科技創(chuàng)新引領(lǐng)水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)

■ 江蘇龍騰工程設(shè)計(jì)股份有限公司給排水總工程師 劉清泉

在“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略背景下，水系統(tǒng)領(lǐng)域面臨新挑戰(zhàn)與新需求。如何推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下我國(guó)水系統(tǒng)綠色升級(jí)的創(chuàng)新與實(shí)踐，提升行業(yè)“面向世界科技前沿、面向國(guó)家重大需求”的能力，科技創(chuàng)新是關(guān)鍵。為進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)城市可持續(xù)健康發(fā)展，有效推動(dòng)水行業(yè)早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”的目標(biāo)與愿景，本文總結(jié)江蘇龍騰工程設(shè)計(jì)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“龍騰設(shè)計(jì)”）多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和自主研發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，重點(diǎn)闡述當(dāng)今“雙碳”目標(biāo)背景下建筑、市政、水環(huán)境三方面的水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新在水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中的引領(lǐng)作用，為構(gòu)建綠色水系統(tǒng)、助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供技術(shù)支撐。

水系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

建筑水系統(tǒng)

建筑水系統(tǒng)既是城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的終端，也是城市排水系統(tǒng)的始端，是生活用水從“供”轉(zhuǎn)向“排”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，構(gòu)成了水資源在城市水系統(tǒng)循環(huán)的重要節(jié)點(diǎn)。隨著建筑給排水技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，高精尖和平面化的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，熱水系統(tǒng)、節(jié)水節(jié)能設(shè)備逐步改善，建筑水系統(tǒng)呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)?？墒窃趯?shí)際設(shè)計(jì)中，許多設(shè)計(jì)人員對(duì)多元化設(shè)計(jì)理念和創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用理解認(rèn)識(shí)不足，甚至嚴(yán)重脫節(jié)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)諸多問(wèn)題，如給排水管材料選擇不當(dāng)、配件運(yùn)用不合理、熱水供給系統(tǒng)不完備、中水系統(tǒng)很難正常運(yùn)轉(zhuǎn)、雨水資源仍無(wú)法合理使用等。另外，建筑年碳排放量占全球年碳排放量的38%，其中28%來(lái)自供暖、制冷和電力的運(yùn)營(yíng)排放，10%來(lái)自材料和建筑。建筑水系統(tǒng)與材料、供暖制冷設(shè)備、電力消耗等諸多方面息息相關(guān)，伴隨著城鎮(zhèn)化的進(jìn)程和多功能建筑的出現(xiàn)，打造低碳節(jié)能型建筑水系統(tǒng)是必然發(fā)展趨勢(shì)。

市政水系統(tǒng)

隨著城鎮(zhèn)化步伐的不斷加快，以保障城市用水為目標(biāo)的給水系統(tǒng)水資源消耗量逐漸提升，國(guó)內(nèi)城市大型排水設(shè)備使用量不斷增加，污水處理量日益增長(zhǎng)，使得城市水系統(tǒng)運(yùn)行面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，諸多問(wèn)題也隨之出現(xiàn)，如城市供水水質(zhì)存在問(wèn)題、污水整治的時(shí)效性較長(zhǎng)、設(shè)計(jì)的水量不合理、忽視排水系統(tǒng)的污水排放以及防澇功能、沒(méi)有對(duì)二次利用處理技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用等。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了城市居民的生活質(zhì)量和日常需求，同時(shí)也暴露出我國(guó)城市給排水系統(tǒng)建設(shè)和管理中所存在的深層次問(wèn)題，如市政給排水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)滯后、規(guī)劃的科學(xué)依據(jù)不足、應(yīng)對(duì)突發(fā)事件能力差、排水體制規(guī)劃混亂、傳統(tǒng)的給排水專(zhuān)業(yè)不能滿足市場(chǎng)的需要等。因此，對(duì)于城市給排水管網(wǎng)優(yōu)化布局和改造、排污功能和應(yīng)急處理能力提高的要求已日益迫切。新時(shí)代背景下的市政水系統(tǒng)碳排問(wèn)題，也引起了設(shè)計(jì)界的廣泛探討。

