的设计理念的转变主要体现在两个方面:一方面,加强对工程的深刻理解和认识,工程师的价值就在于其能够应用科学的方法,寻找最佳的方案解决工程问题。这就需要准确地掌握工程原则,建筑给排水工程师应对工程系统操作、设计、管理、评估具有全面的了解。例如,在争议较大的雨水和污水排水问题上,实际的排水流态往往是气、液、固的三相流,解决好排水中“气”的问题尤为重要,这不仅仅涉及到排水的流量,还影响到排水系统通气的卫生安全。另一面,强调建筑给排水配合建筑设计理念,与建筑协调、同步的技术发展。从绿色设计到生态设计,从自控设计到智慧设计,不断提升设计理念。在建筑节水、节能设计中,要充分考虑水资源的利用,做到最大程度消减给排水能耗,并提倡清洁能源的应用。此外,专业的跨界学习和综合运用,是今后机电工程师做好建筑给排水设计必需具备的能力。

建筑给水排水技术需要创新,突破传统的思维模式,以问题为导向,创建可持续发展的给排水系统模式,以适应建筑的变化、更新。构建建筑灭火系统选择的思想是创新的动力,注重系统选择上的可维修性,从细节入手,并考虑系统维修或更新中断期间可承受的风险与补救措施。

​建筑给水排水的设计要形成全生命周期的理念。钟雄英强调,研究给排水的设备、材料如何与建筑寿命同步形成产品全寿命周期的优化设计及一体化开发策略是工程建设的必然方向。此外,建筑给水排水的设计需引入产品设计、系统设计的概念,运用设计方法学来解决建筑给水排水设计的问题。

并基于以人为本的概念,引入系统控制论和风险管理的理念对生活给水的安全、热水供应的舒适性、二次供水设备的卫生、污水的污染排除及排水排气的通畅等问题进行研究。以系统工程的观点分析给排水设计的战略进程和设计方法、手段的战术问题,研究产品设计规律、设计程序及设计中思维和工作方法。如消防灭火系统中,分析系统的价值、功能及成本相关性的问题。

维护管理的重视 

在建设项目总量相对减少的新常态下,对于新增建筑的给排水技术发展重在专项设计的深化;对于存量建筑的给排水技术发展在于运维管理技术要求的提高,需从维护、改造中寻找新的发展技术。通过对建筑给排水系统的维护管理,强化系统的可靠性、稳定性,并注重系统的安全性。

专家钟雄英表示,建筑给排水的维护管理一直是给排水系统使用过程中的重要环节,也将会成为今后技术发展的主要动力。重新认识其重要性,加强建筑给水排水系统的检测与维护,特别是保证自动喷水灭火系统的安全可靠,保证在需要时系统能够正常启动,这对于保障系统发挥其设定的功效具有积极的意义。

从系统控制论的概念看,对给排水和消防给水系统的检测和维护是对系统的运行进行监督,也是对系统的控制,有利于系统向既定的目标健康地发展。其次,我们还要准确掌握给排水和消防给水系统全过程控制的理论。从工程技术的角度出发,重视建筑给排水和灭火系统的设计、安装、验收、维护的全过程,有必要进行全过程的控制,通过检测和维护来降低风险。

策划与评价体系的建立 

从建筑设计发展的前沿研究看,在设计过程中需要在前期增加“建筑给排水设计策划”阶段,后期建立“建筑给排水设计后评估(POE)”过程。钟雄英解释到,建筑给排水设计策划就是实施与设计之间的统筹,是建筑策划(Architectural Programming)中的一个环节,也是必要的设计程序。在城镇建设新常态下,建筑给排水设计需要参与工程建设全过程,合理定位给排水和消防灭火的设计标准。

通过运用各种信息收集方法与工具,得到业主、用户、设计顾问和社会大众等的价值认知,结合建筑外部配套的市政条件和地方主管部门的要求,将这些信息综合分析并整合,对建筑给排水设计所需要解决的问题进行陈述,从而为设计提供科学的依据。设计需要强化对方案、扩初阶段的设计策划,其策划要从全局出发。在当今创新思维设计下应用大数据方法,注重进行建筑给排水和消防系统的比选,形成建筑给排水设计策划的决策体系。

