淺談市政給水管網(wǎng)改擴(kuò)建優(yōu)化設(shè)計的方法

陳桂東

摘要：市政給水管網(wǎng)改擴(kuò)建是城市給水工程中常見的后期管理工作，而管網(wǎng)改擴(kuò)建工程情況復(fù)雜，資金投入多，施工難度大，同時易影響現(xiàn)有給水管網(wǎng)的正常運(yùn)作。針對以上問題，本文從給水管網(wǎng)工況分析出發(fā)，對市政給水管網(wǎng)改擴(kuò)建優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行具體的闡述。

關(guān)鍵詞：給水管網(wǎng)；優(yōu)化設(shè)計；改擴(kuò)建

1 引言

隨著我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，作為其中一個重要分支的給水工程，因為管網(wǎng)陳舊、用水量增加及配合道路改擴(kuò)建等原因，亟需進(jìn)行改擴(kuò)建。由于給水管網(wǎng)改擴(kuò)建在施工過程中，有保障供水、配合道路交通或施工等要求，造成了管網(wǎng)改造投資大、管理費用高。全面合理、可操作性強(qiáng)的設(shè)計方案不僅能豐富和完善管網(wǎng)設(shè)計內(nèi)容，降低建設(shè)成本，而且能保障管網(wǎng)改擴(kuò)建的順利施工，縮短施工工期，全面提高管網(wǎng)改擴(kuò)建的效益。

2 改擴(kuò)建的含義及設(shè)計原則

城市給水系統(tǒng)由取水、凈水和輸配水三個部分組成，輸配水管網(wǎng)是城市給水系統(tǒng)的重要組成部分，它鋪設(shè)于城市的大街小巷，擔(dān)負(fù)著把水安全地輸配到用戶，并滿足用戶對水量、水壓和水質(zhì)的要求。或因城市用水量的劇增，或因舊有管網(wǎng)規(guī)劃的不合理，或因現(xiàn)有管道陳舊，或因道路的改擴(kuò)建等原因，需要對現(xiàn)有管網(wǎng)進(jìn)行改擴(kuò)建。給水管網(wǎng)改擴(kuò)建是指給水管網(wǎng)系統(tǒng)的更新、擴(kuò)大和完善，它包括改建”和“擴(kuò)建”兩部分。“改建”是指原有管網(wǎng)系統(tǒng)中的管道、閥門及其他給水設(shè)備經(jīng)過長期使用出現(xiàn)了老化、損壞的現(xiàn)象，影響正常供水，不能滿足使用要求，應(yīng)該針對具體情況對其進(jìn)行修繕、更換，以使管網(wǎng)能夠正常工作。另一方面，為配合道路改擴(kuò)建的需要，現(xiàn)有給水管網(wǎng)可能影響道路施工，必須對給水管網(wǎng)進(jìn)行遷改。“擴(kuò)建”有兩種實施形式，一是在不改變原有管網(wǎng)系統(tǒng)的情況下，根據(jù)新的要求在舊管網(wǎng)系統(tǒng)中增敷新管、添加新設(shè)備、建造新構(gòu)筑物等等；二是結(jié)合管網(wǎng)改建，廢除不符合使用要求的管網(wǎng)，按擴(kuò)建后規(guī)模進(jìn)行實施。給水管網(wǎng)改擴(kuò)建必須以管網(wǎng)運(yùn)行工況分析為基礎(chǔ)，充分結(jié)合“改建”和“擴(kuò)建”，在保證原有管網(wǎng)輸配水能力的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一規(guī)劃、合理布局、合理選擇管徑、布置構(gòu)筑物、充分發(fā)揮新舊管網(wǎng)的作用，增大供水量、擴(kuò)大供水范圍，改進(jìn)并建設(shè)成為一套全新的給水管網(wǎng)，滿足城市的日常用水需求。

3 改擴(kuò)建優(yōu)化設(shè)計的分析

改擴(kuò)建優(yōu)化設(shè)計是以現(xiàn)有給水管網(wǎng)工況為基礎(chǔ)的，所以改擴(kuò)建優(yōu)化設(shè)計的分析包括對現(xiàn)有給水管網(wǎng)的分析及設(shè)計改擴(kuò)建給水管網(wǎng)的分析。

