市政排水管網(wǎng)經(jīng)常會(huì )出現各種各樣的問(wèn)題，比如污水直接排到河道中促使水體被污染；排水體制不完善促使雨水和污水合流；規劃設計和發(fā)展建設的不協(xié)調促使污水技術(shù)條件比較差，根本滿(mǎn)足不了使用所需；排水管網(wǎng)建設和污水處理廠(chǎng)建設不能有效配合在一起，造成二次污染等。以上所說(shuō)這些問(wèn)題都嚴重制約了整個(gè)城市各項排水設施的發(fā)展。所以相關(guān)部門(mén)要對市排水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設計，這樣才能解決好已定平面布置方案中常見(jiàn)的排水管徑和埋深等各種問(wèn)題。 

　　【關(guān)鍵詞】市政排水；管網(wǎng)；優(yōu)化設計 

　　一、前言 

　　近幾年政府部門(mén)一直是整個(gè)城市市政排水工程建設、管理和服務(wù)的主角。隨著(zhù)城市排水事業(yè)等市政公用事業(yè)市場(chǎng)化改革進(jìn)程的加快，城市排水管理將會(huì )面臨各種問(wèn)題，這些僅僅依靠政府職能進(jìn)行處理根本難以達到預期目的。城市排水屬于整個(gè)市政工程最為關(guān)鍵的基礎設施，不僅關(guān)系到城市排水的有效控制，還涉及到水污染的控制、環(huán)境保護及改善等問(wèn)題。加強對城市排水的管理，才能確保城市排水各項設施得以安全正常運行下去，也才可降低城市水環(huán)境污染，確保環(huán)境和經(jīng)濟社會(huì )的可持續發(fā)展，進(jìn)而保證人民的生命健康，總的來(lái)說(shuō)具有非常強大的現實(shí)意義及深遠影響。然而從當前理論研究與實(shí)踐改革來(lái)看，一些市政排水管網(wǎng)主要局限在污水處理領(lǐng)域，一些側重排水管網(wǎng)技術(shù)性問(wèn)題上，卻沒(méi)有形成一套完善的多元責任主體管網(wǎng)管理模式。所以加強對市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設計非常重要，這樣才能確保排水管網(wǎng)平面布置得以?xún)?yōu)化。 

　　二、影響市政排水管網(wǎng)改造工程設計的主要因素

　　1、城市用地和工程專(zhuān)項規劃 

　　城市規劃人員在設計管網(wǎng)時(shí)，需要收集齊關(guān)于工程所在區域的最新用地和工程專(zhuān)項規劃資料，并且要摸清本次設計所涉及到的各類(lèi)管線(xiàn)與片區內部的管線(xiàn)使用基本情況以及存在的問(wèn)題，例如水源、電源、氣源以及排水體制和污水出路等，另外還要熟悉掌握各種設計管線(xiàn)的直徑、孔數以及尺寸等。 

　　2、現狀的管線(xiàn)資料 

　　優(yōu)化管網(wǎng)設計前要將本次所需設計范圍里的所有現狀管線(xiàn)資料收集齊全，對于缺少該類(lèi)資料的建設單位要重新勘測一下工程所在區域的現狀管線(xiàn)。假如設計人員對現狀管線(xiàn)的實(shí)際情況不夠了解，會(huì )直接造成管線(xiàn)設計本身合理性受到影響，嚴重時(shí)還會(huì )導致管位發(fā)生重合、管線(xiàn)的標高發(fā)生沖突等各種問(wèn)題，進(jìn)而給整個(gè)管線(xiàn)的施工作業(yè)造成不小的麻煩。 

　　3、和有關(guān)管線(xiàn)主管部門(mén)溝通與協(xié)調 

　　因為城市生活所需，市政管線(xiàn)的種類(lèi)非常多，并且每種管線(xiàn)的主管部門(mén)也不一樣，例如給水管線(xiàn)主要由水務(wù)部門(mén)或者自來(lái)水公司進(jìn)行管理；污水和雨水管線(xiàn)主要由相關(guān)水務(wù)部門(mén)或者一些排水管理部門(mén)進(jìn)行管理；電力管線(xiàn)主要由相關(guān)供電部門(mén)進(jìn)行管理，所以設計市政管網(wǎng)時(shí)，一定要充分征求各管線(xiàn)的主管部門(mén)關(guān)于管線(xiàn)設計意見(jiàn)和要求，并且針對一些較為合理的意見(jiàn)與要求也要納入優(yōu)化設計過(guò)程中，從而達到日后管線(xiàn)管理與使用所需。 

