道路給排水設計的優化措施研究

熊宇奇

（南昌市城市規劃設計研究總院，江西南昌330038）

0 引言

道路給排水是城市運行必備的基礎設施之一，主要用以及時排除地面雨水、污水，實現雨污水分流管理，保證地下管網供水的及時性與穩定性。因此，道路給排水設計直接關系城市的宜居水平與環境質量，關乎城市的運行與可持續發展。伴隨著城市規模、道路工程數量的不斷擴大，道路給排水設計領域迎來新的發展機遇，但日益加劇的道路給排水管網、設施運行負荷，日益提升的人們對美好生活的需求也對道路給排水設計提出了更高的標準。

目前道路給排水設計狀況不容樂觀，存在缺乏與城市功能相互協調、水資源利用率較低、深度設計水平不足的問題。為改善道路給排水設計現狀，應當立足實際、顧全大局、確立問題導向，堅持以綠色設計、節能減排設計為目標，保證道路給排水系統與城市規劃相輔相成。

1 道路給排水設計現存的問題

1.1 與城市功能協調性不足

城市正處于飛速發展之中，城市的日常生活、社會生產及城市運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計工作而言，通常滯后于城市道路規劃、城市道路工程設計。一般是在道路規劃完成后，開展給排水管網、設施設計等相關工作。實際上，道路的選址、道路所在地勢、道路區域劃分、道路兩側地質條件等在很大程度上決定了給排水設計可以發揮的空間，落后的給排水設計難以利用自然地勢差緩解水泵運行負荷，難以結合道路區域用水需求進行供水計劃設計及管網布局設計，并且會加大雨污分流治理難度，從而導致道路給排水設計與城市功能規劃協調性不足，難以發揮道路給排水對城市運轉的促進與推動作用[1]。

1.2 水資源綜合利用率偏低

目前，原有道路給排水設計存在水資源綜合利用率較低的問題。

其一，城市規模擴大、人口數量激增，對水資源的需求量達到了前所未有的高度，原有道路給排水系統難以承載巨大的用水及排水需求，呈現出明顯的局限性。

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，經陽光暴曬后變為水蒸氣，容易引發城市雨島效應、霧島效應，導致城市自然生態環境惡化，降低城市居住質量。同時，對雨水資源的利用率不足，雨水經由污水系統進入污水處理廠，加大了污水管網及污水處理廠的負荷，難以實現對雨水資源的循環利用。

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

1.3 設計信息化程度有待提升

道路給排水設計是一項系統性、復雜性的工作，既需要考慮原有給排水系統改造花費的資金、人力、物力及時間成本，又需要考慮給排水系統與城市其他功能系統的協調性，設計方案的可行性等。傳統道路給排水系統通常利用CAD 制圖方法，所形成的一般為二維圖紙，并且對各類數據的處理、加工與應用不夠深入，可能會出現數據遺漏問題，影響設計方案的科學性。不僅如此，設計深度化與信息化是目前道路給排水設計的主要發展趨勢，設計人員缺乏數據意識，信息技術應用能力薄弱，沿用傳統設計方法、流程與軟件，都會影響道路給排水設計方案的實際應用價值，降低道路給排水設計水平[2]。

2 道路給排水設計的優化措施

2.1 做好設計前調研及規劃工作，保證道路給排水設計與城市功能協同并進

2.1.1 確保各設計間的協調性

道路給排水設計是一項系統性、復雜性、動態化的工作，容易受到城市規劃、現有道路布局、地下管網狀況等因素的影響，產生外部沖突。為解決當前道路給排水設計與城市規劃功能協調性不足的問題，建議設計人員加強外部協作，與道路設計同步開展前期實地勘察與規劃工作。

詳細了解道路給排水系統所在區域的用水需求規模、地形地勢、地下管網布設情況、道路規劃布局、污水排放標準、城市給排水設施建設現狀等，遵循系統性、協調性的基本原則；全面收集所需信息、資料及數據；深入剖析影響道路給排水設計的關鍵因素與制約條件等；轉變傳統隨意性、盲目性較大的道路給排水設計工作模式；堅持以調查及分析為起點，緊密圍繞規劃區域內的實際情況，制定好初步設計方案，形成道路給排水概念設計模型等，從而確保道路給排水設計與城市各項目設計的協調性[3]。

