城市軌道交通給排水節能環保設計初探

吳剛 劉成瑋 楊斌

摘 要：城市軌道交通是當前城市公共交通中應用最為廣泛的交通形式之一，具有低能耗、低污染等特征。城市軌道交通建設施工需要堅持綠色軌道標準原則，從規劃設計、技術手段等層面升級，來提高其節能環保水平。其中給排水工程，是整個節能環保綠色軌道施工中的重點環節之一。

關鍵詞：城市軌道交通;給排水;綠色軌道;節能環保

中圖分類號：U239.5 ? ?文獻標志碼：A ? ?文章編號：1003-5168（2022）1-0101-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.022

Energy Saving and Environmental Protection Design for Water Supply

and Drainage of Urban Rail Transit

WU Gang? ? LIU Chengwei? ? YANG Bin

（Unit 32391， Nanjing 210000，China）

Abstract： Urban rail transit is one of the most widely used forms of urban public transport， with low energy consumption， low pollution and other characteristics. The construction of urban rail transit needs to adhere to the principle of green rail standards and improve its energy conservation and environmental protection level by upgrading from the aspects of planning， design and technical means. Among them， water supply and drainage engineering is one of the key links in the whole energy-saving， environmental protection and green track construction.

Keywords： urban rail transit; water supply and drainage; green track; energy saving and environmental protection

0 引言

城市軌道交通是當前城市公共交通當中應用最為廣泛的交通形式之一，其主要優勢集中體現在運輸體量較大，速度更快，運行方式更為舒適，同時占地面積更小，更為準時等多個方面。伴隨著近年來生態文明戰略的實施與推進，城市軌道交通本身的低能耗、低污染等特征也逐漸受到人們的關注，在當前城市交通網絡當中，軌道交通被稱為“城市綠色通道”。

1 城市軌道交通給排水系統與綠色軌道理念

1.1 城市軌道交通給排水系統

城市軌道交通與一般生活居民軌道一樣，需要配套完備的給排水系統。其中給水系統主要面對的是地下生產以及生活用水等環節。生產環節主要包括公共區域的地坪用水、車站設備房內的洗滌用水、空調冷凍機所使用的冷卻循環系統用水等。生活用水主要是指車站工作人員在日常工作中的用水，其中包括衛生間、茶水間等生活區域用水需求。軌道交通中的排水系統主要針對生產廢水和生活污水進行排放，其中主要涉及的排水要求包括隧道結構滲水以及消防廢水、出入口雨水等幾種常見的排水類型。

目前，城市軌道交通給排水設計主要遵循《地鐵設計規范》（GB 50157—2013）、《城市軌道交通給水排水系統技術標準》（GB1T51293—2018）等相關國標要求。其中給水系統設計主要考量軌道交通用水量情況，應針對生活用水、生產用水兩個環節進行設計，完成標準化計量。通常情況下，生活用水以人員數量進行設置，計量每班每人用水量50 L標準;生產環節主要以清洗區域面積為標準，一般設置2 m3/d用水。給水系統還應設置供水壓力，部分軌道交通所處地下環境復雜，需要結合城市管網地面自由水壓力設置增壓泵，來滿足供水需要。而在高架環境中，則需要采用變頻泵保證供水。

排水系統設置主要采用分流制標準，對各類污水廢水進行分離，并有選擇地進行排放。針對出入口雨水，主要設置30 a一遇暴雨強度標準，保留裕度，實現排水。

1.2 給排水系統中的綠色軌道理念

綠色軌道是基于軌道施工所提出的技術升級需要，要求在軌道建設過程中能夠避免對基本生態平衡狀態造成的破壞，同時在軌道全生命周期使用內所消耗的物質和能源能夠顯著低于傳統軌道，這種軌道擁有更加良好的環保節能特性，能夠成為可持續循環發展當中重要的執行環節。因此，綠色軌道又被稱為可持續發展軌道、生態軌道等。

現代軌道施工設計當中，綠色軌道的理念逐漸作為強制性標準在執行，其中軌道交通建設項目同樣需要以綠色軌道為設計標準，將綠色集成作為核心理念，通過深入勘察地理水文環節，結合現場施工的實際需要，進行設計創新，以期達到資源、能源的利用優化目的，使城市軌道交通進一步體現節能環保優勢，成為城市綠色可持續發展的一道靚麗的風景線。

