高层建筑的设计和建造带来了一些特殊的挑战，特别是在冷热水管道系统的设计方面。高层建筑冷热水管道设计的一些最大挑战与控制压力有关。压力在冷热水管道系统中既是朋友又是敌人。当你把水提升到基准线以上时，每升高2.3英尺就会损失1磅/平方英寸。虽然这似乎是一个合理的增量损失，但当水被提升到75英尺时，这可能是一个重大的损失；然后又要求在水柱的顶部保持一个高的最低压力。

例如，在一栋办公楼里，要求立管在最远程固定装置处的压力为 25 psi。你添加一个增压系统来满足顶层的需求。当楼层开始叠加时，一个常见的并发症就出现了。合并的水头压力导致底部的压力可能超过规范和材料所限制的允许的安全水平。这也是一个相当常规的情况，通常在每层压力超过规范最大限度的地方放置减压阀，或者从较高压力的立管中分出一个压力区来解决。这种压力区使用中央减压阀和副立管，以满足最高层的最低压力要求和最低层的最大压力允许。这种特殊的方法已经成功地应用于许多高层建筑的设计。

尽管经济性、基本建筑功能和整体高度对供水分配方法有重大影响，但在建筑物的各个层面提供足够的水压对于建筑物的居住者来说至关重要。许多中等高度甚至非常高的高层建筑使用各种抽水方案。一种早期的方法是在建筑顶部使用高架储水箱，在建筑底部使用补水泵，这是一种典型的重力下送式方法。这种方法演变成使用具有恒速、恒压控制的多个泵组的直接泵送系统。多年来，这两种方法都被证明是可靠和经济的，许多这样的设计今天仍然活跃，或者仍然被用于目前的设计实践中。变频电驱动的不断改进和发展，以及对降低能耗和成本的日益重视，使变速直抽式机组成为现代工业的主力。

排水方面的压力控制带来了其他挑战。诚然，水在这两个系统中本质上是一样的；但是，排水理论认为，相当多的空气会随着水流向下流动。该理论认为，在垂直管道中流动的水往往会粘附在管壁上，就像一个带有空心空气芯的水套，全部沿着管壁滑下，直到达到大约1/4的管道横截面积的比例。这个水套筒以接近每秒15英尺（fps）的速度行进，由重力推动，但受到摩擦力的限制。当管道保持垂直时，夹带的空气相对容易控制，但当管道偏离垂直方向时，流体流速会大大下降，充满整个管道直径。水平、倾斜的排水管道应该在4-8 fps的范围内流动，因此很容易看到会迅速形成大量水流。这可能会导致流体路径上的空气被压缩或流体流动的离开侧的空气压力降低。这些流体和空气波动的影响可以通过在烟囱底部有效地使用轭状通风口、泄压通风口和通风接口来控制。在这里，这些解决方案在很大程度上并不独特，而且已经成功地应用于许多中等高度甚至极高的高层建筑。

一个相关的问题是水力跳跃对管道本身的影响。水的质量和速度从垂直到水平的快速变化导致了这种跳跃。虽然与这种跳跃有关的压力很大，但它并没有破坏堆栈底部的配件。相反，管道的运动会给将接头固定在管道上的摩擦力带来压力，导致最终的接头失效。好的设计必须对这种方向变化时发生的强大推力进行补偿。成功的方法包括增加水平排水管的尺寸或坡度，使用止推块，或使用带有螺纹杆的限制性接头或类似装置的约束接头，将配件机械地锚定到进出管道上。

一旦水被提升和使用，就会被排放到排水系统中，该系统包括一个附带的通风系统，负责排水管网中空气的流动。空气对排水过程至关重要，因为排水流动是由倾斜的管道造成的，其动力是重力。如果没有空气，排水系统就会不复存在。当管道中的水流到较低的区域时，必须加入空气来替代水，否则就会出现负压区。如果这个区域靠近固定装置，空气就会通过固定装置疏水阀被吸入排水系统，并发出容易识别的咕噜咕噜的声音，排水性能非常缓慢。这种情况会导致整个排水系统的性能变差，并且由于虹吸或井喷导致疏水阀的密封性下降。对这种情况的补救措施是通风。在单个灯具层面，这包括一个灯具通风口。随着灯具数量的增加，通风需求也随之增加，逐渐形成一个通风系统，在适当的位置设置分支、回路和环路的通风口。当处理高层排水管时，应该有一个通风管，以便在系统的高度和宽度上进行压力平衡和释放。除了缓解排水系统中的压力，通风系统允许空气在两个方向循环，以应对排水系统中波动的流量。在许多高立管通风口设计中，如果烟囱需要在某一楼层水平偏移，就需要一个泄压通风口。虽然不经常强调，但建筑通风系统也是对市政下水道通风口的补充，缓解有毒甚至有害的气体，使下水道的排水不受压力限制。

管道工程师必须考虑冷热水管道系统对一般施工方法的影响。在高层项目中，垂直管道系统通常比水平管道系统更有效。垂直管道使用较少的支架、吊架、插入物等，并且在天花板上需要较少的水平空间来倾斜以实现排水。总的来说，垂直管道是一个相当不错的选择；但是，它也不是没有缺点。垂直管道的缺点是在结构板上有多个穿孔。每一个穿透点都必须被密封或保护，以防止火和烟的垂直迁移（即把高楼变成一个高大的烟囱）。不仅是穿孔的密封是个问题，而且穿孔的数量也同样困难。这些多重穿孔的位置对结构的完整性和装置的功能至关重要。更高的建筑需要更坚固的结构，进一步限制了允许穿透的空间。其他结构做法，如后张拉梁和楼板，有助于减轻整个建筑结构，甚至可以进一步限制楼板穿透的可用位置。

任何高层建筑设计中都不应该忽视的一个领域是消防系统。至少，所有的高层建筑都应该在每一层楼设置自动喷水灭火系统，并在每个楼梯间设置立管系统。多年来，这些系统已经证明了自己能够极大地挽救生命和财产。具体类型、覆盖密度和出口位置都是根据建筑物的类型、高度、位置和当地消防部门而有所不同。

在本文所涉及的项目中，管道系统都是使用非常 "标准 "的管道和配件进行指定和安装。建筑物内的卫生和通风管道以及雨水管道大多是无毂铸铁，主要是为了方便使用和安静运行。地下的卫生和雨水管道是带有垫圈接头的轮毂和拉头铸铁。在某些情况下，特别是水平的、大口径的地下排水管道，管道是带有机械式接头的球墨铸铁。这是此类管道系统的常规安装，由于其对流量和压力的适用性、可用性和安静的操作而被广泛使用，并且大部分由消费后产品制成，所以在应用上非常 "绿色"。这些建筑的供水系统通常为L型铜管。2英寸和更小的管子通常使用95-5焊料进行组装；对于更大直径的管子，我们通常让承包商选择钎焊或使用滚槽配件的机械接头。医疗气体分配通常是L型铜，采用NFPA规定的钎焊接头。除了极高的建筑物，这些材料通常在很宽的压力范围内提供良好的服务，并且在最大压力限制内有很大的优势。随着建筑物越来越高，许多供水系统所施加的压力会超过铜管的安全工作压力。在某些地区，不锈钢轻壁管（Schedule 10）或标准管（Schedule 40）是提高安全工作压力的合理选择。这两种材料都可以使用滚槽式机械接头进行连接。