全地下式市政污水處理廠的設計要點研究

王 睿，祁 振，馬 坤

（山東省環科院環境工程有限公司，山東 濟南 250013）

污水處理是環境管理中的一個重要組成部分。隨著我國城市規模不斷擴大、工業化水平不斷提高與生產、生活活動日益頻繁，污水量也在不斷加大，污水處理已經成為一個大難題。要想有效解決污水處理問題，就需要多建污水處理廠，然而建造地上污水處理廠就需要占用土地資源，這樣不僅會造成土地資源更加緊缺，還會造成地面景觀被破壞等一系列再生性問題。因此必須轉換思路，建造全地下式污水處理廠[1]。下面結合實際情況，對全地下市政污水處理廠的設計與建造要點作具體分析。

1 全地下市政污水處理廠設計要點

近年來國家對污水處理工作提出了更高更嚴的要求，就上海市來說，有關部門要求上海市污水處理率達到90%以上。上海市人口規模大，各種生產生活活動頻繁，全市污水量非常巨大。目前，上海的污水處理廠已經達到處理極限，但仍不能滿足上述污水處理要求。要達到污水處理率超過90%的要求，就必須改換污水處理思路，引進、采用新的污水處理設施[2]。

其實，不管是大都市上海還是其它地區，地上空間都是很有限的，土地資源非常寶貴，在地上建造過多的污水處理廠既不美觀又不經濟，因此有必要轉換思路，思考如何利用地下空間解決污水處理問題。我國曾有一些地區嘗試過利用地下空間處理污水，但由于地下式項目相對較少，有關這方面的設計與建造經驗相對匱乏。從調查數據來看，我國現有的全地下式污水處理廠多屬于二類三級工程，建筑面積在2 600～3 600 m2，日處理量100 000～200 000 m3，無論是在廠房規模、廠房結構還是在污水處理能力方面都還有很大的完善與提升空間[3]。

從我國現有全地下式污水處理廠的設計經驗、設計缺陷基礎上，結合當前污水處理需求，關于全地下式污水處理廠的設計，有以下幾個要點需要注意：

一是注意空間利用率，污水處理廠的結構盡量科學緊湊，建筑空間規劃合理；二是注意做好地下污水處理廠的防火設施，從建材、功能區布置及消防器材應用等方面入手，提高整個廠房的防火防爆性能，確保污水處理廠安全；三是貫穿于污水處理廠的管道必須性能優良、無質量安全隱患，管道鋪設路線科學合理，廠內要杜絕管道相互碰撞、相互交叉等問題；四是做好地下防水設施的設計，做好防止滲漏方面的工作。

2 全地下式市政污水處理廠設計實例

在這個實例中，某地區污水量大，現有的地上污水處理系統無法滿足污水處理需求，因此擬建造全地下式污水處理廠。該區擬建的全地下式污水處理廠總面積為120 km2，這個全地下式污水處理廠項目與城市中心相距較遠，與城市邊緣居民住宅相距較近。經過綜合全面的分析對比，得出的結論是，建造全地下式污水處理廠具有以下優點：項目遠離城市中心，同時利用的是地下空間，所以不會對市容市貌產生過大影響，有利于城市地面景觀的保持；項目建在地下，不會對地面交通產生過大影響，有利于城市交通系統的正常運轉；地下污水處理廠在建造過程中不會對現有的綠色用地造成破壞，在運輸建材及管道等設施時不會對周邊交通、環境產生大的影響；建造過程中可將地下污水處理設施與地面水管體系、建筑設施及公共綠地等結合使用[4]。

2.1 全地下式市政污水處理廠項目設計需要考慮的問題

2.1.1 溢流問題

污水溢流會導致周邊環境二次受污染，也會造成污水處理成本增加。為防止出現，給整個廠房額外增加了容積為160 000 m3的系統蓄水池。

2.1.2 排污標準問題

全地下式污水處理廠房排污標準必須與當地有關部門制定的排污標準一致，出水水質需達到一級A類標準，出水的總磷、氨氮等參數要達到IV級，污泥中含水量不能超過40%。

2.1.3 建筑、設施等的設計問題

全地下式污水處理廠與地面污水處理廠有所不同，在設計時，要根據地下空間的特征特點與污水處理需求，科學規劃豎向設計與平面布置，適當提高規程規模與建造標準等，確保項目建成后正常、安全投入使用。

2.1.4 污水處理工藝問題

設計與選擇污水處理工藝時需從實際情況出發，先詳細調查當地的污水產量、污水來源、污水處理要求與進水水質特點等，在此基礎上選擇處理效率高、占地面積小、自動化程度高、運行管理方便的污水處理工藝，以保證最終的處理效果達標。綜合考慮，該污水處理項目選用AA0工藝，整個污水處理流程為：預處理、二級生物處理、混凝沉淀、反硝化過濾、出水檢測、出水排出（如圖1所示）。在該工藝流程中，待處理的污水先進入初沉池進行沉淀，經過這一環節處理，將污水中部分無機物質去除，使污水的SS濃度降低；預處理完成后，污水進入生化池，配合二次沉淀完成生物處理，經過處理后有效降低污水的含污量。需要注意的是，生化池的池型設計需根據生化池內回流點、進水點等個點間的進水比例科學設計，合理調整，保證污水處理池的正常使用。污水經過生化池和二沉池處理后，再進入反硝化深床濾池進行深度脫氮，最后，利用紫外線進行消毒，切實保證消毒效果[5]。

