基于海綿城市理念市政雨水系統(tǒng)生命周期各階段問題研究及建議

張亞萍 張揚

北京建工國通建設(shè)工程有限責任公司 北京 101100

在全球變暖、城市擴張的影響下，極端氣候頻發(fā)，城市暴雨引發(fā)的內(nèi)澇災(zāi)害日漸嚴重，我國60%以上的城市每年都要遭受不同程度的洪澇災(zāi)害。2015年國務(wù)院頒布了《關(guān)于推進海綿城市建設(shè)的指導意見》，各地政府統(tǒng)籌推進海綿城市建設(shè)。在市政道路雨水系統(tǒng)引入“海綿城市”理念，可以提高排水性能，達到治理城市內(nèi)澇問題的目的。海綿城市建設(shè)已經(jīng)近十余年，本文梳理目前各城市道路雨水系統(tǒng)存在的問題。根據(jù)工程生命周期，從規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)實施、運維管理三各階段，探討工程項目存在的問題，針對性地提出優(yōu)化建議。

1 市政道路雨水系統(tǒng)現(xiàn)狀

在海綿城市建設(shè)理念下，影響市政雨水系統(tǒng)總體排水效能的主要因素有排水管渠部分、道路海綿設(shè)施。目前主要城市市政排水系統(tǒng)主要問題有：

1.1 雨水管渠方面

1）近年來全球極端天氣頻發(fā)，各地的降雨規(guī)律發(fā)生較大變化，管網(wǎng)排水能力不均，老城區(qū)常出現(xiàn)內(nèi)澇。部分排水系統(tǒng)規(guī)劃的模型等還沿用上世紀的未調(diào)整，對新情況適應(yīng)性不夠。老舊管網(wǎng)采用的設(shè)計標準較低，且常老舊沉積淤堵，排水能力低。2）雨水管網(wǎng)規(guī)劃科學性、統(tǒng)籌性不足。排水工程規(guī)劃應(yīng)與城市的縱向規(guī)劃及防洪規(guī)劃協(xié)調(diào)性、統(tǒng)籌性不足。一些城市在規(guī)劃前期沒把區(qū)域內(nèi)的天然水體、河道納入規(guī)劃范圍。3）城市排水管網(wǎng)普遍存在雨污水管網(wǎng)混接、管道老化脫節(jié)入滲等問題[1]。常導致污水入河，污染水體；雨季超量雨水進入污水處理廠，影響污水處理效果。此外，排水管網(wǎng)運維管理手段較落后，常表現(xiàn)為發(fā)生問題后才進行管網(wǎng)整改，且處理常不及時，更難達到提前預(yù)警、預(yù)測等時代新要求。

1.2 道路海綿設(shè)施方面

1）設(shè)計理念較為陳舊，對海綿城市理念的融入不夠。傳統(tǒng)道路工程設(shè)計重點放在車行道等硬化工程部分，海綿城市理念下，道路設(shè)計也常常存在各專業(yè)協(xié)調(diào)不足，綠化帶寬度過小，綠化種類單一等，難以達到效果等問題。尤其是老城區(qū)道路工程的建設(shè)范圍有限，市政道路新建或更新改造過程中可采用的海綿措施有限。2）海綿設(shè)施實施運維不佳。新建道路海綿設(shè)施施工不到位，效果難達預(yù)期。新建道路海綿設(shè)施建設(shè)不到位。已建成海綿設(shè)施運營維護不到位，使海綿措施未發(fā)揮預(yù)期效果。3）道路施工質(zhì)量及管養(yǎng)維護不足。道路施工過程中若路基管渠溝槽回填不到位，后期易出現(xiàn)路面不均勻沉降、道路平整度差等問題，造成局部路面積水。道路養(yǎng)護時常有將落葉枯枝城市垃圾等進入雨水口，堵塞排水管，造成路面降水不能及時排除等問題。