我國淡水資源緊缺，人均水資源占比僅為世界平均的1/4，國內絕大多數城市都存在水資源緊張甚至是水資源匱乏的情況[4]。能夠節約能源和降低損耗的綠色軌道在設計時，同樣需要將淡水資源納入其中。從給排水系統設計角度出發，將節水作為控制能源損耗的技術性支持，以提高綠色軌道的執行標準。給排水系統作為用水排水的核心環節，其技術設計和施工應用中是否能夠進行系統創新，成為系統是否能夠實現節水節能的重要前提，對于現代化城市建設與軌道交通健康發展來說，給排水系統的節能創新具有面向時代、面向未來的深遠意義。

2 給排水節能環保系統設計創新的基本原則

給排水系統當中的給水系統是節能環保的關鍵環節，其中給水來源主要是城市的市政管道供水，通過城市管網來保證軌道交通各個環節的供水需求。而在當前綠色軌道的節能建設當中，給排水系統需要從源頭上進行節約，需要堅持四方面原則。

一是安全性原則。給排水系統的節能設計不能以犧牲安全為代價，系統設計、方案運用和各個環節的環保措施的實現，都應將安全作為根本性前提。

二是適用性原則。給排水系統建設與創新需要在滿足基本的用水、排水需求基礎上進行節能控制，推進循環策略，實現綠色環保。

三是技術性原則。給排水系統的節能策略應當進行技術手段創新，最大限度發揮技術優勢作用，以高精尖技術手段來提供高質量的系統服務。

四是經濟性原則。城市軌道交通作為公共交通服務的重點環節，給排水系統的創新設計必須堅持經濟效益的基本原則，在保障給排水系統節能環保實現的大前提下，盡可能進行成本層面的投入優化，選用較為成熟的施工材料和設計方案，保證給排水系統具有經濟優勢。

3 軌道交通給排水系統節能環保的整體設計思路

從給排水系統的基本框架來看，城市軌道交通在給排水系統設計方面，應當遵循給水節能、排水循環利用和節能設備裝置三個環節的設計思路，來進行節能環保系統設計。

3.1 給水節能

給水層面的節能設置主要是以分質供水和調整優化供水水壓兩個方面來實現，從源頭層面保證城市管網給水在滿足基本要求的基礎上，不會造成浪費。

3.1.1 分質供水。城市軌道交通用水主要為生活用水，相比于一般軌道，在供水機制方面可以減去高品質飲用水的供應，主要以市政供水和中水兩種類型進行供應。其中，市政供水主要是日常生活層面的使用水供應，城市軌道交通中車站環節衛生間用水是重點環節，以市政供水進行配套[2]。生產環節用水如公共區域清洗等，則可以利用中水循環系統來提供水源，減少傳統市政供水的應用，提高節能效果。

3.1.2 水壓控制和優化。城市軌道交通由于地理環境相對特殊，主要采用集中加壓供水系統來保證高水壓的用水供應。在節能環保的建設要求中，水壓方案可以做出適當調整，結合軌道交通用水所處位置，進行水壓優化，同時對超壓水流進行嚴格控制，避免水資源因超壓出流導致浪費。一般來說，在控制水壓方面可以設置站內水壓為0.25 MPa，針對性設置減壓閥，經閥后減壓為0.15 MPa，以此來實現出水優化。

3.2 排水循環利用

排水系統內水資源的循環利用是目前搭建中水回用機制的重要環節，對于城市軌道交通給排水系統的節能環保來說意義重大。前述分質供水中明確，在生產用水環節可以充分利用中水資源降低對于市政供水的浪費，而軌道交通的中水獲取便可以從排水系統出發，進行水資源收集。

目前，大部分城市軌道交通車站擁有面積較大的屋面環境，能夠作為雨水的收集裝置，在排水系統中完成對雨水的存儲。在給排水系統建設中可以搭建埋地式的雨水收集裝置，利用排水系統完成屋面雨水的快速倒流，裝置內部通過棄流、調蓄等方式保證中水總量，同時對不同級別的降雨起到調蓄作用，滿足生產環節的供水需求，減輕市政供水中水資源壓力。