水環(huán)境系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)城市污水處理工程的短板早已不復(fù)存在，但較為粗放式的工業(yè)發(fā)展也為新時(shí)期的水環(huán)境治理工作埋下了新的隱患，流域生態(tài)問(wèn)題日趨嚴(yán)重，加強(qiáng)新時(shí)期水環(huán)境治理工作已刻不容緩。“十二五”期間，我國(guó)為改善水環(huán)境質(zhì)量，開(kāi)展了一系列水污染治理和水生態(tài)修復(fù)工作。自2015年“水十條”發(fā)布以來(lái)，我國(guó)水環(huán)境治理行業(yè)進(jìn)入了政策密集發(fā)布期，標(biāo)志著水環(huán)境治理從政策層面全面進(jìn)入面源治理、綜合治理的新時(shí)期，河道水環(huán)境質(zhì)量得到有效改善。但河道水體現(xiàn)狀與國(guó)家“十三五”以及2030年目標(biāo)要求仍有較大差距，治理技術(shù)總體水平呈現(xiàn)能耗高、效率低，相關(guān)低碳節(jié)能集成技術(shù)尤其匱乏，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化及產(chǎn)業(yè)化水平有待提升等特點(diǎn)。水體污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研發(fā)，符合我國(guó)污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的需求，是我國(guó)水資源生態(tài)安全的重要保障，也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要技術(shù)支撐。

龍騰設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)措施

低碳節(jié)能建筑微循環(huán)水系統(tǒng)

為了響應(yīng)國(guó)家“推進(jìn)資源循環(huán)利用”“碳中和建筑”的號(hào)召，龍騰設(shè)計(jì)開(kāi)展了一系列科研探索和工程實(shí)踐，提出建筑水系統(tǒng)“低碳節(jié)能微循環(huán)”的理念，將BIM技術(shù)與裝配式設(shè)計(jì)深度融合；選用低碳環(huán)保建材，利用可再生能源持續(xù)供電，提高設(shè)備能源利用效率和節(jié)能運(yùn)行管理水平，構(gòu)建戶內(nèi)環(huán)狀供水、戶內(nèi)廢水回用和場(chǎng)地雨水處理回用的建筑水系統(tǒng)內(nèi)水微循環(huán)；通過(guò)戶內(nèi)廢水和雨水回用，融入海綿城市理念，提升建筑水系統(tǒng)的水資源利用效率；通過(guò)戶內(nèi)環(huán)狀供水方式，消除建筑戶內(nèi)“死水”區(qū)，保障供水水質(zhì)安全。

綠色低碳市政給排水系統(tǒng)

城市不僅要發(fā)展，更應(yīng)注重綠色發(fā)展，要在已有的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上以綠色低碳發(fā)展為方向，增加能源節(jié)約和碳減排目標(biāo)，以更好地應(yīng)對(duì)碳減排壓力，為城市綠色發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，龍騰設(shè)計(jì)堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展、因地制宜和節(jié)約資源三大原則，以碳中和理念為基礎(chǔ)，融入多項(xiàng)自主研發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)，優(yōu)化改進(jìn)市政給排水系統(tǒng)，提升市政用水的綜合利用率，重視排澇功能設(shè)計(jì)，形成了具有龍騰特色的綠色低碳市政水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為優(yōu)化城市水系統(tǒng)規(guī)劃、提高水系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的生態(tài)效益以及有效推進(jìn)低碳城市的建設(shè)與實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了重要參考。

四位一體綜合治理水環(huán)境系統(tǒng)

針對(duì)水體水文條件特征、生態(tài)環(huán)境問(wèn)題及其成因，龍騰設(shè)計(jì)研發(fā)了水陸生態(tài)攔截、綠色生態(tài)清淤及資源化利用、強(qiáng)化生態(tài)凈化、深度脫氮除磷等關(guān)鍵技術(shù)與成套裝置，首創(chuàng)了“河岸、河底、水體、入河尾水”四位一體的高效水體綜合治理技術(shù)體系及成套裝備，形成了4大方面18項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)支撐的水環(huán)境生態(tài)治理技術(shù)，解決了河道水體黑臭及富營(yíng)養(yǎng)化難題，實(shí)現(xiàn)了河湖淤泥、水廠污泥等廢棄物的資源化利用，為推進(jìn)污染物減排、協(xié)同推動(dòng)能耗強(qiáng)度和碳排放強(qiáng)度下降提供了技術(shù)支持，助力水環(huán)境治理的綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。

南京市鼓樓區(qū)河西北部龍江片區(qū)大循環(huán)引補(bǔ)水工程

太陽(yáng)能集中熱水系統(tǒng)

翠園浜水環(huán)境提升綜合整治工程實(shí)景圖

龍騰設(shè)計(jì)創(chuàng)新案例

建筑水系統(tǒng)創(chuàng)新案例

青龍地鐵小鎮(zhèn)一期居住組團(tuán)小學(xué)、初中建設(shè)工程項(xiàng)目，位于南京市江寧區(qū)麒麟街道，總建筑面積約78932.4m2，其中，地上建筑面積63021.3m2、地下建筑面積15911.1m2。該項(xiàng)目給水為一路進(jìn)水，結(jié)合消防從市政路給水管引入一條DN150進(jìn)水管，經(jīng)過(guò)水表井后，在紅線內(nèi)沿建筑成環(huán)；設(shè)室內(nèi)、室外消火栓系統(tǒng)和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，室內(nèi)消火栓水量15L/s，室外消火栓水量40L/s；建筑物內(nèi)采用糞便污水與廢水合流管道系統(tǒng)，室外采用污水、雨水分流管道系統(tǒng)。