3.1現(xiàn)有給水管網(wǎng)工況分析

管網(wǎng)工況是指管網(wǎng)的用水狀況。新建管網(wǎng)設(shè)計時，一般都是按常規(guī)設(shè)計方法，考慮最高時、最大轉(zhuǎn)輸時、消防時和事故時幾種典型工況，但由于管網(wǎng)建成投入后，由于用水的不斷變化，用水量也會發(fā)生不斷的變化，此時，管網(wǎng)的工況將會出現(xiàn)與原設(shè)計工況不同的情況，即是管網(wǎng)中會形成另一種新的工況，所以，在進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計之前，應(yīng)對現(xiàn)有管網(wǎng)工況進(jìn)行充分的分析，該分析有兩方面的好處，一是充分利用現(xiàn)有的管網(wǎng)，并在現(xiàn)有管網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，形成新的給水管網(wǎng)，既滿足了新的用水要求，也降低了工程造價；二是通過分析現(xiàn)有管網(wǎng)工況，為新管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計打下基礎(chǔ)，以滿足新管網(wǎng)系統(tǒng)能滿足目前和未來不同工況條件下對水量和水壓的要求。

3.2設(shè)計給水管網(wǎng)工況分析

設(shè)計階段是工程進(jìn)行的準(zhǔn)備階段，而工況分析是設(shè)計階段的準(zhǔn)備階段。改擴(kuò)建給水管網(wǎng)工況分析，是給水管網(wǎng)改擴(kuò)建工程的重要前提，也是必不可少的環(huán)節(jié)。工況分析不僅要滿足管網(wǎng)系統(tǒng)能滿足目前和未來不同工況條件下對水量和水壓的要求，同時也要滿足管網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，做到管網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)高效。

4 改擴(kuò)建優(yōu)化設(shè)計的措施

通過對改擴(kuò)建給水管的工況分析之后，就要對新管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計，而在多個不同的設(shè)計方案中，要篩選出對該改造項目最優(yōu)化的設(shè)計方案，就要全面把握項目進(jìn)行中的各個方面，主要可以通過以下措施來優(yōu)化設(shè)計。

4.1管網(wǎng)的管線布置

做好管線布置的方案比較是進(jìn)行新建、改擴(kuò)建管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵。對改擴(kuò)建管網(wǎng)的布置應(yīng)盡量利用原有管道，增設(shè)新管道，以管網(wǎng)改造為主。抓住管網(wǎng)改造的時機(jī)，有步驟地對低壓缺水區(qū)進(jìn)行改擴(kuò)建，增設(shè)新管道或增大原有管道的管徑，更換年久失修或過水?dāng)嗝婷黠@縮小的管段，達(dá)到提高供水效率的目的，增強(qiáng)管網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性。根據(jù)規(guī)劃，結(jié)合原管網(wǎng)道路下埋有多種管線的實際情況，對管網(wǎng)進(jìn)行改擴(kuò)建時的管線布置應(yīng)按以下原則進(jìn)行：

（1）、淘汰原有的嚴(yán)重老化、漏損的管道，采用新管代替；

（2）、輸水管線的根數(shù)即單線或雙線供水應(yīng)根據(jù)給水系統(tǒng)的重要性、輸水量大小、分期建設(shè)安排等因素全面考慮；

（3）、管網(wǎng)改造應(yīng)有利于降低運(yùn)行成本，避免對水質(zhì)造成二次污染；

（4）、新設(shè)計的管線，一般不占據(jù)原舊管線的原有位置，要根據(jù)原管道連接的分支管預(yù)留管件，這樣在新管線敷設(shè)過程中不至于必須拆掉舊管，從而保證舊管線能正常供水直至并網(wǎng)施工全部完成以后再徹底廢除舊管線。新管敷設(shè)盡量和原管道走向一致，以減少勘察和施工費用，同時便于和已建管段銜接；

（5）、配合市政工程道路改造，將管道設(shè)計在車道下，如果給水管線布置在車道下，要盡量減少在車道上砌井。除必不可少的干線閘閥、排氣閥井處，像分支管閥門井、消防栓井盡量設(shè)計在人行道上；

（6）、新管敷設(shè)應(yīng)和改造的街道走向一致；

（7）、考慮遠(yuǎn)、近期管網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合。

4.2管徑的選擇

在給水工程中，管道工程造價占很大的比例，經(jīng)濟(jì)合理地選擇管徑是進(jìn)行管道設(shè)計的首要問題。管徑選擇與流速密切相關(guān)，呈反比關(guān)系。在同一工程中，輸送相同流量的條件下，管道設(shè)計流速越大，管徑越小，工程建設(shè)費用越低；但設(shè)計流速大導(dǎo)致管道水頭損失增大，給水廠水泵揚(yáng)程越高，電能消耗增加，制水成本提高。因此，給水管道流速大小，不僅影響給水工程造價，也關(guān)系到凈水廠的運(yùn)行管理費用，在給水管道的規(guī)劃設(shè)計中確定管徑時，應(yīng)先通過對建設(shè)費用和運(yùn)行管理費用之和為最低的求解，推求出不同管徑的經(jīng)濟(jì)流速。

