市政給排水管線設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

蔣 奇，謝云中，游 瑋

1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,湖北 武漢 430010

2.同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101

1 市政給排水管線運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)老化

當(dāng)前，我國(guó)大部分城市相關(guān)給排水配套設(shè)施無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、系統(tǒng)化建設(shè)。給排水管網(wǎng)系統(tǒng)是市政給排水管線設(shè)計(jì)中非常重要的部分，但是當(dāng)前該部分存在應(yīng)用性能不夠完善等問(wèn)題，有些城市甚至還在使用20世紀(jì)遺留的給排水管道。這些管網(wǎng)老化現(xiàn)象嚴(yán)重，并且接口處存在破損、滲漏等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了給排水的效率，使得給排水系統(tǒng)無(wú)法充分發(fā)揮其作用。

1.2 存在供水質(zhì)量問(wèn)題

通過(guò)調(diào)查研究我國(guó)一些城市的市政給排水管網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，在部分管網(wǎng)系統(tǒng)中，管網(wǎng)實(shí)際承擔(dān)的壓力遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)壓力，這嚴(yán)重縮短了管網(wǎng)的使用壽命，而且使用安全問(wèn)題也無(wú)法得到保證，容易出現(xiàn)排水管爆裂問(wèn)題，從而導(dǎo)致停水問(wèn)題。這些問(wèn)題的存在不但影響了給排水系統(tǒng)的效果，而且會(huì)影響居民的生活水平。

1.3 防洪排澇能力較低

作為市政工程建設(shè)施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的施工質(zhì)量會(huì)直接影響城市建設(shè)的整體效果。然而，部分設(shè)計(jì)人員在規(guī)劃市政給排水管線過(guò)程中沒(méi)有使給排水工程具有較好的防洪排澇功能，這直接降低了給排水工程的整體功效，使給排水工程和城市中其他的建設(shè)項(xiàng)目無(wú)法達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)暴雨天氣，就會(huì)嚴(yán)重沖擊到城市的給排水系統(tǒng)。如果相關(guān)設(shè)計(jì)人員不能確保工程建設(shè)發(fā)揮其基本作用，在暴雨天氣狀態(tài)下不僅會(huì)影響人們的出行，還會(huì)威脅到人們的安全。

1.4 管道連接不到位

在開(kāi)展給排水管線設(shè)計(jì)時(shí)，要做好管道的選材工作，一旦管材出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)直接降低給排水設(shè)計(jì)的質(zhì)量。給排水工程由于是在地下進(jìn)行施工，因此要選擇抗腐蝕能力比較強(qiáng)的材料。但是實(shí)際工作中，不同的施工環(huán)節(jié)其設(shè)計(jì)內(nèi)容基本是由不同的分包商完成，在選擇材料時(shí)，分包商一般不會(huì)針對(duì)材料選擇問(wèn)題進(jìn)行專門(mén)的溝通，有些分包商甚至為了節(jié)省成本會(huì)選擇一些成本偏低的質(zhì)量不理想的材料。管道連接距離在設(shè)置過(guò)程中也很容易出現(xiàn)問(wèn)題，一些設(shè)計(jì)人員在沒(méi)有進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行深入的勘察的情況下就直接展開(kāi)給排水管線設(shè)計(jì)工作，僅憑借自身的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)置管道連接距離，致使設(shè)計(jì)規(guī)劃脫離實(shí)際情況，無(wú)法保障管道連接能充分發(fā)揮作用。

2 市政給排水管線優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

2.1 優(yōu)化整體管網(wǎng)布局

設(shè)計(jì)給水管網(wǎng)時(shí)，在確定線下情況的前提下，為了確保質(zhì)量，要結(jié)合水力參數(shù)以及管道的直徑選擇最優(yōu)的搭配組合。在確定管線之后，要對(duì)給排水管網(wǎng)的流量進(jìn)行合理的分配，通過(guò)運(yùn)用優(yōu)化算法來(lái)優(yōu)化管道的直徑數(shù)據(jù)，以城市的規(guī)模以及給排水的需求為依據(jù)，針對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行具體的布置，以確保分布組合效果達(dá)到最佳狀態(tài)，確保管網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行成本最低狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)運(yùn)行效益的最大化。需要注意的是，可以通過(guò)運(yùn)用非線性規(guī)劃法、使用遺傳算法、純屬規(guī)劃法等多種方法對(duì)不同壓力范圍內(nèi)的供水設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，但要嚴(yán)格遵循水資源的優(yōu)化配置原則來(lái)規(guī)劃城市給排水管網(wǎng)系統(tǒng)，在開(kāi)始設(shè)計(jì)之前認(rèn)真完成需水量的預(yù)測(cè)工作。另外，為了保障城市能夠長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到該城市未來(lái)的地下水開(kāi)發(fā)、水質(zhì)改善以及供水集約化等多種可能的發(fā)展方向，給這些城市地下發(fā)展預(yù)留一定的操作空間。