該項(xiàng)目融入節(jié)能減排理念，采用專(zhuān)門(mén)的節(jié)能設(shè)備和材料，如自主研發(fā)的給排水穿墻管，實(shí)現(xiàn)用水量的控制和優(yōu)化，提高用水效率；采用太陽(yáng)能集中熱水系統(tǒng)，空氣源為輔助熱源，有效降低能耗和運(yùn)行成本；融入海綿城市設(shè)計(jì)理念，采用多功能裝配式雨水口，自由調(diào)節(jié)過(guò)濾裝置尺寸大小和海綿設(shè)施蓄水位，不僅減少了人工管理、時(shí)間和維護(hù)成本，還提高了雨水資源利用率，節(jié)約水資源；設(shè)置智能PP模塊化雨水收集池，降低運(yùn)行能耗，處理后的雨水用于道路沖洗、綠化澆灌，每年可節(jié)省成本支出12萬(wàn)元以上；將BIM技術(shù)充分運(yùn)用到工程設(shè)計(jì)之中，將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、給排水各專(zhuān)業(yè)串聯(lián)進(jìn)行BIM—體化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化各專(zhuān)業(yè)協(xié)同，減少因“錯(cuò)、漏、碰、缺”導(dǎo)致的設(shè)計(jì)變更，提升設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低成本。該項(xiàng)目榮獲江蘇省勘察設(shè)計(jì)行業(yè)協(xié)會(huì)“2021年度江蘇省優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)行業(yè)獎(jiǎng)水系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)二等獎(jiǎng)”。

市政水系統(tǒng)創(chuàng)新案例

為提高南京市龍江片區(qū)水體流動(dòng)性，提升水環(huán)境質(zhì)量，南京市政府提出實(shí)施“鼓樓區(qū)河西北部龍江片區(qū)大循環(huán)引補(bǔ)水工程”。該項(xiàng)目運(yùn)用“先凈后用”的整治理念，提出常態(tài)化引水、高效化就地凈水以及全面水系盤(pán)活等系統(tǒng)性工程設(shè)計(jì)，將能源站熱交換后的退水（5萬(wàn)m3/天）經(jīng)過(guò)活化、凈化等處理后，對(duì)河西北部五河四溝進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，出水濁度≤10NTU。

該項(xiàng)目遵循節(jié)約資源原則，利用能源站熱交換后的退水作為河道補(bǔ)水水源。一方面省去水資源使用費(fèi)和取水提升費(fèi)用；另一方面退水水質(zhì)比長(zhǎng)江水質(zhì)好。水資源使用費(fèi)每年可節(jié)省365萬(wàn)元，長(zhǎng)江取水提升費(fèi)每年可節(jié)省182.5萬(wàn)元。

該項(xiàng)目遵循因地制宜原則，利用下圩河上游河道作為絮凝沉淀的容器，就地將水處理構(gòu)筑物建在河道上方，縮短工期，節(jié)約投資，同時(shí)兼顧河道泄洪功能；采用食品級(jí)改良型絮凝劑，安全環(huán)保，江水通過(guò)絮凝沉淀后用于河道的補(bǔ)水。

該項(xiàng)目遵循可持續(xù)發(fā)展原則，將授權(quán)專(zhuān)利“引水活化系統(tǒng)”應(yīng)用其中，有效解決了“由于熱交換后能源站退水夏天水溫升高約5℃、冬天水溫下降約5℃對(duì)受納水體的影響”這一技術(shù)難題。

截至目前，該項(xiàng)目是江蘇省唯一利用長(zhǎng)江水源能源站退水對(duì)內(nèi)河補(bǔ)水的示范工程，榮獲江蘇省勘察設(shè)計(jì)行業(yè)協(xié)會(huì)“2021年度江蘇省優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)行業(yè)獎(jiǎng)水系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)一等獎(jiǎng)”。

