市政排水管網(wǎng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)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(guī)劃設(shè)計(jì)和發(fā)展建設(shè)的不協(xié)調(diào)促使污水技術(shù)條件比較差，根本滿足不了使用所需；排水管網(wǎng)建設(shè)和污水處理廠建設(shè)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(yán)重制約了整個(gè)城市各項(xiàng)排水設(shè)施的發(fā)展。所以相關(guān)部門要對(duì)市排水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì) 

　　一、前言 

　　近幾年政府部門一直是整個(gè)城市市政排水工程建設(shè)、管理和服務(wù)的主角。隨著城市排水事業(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(dá)到預(yù)期目的。城市排水屬于整個(gè)市政工程最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)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(hù)及改善等問(wèn)題。加強(qiáng)對(duì)城市排水的管理，才能確保城市排水各項(xiàng)設(shè)施得以安全正常運(yùn)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(jì)社會(huì)的可持續(xù)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(qiáng)大的現(xiàn)實(shí)意義及深遠(yuǎn)影響。然而從當(dāng)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(cè)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(zé)任主體管網(wǎng)管理模式。所以加強(qiáng)對(duì)市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重要，這樣才能確保排水管網(wǎng)平面布置得以優(yōu)化。 

　　二、影響市政排水管網(wǎng)改造工程設(shè)計(jì)的主要因素

　　1、城市用地和工程專項(xiàng)規(guī)劃 

　　城市規(guī)劃人員在設(shè)計(jì)管網(wǎng)時(shí)，需要收集齊關(guān)于工程所在區(qū)域的最新用地和工程專項(xiàng)規(guī)劃資料，并且要摸清本次設(shè)計(jì)所涉及到的各類管線與片區(qū)內(nèi)部的管線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(shè)計(jì)管線的直徑、孔數(shù)以及尺寸等。 

　　2、現(xiàn)狀的管線資料 

　　優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計(jì)前要將本次所需設(shè)計(jì)范圍里的所有現(xiàn)狀管線資料收集齊全，對(duì)于缺少該類資料的建設(shè)單位要重新勘測(cè)一下工程所在區(qū)域的現(xiàn)狀管線。假如設(shè)計(jì)人員對(duì)現(xiàn)狀管線的實(shí)際情況不夠了解，會(huì)直接造成管線設(shè)計(jì)本身合理性受到影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致管位發(fā)生重合、管線的標(biāo)高發(fā)生沖突等各種問(wèn)題，進(jìn)而給整個(gè)管線的施工作業(yè)造成不小的麻煩。 

　　3、和有關(guān)管線主管部門溝通與協(xié)調(diào) 

　　因?yàn)槌鞘猩钏?，市政管線的種類非常多，并且每種管線的主管部門也不一樣，例如給水管線主要由水務(wù)部門或者自來(lái)水公司進(jìn)行管理；污水和雨水管線主要由相關(guān)水務(wù)部門或者一些排水管理部門進(jìn)行管理；電力管線主要由相關(guān)供電部門進(jìn)行管理，所以設(shè)計(jì)市政管網(wǎng)時(shí)，一定要充分征求各管線的主管部門關(guān)于管線設(shè)計(jì)意見(jiàn)和要求，并且針對(duì)一些較為合理的意見(jiàn)與要求也要納入優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，從而達(dá)到日后管線管理與使用所需。 

　　三、我國(guó)市政排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀分析

　　1、規(guī)劃設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題 

　　制定排水管網(wǎng)規(guī)劃時(shí)要結(jié)合城市的總體規(guī)劃與區(qū)域規(guī)劃，并且要和城市其它單項(xiàng)工程建設(shè)緊密配合在一起，例如城市各項(xiàng)功能分區(qū)的布局、建筑的界限、道路的規(guī)劃以及地下其它各項(xiàng)設(shè)施的規(guī)劃等，都要縱觀全局采取合理的措施進(jìn)行解決，這樣才能將其構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體。與此同時(shí)由于排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)屬于動(dòng)態(tài)的，當(dāng)排水體制、排水主干管頂線以及排水量標(biāo)準(zhǔn)等方面的工作結(jié)束后，要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)局部情況進(jìn)行調(diào)整，這樣才便于工程項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)工作的開(kāi)展。另外由于排水管網(wǎng)建設(shè)具有自身特點(diǎn)，即其建設(shè)完成后的使用期限有時(shí)候會(huì)長(zhǎng)達(dá)四五十年以上。所以城市排水管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)要比整個(gè)城市的整體規(guī)劃年限要長(zhǎng)一些，另外計(jì)算排水量時(shí)要從多個(gè)方面進(jìn)行預(yù)測(cè)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(shè)計(jì)與排水體制有著直接關(guān)系，然而當(dāng)前大部分排水體制都要進(jìn)行改制。排水系統(tǒng)體制主要有兩種，一種為合流制，另一種則為分流制。當(dāng)然混合制也屬于城市運(yùn)轉(zhuǎn)中常見(jiàn)的系統(tǒng)，是很多合流制城市在擴(kuò)建排水系統(tǒng)時(shí)常會(huì)采用的。大城市里常會(huì)受各個(gè)區(qū)域自然條件和修建情況較差的影響，所以要針對(duì)不同區(qū)域采取相應(yīng)的排水體制。 

