莫斯科摩天大楼的供水和排水系统：如何运作

莫斯科市高层建筑的给排水系统设计基于现行规范（SNiP 2.04.01-85*，高层建筑及内部系统相关标准），以及实际的水力学、消防和环境安全要求。下文将结合图表、标准解决方案和术语，介绍其实际运作方式。

水从哪里来？如何进入塔内？

想象一下：每天，成千上万的人在莫斯科的摩天大楼里生活和工作。这里的生活充满活力——餐厅和办公室都开门营业，空调开着，公寓里有热水供应，健身俱乐部提供运动后的淋浴。要实现这一切，必须将水以合适的量不间断地泵送到几十米甚至几百米的高空。

但是，如此大量的淡水从何而来？如何将其输送到50层、70层甚至100层的大楼？如何确保最高层的水压与底层一样舒适？

答案在于一种特殊的高科技城市供水系统，该系统将莫斯科市与该地区的水库和河流连接起来，然后通过强大的地下管道和智能工程节点将水分配到水塔。

水源

莫斯科市由城市系统供水：地表水（莫斯科河/伏尔加河）混合物，经过多级净化（机械、凝结/絮凝、过滤、臭氧化/活性炭）。

水上运输

该区已安装虹吸管（河床下的压力管道）。2020年，又安装了2D400压力进水口，以满足日益增长的用户需求。

每日用水量

对于单独的塔来说 - 每天数千立方米，并且由于再循环（DHW）、压力调节和能源管理，实际消耗量显著减少。

建筑物入口点

• 两个独立输入（N+1 可靠性）：如果一个输入发生故障，电源线将自动切换到另一个输入。
  

• 地下部分（-1/-2 层）：计量和准备单元 - 网状/圆盘过滤器、计量装置、截止阀和止回阀、旁路。
  

• 入口处的工作压力：通常为 0.4–0.6 MPa（4–6 bar），根据地区和时间而变化。

术语： N+1 - 超过所需最小值的一个单元的冗余。

术语：虹吸管是铺设在水道底部的压力管道。

术语：旁路——设备周围水的替代路径。

为什么需要区域（级联）供应？

试图用单一的“常规”供水系统将水输送到摩天大楼的顶层会立即引发一系列问题。楼层越高，所需的水压就越大。这意味着下面的管道和卫生设备必须承受巨大的负荷。这既昂贵又危险，而且效率低下：下面的管道可能无法承受，上面的水几乎无法流动。

因此，工程师们想出了一个巧妙的解决方案：将高层建筑划分成不同的区域。每个区域就像摩天大楼内的微型房屋。水被泵送到所需的高度，然后流入水库，再在自身重量的作用下流下，不会浪费任何能量。

这样，冷却塔逐层逐渐进水，确保每层的压力保持安全舒适。这也提高了可靠性：即使某个区域发生事故，其他区域仍可继续运行。

水的静压随高度而增加：1米水柱约等于0.098巴。在80米高度，压差已约为7.8巴。如果在单回路中采用“自下而上”供水，则下部会过压，从而增加水锤、昂贵的厚壁配件以及事故的风险。

分区原则

该建筑被划分为30至45米高的垂直区域（约10至15层）。每个区域：

• 在技术楼层拥有自己的泵组和储罐；
  

• 它以自身的压力运行，然后水通过重力向下分配。
  

典型的区域阶梯（示例）：

地下室 → 技术楼层 ~22 层（≈80–90 米）→ 技术楼层 ~32 层 → ~43 层 → ~54 层 → … 到顶部。
立管上方有一个泵，技术层上有一个水箱，区域下方有重力。

另外：我们消除了静压，降低了能源成本，并提高了容错能力。

泵站、水库、调节

为了确保水不仅能到达高层，而且能可靠地到达，摩天大楼使用了大量的水泵和水库。它们的作用是维持所需的压力，使70层的水龙头流出的水流与5层的水龙头流出的水流一样强。

