Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Hệ thống Kỹ thuật Công trình Xây dựng của sinh viên Lê Thúc Minh Quang (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của TS. Bùi Anh Kiệt) thực hiện nhiệm vụ thiết kế hệ thống cấp thoát nước cho dự án Chung cư Tân Thịnh Lợi – Noble Apartment. Công trình tọa lạc tại số D37A, Cư xá Phú Lâm B, Phường 13, Quận 6, TP. Hồ Chí Minh; do Công ty Cổ phần Đầu tư Tân Thịnh Lợi làm chủ đầu tư và Công ty Cổ phần Tư vấn Kiến trúc & Xây dựng Thành phố Hồ Chí Minh (ACCCo) làm đơn vị thi công. Dự án được quy hoạch nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở cho nhóm cư dân có thu nhập ổn định và trung bình tại khu vực cửa ngõ phía Tây thành phố, kết nối trực tiếp với các trục giao thông đi Quận 1, Quận 5, Quận 10 và Quận 11.

Các chỉ số xây dựng cơ bản của công trình được tác giả tổng hợp tại Bảng 1.1 trong văn bản:

  • Diện tích khu đất: 3.450 m².
  • Tổng diện tích sàn: 8.002 m².
  • Mật độ xây dựng: 40%.
  • Chiều cao công trình tối đa: 56,1 m (56.100 mm).
  • Quy mô dân số thiết kế: 400 người.
  • Cơ cấu không gian công trình: 2 tầng hầm (bố trí bãi đỗ xe, phòng máy biến áp, phòng bơm), tầng trệt và tầng lửng (sảnh đón tiếp, căn hộ dịch vụ và căn hộ thông tầng D, D1), các tầng từ 1 đến 14 bố trí căn hộ ở tiêu chuẩn.

Quy mô khối căn hộ của công trình gồm các loại hình:

  • Căn hộ loại A và A1: Diện tích 58 m² (1 phòng ngủ, 1 nhà vệ sinh), số lượng 28 căn.
  • Căn hộ loại B và B1: Diện tích 64,5 m² (2 phòng ngủ, 1 nhà vệ sinh), số lượng 58 căn.
  • Căn hộ loại C và C1: Diện tích 73,5 m² (2 phòng ngủ, 2 nhà vệ sinh).
  • Căn hộ thông tầng D và D1: Diện tích từ 114 m² đến 120 m² (2 phòng ngủ, 2 nhà vệ sinh).

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án được triển khai qua 7 bước:

  1. Thu thập dữ liệu đầu vào gồm bản vẽ kiến trúc, bản vẽ kết cấu, điều kiện hạ tầng kỹ thuật đô thị và các thông số thực tế của công trình.
  2. Phân tích đặc điểm kiến trúc, kết cấu và nhu cầu tiêu thụ nước sinh hoạt, phục vụ chữa cháy để đề xuất phương án cấp nước, thoát nước tối ưu.
  3. Vạch tuyến mạng lưới đường ống cấp nước và thoát nước trên mặt bằng các phân khu (tầng hầm, tầng trệt, lửng, tầng căn hộ điển hình) đảm bảo tính thẩm mỹ, hạn chế xung đột kết cấu và thuận tiện thi công, bảo trì.
  4. Thực hiện tính toán thủy lực chi tiết từng đoạn ống nhánh căn hộ, trục đứng cấp nước, hệ thống thoát nước; xác định công suất và quy cách các thiết bị kỹ thuật (bơm trung chuyển, bơm tăng áp, bể chứa ngầm, két nước mái, trạm bơm chìm, bể tự hoại).
  5. Ứng dụng mô hình hóa thông tin công trình (BIM) bằng phần mềm Autodesk Revit để dựng hình ảnh 3D không gian hệ thống cơ điện nước (MEP).
  6. Lập dự toán chi phí đầu tư xây dựng cho toàn bộ hệ thống cấp thoát nước của tòa nhà.
  7. Triển khai và xuất hệ thống hồ sơ bản vẽ kỹ thuật hoàn chỉnh gồm sơ đồ nguyên lý, mặt bằng cấp thoát nước các tầng, bản vẽ chi tiết phòng bơm và cụm chi tiết lắp đặt thiết bị vệ sinh.

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong ranh giới xây dựng công trình chung cư Tân Thịnh Lợi, điểm đấu nối hệ thống bắt đầu từ tuyến ống cấp nước và cống thoát nước đô thị trên tuyến đường tiếp giáp, hoàn thành tính toán và xuất hồ sơ vào tháng 01 năm 2026.