2.2 做好管道設(shè)計(jì)

為了確保管道設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度，設(shè)計(jì)人員要在供水管道設(shè)計(jì)圖紙中準(zhǔn)確地標(biāo)識(shí)出標(biāo)高、預(yù)留、管徑、管道基礎(chǔ)等數(shù)據(jù)。同時(shí)，在進(jìn)行管道垂直設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免管道出現(xiàn)損壞，要確保在外部負(fù)載的情況下依然能夠保持管道的完好度。在比較寒冷的天氣，要采取一定的措施來(lái)避免供水管道凍結(jié)。最小土層要結(jié)合不同管道的承壓能力來(lái)確定。在規(guī)劃和設(shè)計(jì)相關(guān)圖紙時(shí)，要使用1∶500的地形圖。在進(jìn)行具體的操作時(shí)，可結(jié)合實(shí)際情況降低供水管，如熱水管和供水管之間的水平距離必須大于1.5m（如果采用的是質(zhì)量比較好的管材，則可以適當(dāng)縮短熱水管和供水管之間的水平距離）。在規(guī)劃和設(shè)計(jì)住宅小區(qū)供水系統(tǒng)時(shí)，要以物業(yè)管理規(guī)定為基礎(chǔ)，在深入了解其供水原理以及性能之后再進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)工作。重力管道、直徑比較大的管道要分別避開(kāi)壓力管道、小直徑管道。在進(jìn)行管道以及接口設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量使用軟管，最好的選擇是消防水帶和HDPE管道相組合，采用UPVC管道作為排水管道，設(shè)置柔性管道接口。

2.3 管線綜合設(shè)計(jì)

某工程項(xiàng)目能夠?qū)υ摰貐^(qū)的管線設(shè)置提供相應(yīng)的載體，可以給市政提供配套的基礎(chǔ)設(shè)施，可有效推動(dòng)當(dāng)?shù)厥姓ㄔO(shè)的發(fā)展。該工程主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行管線的綜合設(shè)計(jì)。

第一，設(shè)計(jì)管位的橫斷面。該項(xiàng)目位于道路紅線寬度范圍內(nèi)的路面，設(shè)有雨水管、給水管道、污水管道、燃?xì)夤艿?、有線電視管道、路燈電纜、通信電纜、交通信號(hào)纜、電力電纜及預(yù)留的橫穿管廊，在該紅線范圍內(nèi)的地下管道涉及雨水、給水、污水、電信、燃?xì)?、電力等，因此為確保道路上行駛車(chē)輛的舒適性，并未在機(jī)動(dòng)車(chē)道以下布置管線。

第二，管線的平面布置，管道平面的間距設(shè)置要結(jié)合各專業(yè)管道的相關(guān)要求進(jìn)行，而且未來(lái)的市政配套設(shè)施會(huì)進(jìn)一步完善和發(fā)展，因此需要預(yù)留出相應(yīng)的通道空間。另外，要統(tǒng)一協(xié)調(diào)該路段相交的規(guī)劃路以及現(xiàn)狀路口等管線之間的連接。對(duì)于其中存在問(wèn)題的部分，需要及時(shí)納入下一步的規(guī)劃安排中，這樣才能確保管線的設(shè)計(jì)和施工順利進(jìn)行。另外，要結(jié)合道路的坡向以及道路兩側(cè)的實(shí)際規(guī)劃情況，預(yù)留出橫穿管道。如果在一些地塊已經(jīng)做好了相應(yīng)的管線設(shè)計(jì)，則需要按照情況預(yù)留接口。