它是如何工作的？

• 在地下层和技术楼层，有强大的泵将水向上提升。

• 在中等高度，安装水库，让水“停留”并在重力作用下自行流下。

• 为了确保压力舒适且不会“撕裂”管道，安装了减压器，并使用特殊的补偿器来消除差异。

• 如果一个泵发生故障，备用泵将立即启动。

• 即使断电，系统仍能借助自主发电机继续运行。

泵

• 类型：带有变频驱动器 (VFD) 的多级离心泵，用于维持系统中的设定压力。
  

• 组成：主泵+备用泵（N+1）+辅助泵（低流量以“维持”压力，无需启动主泵）。
  

• 性能：根据区域和组合模式（冷水供应、热水供应、灭火）每组从几十到几百升/秒。
  

• 电源：两路输入+柴油发电机，用于紧急情况。
  

储罐

• 目的：缓冲、消除峰值、阻断喷射和过渡到重力分布。
  

• 体积：每个区域从几立方米到几十立方米（取决于估计的流量和所需的自主性）。
  

• 设备：液位计（浮子/压电）、溢流、冲洗、杀菌处理、泄漏传感器。
  

维持压力

• 这些区域保持 3.5–5.5 巴的工作压力。
  

• 公寓/办公室的入口处设有减压器（PRV），压力设置为 2.0–3.0 bar。
  

• 管线内装有液压蓄能器/补偿器，用于抑制水锤。
  

条款：

• VFD——变频驱动器；

• PRV——减压器；

• 水锤是由于流速急剧变化而引起的短时间压力波动。

冷热水供应、循环及卫生安全

摩天大楼的冷热水供应也需要高超的工程技术。在普通住宅中，热水在管道中会迅速冷却，需要等待一段时间才能到达水龙头。高层建筑则没有这种奢侈：等待2-3分钟就意味着巨大的水和能源损失。

因此，系统的设计使得水始终保持合适的温度：

• 寒冷——即使在较高楼层也保持寒冷，
  

• 热——不断循环，以免冷却，
  

• 温度自动控制，以防止危险细菌的生长。
  

这是由热交换器、泵和自动化装置监控的——一切都隐藏在技术楼层，并且不间断运行。

• DHW——冷自来水（通常为 5–15°C，具体取决于季节）。
  

• 热水在技术楼层的热交换器中产生；立管中的供水管线温度为 60–65 °C，回水管线温度为 55–60 °C（抗军团菌）。
  

• 生活热水循环对于防止出现停滞区域至关重要；每条腿都需要保持平衡。
  

• 在卫生关键设施中，热消毒/抗菌模式按照计划进行。

术语：抗军团菌 - 防止热水中的细菌生长。

消防供水及火灾自动报警系统

高层建筑就像一座小城市，其安全取决于一旦发生火灾，能否迅速扑灭。在普通建筑中，主要依靠外部消防员。但在摩天大楼中，尤其是200到300米高的摩天大楼，外部救援可能根本无法及时到达。

因此，莫斯科城的塔楼都有自己的灭火系统，并与供水系统完全集成：

• 每层楼都有带水带的消防柜，
  

• 自动喷水装置隐藏在天花板中，当温度升高时会自动打开，
  

• 灭火用水储存在专用水箱中，并由单独的泵供应。
  

一旦任何地方触发火灾警报，系统就会立即启动，在紧急救援人员到达之前开始灭火。这确保人们有时间安全撤离建筑物，并将损失降至最低。

在高层建筑中，给水与消防系统融为一体：

• 内部消防供水（IFWS）：楼层柜内设消防栓，单股流量2.5～5.0 l/s（按规定），供水时间按预留量设计。
  

• AUPT（自动灭火）：

洒水器- 带有温度感应锁（典型设置 68–72 °C）。
水幕喷头是一种用于水幕的开放式喷水装置。

• 火灾时的水储备（通常是下部的单独容量+技术楼层的助推器）。
  

• PT泵独立运行，按N+1方案自动开启和备用。
  

内部管道：材料、速度、直径

摩天大楼内的管道网络错综复杂，规模堪比一座小城市的公共设施。水管要流经数十公里的主干线和数百条支线，因此管道的材质和参数都符合最高标准。

在技术楼层之间输送水的主要管道采用镀锌或不锈钢材质——这些管道能够承受高压和温度波动。在靠近用户的办公室和公寓中，则使用现代化的聚合物和复合管道：它们更轻、更安静，并且具有更好的防腐蚀性能。

水流速度至关重要。为了确保水压稳定和管道寿命，冷热水管的流速通常保持在约0.7至1.5米/秒。室内流速较低，约为0.5至1.0米/秒，以防止噪音和水锤现象。

随着建筑物高度的升高，管道直径逐渐减小。在摩天大楼的入口处，管道直径可达DN200至DN300，即大型钢管。在高层区域，则使用DN50至DN100的管道直径；在室内，则使用直径较小的DN15至DN25的管道，直接连接到管道装置。这确保了系统在任何高度都能高效安全地运行。

在莫斯科城的大型塔楼中，此类管道的总长度达到数百公里——所有这些都隐藏在墙壁和技术室内，昼夜不停地运行，而里面的人却无法察觉。

• 材料：主线上采用镀锌/不锈钢；“细”线上采用聚合物/复合材料；强制性防腐涂层和隔音材料。
  

• 速度（建议）：

冷热水供应主管：0.7～1.5米/秒；
公寓内布线：0.5–1.0 m/s。

• 直径：向上部区域减小（入口处约为 DN200–DN300 → 顶部为 DN50–DN100，公寓内安装为 DN15–DN25）。

• 在一座大型塔中，公用管道的总长度可达数百公里。

污水处理：干/湿立管、静水区、雨水渠

摩天大楼的污水管道系统也经过分区划分，以防止污水加速到危险的速度，并在管道中产生噪音和负压。排水系统采用两根垂直立管：“湿式”立管用于输送生活污水，“干式”立管则提供通风，防止空气渗入存水弯。每隔10至25层，污水流速会经过刻意的“缓和”——在技术层面，污水会流入水平收集器，在那里流速会减慢。