Cơ sở lý thuyết, quy chuẩn và phương pháp tính toán

Hệ thống cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật được tác giả sử dụng làm căn cứ tính toán bao gồm:

  • TCVN 4513:1988: Cấp nước bên trong công trình – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 13606:2023: Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình.
  • TCXDVN 33:2006: Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình.
  • QCVN 06:2021/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình.
  • TCVN 2622:1995: Phòng cháy chữa cháy cho công trình.
  • TCVN 4037:2012: Cấp nước – Thuật ngữ và định nghĩa.
  • TCVN 4038:2012: Thoát nước – Thuật ngữ và định nghĩa.
  • TCVN 4450:1987: Căn hộ ở – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • QCVN 2000: Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật áp dụng trong đồ án:

  • Phương pháp xác định nhu cầu dùng nước: Xác định định mức cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư $q_{sh} = 200\text{ l/người/ngày-đêm}$ (theo Bảng 3.1 TCXDVN 33:2006). Số lượng người trong căn hộ được xác định theo TCVN 4450:1987 (căn hộ 1 phòng ngủ tính 2 - 3 người; căn hộ 2 phòng ngủ tính 4 - 5 người). Tổng số dân tính toán thực tế cho khối tháp là $N = (3 \times 28) + (5 \times 58) = 374\text{ người}$, đem lại lưu lượng sinh hoạt căn hộ $Q_{sh} = 74,8\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$. Nhu cầu rửa sàn tầng hầm được tính riêng dựa trên diện tích sàn tầng hầm ($1,0000131\text{ m}^3/\text{s}$).
  • Phương pháp tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước: Tính toán theo phương pháp đương lượng thiết bị vệ sinh quy định tại mục 6.9 TCVN 4513:1988. Lưu lượng tính toán của từng đoạn ống nhánh được xác định theo công thức: $$q_{tt} = 0,2 \cdot \sqrt{N} + K \cdot \sum N \quad (\text{l/s})$$ Trong đó: $N$ là tổng đương lượng thiết bị vệ sinh của đoạn ống; hệ số $a = 2$ tương ứng với tiêu chuẩn dùng nước $200\text{ l/người/ngày}$; $K$ là hệ số phụ thuộc vào số lượng và đương lượng thiết bị.
  • Xác định đường kính ống và kiểm tra tổn thất áp lực: Đường kính ống dẫn kinh tế $D$ tính theo công thức $D = \sqrt{\frac{4 \cdot q_{tt}}{\pi \cdot v}}$. Vận tốc dòng chảy $v$ được kiểm tra lại nằm trong dải vận tốc cho phép ($v \le 2\text{ m/s}$). Tổn thất áp lực qua đường ống gồm tổn thất dọc đường $h_{dd} = i \cdot L$ (với $i$ là độ dốc thủy lực) và tổn thất cục bộ $h_{cb} = 0,3 \cdot h_{dd}$, tổng tổn thất áp lực là $H_L = h_{dd} + h_{cb}$.
  • Phương pháp tính toán thoát nước: Dựa trên đường kính ống nhánh thoát nước tối thiểu của từng thiết bị vệ sinh (Bảng 3.1, Bảng 3.2), xác định độ dốc thiết kế tối thiểu của đường ống thoát ngang, tính toán đương lượng thoát nước tổng cộng của từng trục đứng, kiểm tra đường kính ống thông hơi nối liền từ tầng hầm lên đỉnh mái. Dung tích bể tự hoại 3 ngăn được tính toán dựa trên thời gian lưu và khối lượng bùn cặn lắng, kết hợp trạm bơm chìm thoát nước thải tầng hầm.
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ bản vẽ thiết kế kiến trúc và kết cấu từ dự án chung cư Tân Thịnh Lợi do ACCCo phát hành; tài liệu thông số kỹ thuật của nhà sản xuất ống nhựa Tiền Phong (ống HDPE PE100, PPR PN10, uPVC), ống thép mạ kẽm Hòa Phát ASTM A53; catalogue thiết bị bơm Grundfos, Mitsubishi, CNP; catalogue bể chứa nước lắp ghép inox Storage Tank Viet Nam.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật hệ thống MEP

Hệ thống hạ tầng kỹ thuật cấp thoát nước công trình được tác giả lựa chọn và thiết kế theo giải pháp gián tiếp, do áp lực nước từ mạng lưới thành phố tại khu vực Quận 6 dao động từ $H_{ngay}^{min} = 10\text{ mH}2\text{O}$ đến $H{ngay}^{max} = 20\text{ mH}2\text{O}$, trong khi tổng chiều cao hình học và áp lực yêu cầu tối thiểu tại điểm bất lợi nhất của công trình là $H{ct} = 54,7\text{ mH}2\text{O}$ ($H{ct} = H_{ham} + H_{tret} + H_{lung} + H_{1-14} = 3 + 2,7 + \dots = 54,7\text{ m} > 20\text{ m}$). Do đó, mạng lưới cấp nước đô thị không thể cấp nước trực tiếp lên các tầng trên.