　　三、我國市政排水管網(wǎng)的現狀分析

　　1、規劃設計出現問(wèn)題 

　　制定排水管網(wǎng)規劃時(shí)要結合城市的總體規劃與區域規劃，并且要和城市其它單項工程建設緊密配合在一起，例如城市各項功能分區的布局、建筑的界限、道路的規劃以及地下其它各項設施的規劃等，都要縱觀(guān)全局采取合理的措施進(jìn)行解決，這樣才能將其構成一個(gè)有機整體。與此同時(shí)由于排水系統的規劃設計屬于動(dòng)態(tài)的，當排水體制、排水主干管頂線(xiàn)以及排水量標準等方面的工作結束后，要結合實(shí)際情況對局部情況進(jìn)行調整，這樣才便于工程項目各個(gè)環(huán)節工作的開(kāi)展。另外由于排水管網(wǎng)建設具有自身特點(diǎn)，即其建設完成后的使用期限有時(shí)候會(huì )長(cháng)達四五十年以上。所以城市排水管網(wǎng)的規劃設計要比整個(gè)城市的整體規劃年限要長(cháng)一些，另外計算排水量時(shí)要從多個(gè)方面進(jìn)行預測并留有充足的發(fā)展余地。 

　　2、排水體制尚不完善 

　　排水管網(wǎng)設計與排水體制有著(zhù)直接關(guān)系，然而當前大部分排水體制都要進(jìn)行改制。排水系統體制主要有兩種，一種為合流制，另一種則為分流制。當然混合制也屬于城市運轉中常見(jiàn)的系統，是很多合流制城市在擴建排水系統時(shí)常會(huì )采用的。大城市里常會(huì )受各個(gè)區域自然條件和修建情況較差的影響，所以要針對不同區域采取相應的排水體制。 

　　四、市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設計措施 

　　1、優(yōu)化布置管線(xiàn)平面 

　　布置排水管網(wǎng)時(shí)應堅持工程量最小、水流暢通以及最大限度上節省能量的原則，準確進(jìn)行定線(xiàn)，這也是合理設計管網(wǎng)的前提基礎。定線(xiàn)基本原則主要表現在以下幾個(gè)方面：設計干管支管時(shí)要采取直線(xiàn)布局，切忌拐彎；定線(xiàn)時(shí)要充分利用地理優(yōu)勢，促使污水能在重力作用下可以順利流到污水廠(chǎng)里面；設計過(guò)程中要盡可能的減少管道的埋深；布置管道過(guò)程中要盡量少設置一些提升泵站。 

　　2、優(yōu)化已定平面布置管道系統設計 

　　所謂優(yōu)化排水管道設計主要內容為：針對某一設計管段，在確定好設計流量時(shí)，需在達到設計規范標準的管徑與坡度等多種組合里，尋求管材費用和敷設費用之間的平衡。當排水管線(xiàn)的平面布置已經(jīng)指定好后，關(guān)于管段管徑以及埋深的優(yōu)化設計，很多機構都作了很多研究工作，并取得了一定的成就。 

　?。?）采取線(xiàn)性規劃法與非線(xiàn)性規劃法 

　　A、線(xiàn)性規劃法 

　　所謂線(xiàn)性規劃法主要指排水管網(wǎng)設計在計算過(guò)程中經(jīng)常會(huì )受到的一些約束條件以及目標函數本身具有的非線(xiàn)性，通常會(huì )采取一級泰特公式及展開(kāi)式進(jìn)行代替，并將線(xiàn)性規劃解當作問(wèn)題近似解，通過(guò)反復迭代，促使迭代序列可以靠近非線(xiàn)性規劃里的最優(yōu)解。當然這種方法也有不足之處，即長(cháng)把管徑看作連續量進(jìn)行處理，以致于計算管徑和市場(chǎng)管徑出現不一致沖突，并且前期準備的工作量比較大，雖然今后發(fā)展起來(lái)的整數規劃法從某種程度上彌補了線(xiàn)性規劃缺點(diǎn)，然而因它的整型變量非常多，所以很難求解。 

　　B、非線(xiàn)性規劃法 

　　非線(xiàn)性規劃法極大的適應了當前計算模型里目標函數以及變量本身具有的非線(xiàn)性特征，對于選擇的管道直徑與埋深也可以起到優(yōu)化的作用，然而卻極大的阻礙了目標函數以及約束條件形式的發(fā)展。 　?。?）采取直接優(yōu)化法 

　　所謂直接優(yōu)化法是根據各種方案或者一些可調參數方面的選擇設計進(jìn)行計算與比較所獲得的最優(yōu)解，其直觀(guān)性與便于驗證便是最大優(yōu)點(diǎn)。這種方法主要表現在以下兩個(gè)方面： 