第三，管道的豎向設(shè)計(jì)。管線之間如果出現(xiàn)交叉，從最底層往上的分層布置的順序一般是污水管道→雨水管涵（或者雨水管涵→污水管道）→電信管道、燃?xì)夤艿?、給水管道→雨水口連接管、有線電視電纜、路燈電纜、電力套管。在進(jìn)行管線豎向設(shè)計(jì)時(shí)，部分管線要結(jié)合各管線單位的要求來(lái)確定其垂直凈距。如果無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，則需要做進(jìn)一步的加固處理，以確保施工的安全性。

2.4 防洪排澇設(shè)計(jì)

如果是山區(qū)城市，由于地形具有一定的優(yōu)勢(shì)，與其他平原地區(qū)相比其內(nèi)部洪水泄出的速度相對(duì)更快，因此排洪措施要盡可能避免采用建設(shè)泵站的方式，可以采取的有效措施是在適宜的地方設(shè)置排水設(shè)置。另外，要以排洪以及排水的標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。城市排水的主要目的是避免城市小流域出現(xiàn)匯合情況，強(qiáng)降雨的時(shí)段（暴雨樣本要采用年超大值法進(jìn)行科學(xué)選?。┮话憧刂圃?～120min。通常情況下泄洪流域面積都比較大，因此一般會(huì)采取暴雨推力公式，以回水期的降雨量及具體的城市泄洪流域面積為依據(jù)確定洪水的回流期。

2.5 提高給排水系統(tǒng)的應(yīng)急處理能力

（1）加強(qiáng)給排水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)。第一，要持續(xù)更新管網(wǎng)信息，及時(shí)清理歷史性數(shù)據(jù)，不斷完善和更新管網(wǎng)信息。為了便于查閱和管理，需要把管網(wǎng)信息錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)。在進(jìn)行工程施工過(guò)程中，可以采取有效的措施更新管網(wǎng)信息。第二，要加大流量監(jiān)測(cè)力度。為了能夠及時(shí)了解管網(wǎng)之中的液位以及流量信息，可以把排水接管系統(tǒng)以及給排水管網(wǎng)的流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等均納入排水監(jiān)管系統(tǒng)內(nèi)，以保證在發(fā)生爆管情況時(shí)可以及時(shí)把信息反饋到搶修中心，有效提高問(wèn)題處理的時(shí)效性。

（2）科學(xué)推算區(qū)域降水量。可以以當(dāng)前的天氣趨勢(shì)為依據(jù)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，并綜合考慮城市的經(jīng)濟(jì)因素、城市的降水量情況以及市政給排水管網(wǎng)的排水能力。為了盡快展開(kāi)雨污分流工作，可以適當(dāng)提高水泵站、排水管道以及出水口的參數(shù)，以有效提高工作效率。

（3）做好管網(wǎng)污染的防范工作。要提高對(duì)小區(qū)、學(xué)校等城市重要地段的閉合管網(wǎng)相關(guān)設(shè)計(jì)工作的重視程度，以確保出現(xiàn)緊急狀況時(shí)可以只關(guān)閉外網(wǎng)就可解決問(wèn)題，不影響內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用備用水源。

2.6 積極應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行市政給排水管線設(shè)計(jì)

可以結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)，合理地對(duì)市政給排水管道進(jìn)行分類(lèi)以及預(yù)算管線的工程量。以管線數(shù)據(jù)為依據(jù)，構(gòu)件相應(yīng)的虛擬模型，通過(guò)反復(fù)的運(yùn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題并提出針對(duì)性的預(yù)防措施。相關(guān)設(shè)計(jì)人員在運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)，各個(gè)管線之間通過(guò)不斷的碰撞能發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題，然后針對(duì)問(wèn)題對(duì)管線的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整，從而有效提升運(yùn)行的效率。另外，相關(guān)設(shè)計(jì)人員通過(guò)不斷的優(yōu)化以構(gòu)建出更加科學(xué)合理的管線模型，并結(jié)合排水管線以及給水管線的運(yùn)行特點(diǎn)不斷改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)方案，從而減少管線出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，有效降低管道更換和維修的概率，進(jìn)而確保市政給排水管線運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于市政給排水會(huì)直接影響人們的生活質(zhì)量，因此為確保工程質(zhì)量符合要求，在施工過(guò)程中要加大對(duì)管線優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工的重視程度，加大對(duì)施工工藝的檢驗(yàn)力度，以提高工程施工的水平，從而確保工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)，進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)城市的發(fā)展。