Cấu trúc hệ thống cấp nước

  • Trạm thu và bể chứa ngầm: Nước từ mạng lưới ngoài thành phố chảy qua cụm đồng hồ đo lưu lượng tổng loại tuabin trục ngang DN80 mm ($Q_{đtr} = 250\text{ m}^3/\text{h}$, sức kháng $S = 0,00207$, tổn thất qua đồng hồ $h_{đh} = 0,0111\text{ m} < 1\text{ m}$), đi qua đường ống cấp chính HDPE Tiền Phong PE100 DN160 mm (PN20, bề dày thành ống 17,9 mm, đường kính trong ID 124 mm, lưu lượng tính toán $q_{tt} = 40\text{ m}^3/\text{h}$ dẫn đầy bể trong 5 giờ) vào bể nước ngầm. Bể chứa ngầm đặt âm tại tầng hầm có dung tích tính toán $200\text{ m}^3$ (kích thước $10\text{ m} \times 8\text{ m} \times 2,5\text{ m}$, chiều cao bảo vệ $0,5\text{ m}$, kết cấu bê tông cốt thép), chứa nước sinh hoạt dự phòng và $54\text{ m}^3$ nước chữa cháy phục vụ 2 họng chữa cháy vận hành đồng thời trong 3 giờ ($2,5\text{ l/s} \times 2 \times 3\text{ h}$).
  • Tuyến đẩy trung chuyển và két nước mái: Cụm máy bơm trục đứng Grundfos CRN 45-5 A-F-A-E-HQQE đặt tại tầng hầm bơm nước từ bể ngầm lên két nước mái qua tuyến ống đẩy DN125 mm (ống thép mạ kẽm Hòa Phát ASTM A53, dày 4,78 mm, ID 141,74 mm, vận tốc $0,8154\text{ m/s} \le 2\text{ m/s}$, bơm đầy trong 2 giờ với $q_{tt} = 40\text{ m}^3/\text{h}$). Két nước mái là hệ thống bồn lắp ghép inox Storage Tank Viet Nam dung tích $80\text{ m}^3$ (kích thước $8\text{ m} \times 5\text{ m} \times 2\text{ m}$), trong đó thể tích dành riêng cho dự trữ chữa cháy ban đầu chiếm 30% ($24\text{ m}^3$, tương ứng chiều cao nước dự trữ $h_{dự trữ} = 0,375\text{ m}$).
  • Mạng lưới cấp nước xuống căn hộ: Nước từ két mái phân phối tự chảy xuống các tầng thông qua hệ thống trục đứng. Các tầng áp lực cao phía dưới được lắp đặt van giảm áp để kiểm soát áp lực thủy tĩnh không vượt quá ngưỡng quy chuẩn. Các tầng sát mái có áp lực tự do thấp được lắp đặt hệ thống máy bơm tăng áp biến tần Inverter Mitsubishi ICM C370VT kèm bình tích áp. Đường ống nhánh phân phối vào từng thiết bị vệ sinh trong căn hộ sử dụng ống chịu nhiệt PPR Tiền Phong cấp áp lực PN10.

Cấu trúc hệ thống thoát nước và thông hơi

  • Phân chia mạng lưới thoát nước: Tách biệt hoàn toàn giữa hệ thống thoát nước mưa (phễu thu mái, đường ống đứng dẫn xuống rãnh thoát ngoài công trình), nước thải xám (từ chậu rửa bát BR, bồn rửa mặt LV, phễu thu sàn, máy giặt MG) và nước thải đen (từ bồn cầu/hố xí HX).
  • Công trình xử lý cục bộ: Toàn bộ nước thải phân tiểu được gom dẫn về bể tự hoại 3 ngăn xây dựng tại khu vực tầng hầm để lắng cặn và lên men kỵ khí trước khi đấu nối ra cống thành phố. Nước thải gom tại các khu vực sàn tầng hầm được thu về hố ga trũng và sử dụng bơm chìm nước thải CNP 50WQ để bơm cưỡng bức lên hệ thống cống thoát ngoài đường.
  • Hệ thống thông hơi: Bố trí hệ thống trục thông hơi song song với trục thoát nước đứng, nối đỉnh lên trên mái công trình nhằm ổn định áp suất khí quyển trong đường ống, chống hiện tượng xâm nhập mùi và phá vỡ bẫy xi-phông (bẫy nước) của các thiết bị vệ sinh.