圖1 污水處理工藝流程圖

3 全地下式市政污水處理廠的設計難點及技術措施

3.1 設計難點

在設計全地下式市政污水處理廠時，有以下難點：項目內進水、出水部件多，設備選型與布置難度大。設計時，既要處理好眾多設施設備的布置與安裝問題，還要正確處理管線布設問題，同時要處理好污水處理需求與消防需求之間的關系問題，必須保證建筑與設施的安全，并且要保證污水處理廠的污水處理質量和效率。全地下式污水處理廠具有內部設備數量大、類型多，安裝與運作維護要求高等特點。污水處理廠管道布線長，對管材的要求也比較高。在設計時，要考慮選擇性能質量可靠、尺寸規格合理的管材，從材料品質方面為確保整個污水處理廠的正常運行提供保障。全地下式污水處理廠內的結構布置也非常重要，進水管道、出水管道、污水運輸管道、消防管等羅列排布，管線結構十分復雜，非常容易出現管線管道交叉敷設問題。在此情況下，設計時要盡可能運用BIM等先進技術做好管道的空間布置，盡可能避免、減少管道交叉，同時在設計過程中需要進行管道碰撞檢測，及時發現管道設計與布置方面的不合理之處并加以調整，以免在正式施工過程中出現安全問題[6]。

3.2 技術措施

3.2.1 利用BIM技術進行三維建模

針對地下式市政污水處理廠設計過程中的以上難點，設計時可利用BIM技術先進行三維建模。傳統的管線綜合設計缺乏協調性，也做不到實時動態的追蹤與監管，在施工過程中容易出現預留孔洞數量不合理、位置不準確及管線碰撞等問題，導致整體的施工質量受到影響。在當前的技術背景下，可借助BIM技術建造與實際工程等比例的三維模型，利用三維模型，讓不同專業的設計師全面、詳細且直觀清晰地掌握各項建筑信息，及時交流，更好地協調溝通，完成設計；這樣也可以幫施工人員通過模型了解建筑信息，明確建筑施工要求，依托三維模型進行技術交底，推動各項施工活動更透明、更順利地開展。

在應用BIM技術建造建筑三維模型時還要明確，構建三維模型的主要目的是方便各參建方的信息交流與作業協同，方便各項施工與管理活動。因此BIM三維模型的構建必須遵循規范性原則。所謂規范性，就是格式必須嚴格遵守邏輯規范。BIM三維模型還要遵循相容性、安全性與并發性原則。構建的三維模型要能夠兼容各專業所用軟件輸出的數據，在構建模型時要設置用戶權限，對用戶對數據庫的操作進行控制，保障各方數據的安全。為了讓BIM三維模型更好地為全地下式污水處理廠的設計與建造活動服務，構建的BIM三維模型還應具有數據自動關聯性。BIM三維模型的成果，是經過多方數據的綜合整理及分析得出的，因而BIM三維模型必須能使云平臺上各種關聯數據能夠及時更新。構建工程三維模型時，可運用廣聯達、魯班等專業軟件與revit，構建出工程3D模型，為各項活動提供技術支持。

3.2.2 運用BIM技術進行模擬檢查

在設計過程中，可以運用BIM技術進行管線碰撞檢查。BIM具有管線碰撞檢查功能，在全地下式污水處理廠的設計工作中，BIM的管線碰撞檢查功能可以為各項設計活動帶來很大便利。以前，由于缺少可視化技術與模擬施工技術，很多問題只有在施工現場才能被發現，但是在BIM技術背景下，設計人員正式施工前就可以運用技術進行管線碰撞檢測。工作人員運用BIM構建建筑三維模型，同時運用BIM技術將最終的管線布置結果提前模擬出來，借助BIM技術進行事先檢測，提前發現管線碰撞問題并聯系設計部進行調整修改，盡量避免在施工過程或建筑使用過程中出現問題。

設計階段充分利用BIM技術開展施工模擬，在全地下式污水處理廠設計活動中，設計人員還可以應用BIM技術綜合布置管線安裝空間、檢測空間等，對施工過程進行模擬，通過模擬施工提前找到施工方案中的不足并加以調整修改，有效減少窩工、返工情況，提高項目設計質量和施工效率。設計過程中，工作人員可通過構建4D－BIM平臺將三維信息賦予時間信息、成本信息等，然后依托該模型進行建造，模擬每個施工環節，每項施工內容及每個施工細節等，提前掌握全地下式污水處理廠施工過程中可能出現的各種情況，實現對項目的全面把控。利用BIM技術的可視化功能，設計人員可以通過用BIM技術創建工程施工視圖，采用BIM技術收集各項施工信息，如施工內容、施工技術、工序邏輯關系等，并對建筑信息數據庫進行更新，對BIM模型加以調整，借助BIM模型全面了解工程情況。

4 結語

綜上所述，在當前背景下，建造全地下式市政污水處理廠是一項科學、必要的舉措。建造好與應用好全地下式污水處理廠，不僅能高效解決污水處理問題，而且可以節約地上空間，提高土地資源利用率。由于全地下式污水處理廠在我國還屬于比較新穎的項目，在設計這類項目時，需要做綜合分析與全面考慮，要根據相關要求與實際需要科學開展建筑豎向設計與橫向布置，做好管道等設施設備的布設與檢測，同時選擇科學先進的污水處理工藝，以保證達到良好的污水處理效果。