污水管道系统水平方向依靠重力流动，略有坡度，与设备连接处也有一定的角度，以减少湍流。屋顶雨水和空调冷凝水分别收集——在大型建筑中，这些水量每天可达数十立方米。在较低楼层，重力流不再存在，泵站则负责将污水排入城市管网。

垂直立管

• 湿式立管（DN100–DN150）——生活污水和污水。
  

• 干式立管（DN100）- 通风，通过十字接头连接，防止真空，保持设备的水封。
  

在没有阻尼器的立管中，速度很容易超过 4-7 米/秒，因此将建筑物分成多个层级（10-25 层），并在技术楼层安装水平收集器/扩展器，以减少流动能量和噪音。

水平剖面

• 重力坡度：DN50 → 0.02；DN100 → 0.01（1–2%）。
  

• 配件安装在 45–90° 处，由干式立管和局部曝气器（单向阀用于补偿下水道中的真空）提供曝气。

雨水和冷凝水

• 屋顶排水沟、立面水渠 → 雨水立管 DN100–DN200 → 带有收集格栅的地下收集器。
  

• VRF/VRV（可变制冷剂流量）和风机盘管机组（室内空调机组）的冷凝水是一个单独的网络；在最热的日子里，对于大型建筑来说，冷凝水量每天可达数十立方米。

泵送

• 在地下层和停车场（排放水平以下），设有带研磨篮、浮子/超声波控制和冗余的粪便/排水泵站。

条款：
水封是虹吸管中的水塞，可以阻挡异味。
Cascade 是技术楼层之间的一组具有平静流动的楼层。

BMS：调度和预测运行

现代摩天大楼是一座智能建筑。所有供水和排水系统都集成在一个 BMS（楼宇管理系统）控制平台中。该平台实时监控水压、水流量、水泵运行、热水温度，甚至最隐蔽位置的泄漏情况。一旦出现偏差，系统会立即做出反应：自动切换区域、关闭受损区域并向调度员发出警报。

与此同时，运营也严格遵守规定。污水处理系统定期高压冲洗，管道采用视频诊断系统进行检查，仪表校准，阀门维护和更换，热水定期加热至高温以防止有害细菌滋生。所有这些措施确保莫斯科城大厦能够持续、安全、舒适地为大厦内的数千名居民提供服务。

BMS（楼宇管理系统）结合了：

• 压力、液位和流量控制点；
  

• 泵状态（VFD、警报、轴承温度）；
  

• 泄漏（电缆带/坑内的点传感器）；
  

• 水质事件（t°、残留氧化电位、杀菌模式）；
  

• 场景：自动区域切换、突破时分支关闭、“夜间”泵频率曲线。

服务 — 根据规定：污水系统的水动力清洁、立管内窥镜检查、仪表验证、阀门检查、循环平衡、抗军团菌处理（热冲击、化学方案）。

定期维护包括：

• 高压下水道清洁，防止堵塞和难闻的气味。
  

• 使用摄像机检查内部管道，提前发现磨损或损坏（立管内窥镜检查）。
  

• 验证水表以确保其准确计算用水量。
  

• 检查和维修截止阀 - 水龙头、阀门、减压器。
  

• 设置热水系统
  将水返回到加热系统，这样它就不会在管道中冷却（平衡循环）。
  

• 预防细菌
  （抗军团菌）——定期将水加热至高温或进行特殊处理，以防止系统中滋生危险的微生物。

资源节约与可持续性

• 频率控制在可变模式下可使泵能耗降低 20-35%。
  

• DHW 再循环和热回收减少了水/热的消耗。
  

• 智能设定点（夜间/节假日配置文件）可减少泄漏和峰值。
  

• 低粗糙度材料和适当的液压意味着更低的压力损失→更低的泵频率。

术语和缩写（词汇表）

• DHW/CWS——冷/热水供应。
  

• PRV——减压器。
  

• VFD——变频驱动器。
  

• VPV——内部消防供水。
  

• AUPT——自动灭火系统（喷水灭火系统/水幕灭火系统）。
  

• BMS——楼宇管理系统。
  

• 管道是河床下的供水管道。
  

• DN——管道公称直径（mm）。
  

结论

莫斯科摩天大楼的供水和排水系统配备了多区域液压系统、智能自动化和消防系统。级联系统、变频驱动器、尺寸合适的管道直径以及下水道挡板确保了200至370米以上高楼的安全运行，避免了过载、异味或事故的发生。未来几年的趋势包括更精确的楼宇管理系统（BMS）分析、更低的单位水耗和能耗，以及标准化组件以加快安装和维护速度。

住在摩天大楼里需要不同规模的工程：在这里，水不仅是一种公用设施，而且是一种全天候运行的高科技服务，突破了技术能力的极限。

莫斯科市就是一个例子，说明系统方法、数字管理和多轮廓架构如何将生活质量和安全提升到现代特大城市的水平。