　　四、市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施 

　　1、優(yōu)化布置管線平面 

　　布置排水管網(wǎng)時(shí)應(yīng)堅(jiān)持工程量最小、水流暢通以及最大限度上節(jié)省能量的原則，準(zhǔn)確進(jìn)行定線，這也是合理設(shè)計(jì)管網(wǎng)的前提基礎(chǔ)。定線基本原則主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：設(shè)計(jì)干管支管時(shí)要采取直線布局，切忌拐彎；定線時(shí)要充分利用地理優(yōu)勢(shì)，促使污水能在重力作用下可以順利流到污水廠里面；設(shè)計(jì)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(shè)置一些提升泵站。 

　　2、優(yōu)化已定平面布置管道系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

　　所謂優(yōu)化排水管道設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為：針對(duì)某一設(shè)計(jì)管段，在確定好設(shè)計(jì)流量時(shí)，需在達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的管徑與坡度等多種組合里，尋求管材費(fèi)用和敷設(shè)費(fèi)用之間的平衡。當(dāng)排水管線的平面布置已經(jīng)指定好后，關(guān)于管段管徑以及埋深的優(yōu)化設(shè)計(jì)，很多機(jī)構(gòu)都作了很多研究工作，并取得了一定的成就。 

　?。?）采取線性規(guī)劃法與非線性規(guī)劃法 

　　A、線性規(guī)劃法 

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

　　B、非線性規(guī)劃法 

　　非線性規(guī)劃法極大的適應(yīng)了當(dāng)前計(jì)算模型里目標(biāo)函數(shù)以及變量本身具有的非線性特征，對(duì)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(biāo)函數(shù)以及約束條件形式的發(fā)展。 　　（2）采取直接優(yōu)化法 

　　所謂直接優(yōu)化法是根據(jù)各種方案或者一些可調(diào)參數(shù)方面的選擇設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算與比較所獲得的最優(yōu)解，其直觀性與便于驗(yàn)證便是最大優(yōu)點(diǎn)。這種方法主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： 

　　A、采用電子表格法作為啟發(fā)式費(fèi)用估算法，使得用戶可以尋找到最小的費(fèi)用設(shè)計(jì)，進(jìn)而可以拿出更好的結(jié)果且能滿足施工設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。 

　　B、采用兩相優(yōu)化法，這種方法主要用在設(shè)計(jì)流量確定好后，并以達(dá)到約束條件為前提，選擇最為經(jīng)濟(jì)的流速與最大充滿度從而獲取最優(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(shè)計(jì)人員水平有限，所能獲取的結(jié)果也不同，這時(shí)獲取的結(jié)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(jī)制所提出的一種隨機(jī)優(yōu)化算法。這種遺傳算法用于解決小型管道里的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)常會(huì)獲取最佳設(shè)計(jì)方案。然而在解決較大型的管道系統(tǒng)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(shè)計(jì)方案，所以優(yōu)化設(shè)計(jì)排水管道過(guò)程中，不管采用怎樣的方法都要將設(shè)計(jì)規(guī)范作為最基本的要求，與此同時(shí)也要把費(fèi)用降到最低。 

　　五、市政排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)注意問(wèn)題 

　　1、管線間距達(dá)不到規(guī)范要求 

　　市政排水管線的改造工程經(jīng)常會(huì)受到各種因素的影響，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)管線的平面凈距和垂直凈距以及管線和樹木、建筑物等凈距不能滿足施工規(guī)范要求時(shí)，為了確保各類管線可以安全使用，必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施。一般會(huì)采用設(shè)置套管、對(duì)混凝土進(jìn)行包封或者設(shè)置管溝進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)燃?xì)夤芫€從路口穿越過(guò)時(shí)，也要采取必要的保護(hù)措施。例如某段拓寬路段因?yàn)槿細(xì)夤艿篮蜆淠镜膬艟嚯y以滿足施工規(guī)范要求，就采套管方式進(jìn)行保護(hù)。 

　　2、管線的豎向標(biāo)高發(fā)生沖突 

　　當(dāng)給水、電力、通信及燃?xì)夤艿篮推渌芫€的豎向標(biāo)高發(fā)生沖突時(shí)，可以采取設(shè)置彎頭、加設(shè)電力以及通信井的措施來(lái)避讓，通常雨、污水管線屬于重力流，管道很難彎曲，一旦因?yàn)槟承┮蛩卮偈关Q向標(biāo)高發(fā)生沖突時(shí)，便只能采取倒虹吸或者設(shè)置交匯井的方法來(lái)避讓。一般情況下倒虹吸設(shè)計(jì)過(guò)程中要達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：最小管徑應(yīng)該為200毫米；管里的設(shè)計(jì)流速應(yīng)該不小于0.9m/s；另外也要設(shè)置一些事故排出口或設(shè)置一些雙管倒虹吸；進(jìn)出水井里面還要設(shè)置閘槽或閘門；作為倒虹管進(jìn)水井前面的檢查井要設(shè)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(shè)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(shè)一道鋼管或者增設(shè)鋼套管，從而避免水質(zhì)受到污染。 

　　六、結(jié)語(yǔ) 

　　由此可見(jiàn)，城市規(guī)劃管理人員對(duì)市政管線的改造工程進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)的目的便是防止平面與豎向空間處的各種工程管線發(fā)生沖突或者受到干擾，這對(duì)于整個(gè)市政工程排水管網(wǎng)的正常運(yùn)行極為重要?？傊C合各方面因素對(duì)管線進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)才能把各類管線最好的埋設(shè)埋深確定下來(lái)，以便可以節(jié)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(xù)發(fā)展以及資源節(jié)約型社會(huì)奠定良好基礎(chǔ)。