道路給排水設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施研究

熊宇奇

（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院，江西南昌330038）

0 引言

道路給排水是城市運(yùn)行必備的基礎(chǔ)設(shè)施之一，主要用以及時排除地面雨水、污水，實(shí)現(xiàn)雨污水分流管理，保證地下管網(wǎng)供水的及時性與穩(wěn)定性。因此，道路給排水設(shè)計(jì)直接關(guān)系城市的宜居水平與環(huán)境質(zhì)量，關(guān)乎城市的運(yùn)行與可持續(xù)發(fā)展。伴隨著城市規(guī)模、道路工程數(shù)量的不斷擴(kuò)大，道路給排水設(shè)計(jì)領(lǐng)域迎來新的發(fā)展機(jī)遇，但日益加劇的道路給排水管網(wǎng)、設(shè)施運(yùn)行負(fù)荷，日益提升的人們對美好生活的需求也對道路給排水設(shè)計(jì)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。

目前道路給排水設(shè)計(jì)狀況不容樂觀，存在缺乏與城市功能相互協(xié)調(diào)、水資源利用率較低、深度設(shè)計(jì)水平不足的問題。為改善道路給排水設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，應(yīng)當(dāng)立足實(shí)際、顧全大局、確立問題導(dǎo)向，堅(jiān)持以綠色設(shè)計(jì)、節(jié)能減排設(shè)計(jì)為目標(biāo)，保證道路給排水系統(tǒng)與城市規(guī)劃相輔相成。

1 道路給排水設(shè)計(jì)現(xiàn)存的問題

1.1 與城市功能協(xié)調(diào)性不足

城市正處于飛速發(fā)展之中，城市的日常生活、社會生產(chǎn)及城市運(yùn)行對道路給排水功能、作用等提出了更高的要求。但就目前道路給排水設(shè)計(jì)工作而言，通常滯后于城市道路規(guī)劃、城市道路工程設(shè)計(jì)。一般是在道路規(guī)劃完成后，開展給排水管網(wǎng)、設(shè)施設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。實(shí)際上，道路的選址、道路所在地勢、道路區(qū)域劃分、道路兩側(cè)地質(zhì)條件等在很大程度上決定了給排水設(shè)計(jì)可以發(fā)揮的空間，落后的給排水設(shè)計(jì)難以利用自然地勢差緩解水泵運(yùn)行負(fù)荷，難以結(jié)合道路區(qū)域用水需求進(jìn)行供水計(jì)劃設(shè)計(jì)及管網(wǎng)布局設(shè)計(jì)，并且會加大雨污分流治理難度，從而導(dǎo)致道路給排水設(shè)計(jì)與城市功能規(guī)劃協(xié)調(diào)性不足，難以發(fā)揮道路給排水對城市運(yùn)轉(zhuǎn)的促進(jìn)與推動作用[1]。

1.2 水資源綜合利用率偏低

目前，原有道路給排水設(shè)計(jì)存在水資源綜合利用率較低的問題。

其一，城市規(guī)模擴(kuò)大、人口數(shù)量激增，對水資源的需求量達(dá)到了前所未有的高度，原有道路給排水系統(tǒng)難以承載巨大的用水及排水需求，呈現(xiàn)出明顯的局限性。

其二，城市建筑與道路面積增加，地面降水難以有效滲透至地下，經(jīng)陽光暴曬后變?yōu)樗魵?，容易引發(fā)城市雨島效應(yīng)、霧島效應(yīng)，導(dǎo)致城市自然生態(tài)環(huán)境惡化，降低城市居住質(zhì)量。同時，對雨水資源的利用率不足，雨水經(jīng)由污水系統(tǒng)進(jìn)入污水處理廠，加大了污水管網(wǎng)及污水處理廠的負(fù)荷，難以實(shí)現(xiàn)對雨水資源的循環(huán)利用。

其三，當(dāng)前道路蓄水、滲水設(shè)施不完善，路面雨水徑流過大，會威脅道路通行的安全性。

1.3 設(shè)計(jì)信息化程度有待提升

道路給排水設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性、復(fù)雜性的工作，既需要考慮原有給排水系統(tǒng)改造花費(fèi)的資金、人力、物力及時間成本，又需要考慮給排水系統(tǒng)與城市其他功能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，設(shè)計(jì)方案的可行性等。傳統(tǒng)道路給排水系統(tǒng)通常利用CAD 制圖方法，所形成的一般為二維圖紙，并且對各類數(shù)據(jù)的處理、加工與應(yīng)用不夠深入，可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺漏問題，影響設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性。不僅如此，設(shè)計(jì)深度化與信息化是目前道路給排水設(shè)計(jì)的主要發(fā)展趨勢，設(shè)計(jì)人員缺乏數(shù)據(jù)意識，信息技術(shù)應(yīng)用能力薄弱，沿用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、流程與軟件，都會影響道路給排水設(shè)計(jì)方案的實(shí)際應(yīng)用價值，降低道路給排水設(shè)計(jì)水平[2]。