Quy trình xây dựng mô hình BIM Revit MEP

Mô hình hóa công trình được tác giả thực hiện trên phần mềm Autodesk Revit theo quy trình khép kín:

  1. Thiết lập môi trường làm việc kiến trúc, liên kết tệp CAD gốc của dự án, thiết lập lưới trục định vị và cao độ các tầng.
  2. Dựng hình kết cấu, tường, cửa và bố trí nội thất cơ sở cho công trình từ tầng hầm đến tầng 14.
  3. Tạo lập dự án cơ điện (Revit MEP), liên kết mô hình kiến trúc, sao chép và giám sát lưới trục cao độ (Copy/Monitor).
  4. Thiết lập hệ thống đường ống (Piping System) gồm nước cấp lạnh (Cold Water), nước thải xám, nước thải đen, nước mưa và ống thông hơi.
  5. Căn chỉnh khoảng nhìn hiển thị (View Range) phù hợp với cao độ trần giả và mặt sàn của từng hệ thống cơ điện.
  6. Tải thư viện thiết bị vệ sinh, thiết bị bơm, đồng hồ, phụ kiện co lơi, van khóa, phụ kiện tê giảm; tiến hành vạch tuyến không gian mạng lưới đường ống cấp và thoát nước.
  7. Đặt thẻ định danh (Tag) đường ống, đường kính danh nghĩa, độ dốc; thiết lập khung bản vẽ kỹ thuật và trích xuất bảng thống kê khối lượng tự động (khối lượng mét dài ống theo đường kính, số lượng phụ kiện cút/tê, số lượng van khóa và thiết bị vệ sinh).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về công trình và hạng mục thiết kế

Chương mở đầu trình bày thông tin hành chính, vị trí địa lý của dự án chung cư Tân Thịnh Lợi – Noble Apartment tại Quận 6, TP. Hồ Chí Minh. Tác giả lập bảng thống kê Bảng 1.1 tổng hợp các chỉ số kỹ thuật của khu đất (3.450 m²), diện tích xây dựng, quy mô tầng cao (56,1 m), số tầng (2 hầm, trệt, lửng, 14 tầng lầu) và quy mô dân số (400 người). Nội dung chương làm rõ cơ cấu các dòng căn hộ điển hình (căn hộ A, A1 loại 1 phòng ngủ; căn hộ B, B1, C, C1 loại 2 phòng ngủ; căn hộ duplex thông tầng D, D1). Tác giả thiết lập 7 bước quy trình thực hiện đồ án và liệt kê danh mục 9 tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng Việt Nam bắt buộc áp dụng làm căn cứ kỹ thuật.

Chương 2: Tính toán và thiết kế hệ thống cấp nước

Nội dung chương 2 tập trung phân tích các phương án cấp nước trong nhà cao tầng và so sánh 4 dạng sơ đồ: sơ đồ đơn giản, sơ đồ có két nước mái, sơ đồ có trạm bơm và sơ đồ kết hợp trạm bơm - bể chứa ngầm - két nước mái. Dựa trên số liệu áp lực đường ống cấp nước đô thị tại đường Bà Hom ($H_{ngay}^{min} = 10\text{ m}$, $H_{ngay}^{max} = 20\text{ m}$) so với áp lực yêu cầu của tòa nhà ($H_{ct} = 54,7\text{ m}$), tác giả chứng minh tính tất yếu của việc lựa chọn giải pháp cấp nước gián tiếp.

Chương này tính toán chi tiết nhu cầu dùng nước:

  • Khối căn hộ: $N_{ch} = 374\text{ người}$, $q_{sh} = 200\text{ l/người/ngày}$, tổng lưu lượng sinh hoạt $Q_{sh} = 74,8\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$.
  • Tính toán lưu lượng cấp nước rửa xe, rửa sàn tầng hầm ($1,0000131\text{ m}^3/\text{s}$).
  • Thiết kế bể ngầm bê tông cốt thép dung tích $200\text{ m}^3$ (kích thước $10\text{ m} \times 8\text{ m} \times 2,5\text{ m}$), bao gồm $54\text{ m}^3$ nước chữa cháy cho 2 họng phun hoạt động 3 giờ.
  • Thiết kế két nước mái inox Storage Tank Viet Nam dung tích $80\text{ m}^3$ (kích thước $8\text{ m} \times 5\text{ m} \times 2\text{ m}$), dự trữ chữa cháy 10 phút đầu ($24\text{ m}^3$, chiếm 30% dung tích).
  • Chọn tuyến ống cấp vào bể ngầm HDPE PE100 DN160 mm, PN20. Chọn tuyến ống đẩy lên két mái bằng thép mạ kẽm ASTM A53 DN125 mm.
  • Chọn đồng hồ đo lưu lượng tổng loại tuabin DN80 mm.
  • Tính toán thủy lực mạng lưới đường ống nhánh PPR (PN10) cho tầng hầm và các căn hộ điển hình từ Bảng 2.1 đến Bảng 2.20 (căn hộ A, A1, B, B1, C, C1, D, D1), xác định tổng đương lượng thiết bị, lưu lượng tính toán $q_{tt}$, đường kính trong ID, vận tốc dòng chảy $v$, độ dốc thủy lực $i$ và tổng tổn thất cột áp $H_L$.
  • Lựa chọn thiết bị cơ điện: máy bơm trung chuyển trục đứng Grundfos CRN 45-5 A-F-A-E-HQQE, hệ thống bơm tăng áp biến tần Inverter Mitsubishi ICM C370VT kèm bình tích áp, tính toán bố trí van giảm áp cho các phân đoạn tầng dưới.