2.1.2 高度重視防洪排澇設計

伴隨著城鎮一體化建設進程的推進，城市人口規模顯著擴大，建筑物數量及道路面積明顯增加。因滲水面積減少、地表徑流增加，當遭遇暴雨天氣、降雨量較大的氣候環境時便很容易引發城市內澇。如何防治城市洪澇等自然災害、保障城市居民生命與財產安全已經成為道路給排水設計中一項重要的課題。設計人員需要高度重視防洪排澇設計：一方面，需要加強道路的透水性，在道路耐久性及堅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之中，或是經管網直接運送至污水處理廠進行凈化，或是經雨水存儲設施等初步凈化達標后進行循環利用；另一方面，要注重道路外洪防護體系設計與城市防洪排澇功能相結合，積極承擔分洪泄流任務。以此降低城市內澇與外洪帶來的后果，保證城市安全穩定運行。

2.2 積極引入海綿城市理念，最大程度上發揮道路給排水設計的價值與作用

海綿城市是指以海綿體實現對雨水自然存蓄、下滲、凈化與利用的現代化城市水資源管理與調配理念。海綿體既包括人工搭建的各類設施，又涉及綠地、沼澤、池塘的自然排水設施，以自然功能為主，人工建設為輔，致力于恢復與強化城市抵御自然災害、凈化水資源的天然功能，從而讓城市如海綿一般具有適應性、可恢復性。在道路給排水設計中應用海綿城市理念，主要是通過滲水設計與蓄水設計提升水資源利用率，可以有效優化道路給排水設計方案，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計

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、穩定性、可靠性與耐久性的基礎上，通過路基設計及交通道路設計，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計主要針對透水性較差的路基，可以設計換填施工工藝，以透水性較強、符合道路等級要求及材料質量標準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計主要針對交通道路的鋪裝。一方面，在人行道、道路邊緣處設計透水性較強的鋪裝材料，當遭遇暴雨天氣時，雨水會由道路中心經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設計排水溝渠，科學布置排水管網以將排水溝渠與區域集水系統相連，雨水經凈化后可直接應用于道路清洗與綠植澆灌，不僅可以緩解給排水系統的運行負擔，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計

綠化帶作為道路給排水系統的關鍵組成部分，在海綿城市理念下，可以轉化為雨水的自然存蓄體。首先，綠化帶設計高度應當超出道路15～25cm，沿道路兩側均勻設計雨水采集口，其高度處于綠化帶及道路高度之間，保證雨水能夠順利經過綠化帶排入周邊的溝渠內。同時，在雨水采集口處設計規格與網格都適宜的篩網，以過濾雨水中的大型雜質，避免其堵塞排水管網，降低后續維護工作量。其次，精心設計綠化帶結構，將其轉化為雨水凈化系統。在底層設計種植土，為綠植生長提供必要的養分；在上層設計砂石層，控制好砂石料粒徑；在最上層設計滲透管，以此控制雨水的經流向。同時，做好導流設計，保證雨水經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，將綠化帶溢流系統與道路給排水系統相連，設計好防倒灌系統，保證在降雨量驟增的情況下，多余雨水經給排水系統流入區域污水集中處理廠，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計

結合海綿城市建設相關要求、核心理念，在道路給排水管線優化設計中，一方面要全面、細致地勘察現有給排水管線布設情況、分區標準及埋深，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形式，若有必要設計管道觀測點，應當將其設計在易于檢修的位置并設計好檢查井；另一方面需要優選對比給排水管線材料，在給水管線材料設計時，需要考慮區域用水需求、管道運行負荷、管道材質的安全性與經濟性。在排水管線材料設計時，需要考慮管線運行環境、管線的連接形式等，以此為依據選擇經濟性好、強度高、耐腐蝕性強的管材。