1.3 主要原因

1）經(jīng)濟發(fā)展水平低是影響道路、排水管網(wǎng)發(fā)展的重要因素[1]。市政道路、排水管道經(jīng)濟使用壽命期一般為20-50年。而老城區(qū)道路、管網(wǎng)更新改造制約因素多，推進難。2）海綿城市技術(shù)標準不完善、新技術(shù)的應(yīng)用不足。技術(shù)標準方面，各主要城市出臺了部分技術(shù)規(guī)程，缺少全國性的海綿城市規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)運維、后期建管等方面的標準。道路海綿設(shè)施運維機制不健全，運維手段落后，BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用不足。3）規(guī)劃設(shè)計人員理念意識不足，施工運維人員專業(yè)性不足。海綿改造，海綿設(shè)施運維人才不足。部分規(guī)劃設(shè)計人員對海綿設(shè)計理念不足，未能充分調(diào)動專業(yè)知識細致、科學規(guī)劃設(shè)計。我國工程施工人員、運維人員主要是農(nóng)民工，專業(yè)技能水平有限。海綿設(shè)施改造人才不足，管理運維粗放，導致設(shè)施運營效能低。

2 市政道路雨水系統(tǒng)各階段問題及建議

2.1 規(guī)劃設(shè)計階段

2.1.1 存在的主要問題

1）規(guī)劃設(shè)計理念落地慢、效果差，不能夠因地適宜開展海綿設(shè)計[2]。“海綿城市”理念已經(jīng)提出十余年，但是整體推進慢。對采用海綿城市建設(shè)所帶來的雨量削減以及因局部管網(wǎng)設(shè)計標準提高帶來的下游排水量增加，導致下游排水系統(tǒng)壓力增大的問題，考慮較少。2）設(shè)計方法、重要技術(shù)相對滯后。雨水管渠設(shè)計時，大多使用推理公式法，計算結(jié)果也并不準確，無法保證排水設(shè)計方案的合理性。道路機動車路面還主要采用傳統(tǒng)路面結(jié)構(gòu)。新型透水路面技術(shù)研究尚存在一些問題。3）規(guī)劃設(shè)計標準較低。大多數(shù)城市存在著排水防澇設(shè)計標準偏低。雖最新版雨水管渠設(shè)計標準提高，但相對發(fā)達國家仍屬于較低水平。

2.1.2 具體的優(yōu)化措施及建議

1）合理進行規(guī)劃設(shè)計。應(yīng)樹立“海綿城市”理念，從“滲、滯、蓄、凈、用、排”功能于一體化角度規(guī)劃，合理規(guī)劃雨水管渠系統(tǒng)，因勢制宜，建設(shè)下洼綠地、植草溝，綜合利用天然水體建設(shè)水體儲蓄設(shè)施，實現(xiàn)雨水速排設(shè)施及海綿設(shè)施，協(xié)同實現(xiàn)城市防洪排澇的調(diào)節(jié)、排放。2）創(chuàng)新設(shè)計方法。除傳統(tǒng)的推理公式法，應(yīng)當采用新技術(shù)，例如利用計算機模擬技術(shù)來構(gòu)建城市的排水模型，對降雨徑流進行動態(tài)模擬，準確地確定排水設(shè)計參數(shù)；模擬城市內(nèi)的水文，對城市的內(nèi)澇進行實時監(jiān)控與分析。如SWMM、InfoWorks 等，都起到了較好效果[3]。3）提高設(shè)計標準。一是提高排水能力設(shè)計標準。我國已經(jīng)將新建地區(qū)的雨水管渠暴雨強度重現(xiàn)期提高到2～5年，重點地區(qū)最高可達10年。新建區(qū)以此為基準，因地適當提升標準，增加城市防洪抗?jié)衬芰?。對建成的低標準體系逐步改造，結(jié)合海綿措施建設(shè)，全面提升城市防洪抗?jié)衬芰?。二是提高排澇水質(zhì)設(shè)計標準。設(shè)計時應(yīng)實現(xiàn)地表徑流水質(zhì)污染控制、水體污染改善。我國相關(guān)標準中只有年徑流總量系數(shù)，沒有應(yīng)的徑流污染物控制的標準。設(shè)計人員應(yīng)因地設(shè)計，確定合理標準，有效控制水質(zhì)。