Chương 3: Tính toán, thiết kế hệ thống thoát nước cho toà nhà

Chương 3 trình bày các nguyên tắc và cơ sở phân loại hệ thống thoát nước công trình, phân định dòng thải đen và dòng thải xám. Dựa trên tiêu chuẩn thiết kế, tác giả lập các bảng quy chuẩn kích cỡ đường kính ống thoát dẫn tối thiểu nối từ từng thiết bị vệ sinh (Bảng 3.1, Bảng 3.2, Bảng 3.3). Thực hiện tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước thải ngang cho từng căn hộ (từ Bảng 3.4 đến Bảng 3.11), xác định đương lượng thoát nước, độ dốc ống thoát nước thải ngang đảm bảo khả năng tự làm sạch cặn lắng.

Chương tính toán đường kính các trục đứng thoát nước thải sinh hoạt (Bảng 3.12, Bảng 3.13), thiết kế hệ thống ống thông hơi vươn lên mái, bố trí các hố ga và cửa thăm thông tắc tại các vị trí đổi hướng dòng chảy. Thiết kế cụ thể bể tự hoại 3 ngăn đặt tại tầng hầm phục vụ xử lý sinh học phân tiểu và lựa chọn cụm máy bơm chìm nước thải CNP 50WQ phục vụ bơm thoát nước tầng hầm. Phần cuối chương dành cho tính toán mạng lưới thoát nước mưa trên mái công trình: phân chia lưu vực thu nước mưa, tính toán lưu lượng mưa cho từng phễu thu và ống đứng thoát nước mưa theo Bảng 3.14.

Chương 4: Dựng mô hình 3D công trình bằng phần mềm Revit

Chương 4 mô tả phương pháp ứng dụng công nghệ BIM thông qua phần mềm Autodesk Revit MEP trong thiết kế kỹ thuật cấp thoát nước tòa nhà. Tác giả trình bày các thao tác thiết lập dự án từ việc liên kết bản vẽ 2D AutoCAD mặt bằng kiến trúc, tạo hệ lưới trục và cao tầng, dựng hình khối kiến trúc và kết cấu cơ bản (tường, sàn, dầm, cột, cửa, bố trí nội thất căn hộ).

Tiếp đó, chương hướng dẫn quy trình chuyển giao sang môi trường Revit MEP: liên kết file kiến trúc, sao chép cao độ tầng, định hình hệ thống ống dẫn cấp và thoát nước, cài đặt vật liệu và dải kích thước ống (PPR, uPVC, thép mạ kẽm). Mô tả chi tiết việc cấu hình View Range để kiểm soát mặt phẳng cắt hiển thị ống ngầm và ống treo trần, nạp thư viện thiết bị vệ sinh, vẽ mạng lưới ống không gian 3D, gắn nhãn (tag) đường kính và độ dốc ống, dàn trang xuất bản vẽ sang định dạng PDF. Đặc biệt, tác giả trích xuất tự động các bảng thống kê khối lượng chính xác từ mô hình 3D: khối lượng mét dài ống theo từng cỡ đường kính danh nghĩa, khối lượng phụ kiện (cút, tê, côn thu, măng sông) và số lượng thiết bị vệ sinh.

Chương 5: Dự toán chi phí công trình

Chương 5 hoàn thiện hồ sơ thiết kế thông qua việc lập dự toán kinh phí đầu tư xây dựng hệ thống cấp thoát nước tòa nhà. Nội dung làm rõ cơ cấu chi phí xây dựng theo các quy định hiện hành:

  • Chi phí trực tiếp ($T$): Bao gồm chi phí vật tư đường ống, van khóa, phụ kiện; chi phí nhân công lắp đặt; chi phí máy thi công (thể hiện tại Bảng 5.1).
  • Chi phí gián tiếp ($I$): Chi phí chung, chi phí nhà tạm lán trại điều hành và chi phí gián tiếp khác.
  • Thu nhập chịu thuế tính trước.
  • Chi phí quản lý dự án.
  • Chi phí tư vấn đầu tư xây dựng (Bảng 5.1 về chi phí tư vấn).
  • Chi phí dự phòng: Dự phòng trượt giá và dự phòng phát sinh khối lượng trong quá trình triển khai thi công.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật cốt lõi của công trình