2.3 加大BIM 技術的應用力度，強化道路給排水設計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計中常用的輔助工具。BIM 技術具有三維可視性、協調性等顯著優勢，將其應用于道路給排水設計中，可以顯著提升設計方案的可行性與合理性。

2.3.1 應用BIM 技術進行道路給排水整體設計

道路給排水整體設計包含諸多分類分項的設計內容，如不同路段的給排水管線布局、給排水設施等，對所有路段進行逐個設計會出現錯漏問題，并且會耗費大量的時間與精力。為此，可以利用BIM 技術的Dynamo 可視化編程工具，結合相應的道路工程、已有給排水管線等資料，對設計規劃區域的道路信息進行特征選取，建立坐標為（X，Y，Z）的四邊形網格，提取二維數組以形成節點坐標。同時，不同路段給排水設計具有明顯的差異性，這就需要進一步借助BIM 技術對各路段進行分類與編號，在此基礎上應用Dynamo可視化編程工具自動定義數據關系，創建適用于不同路段給排水設計的算法，按照不同路段給排水系統間的關聯性進行邏輯運算，對多項工程相關數據進行自動化處理，以此形成兼顧整體與不同路段的給排水系統模型[5]。

2.3.2 應用BIM 技術進行給排水管網參數設計

道路給排水管網參數設計涉及海量數據，不僅需要給排水管網規格、材質、連接形式、荷載、強度等符合實際的供水與排水需求，還需要在實現設計功能的同時，降低管材能耗與資源消耗，達成節能減排的道路給排水綠色設計目標。在整體設計階段已經形成道路給排水系統模型，接下來的設計要點便是了解外界因素對管網參數、管網運行能耗、管材成本的影響。設計人員可以應用BIM 模型仿真模擬給排水管線的運行環境，調整模型內管道口徑、管道材料、管道強度等，結合模型的最優算法得出成本低、能耗低，但可以滿足設計功能的管網參數。不僅如此，在設計管道支撐結構、連接方式時，也可以應用BIM 軟件的相關功能，有助于解決道路給排水管網布局問題，使道路給排水管網設計更加高效、合理、科學。

2.3.3 應用BIM 技術模擬實際工況進行防碰撞檢測

道路給排水設計的最終目標在于指導實際施工，即將道路給排水設計方案轉化為切實可行的施工組織流程、施工工藝方案等，以此保證施工技術、施工機械組合等契合實際場地條件，達到相應的技術標準。基于BIM 技術的道路給排水設計優化，可以應用BIM軟件模擬仿真實際工況，對給排水管線與地下原有管線、道路構筑物、原有給排水設施等進行防碰撞檢測，避免給排水工程建設出現施工沖突，影響施工進度。同時，在管線布局合理、施工方案可行的基礎上，借助整體設計階段的管線分段模型，將管網參數信息、施工信息等錄入模型，經過模型的自動測算與數據處理確定好管線的支撐位置、支撐形式、支吊架規則與安裝方法等，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，為后續的施工作業提供指導。

3 結語

道路給排水是城市運行中必不可少的基礎設施之一，也是城市給排水系統的核心組成部分。道路給排水設計目前存在與城市功能規劃不協調、水資源利用效率較低、設計信息化程度有待提升等問題，導致道路給排水設計效率低下，所形成的設計方案缺乏科學性、合理性與可行性。為解決上述問題，優化道路給排水設計，建議設計人員做好設計前的實地勘察、資料收集與前期規劃工作，致力于與城市功能相輔相成，發揮道路給排水設計價值。同時，引入海綿城市理念，通過路基與交通道路設計、綠化帶設計將道路轉化為城市“海綿體”，強化城市對雨水的自然存蓄、下滲及利用功能，并通過優化給排水管線設計，降低后續維護工作量。此外，積極應用BIM 技術做好道路給排水整體設計、管網參數設計、施工圖設計，以此強化道路給排水設計方案的可行性與合理性。