2 道路給排水設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

2.1 做好設(shè)計(jì)前調(diào)研及規(guī)劃工作，保證道路給排水設(shè)計(jì)與城市功能協(xié)同并進(jìn)

2.1.1 確保各設(shè)計(jì)間的協(xié)調(diào)性

道路給排水設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性、復(fù)雜性、動態(tài)化的工作，容易受到城市規(guī)劃、現(xiàn)有道路布局、地下管網(wǎng)狀況等因素的影響，產(chǎn)生外部沖突。為解決當(dāng)前道路給排水設(shè)計(jì)與城市規(guī)劃功能協(xié)調(diào)性不足的問題，建議設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)外部協(xié)作，與道路設(shè)計(jì)同步開展前期實(shí)地勘察與規(guī)劃工作。

詳細(xì)了解道路給排水系統(tǒng)所在區(qū)域的用水需求規(guī)模、地形地勢、地下管網(wǎng)布設(shè)情況、道路規(guī)劃布局、污水排放標(biāo)準(zhǔn)、城市給排水設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀等，遵循系統(tǒng)性、協(xié)調(diào)性的基本原則；全面收集所需信息、資料及數(shù)據(jù)；深入剖析影響道路給排水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素與制約條件等；轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)隨意性、盲目性較大的道路給排水設(shè)計(jì)工作模式；堅(jiān)持以調(diào)查及分析為起點(diǎn)，緊密圍繞規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的實(shí)際情況，制定好初步設(shè)計(jì)方案，形成道路給排水概念設(shè)計(jì)模型等，從而確保道路給排水設(shè)計(jì)與城市各項(xiàng)目設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性[3]。

2.1.2 高度重視防洪排澇設(shè)計(jì)

伴隨著城鎮(zhèn)一體化建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，城市人口規(guī)模顯著擴(kuò)大，建筑物數(shù)量及道路面積明顯增加。因滲水面積減少、地表徑流增加，當(dāng)遭遇暴雨天氣、降雨量較大的氣候環(huán)境時便很容易引發(fā)城市內(nèi)澇。如何防治城市洪澇等自然災(zāi)害、保障城市居民生命與財(cái)產(chǎn)安全已經(jīng)成為道路給排水設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的課題。設(shè)計(jì)人員需要高度重視防洪排澇設(shè)計(jì)：一方面，需要加強(qiáng)道路的透水性，在道路耐久性及堅(jiān)固性符合功能要求的前提下，降低道路地表徑流，將道路上的雨水及時排入地下管網(wǎng)之中，或是經(jīng)管網(wǎng)直接運(yùn)送至污水處理廠進(jìn)行凈化，或是經(jīng)雨水存儲設(shè)施等初步凈化達(dá)標(biāo)后進(jìn)行循環(huán)利用；另一方面，要注重道路外洪防護(hù)體系設(shè)計(jì)與城市防洪排澇功能相結(jié)合，積極承擔(dān)分洪泄流任務(wù)。以此降低城市內(nèi)澇與外洪帶來的后果，保證城市安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 積極引入海綿城市理念，最大程度上發(fā)揮道路給排水設(shè)計(jì)的價值與作用

海綿城市是指以海綿體實(shí)現(xiàn)對雨水自然存蓄、下滲、凈化與利用的現(xiàn)代化城市水資源管理與調(diào)配理念。海綿體既包括人工搭建的各類設(shè)施，又涉及綠地、沼澤、池塘的自然排水設(shè)施，以自然功能為主，人工建設(shè)為輔，致力于恢復(fù)與強(qiáng)化城市抵御自然災(zāi)害、凈化水資源的天然功能，從而讓城市如海綿一般具有適應(yīng)性、可恢復(fù)性。在道路給排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用海綿城市理念，主要是通過滲水設(shè)計(jì)與蓄水設(shè)計(jì)提升水資源利用率，可以有效優(yōu)化道路給排水設(shè)計(jì)方案，具體方法如下：

2.2.1 基于海綿城市理念的路基及交通道路設(shè)計(jì)

基于海綿城市理念，道路是城市必不可少的“海綿體”。在保證道路通行安全性、穩(wěn)定性、可靠性與耐久性的基礎(chǔ)上，通過路基設(shè)計(jì)及交通道路設(shè)計(jì)，提升城市滲水能力，避免道路積水影響車輛的正常通行。

基于海綿城市理念的路基設(shè)計(jì)主要針對透水性較差的路基，可以設(shè)計(jì)換填施工工藝，以透水性較強(qiáng)、符合道路等級要求及材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的路基材料替換原本的路基材料，可以有效避免路基材料在雨水侵蝕及沖刷下，發(fā)生不均勻沉降，并且可以顯著提高路基的透水性。