Hạng mục kỹ thuật Thông số và giải pháp thiết kế được lựa chọn Căn cứ / Tiêu chuẩn áp dụng
Quy mô dân số thiết kế 374 người (khối căn hộ) / 400 người (toàn bộ tòa nhà) TCVN 4450:1987, Bảng 1.1
Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt $200\text{ lít/người/ngày-đêm}$ TCXDVN 33:2006
Tổng lưu lượng cấp nước căn hộ $Q_{sh} = 74,8\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$ Tính toán theo dân số 374 người
Áp lực mạng lưới cấp nước đô thị $H_{min} = 10\text{ mH}2\text{O}$; $H{max} = 20\text{ mH}_2\text{O}$ TCVN 13606:2023 (đô thị loại đặc biệt)
Áp lực yêu cầu của công trình $H_{ct} = 54,7\text{ mH}2\text{O} > H{max}$ thành phố Tính toán chiều cao hình học và tổn thất
Giải pháp hệ thống cấp nước Gián tiếp: Bể ngầm $\rightarrow$ Trạm bơm $\rightarrow$ Két nước mái Phân tích cân bằng áp lực
Tuyến ống cấp nước vào bể ngầm Ống HDPE PE100 DN160 mm, PN20, dày 17,9 mm $q_{tt} = 40\text{ m}^3/\text{h}$, làm đầy trong 5 giờ
Dung tích bể nước ngầm $200\text{ m}^3$ (bê tông cốt thép; $10\text{ m} \times 8\text{ m} \times 2,5\text{ m}$) Dự trữ sinh hoạt + $54\text{ m}^3$ chữa cháy 3h
Tuyến ống đẩy lên két mái Ống thép mạ kẽm ASTM A53 DN125 mm, dày 4,78 mm Vận tốc $v = 0,8154\text{ m/s} \le 2\text{ m/s}$
Dung tích két nước mái $80\text{ m}^3$ (bể inox lắp ghép; $8\text{ m} \times 5\text{ m} \times 2\text{ m}$) Điều hòa lưu lượng + $24\text{ m}^3$ chữa cháy 10p
Đồng hồ đo lưu lượng tổng Loại tuabin trục ngang DN80 mm, $Q_{đtr} = 250\text{ m}^3/\text{h}$ $h_{đh} = 0,0111\text{ m} < 1\text{ m}$ (TCVN 4513:1988)
Bơm trung chuyển cấp nước Grundfos trục đứng CRN 45-5 A-F-A-E-HQQE Đẩy nước từ bể ngầm lên két nước mái
Thiết bị tăng áp và giảm áp Bơm tăng áp Inverter Mitsubishi ICM C370VT; van giảm áp Điều hòa áp lực tầng sát mái và tầng dưới
Thiết bị bơm thoát nước tầng hầm Bơm chìm nước thải CNP 50WQ Thoát nước thải hố thu sàn hầm
Vật liệu đường ống căn hộ Cấp nước: Ống PPR Tiền Phong (PN10); Thoát nước: uPVC TCVN 4513:1988, catalogue hãng

Giải pháp kỹ thuật và kiến nghị của tác giả

  • Đề xuất phân vùng áp lực thông qua việc sử dụng van giảm áp trên các trục đứng cấp xuống nhằm bảo vệ thiết bị vệ sinh ở các tầng thấp không bị phá hủy hoặc rò rỉ gioăng do hiện tượng quá áp thủy tĩnh.
  • Bố trí trạm bơm tăng áp biến tần Inverter Mitsubishi cho các tầng trên cùng tiếp giáp két nước mái, khắc phục hoàn toàn tình trạng thiếu hụt áp lực nước tự do tại vòi sen tắm và bồn rửa.
  • Áp dụng sơ đồ thoát nước phân lưu riêng biệt nước xám và nước đen; toàn bộ nước thải khu vệ sinh được gom về bể tự hoại 3 ngăn tại tầng hầm trước khi xả ra hạ tầng đô thị.
  • Thiết kế hệ thống trục thông hơi thông suốt lên mái kết hợp cửa thăm thông tắc định kỳ trên hệ thống ống thoát ngang và chân trục đứng, hạn chế tắc nghẽn và phát tán mùi hôi.