3.3 配套節能設備裝置

節能裝置的應用在當前城市軌道交通給排水系統中意義重大，大部分軌道交通的水資源浪費都體現在日常用水的細節層面。通過裝配節能裝置，能夠實現較為理想的細節控制，降低水資源浪費。

目前常見的節能裝置主要由節水龍頭以及節水便器兩種，這兩種裝置都能夠在實際的城市軌道交通運行中使工作人員以及一般乘客在生活細節層面節約水資源，在給排水節能環保方面起到一定的補充作用。節水龍頭具有一定的節水效果，主要通過手動或自動控制開啟關閉狀態以及調節出水量，來最終實現水量的控制和優化。城市軌道交通可以采用感應式水龍頭，并減少自動止水時間，來進行水量控制，避免工作人員以及乘客在使用后出現忘記關閉水龍頭的問題。通過應用這一類節水裝置，能最大限度進行生活細節層面的用水控制，實現節水效果[3]。

4 城市軌道交通給排水節能環保技術升級

4.1 應用污水處理回用系統

污水系統是城市軌道交通排水環節中的一環，通常情況下，城市軌道交通污水系統設置合理，才能夠保證污水排放不會造成環境污染，體現城市軌道交通節能環保特性。污水系統應用主要集中在車輛基地環節之中，是城市軌道交通眾多環節中生產用水的關鍵環節，同時也是排污量最大的關鍵環節。城市軌道交通產生的廢水中含有大量的污染物質，這類污染物質無法直接排放到城市污水管網系統之中，因此需要在軌道交通給排水階段進行預處理，才能夠達到排污標準。常見處理方式主要是隔油處理以及殺菌消毒處理，經過處理的污水能夠達到中水標準，可以應用于城市綠化或道路清潔，實現水資源的循環利用。

4.2 應用虹吸式雨水處理系統

在現代化的雨水處理回用技術中，虹吸式系統的應用較為廣泛，相比于城市軌道交通以往所采用的重力流排放系統，虹吸式的雨水回用裝置能夠進一步提高雨水利用率，最大限度地發揮雨水循環利用優勢。目前在城市軌道交通中，車輛的基地運用庫、檢修庫等重點環節都可以利用虹吸式雨水系統來進行雨水回用，可在系統內部增設多個雨水斗裝置來實現循環利用。給排水系統還可以采用排放管道的優化配套配置方式，保障雨水季節中強降雨的迅速吸收排放，達到雨水資源全面回用的優良效果。虹吸式雨水處理系統所采用的立管數量較少，不會占用較大的空間面積，在施工方面也具有一定的優勢。

4.3 應用太陽能熱水裝置

太陽能熱水系統以清潔太陽能為主要能源，實現內部功能，在目前的節能系統當中，太陽能系統最為常見。城市軌道交通系統當中，車輛基地、車站等重點用水環節中，需要使用熱水，可以搭建太陽能供熱形式來進行熱水提供，以此來節省城市軌道交通環節中電力能源的損耗[4]。通常情況下，城市軌道交通系統可以借助屋面太陽能集熱器的搭建來實現太陽能功能，由太陽能為給水系統進行供熱，最終將熱水提供到食堂、衛生間等用水環節，滿足各個環節的用水需求。

4.4 應用臭氧處理設備

臭氧處理設備是污水凈化當中的主要技術設備，主要對車站內部空調系統的冷卻循環系統用水進行水質清潔，從而提高水資源的循環利用率。該設備的基本原理在于水與臭氧之間發生反應，生成天然的強氧化性物質，進而對水中含有的微生物、有機物進行處理分解，并能夠有效殺滅水中的細菌和藻類等，實現對于污水的有效處理。利用臭氧處理儲水設備、管道等，能夠在臭氧的作用下實現水垢的清除，對于管道當中熱水交換律的實現，也具有一定的積極意義。