基于海綿城市理念的交通道路設(shè)計(jì)主要針對交通道路的鋪裝。一方面，在人行道、道路邊緣處設(shè)計(jì)透水性較強(qiáng)的鋪裝材料，當(dāng)遭遇暴雨天氣時，雨水會由道路中心經(jīng)過道路邊緣滲透至地下，以此降低路面徑流，保證車輛通行的安全性；另一方面，在地勢較低的路段兩側(cè)設(shè)計(jì)排水溝渠，科學(xué)布置排水管網(wǎng)以將排水溝渠與區(qū)域集水系統(tǒng)相連，雨水經(jīng)凈化后可直接應(yīng)用于道路清洗與綠植澆灌，不僅可以緩解給排水系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，還可以有效提高雨水的資源利用率。

2.2.2 基于海綿城市理念的綠化帶設(shè)計(jì)

綠化帶作為道路給排水系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，在海綿城市理念下，可以轉(zhuǎn)化為雨水的自然存蓄體。首先，綠化帶設(shè)計(jì)高度應(yīng)當(dāng)超出道路15～25cm，沿道路兩側(cè)均勻設(shè)計(jì)雨水采集口，其高度處于綠化帶及道路高度之間，保證雨水能夠順利經(jīng)過綠化帶排入周邊的溝渠內(nèi)。同時，在雨水采集口處設(shè)計(jì)規(guī)格與網(wǎng)格都適宜的篩網(wǎng)，以過濾雨水中的大型雜質(zhì)，避免其堵塞排水管網(wǎng)，降低后續(xù)維護(hù)工作量。其次，精心設(shè)計(jì)綠化帶結(jié)構(gòu)，將其轉(zhuǎn)化為雨水凈化系統(tǒng)。在底層設(shè)計(jì)種植土，為綠植生長提供必要的養(yǎng)分；在上層設(shè)計(jì)砂石層，控制好砂石料粒徑；在最上層設(shè)計(jì)滲透管，以此控制雨水的經(jīng)流向。同時，做好導(dǎo)流設(shè)計(jì)，保證雨水經(jīng)過綠化帶初步凈化后流入明溝，做好雨水的存蓄，以此提升水資源利用效率。最后，將綠化帶溢流系統(tǒng)與道路給排水系統(tǒng)相連，設(shè)計(jì)好防倒灌系統(tǒng)，保證在降雨量驟增的情況下，多余雨水經(jīng)給排水系統(tǒng)流入?yún)^(qū)域污水集中處理廠，避免雨水倒灌至路面影響車輛通行[4]。

2.2.3 基于海綿城市理念的給排水管道設(shè)計(jì)

結(jié)合海綿城市建設(shè)相關(guān)要求、核心理念，在道路給排水管線優(yōu)化設(shè)計(jì)中，一方面要全面、細(xì)致地勘察現(xiàn)有給排水管線布設(shè)情況、分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)及埋深，為減少給排水管線連接處的滲漏問題、管線拐角處的堵塞問題，盡量采用直線形管道布設(shè)形式，若有必要設(shè)計(jì)管道觀測點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)將其設(shè)計(jì)在易于檢修的位置并設(shè)計(jì)好檢查井；另一方面需要優(yōu)選對比給排水管線材料，在給水管線材料設(shè)計(jì)時，需要考慮區(qū)域用水需求、管道運(yùn)行負(fù)荷、管道材質(zhì)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。在排水管線材料設(shè)計(jì)時，需要考慮管線運(yùn)行環(huán)境、管線的連接形式等，以此為依據(jù)選擇經(jīng)濟(jì)性好、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)的管材。

2.3 加大BIM 技術(shù)的應(yīng)用力度，強(qiáng)化道路給排水設(shè)計(jì)方案的可行性與合理性

BIM，即建筑信息模型，是目前道路給排水設(shè)計(jì)中常用的輔助工具。BIM 技術(shù)具有三維可視性、協(xié)調(diào)性等顯著優(yōu)勢，將其應(yīng)用于道路給排水設(shè)計(jì)中，可以顯著提升設(shè)計(jì)方案的可行性與合理性。

2.3.1 應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行道路給排水整體設(shè)計(jì)