Đóng góp so với nghiên cứu, thiết kế truyền thống

Tác giả đã ứng dụng giải pháp mô hình hóa thông tin công trình (BIM) bằng phần mềm Revit MEP thay thế cho phương pháp vẽ 2D AutoCAD truyền thống. Việc này mang lại các đóng góp cụ thể:

  • Kiểm soát không gian đa chiều, phát hiện và xử lý trực quan các điểm xung đột (clash detection) giữa hệ thống đường ống cấp thoát nước với kết cấu dầm, cột và không gian trần giả của tòa nhà.
  • Tự động hóa quá trình lập bảng thống kê khối lượng vật tư ống, phụ tùng co tê van khóa và thiết bị vệ sinh trực tiếp từ mô hình 3D, loại bỏ sai sót tính toán thủ công và hỗ trợ công tác bóc tách dự toán tại Chương 5 đạt độ chính xác cao.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên công bố của tác giả trong phần Lời cảm ơn và phạm vi tính toán của đồ án, đề tài có các hạn chế và định hướng phát triển sau:

  • Hạn chế: Do giới hạn về mặt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp và phạm vi đề tài bao quát rộng toàn bộ công trình cao tầng, nghiên cứu chủ yếu tập trung vào tính toán mạng lưới cấp thoát nước sinh hoạt và nguyên lý cơ bản của hệ thống chữa cháy. Mô hình tính toán thủy lực dừng lại ở phương pháp giải tích theo quy chuẩn TCVN, chưa thực hiện mô phỏng động lực học dòng chảy (CFD) chuyên sâu cho các nút mạng phức tạp hoặc phân tích hiện tượng búa nước (water hammer) trên tuyến ống đẩy trung chuyển. Phần dự toán chỉ tập trung ở mức độ bóc tách khối lượng dự toán xây lắp chính của hệ thống cấp thoát nước.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng tích hợp hệ thống quản lý năng lượng và tự động hóa tòa nhà (BMS/SCADA) để giám sát lưu lượng, áp suất và điều khiển tự động biến tần trạm bơm; nghiên cứu giải pháp tái sử dụng nguồn nước thải xám (greywater recycling) sau xử lý để cấp cho mục đích rửa sàn hầm, tưới cây nhằm nâng cao hiệu quả tiết kiệm tài nguyên nước cho công trình.

Giá trị tham khảo và đối tượng tiếp cận

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này cung cấp dữ liệu tham khảo chuyên môn cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành Hệ thống Kỹ thuật Công trình (MEP), Kỹ thuật Cấp thoát nước, Kỹ thuật Công trình Đô thị: Tài liệu cung cấp trình tự tính toán thủy lực mẫu hoàn chỉnh cho một công trình chung cư cao tầng thực tế, bám sát các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành từ việc xác định đương lượng, lập bảng tính thủy lực ống nhánh căn hộ, đến việc chọn bơm và tính dung tích bể chứa.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện nước: Tham khảo phương pháp vạch tuyến và xử lý cân bằng áp lực nước cho công trình hỗn hợp cao 56,1 m với nhiều loại căn hộ (từ căn hộ tiêu chuẩn 58 m² đến căn hộ duplex thông tầng 120 m²).
  • Người làm việc với công nghệ BIM/Revit: Chương 4 của tài liệu là tài liệu hướng dẫn quy trình từng bước xây dựng mô hình cơ điện từ tệp kiến trúc AutoCAD, thiết lập tham số hệ thống đường ống (Piping System, View Range) và trích xuất bảng thống kê khối lượng vật tư tự động.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tòa nhà chung cư Tân Thịnh Lợi không áp dụng phương án cấp nước trực tiếp từ mạng lưới đô thị?

Theo kết quả tính toán tại mục 2.2, áp lực nước bên ngoài mạng lưới đô thị đường Bà Hom chỉ đạt từ $H_{ngay}^{min} = 10\text{ mH}2\text{O}$ đến $H{ngay}^{max} = 20\text{ mH}2\text{O}$ (theo TCVN 13606:2023 đối với đô thị loại đặc biệt). Trong khi đó, áp lực cần thiết để đưa nước đến tầng cao nhất của công trình là $H{ct} = 54,7\text{ mH}2\text{O}$ ($H{ct} = H_{hầm} + H_{trệt} + H_{lửng} + H_{1-14} = 3 + 2,7 + \dots = 54,7\text{ m}$). Vì áp lực ngoài ($20\text{ m}$) nhỏ hơn nhiều so với áp lực yêu cầu ($54,7\text{ m}$), phương án cấp nước trực tiếp không thể đưa nước lên các tầng trên, bắt buộc phải chọn phương án gián tiếp sử dụng trạm bơm, bể chứa ngầm và két nước mái.