4.5 應用密閉污水裝置

隨著綠色軌道標準的實行，相關軌道施工技術也在尋求技術突破，其中針對軌道交通的衛生間環節設置密閉污水裝置便是其中之一。相比于傳統衛生間所采用的集水坑，密閉污水裝置擁有更好的空間密閉效果，在使用過程中能夠更好地降低衛生間的異味。城市軌道交通中車站環節的密閉污水裝置主要有污水泵、密閉水箱、隔膜泵和閥門等配件，在實際使用中能夠起到改善環境的作用。在實際的裝置運行中，設備使用穩定，壽命更長，同時后期維護相對方便，在一定程度上能夠降低維修費用等后期的成本投入，具有良好的經濟效益。

4.6 全面優化管線布置

城市軌道交通給排水系統同樣采用循環管道，但是在冷熱水的區分方面，城市軌道交通的管道循環模式并不科學，管道循環中因溫度差異容易縮短管道使用壽命。針對這一問題，城市軌道交通在給排水系統設計當中可以采用減少無效冷水的管道循環設計方式，針對不同車站層級設置豎向的管道分區，并針對不同分區設置獨立的給水系統，實現冷熱水的分流以及使冷熱水處于相同壓力環境之中。而在熱水循環中，給排水系統設計應當充分考慮熱水循環溫度、流量以及壓力情況，結合車站的層數和給水水壓的調節，進行合理調配，避免水資源浪費。

4.7 綠色自然能源利用

目前，綠色自然能源主要利用太陽能和雨水來節水。太陽能可以使用設備吸收陽光來加熱冷水。這種冷水加熱技術具有節能、環保、集熱效果好、保溫性能好等優點，也得到了廣泛的應用。雨水是另一種自然資源，它從住宅區的屋頂和地面收集雨水，并經過某些設施和化學藥品的處理，以使雨水達到再生水標準并進入回用過程。經處理的雨水可用于城市綠化和景觀用水。在收集雨水時，需要使用管道將屋頂雨水收集到地下雨水沉淀池中。雨水進入沉淀池后，去除雨水中的雜質，然后通過水泵將雨水引入水庫。雨水經過氯化和消毒等多種處理方式，達到了再生水指標標準，然后才被送往再生水管道系統。目前，許多國家正在對雨水進行研究和利用，這對實現水資源節約和減輕排污壓力起著關鍵作用。

4.8 采取有效措施防止水質二次污染

在軌道供水管道的建設中，由于需要對供水進行兩次加壓，因此水質可能被污染。二次污染會導致水質無法使用，必須對水進行再加壓，這會消耗大量的水資源和能源。因此，給排水施工人員必須采取有效措施，防止水質的二次污染。首先，在選擇水池材料時，盡量使用玻璃纖維增?強塑料、不銹鋼和襯里的鋼筋混凝土，防止植被生長。其次，盡可能選擇防蟲網，防止各種生物進入水池。再次，盡可能將起居室和消防池分開。最后，將池中的水保持24 h以上，池中的水必須進行消毒以防止二次水污染。

5 結語

綜上所述，我國軌道給排水節能節水技術的發展前景十分廣闊。作為新時代背景下的軌道給排水施工企業，必須充分認識到加強節能節水技術應用的必要性，注重科學合理地使用市政給水管網絡壓力，并重視太陽能技術在軌道熱水供應系統中的應用。除此之外，注重再生水循環利用，加強節水管理也是我國軌道行業需要關注的內容。

參考文獻：

[1] 潘文定.地鐵車站給排水及消防系統工程施工技術分析[J].建材與裝飾，2018（6）：279.

[2] 王鳴.城市軌道交通節能評估探討：以成都軌道交通11號線工程為例[J].低碳世界，2018（3）：296-297.

[3] 劉學奎，陳亞姝，王浩，等.當下城鎮軌道交通更新與綠色軌道的思考：再探“斯圖加特21世紀”[J].城市軌道，2021，18（18）：92-94.

[4] 劉京，胡映東.《綠色城市軌道交通車站評價標準》的特點與應用[J].都市快軌交通，2020，33（4）：146-150.

收稿日期：2021-11-12

作者簡介：吳剛（1975—），男，碩士，高級工程師，研究方向：地下工程給排水;劉成瑋（1975—），男，本科，高級工程師，研究方向：地下工程給排水;楊斌（1977—），男，碩士，工程師，研究方向：地下工程電氣。