道路給排水整體設(shè)計(jì)包含諸多分類分項(xiàng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，如不同路段的給排水管線布局、給排水設(shè)施等，對所有路段進(jìn)行逐個設(shè)計(jì)會出現(xiàn)錯漏問題，并且會耗費(fèi)大量的時間與精力。為此，可以利用BIM 技術(shù)的Dynamo 可視化編程工具，結(jié)合相應(yīng)的道路工程、已有給排水管線等資料，對設(shè)計(jì)規(guī)劃區(qū)域的道路信息進(jìn)行特征選取，建立坐標(biāo)為（X，Y，Z）的四邊形網(wǎng)格，提取二維數(shù)組以形成節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。同時，不同路段給排水設(shè)計(jì)具有明顯的差異性，這就需要進(jìn)一步借助BIM 技術(shù)對各路段進(jìn)行分類與編號，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用Dynamo可視化編程工具自動定義數(shù)據(jù)關(guān)系，創(chuàng)建適用于不同路段給排水設(shè)計(jì)的算法，按照不同路段給排水系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行邏輯運(yùn)算，對多項(xiàng)工程相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化處理，以此形成兼顧整體與不同路段的給排水系統(tǒng)模型[5]。

2.3.2 應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行給排水管網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)

道路給排水管網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)涉及海量數(shù)據(jù)，不僅需要給排水管網(wǎng)規(guī)格、材質(zhì)、連接形式、荷載、強(qiáng)度等符合實(shí)際的供水與排水需求，還需要在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的同時，降低管材能耗與資源消耗，達(dá)成節(jié)能減排的道路給排水綠色設(shè)計(jì)目標(biāo)。在整體設(shè)計(jì)階段已經(jīng)形成道路給排水系統(tǒng)模型，接下來的設(shè)計(jì)要點(diǎn)便是了解外界因素對管網(wǎng)參數(shù)、管網(wǎng)運(yùn)行能耗、管材成本的影響。設(shè)計(jì)人員可以應(yīng)用BIM 模型仿真模擬給排水管線的運(yùn)行環(huán)境，調(diào)整模型內(nèi)管道口徑、管道材料、管道強(qiáng)度等，結(jié)合模型的最優(yōu)算法得出成本低、能耗低，但可以滿足設(shè)計(jì)功能的管網(wǎng)參數(shù)。不僅如此，在設(shè)計(jì)管道支撐結(jié)構(gòu)、連接方式時，也可以應(yīng)用BIM 軟件的相關(guān)功能，有助于解決道路給排水管網(wǎng)布局問題，使道路給排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)更加高效、合理、科學(xué)。

2.3.3 應(yīng)用BIM 技術(shù)模擬實(shí)際工況進(jìn)行防碰撞檢測

道路給排水設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)在于指導(dǎo)實(shí)際施工，即將道路給排水設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為切實(shí)可行的施工組織流程、施工工藝方案等，以此保證施工技術(shù)、施工機(jī)械組合等契合實(shí)際場地條件，達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?；贐IM 技術(shù)的道路給排水設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以應(yīng)用BIM軟件模擬仿真實(shí)際工況，對給排水管線與地下原有管線、道路構(gòu)筑物、原有給排水設(shè)施等進(jìn)行防碰撞檢測，避免給排水工程建設(shè)出現(xiàn)施工沖突，影響施工進(jìn)度。同時，在管線布局合理、施工方案可行的基礎(chǔ)上，借助整體設(shè)計(jì)階段的管線分段模型，將管網(wǎng)參數(shù)信息、施工信息等錄入模型，經(jīng)過模型的自動測算與數(shù)據(jù)處理確定好管線的支撐位置、支撐形式、支吊架規(guī)則與安裝方法等，按照管線分段編號，對各個管段的支吊架進(jìn)行同步編號，確定好支吊架位置、支吊架之間的最大與最小距離、支吊架的最大荷載等，以此形成三維可視性管道支吊架安裝施工圖，為后續(xù)的施工作業(yè)提供指導(dǎo)。

3 結(jié)語

道路給排水是城市運(yùn)行中必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是城市給排水系統(tǒng)的核心組成部分。道路給排水設(shè)計(jì)目前存在與城市功能規(guī)劃不協(xié)調(diào)、水資源利用效率較低、設(shè)計(jì)信息化程度有待提升等問題，導(dǎo)致道路給排水設(shè)計(jì)效率低下，所形成的設(shè)計(jì)方案缺乏科學(xué)性、合理性與可行性。為解決上述問題，優(yōu)化道路給排水設(shè)計(jì)，建議設(shè)計(jì)人員做好設(shè)計(jì)前的實(shí)地勘察、資料收集與前期規(guī)劃工作，致力于與城市功能相輔相成，發(fā)揮道路給排水設(shè)計(jì)價值。同時，引入海綿城市理念，通過路基與交通道路設(shè)計(jì)、綠化帶設(shè)計(jì)將道路轉(zhuǎn)化為城市“海綿體”，強(qiáng)化城市對雨水的自然存蓄、下滲及利用功能，并通過優(yōu)化給排水管線設(shè)計(jì)，降低后續(xù)維護(hù)工作量。此外，積極應(yīng)用BIM 技術(shù)做好道路給排水整體設(shè)計(jì)、管網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)，以此強(qiáng)化道路給排水設(shè)計(jì)方案的可行性與合理性。