2. Dung tích và quy cách của bể chứa ngầm và két nước mái được thiết kế như thế nào?

  • Bể nước ngầm: Dung tích thiết kế $200\text{ m}^3$, kết cấu bê tông cốt thép đặt âm tại tầng hầm, kích thước $(10 \times 8 \times 2,5)\text{ m}$ với chiều cao bảo vệ $0,5\text{ m}$. Bể dự trữ nước sinh hoạt theo lưu lượng ngày đêm và tích hợp sẵn $54\text{ m}^3$ nước chữa cháy dự phòng cho 2 họng phun hoạt động trong 3 giờ ($3600 \times 3 \times 2,5 \times 2 = 54.000\text{ lít}$).
  • Két nước mái: Dung tích thiết kế $80\text{ m}^3$, sử dụng bể lắp ghép bằng vật liệu inox của hãng Storage Tank Viet Nam, kích thước $(8 \times 5 \times 2)\text{ m}$. Dung tích két bao gồm lượng nước điều hòa sinh hoạt và $24\text{ m}^3$ nước dự trữ chữa cháy trong 10 phút đầu (chiếm 30% thể tích két), tương ứng chiều cao dự trữ nước chữa cháy trong bể là $h_{dự trữ} = 0,375\text{ m}$.

3. Quy cách vật liệu và đường kính của các tuyến ống cấp nước chính là gì?

  • Tuyến ống dẫn nước từ mạng lưới thành phố vào bể ngầm: Chọn ống nhựa HDPE Tiền Phong PE100, đường kính danh nghĩa DN160 mm, cấp áp lực PN20, bề dày thành ống 17,9 mm, đường kính trong ID 124 mm, thời gian làm đầy bể là 5 giờ với lưu lượng tính toán $q_{tt} = 40\text{ m}^3/\text{h}$ ($0,01111\text{ m}^3/\text{s}$).
  • Tuyến ống đẩy trung chuyển từ trạm bơm ngầm lên két nước mái: Chọn ống thép mạ kẽm Hòa Phát ASTM A53, đường kính danh nghĩa DN125 mm, bề dày 4,78 mm, đường kính trong ID 141,74 mm, vận tốc chảy thực tế kiểm tra là $v = 0,8154\text{ m/s} \le 2\text{ m/s}$, làm đầy két trong 2 giờ ($q_{tt} = 40\text{ m}^3/\text{h}$).
  • Mạng lưới phân phối nhánh trong các căn hộ: Sử dụng ống nhựa chịu nhiệt PPR Tiền Phong cấp áp lực PN10.

4. Thiết bị bơm nào được lựa chọn cho hệ thống cấp thoát nước của công trình?

  • Bơm trung chuyển cấp nước từ bể ngầm lên két mái: Máy bơm trục đứng Grundfos model CRN 45-5 A-F-A-E-HQQE.
  • Cụm bơm tăng áp cho các tầng áp lực yếu sát mái: Bơm biến tần Inverter Mitsubishi model ICM C370VT kết hợp với bình tích áp.
  • Bơm chìm thoát nước thải tầng hầm: Máy bơm chìm nước thải CNP model 50WQ.

5. Dân số tính toán và cơ cấu căn hộ của tòa nhà được xác định trên cơ sở nào?

Cơ cấu tòa nhà gồm 2 tầng hầm, trệt, lửng và 14 tầng lầu với tổng cộng 86 căn hộ tiêu chuẩn cùng các căn hộ dịch vụ và duplex thông tầng. Dân số tính toán tiêu thụ nước sinh hoạt căn hộ được xác định theo mục 1.2 TCVN 4450:1987: căn hộ 1 phòng ngủ (A, A1) gồm 28 căn với định mức 3 người/căn (tổng 84 người); căn hộ 2 phòng ngủ (B, B1) gồm 58 căn với định mức 5 người/căn (tổng 290 người). Tổng số dân căn hộ tiêu chuẩn là $N_{ch} = 374\text{ người}$. Với định mức tiêu chuẩn dùng nước $200\text{ l/người/ngày-đêm}$ (TCXDVN 33:2006), tổng nhu cầu dùng nước sinh hoạt khối tháp là $Q_{sh} = 74,8\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Lê Thúc Minh Quang đã hoàn thành trọn vẹn việc tính toán và thiết kế kỹ thuật hệ thống cấp thoát nước cho công trình Chung cư Tân Thịnh Lợi – Noble Apartment (Quận 6, TP. Hồ Chí Minh) cao 56,1 m với quy mô 400 cư dân. Bằng việc áp dụng nghiêm ngặt các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam (TCVN 4513:1988, TCVN 13606:2023, TCXDVN 33:2006), tác giả đã chứng minh và lựa chọn giải pháp cấp nước gián tiếp trạm bơm - bể ngầm $200\text{ m}^3$ - két mái $80\text{ m}^3$ kết hợp van giảm áp và bơm biến tần tăng áp, đảm bảo cấp nước an toàn và xử lý thoát nước phân lưu hiệu quả. Đặc biệt, việc ứng dụng thành công phần mềm Autodesk Revit MEP trong mô hình hóa 3D và bóc tách khối lượng tự động đã tạo nên sự gắn kết chặt chẽ giữa lý thuyết tính toán thủy lực, thiết kế không gian kiến trúc và lập dự toán chi phí đầu tư cho công trình.