關(guān)系確定管徑的另一個重要因素是用水量。用水量的確定應(yīng)綜合考慮遠(yuǎn)近期的用水量，并兼顧經(jīng)濟(jì)性和可靠。設(shè)計用水量應(yīng)該包括以下幾種用水。

（1）、綜合生活用水：包括居民生活用水和公共建筑用水。根據(jù)居民生活用水定額或綜合生活用水定額及最高日時變化系數(shù)綜合分析確定。

（2）、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水和工作人員生活用水：生產(chǎn)用水量根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定；工作人員生活用水量（含淋浴用水量）根據(jù)車間性質(zhì)確定。

（3）、消防用水：消防用水量、水壓及延續(xù)時間等根據(jù)現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定確定。

（4）、澆灑道路和綠地用水：根據(jù)路面、綠化、氣候和土壤等條件確定。

（5）、未預(yù)見水量及管網(wǎng)漏失水量：按最高日用水量的百分比計。

綜合考慮經(jīng)濟(jì)流速和供水量，即可求出設(shè)計給水管線的管徑，該管徑也應(yīng)該是最優(yōu)的管徑。

4.3管材的選擇

隨著技術(shù)的進(jìn)步，新型管材層出不窮，但大體上可分為兩類：金屬管和非金屬管。目前推廣應(yīng)用較多的金屬管材有：鋼管和球墨鑄鐵管。非金屬管材有：聚乙烯管（PE 管）、硬聚氯乙烯管（UPVC管）、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP 管）、玻璃鋼夾砂管等。

管材的選擇應(yīng)符合以下的選用原則：（1）符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。比如生活用水輸水管必須符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。（2）充分考慮供水管道敷設(shè)路段上的地質(zhì)情況、壓力情況和使用要求，因地制宜地采用不同的材質(zhì)。（3）管網(wǎng)改造中盡可能采用耐壓性較好、抗腐蝕性較強(qiáng)的管道，以減少管道事故；管材選用，應(yīng)力求做到技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠，經(jīng)久耐用，以保證工程質(zhì)量，降低工程造價，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.4施工方案的選擇

給水管網(wǎng)改擴(kuò)建施工過程中，情況多變復(fù)雜，一要配合道路施工，二要避讓現(xiàn)狀其他地下管線，所以在施工過程常出現(xiàn)設(shè)計變更和施工變更，而變更是增加工程造價和延長工期的主要因素，因此在設(shè)計過程中，應(yīng)深入現(xiàn)場，調(diào)查研究，綜合規(guī)劃，選擇合理的供水線路和管位，考慮路面結(jié)構(gòu)、道路綠化和建（構(gòu)）筑物，減少管道施工破壞，考慮城市雨污管道及其他地下管線的鋪設(shè)情況，減少管線交叉，減少跨越障礙次數(shù)，減少河底鋪設(shè)，減少架空，防止管線從建筑物下穿越，保證日后管線維修方便、安全。并在設(shè)計階段就制定管道使用明挖施工或非開挖放工，盡量減少變更的發(fā)生。

4.5建設(shè)費用的控制

一般來講，給水管網(wǎng)占整個給水系統(tǒng)投資的60%—80%，可見，管網(wǎng)建設(shè)費用是給水系統(tǒng)的重頭戲，另外，管網(wǎng)運(yùn)行過程中還涉及每年龐大的能量消耗，所以在設(shè)計階段，應(yīng)該對管網(wǎng)建設(shè)進(jìn)行全壽命周期分析，不僅要降低管網(wǎng)的建設(shè)費用，還要綜合考慮管網(wǎng)的運(yùn)行費用，以充分滿足管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性要求。在設(shè)計階段，控制建設(shè)費用主要有：（1）提高成本控制意識，注重成本核算觀念，實行限額設(shè)計；（2）充分分析管網(wǎng)工況，優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合施工條件，細(xì)化施工圖設(shè)計，盡量減少設(shè)計變更和施工變更的發(fā)生。

5 結(jié)束語

近年來，由于城市化的快速發(fā)展，城市人口快速增長，各城市對用水量和水質(zhì)提出了更高的要求，以及舊有管網(wǎng)陳舊的客觀情況，各地區(qū)加大力度開展供水管網(wǎng)改造，各級政府和各水司都按照項目法定程序和科學(xué)合理的途徑對所屬的供水管網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計和施工。以上筆者簡述對供水管網(wǎng)改擴(kuò)建過程中的設(shè)計方案優(yōu)化，希望有助于參考解決城市供水管網(wǎng)改造中存在的問題。

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