2.2 建設(shè)實施階段

2.2.1 存在的主要問題

1）行車路面局部不平整度不夠、不均勻沉降等問題。行車路面需同時考慮承載力、滲透性，采用海綿理念設(shè)計機動車道、非機動道，道路結(jié)構(gòu)技術(shù)不成熟。2）排水管渠部分存在施工質(zhì)量控制不嚴，管道腐蝕，管道安裝錯位等問題[4]。實際工程中，地質(zhì)情況復雜，常出現(xiàn)部分管道接口方式不合理情況。3）海綿設(shè)施部分施設(shè)不到位，影響工程效能。不同海綿設(shè)施的功能和作用機理不同，對場地特性要求也有差異，如土壤透水性、地形坡度、地下水位等[5]。施工過程中，常常不重視場地特性與設(shè)施的匹配，使海綿設(shè)施效能打折扣。此外，海綿設(shè)施中綠植的選擇、海綿設(shè)施與工程設(shè)施連接處理等，也影響工程總體效果。

2.2.2 具體優(yōu)化措施及建議

1）提高施工作業(yè)人員的職業(yè)素質(zhì)。我國的工程建筑施工人員大多是農(nóng)民工，工程質(zhì)量意識及看圖、識圖水平有限。加強施工作業(yè)人員培訓，提高作業(yè)人員職業(yè)素質(zhì)，促進“農(nóng)民工”向“職業(yè)工人”轉(zhuǎn)化，是保障工程質(zhì)量的關(guān)鍵。2）完善海綿設(shè)施的施工驗收技術(shù)標準。目前，我國只一些城市出臺了城市海綿設(shè)施建設(shè)標準。我國國土遼闊各地區(qū)氣候條件差異大，需不斷完善海綿設(shè)施相關(guān)技術(shù)標準，建立全國指導性標準及各地方建立實施性技術(shù)標準體系。3）利用BIM 技術(shù)，加強施工質(zhì)量管理。BIM 模型的可視化特點，大大提高了施工人員對圖紙、模型的理解能力，減少了因識圖不準確造成的質(zhì)量問題。利用該模型進行雨水徑流的模擬，對配合施工作業(yè)培訓、交底，提高各環(huán)節(jié)施工質(zhì)量。同時，重視海綿措施各基底材料的性能研究，如機動車道下透水性路面材料，透水性鋪裝材料、不同海綿設(shè)施所需透水性土壤等研究。重視相關(guān)材料的成本研究，促進相關(guān)材料規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，降低材料成本。第海東[6]開展了彩色彈性透水路面膠結(jié)材料等方面的研究。王鴻森等[7]在高速公路服務(wù)區(qū)透水路面性能研究中，對透水瀝青路面結(jié)構(gòu)進行了力學性能、海綿效能等方面的試驗，性能良好。目前相關(guān)材料研究大都還處在實驗、小試階段，較市場化、產(chǎn)業(yè)化還有一定差距。

2.3 運維管理階段

海綿城市建設(shè)以來，主要工作重點集中在規(guī)劃建設(shè)階段，對海綿設(shè)施運營階段投入的研究較少。隨著大量海綿設(shè)施的建成，不斷有海綿設(shè)施投入運營，對運維管理工作提出更高要求。

2.3.1 存在的主要問題

1）缺乏明確的運行維護標準及法律法規(guī)[8]。由于我國海綿城市建設(shè)起步較晚、實施時間尚短，相關(guān)技術(shù)標準相對缺失的問題較為明顯。且標準較為粗糙，對項目全周期考慮、評估較少，使運行效果打折扣，工程生命周期降低。2）運維管理機制不明確，管理手段落后。目前，但市政公共海綿設(shè)施缺乏明確的責任維護主體，常采用“管養(yǎng)分離”，模式單一，缺少運維評價機制。參與的城市管理部門權(quán)責不明確，存在監(jiān)管盲區(qū)，移交體制不完善，對后期運維負面影響。3）海綿城市設(shè)施運行維護技術(shù)不足，缺乏運行維護的定性檢測指標和方法。運行維護主要為在日常人工巡護，通過觀察設(shè)施結(jié)構(gòu)的完整性、植被狀況、邊坡表觀情況來判定需要運行維護的內(nèi)容，對海綿設(shè)施的深層影響因素監(jiān)控手段有限。