水環(huán)境系統(tǒng)創(chuàng)新案例

翠園浜是無(wú)錫市梁溪區(qū)金星街道內(nèi)的一條6級(jí)河道，長(zhǎng)度約530m，現(xiàn)有河道寬度為6m—10m，是一條東西走向的斷頭浜。目前，翠園浜水環(huán)境及沿河景觀整體品質(zhì)不高，現(xiàn)狀水質(zhì)為地表Ⅴ類(lèi)水。翠園浜水環(huán)境提升綜合整治工程基于“以人為本、水質(zhì)改善、生態(tài)修復(fù)、低碳節(jié)能、智慧管理”的總體思路，從“河岸、河底、河道水體”全方位出發(fā)，通過(guò)控源截污、內(nèi)源治理、引水活化、生態(tài)修復(fù)、景觀營(yíng)造和長(zhǎng)效管理等工程措施，構(gòu)建“水清、河暢、岸綠、景美”的翠園浜新景觀。在治污的同時(shí)，控制“增量”，做好“減排”，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

控源截污。融入龍騰設(shè)計(jì)研發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)“一種高效的初期雨水處理方法”，在截污的同時(shí)也起到攔截外源污染的作用。針對(duì)翠園浜初期雨水污染問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用自主研發(fā)的雨水花園專(zhuān)利技術(shù)，構(gòu)建多級(jí)階梯型生物滯留池，跌水曝氣的同時(shí)，強(qiáng)化對(duì)雨水水量和水質(zhì)的控制，有效緩解滯留池堵塞情況。

內(nèi)源治理。采用自主研發(fā)的低碳節(jié)能淤泥制磚資源化利用技術(shù)，以深度干化后的淤泥為主要原料（淤泥摻量可達(dá)到80%），添加硅鋁類(lèi)改性劑和復(fù)合礦料，擠壓成型后采用自然堆場(chǎng)、陽(yáng)光房和煅燒窯尾氣三階段組合干燥技術(shù)進(jìn)行干燥，在950℃—1050℃高溫煅燒后制得劈開(kāi)磚，綜合能耗降低16%以上，實(shí)現(xiàn)減污降碳協(xié)同治理。

引水活化。由于翠園浜為斷頭浜，水體流動(dòng)性差、水動(dòng)力不足，采用自主研發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)“引水活化系統(tǒng)”，一體化提升泵站—跌水假山—溢流堰系統(tǒng)，形成“水循環(huán)廊道”，使水體活化、流動(dòng)起來(lái)，提升河道自凈能力。該技術(shù)可減少15%左右的曝氣設(shè)備數(shù)量，節(jié)約能耗15%以上。

生態(tài)修復(fù)。針對(duì)翠園浜河道水體生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞的現(xiàn)狀，該工程采用自主研發(fā)的盆景式曝氣生物膜陣裝置，其兼具挺水植物種植、曝氣、微生物修復(fù)和景觀功能，能夠有效恢復(fù)水體自凈能力和自身對(duì)污染的免疫力，修復(fù)缺失的水生態(tài)系統(tǒng)，不僅生態(tài)而且“負(fù)碳”。

智慧管理。翠園浜河道治理和生態(tài)修復(fù)離不開(kāi)有效的管理手段，除水域日常保潔、定期開(kāi)展河道清淤、水處理設(shè)施日常維護(hù)等常態(tài)化管理外，在河道兩岸定點(diǎn)設(shè)立水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)河道的全局把控，提高效率，降低維護(hù)成本。

該項(xiàng)目榮獲江蘇省勘察設(shè)計(jì)行業(yè)協(xié)會(huì)“2021年度江蘇省優(yōu)秀工程勘察設(shè)計(jì)行業(yè)獎(jiǎng)水系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)二等獎(jiǎng)”。

結(jié)語(yǔ)

科技創(chuàng)新是推動(dòng)綠色建筑建設(shè)、低碳城市發(fā)展、智慧城市形成的關(guān)鍵，是新時(shí)代特色背景下現(xiàn)代綠色新技術(shù)發(fā)展的助推器。龍騰設(shè)計(jì)積極響應(yīng)國(guó)家和地方政策號(hào)召，結(jié)合國(guó)家“十四五”規(guī)劃方案中關(guān)于規(guī)劃、建筑、市政、生態(tài)環(huán)境等核心戰(zhàn)略目標(biāo)，秉承“綠色低碳、生態(tài)環(huán)?！钡脑O(shè)計(jì)理念，致力于系統(tǒng)解決城市水系統(tǒng)問(wèn)題，注重科技創(chuàng)新和示范引領(lǐng)，打造低碳科技產(chǎn)品，以項(xiàng)目實(shí)踐貫徹綠色設(shè)計(jì)，在綠色建筑、綠色市政、海綿城市、智慧河道方面取得了一系列成功經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)，龍騰設(shè)計(jì)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)將積極發(fā)揮科技創(chuàng)新引領(lǐng)作用，在綠色低碳、高效節(jié)能方面尋求突破，提升高質(zhì)量綠色產(chǎn)品服務(wù)供給能力，加速低碳科技產(chǎn)品推廣應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。