钟雄英表示,建立建筑给排水设计的后评估体系,用以评价设计能否达到预期设定目标,是时代发展的需求。过去,建筑给水排水设计往往靠经验。例如,强调高位消防水箱与生活水箱分开设置以满足生活卫生的要求,但高位消防水箱在长期滞水的情况下,消防用水能否保证水量、水质卫生问题,往往因未得到业主的及时反馈而被忽略,设计后评估体系恰恰可以有效地反映这一情况。

因此,应开展评价技术的运用,结合各种水系统的运行工况,形成完善的系统评价指标。如欧美国家在建筑给排水设备与管材的评价方面处于领先地位,其采用排水管道壁厚的超声波检测、管道井的自动泄漏检测、水质的实时监测、能源计量管理等做技术支撑,不会等到出现事故后才会对管道系统运行状况引起重视。

在评价指标的建立上,国内对水灭火系统评价的主要指标有系统的可靠性、系统的可检侧性、系统的可维护性,此外还有灭火效率、环境保护、生命安全、经济性、建筑整体运行的合理性、商业运营连续性恢复能力等,钟雄英解释到。

物联网技术的运用 

钟雄英透露,物联网是面向未来的新兴技术,建筑给水排水中物联网技术的运用,可以将给排水物物相连、人物相连、人人相连,将建筑给水排水从自控推向智慧,并逐步形成建筑物的大数据。数据代表了一种全新的思维方式,数据为建筑给水排水技术的发展提供了最多的可能。可以应用数据增强设计(DAD),强调数据对设计的驱动性,通过定量分析和数据关系来设计、调整以及评价设计方案。

建筑给水排水物联网可以由感知层、网络层、应用层组成,形成网络互动的架构,将建筑给水排水系统向智慧、韧性(弹性)方面迈进。

物联网技术运用于给排水的在线自动检测和控制、消防给水系统的监测,借此形成常态化、精细化的建筑给排水运维模式,提高系统的可检测性和维护管理能力。同时用以增加建筑用水点处卫生指标的监控,建立与市政供水之间耦合关系的调控方法,并协调消防给水系统内部监控与外部监测的关系,强化系统的维护、管理能力,使得消防给水系统处于良好的运维状态。

钟雄英说道,物联网不仅仅可以用于系统的预警、监控,后期还可以运用视频技术进行虚拟再现,构建数字化、可视化,所有人的行为与现实事物都将虚拟再现于建筑中枢,形成存在即映射、感知即参与、行为即决策,建筑给水排水将实现动态的更新与维护。

工业化建筑的构建 

工业化建筑具有集成化、标准化特性,建筑给水排水在装配式建筑技术、三维(BIM)设计应用中仍有很大的施展空间。采取“工厂化”加工制作,能够最大程度地缩短施工周期,提升工程品质和安全质量,文明施工水平,减少现场安装的环境影响。

建筑给排水在工业化建筑中,曾经采用装配式技术推出整体式卫生间、厨房间,起到了一定的优化设计和建设的作用。钟雄英表示,今后在模块化建筑中需寻找给排水的切入点,不仅只是将给排水设备和管道综合集成,还在于不同模块之间的连接,开展基于建筑功能可变的给水排水设计方案,研究新工艺安全风险的降低、操作的便利和造价的节省等多个方面,形成设计标准化、产品部件化、生产规模化、建造技术高新化。

同时,建筑给水排水的设计还需要形成机电设计的一体化,构建技术研发和应用的通道,不断发展潜在的需求,以开拓新的领域,有利于设计服务产业链的延伸。

专家钟雄英解释,在建筑给排水设计中运用BIM技术充分体现了工业化建筑的技术应用特点。它通过3D模拟解决机电管道的碰撞,解决施工安装中出现的问题,使装配化设计施工更加规范有序,质量可查、可追溯。同时,BIM技术便于建筑建成后物业实现科学管理,应对数字科技驱动的时代变化。如借助建筑信息模型采用的APP,可以直接定位所需控制或检修的阀门位置。

结语 

钟雄英指出,面向未来的建筑给水排水技术发展需要重点研究给水卫生、热水舒适、排水安全、消防可靠等问题。给排水与建筑设计理念的结合、物联网技术的运用、消防灭火系统的创新皆是建筑给水排水技术发展中值得关注的方向。期待建筑给水排水技术的发展在我国城镇建设新常态下抓住知识经济、科技进步的机遇,在重视工程技术进步的同时,加强建筑给水排水的理论、系统创新与应用,在实践中不断发展。（韩涛）