2.3.2 具體優(yōu)化措施及建議

1）盡快出臺相關(guān)運維標準及法律法規(guī)，健全完善管理機制。建議加快全國性海綿城市建設(shè)工程建設(shè)運維標準出臺，更好地指導海綿設(shè)施運維。2）加快建立海綿設(shè)施運維定性檢測方法及指標體系?！肮莛B(yǎng)分離”模式，績效考核的前提是合理的評價指標體系及定量、定性的檢測方法。研究人員從日常巡護、運行效能檢測、衰減檢測、智慧養(yǎng)護等方面搭建了海綿設(shè)施運維管理體系，并對關(guān)鍵技術(shù)提出了建議。應(yīng)加快理論研究與城市海綿設(shè)施實際運行管理結(jié)合，盡快出臺貼合實際的檢測方法、指標體系。謝明坤[9]等在開展了基于數(shù)字景觀的海綿城市研究，嘗試構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)的海綿績效測控系統(tǒng)。3）建立明確清晰的管理評價機制，利用新技術(shù)提高管理效率?？偨Y(jié)試點城市海綿設(shè)施管養(yǎng)運維經(jīng)驗，建立健全明確的管理機制。應(yīng)充分利用先進技術(shù)，提高管理運維水平。在人工定期巡檢基礎(chǔ)上，推進現(xiàn)代化和信息化的智能監(jiān)測和動態(tài)管控的線上一體化。研發(fā)能夠評估和修正相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)的人工智能軟件，提高數(shù)據(jù)的精度。應(yīng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、CIM平臺技術(shù)，建立統(tǒng)一城市海綿設(shè)施管理平臺，提高海綿設(shè)施運維的效率、效果及智慧化水平。單溪環(huán)[10]等結(jié)合工程實例，進行了海綿城市工程設(shè)施運維管理技術(shù)體系的研究，體系較全面，具有較大的推廣意義。

3 結(jié)論

基于海綿城市理念，市政道路雨水系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)優(yōu)化措施及建議：

1）更新、完善海綿設(shè)施施工驗收、運維標準，建立健全海綿設(shè)施運維評價細則及指標體系。盡快出臺海綿設(shè)施施工驗收標準運行維護標準。完善海綿設(shè)施從規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)、運行管理項目全過程全生命周期的技術(shù)標準、管理細則。明確海綿設(shè)施運維檢測方法及評價指標系統(tǒng)，為海綿設(shè)施各環(huán)節(jié)提供指導。

2）不斷提高從業(yè)人員的海綿理念及專業(yè)素養(yǎng)，應(yīng)做好市政排水系統(tǒng)與道路海綿設(shè)施相協(xié)調(diào)、相銜接；海綿設(shè)施設(shè)計選型時，應(yīng)從海綿設(shè)施全生命周期考慮，后期長效運維效果角度考慮。注重施工人員專業(yè)培訓，提高施工人員專業(yè)素質(zhì)。

3）加強GIS、BIM、計算機模擬等相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。規(guī)劃階段采用新技術(shù)，如SWMM、InfoWorks等，更新規(guī)劃設(shè)計方法；運用BIM技術(shù)提高規(guī)劃設(shè)計水平、施工質(zhì)量；運維階段采用物聯(lián)網(wǎng)、CIM技術(shù)搭建運維管理平臺，實現(xiàn)一體化運維監(jiān)管及模擬，提高運維的效能、智慧化。

4）加大透水路面、新型管道材料、透水性種植土等工程技術(shù)的研究。著力解決透水型瀝青路面和透水型混凝土路面技術(shù)缺陷，推廣透水路面的大范圍應(yīng)用。研究新型管道材料，解決排水管渠壽命期短、易損壞滲漏問題。重視海綿設(shè)施中新型介質(zhì)土的研究，在保證保水、保肥等基本性能的同時，實現(xiàn)可循環(huán)使用和滲透性能的提升。