　　A、采用電子表格法作為啟發(fā)式費用估算法，使得用戶(hù)可以尋找到最小的費用設計，進(jìn)而可以拿出更好的結果且能滿(mǎn)足施工設計規范標準。 

　　B、采用兩相優(yōu)化法，這種方法主要用在設計流量確定好后，并以達到約束條件為前提，選擇最為經(jīng)濟的流速與最大充滿(mǎn)度從而獲取最優(yōu)管徑與最小坡度，與此同時(shí)也能最大限度的把管道埋深降低。這種直接優(yōu)化法本身的算法和人工算法差不多一樣，然而設計人員水平有限，所能獲取的結果也不同，這時(shí)獲取的結果便不太可能成為最優(yōu)解。 

　?。?）采取遺傳算法 

　　所謂遺傳算法屬于進(jìn)化算法中的一個(gè)分支，它是通過(guò)模擬生物學(xué)里面的自然遺傳變異機制所提出的一種隨機優(yōu)化算法。這種遺傳算法用于解決小型管道里的系統優(yōu)化設計問(wèn)題時(shí)常會(huì )獲取最佳設計方案。然而在解決較大型的管道系統問(wèn)題時(shí)，通常只可以獲得一個(gè)接近最佳解的優(yōu)化設計方案，所以?xún)?yōu)化設計排水管道過(guò)程中，不管采用怎樣的方法都要將設計規范作為最基本的要求，與此同時(shí)也要把費用降到最低。 

　　五、市政排水管網(wǎng)優(yōu)化設計應注意問(wèn)題 

　　1、管線(xiàn)間距達不到規范要求 

　　市政排水管線(xiàn)的改造工程經(jīng)常會(huì )受到各種因素的影響，有時(shí)還會(huì )出現管線(xiàn)的平面凈距和垂直凈距以及管線(xiàn)和樹(shù)木、建筑物等凈距不能滿(mǎn)足施工規范要求時(shí)，為了確保各類(lèi)管線(xiàn)可以安全使用，必須采取相應的保護措施。一般會(huì )采用設置套管、對混凝土進(jìn)行包封或者設置管溝進(jìn)行保護。當燃氣管線(xiàn)從路口穿越過(guò)時(shí)，也要采取必要的保護措施。例如某段拓寬路段因為燃氣管道和樹(shù)木的凈距難以滿(mǎn)足施工規范要求，就采套管方式進(jìn)行保護。 

　　2、管線(xiàn)的豎向標高發(fā)生沖突 

　　當給水、電力、通信及燃氣管道和其它管線(xiàn)的豎向標高發(fā)生沖突時(shí)，可以采取設置彎頭、加設電力以及通信井的措施來(lái)避讓?zhuān)ǔＳ?、污水管線(xiàn)屬于重力流，管道很難彎曲，一旦因為某些因素促使豎向標高發(fā)生沖突時(shí)，便只能采取倒虹吸或者設置交匯井的方法來(lái)避讓。一般情況下倒虹吸設計過(guò)程中要達到以下標準：最小管徑應該為200毫米；管里的設計流速應該不小于0.9m/s；另外也要設置一些事故排出口或設置一些雙管倒虹吸；進(jìn)出水井里面還要設置閘槽或閘門(mén)；作為倒虹管進(jìn)水井前面的檢查井要設置一道沉泥槽。如果污水管的管徑比雨水管的小時(shí)，就要在交匯位置設置一座交匯井，并把污水管改成生鐵管使其直接從交叉井穿過(guò)，并且雨水管線(xiàn)需在井中斷開(kāi)。給水管通暢要從排水管上面穿越過(guò)去，一旦必須從排水的下方穿越過(guò)去時(shí)，就要給給水管的管材加設一道鋼管或者增設鋼套管，從而避免水質(zhì)受到污染。 

　　六、結語(yǔ) 

　　由此可見(jiàn)，城市規劃管理人員對市政管線(xiàn)的改造工程進(jìn)行綜合設計的目的便是防止平面與豎向空間處的各種工程管線(xiàn)發(fā)生沖突或者受到干擾，這對于整個(gè)市政工程排水管網(wǎng)的正常運行極為重要?？傊C合各方面因素對管線(xiàn)進(jìn)行綜合設計才能把各類(lèi)管線(xiàn)最好的埋設埋深確定下來(lái)，以便可以節約有限地下空間，降低工程的投資成本，從而為城市的可持續發(fā)展以及資源節約型社會(huì )奠定良好基礎。