市政給排水節能設計實現研究

李軍

（南京市市政設計研究院有限責任公司合肥分公司，安徽 合肥 230000）

在全社會倡導綠色低碳生產生活與可持續發展的當下，合理節約能源、科學利用資源已成為城市建設的重要理念與實踐方向。面對這一形勢，做好市政給排水系統的構建工作，既有利于緩解水資源低效利用與浪費流失的問題，也有利于保護城市人居環境與自然生態環境。所以，有必要以現代化的節能理念、節能技術為依托，積極探索市政給排水設計的優化路徑與實現方法。

1 市政給排水節能設計的實現價值

在市政設施體系中，給排水系統肩負著重要的民生保障與環境保護任務。一方面，給排水系統的給水部分把控著城市整體的水資源供給與調配，所以其在很大程度上決定著城市建設運行與規劃發展的用水方式與耗水規模。另一方面，給排水系統的排水部分主要負責城市中雨水、污水的排放與處理，其工作質量與城市防洪抗澇、清雨除污的落實水平密切相關，并深度影響著城市環境與自然環境之間的共生和諧性與互促有效性。基于此，科學實現市政給排水的節能設計，主要可表現出如下價值作用。

首先，有助于從源頭上做到能源資源節約與生態環境保護?，F階段，以水資源為核心的污染、短缺與災害危機已成為困擾我國乃至全世界的頭號問題。對此，通過改造市政給排水系統，在保障城市穩定運行、滿足居民日常需求的前提下，制定更合理的工作方案，建立更科學的給排水技術體系，并實現生活污水、生產廢水與自然雨水的凈化處理與循環利用，一方面能夠顯著降低水資源的利用量與浪費程度，將傳統視域下的無用資源轉化為可用資源，進而有效緩解城市的供水與用水壓力，甚至在很大程度上解決居民取水難、用水難的現實問題。另一方面，也能夠避免居民生產生活中產生的污廢水大量排至外部環境后，對自然水生態造成不可逆的消極影響，并可達成城市內部洪澇災害發生幾率的充分防控。

其次，有助于提高城市建設與城市服務的整體質量。伴隨著我國社會在經濟、科技、設施服務、民生建設、政策普及等多個方面的進步發展，人民群眾的生活方式、生活觀念發生了很大變化。從目前來看，人們在生產生活基本需求得到滿足的同時，越來越重視低碳生活、節約用水，并對城市的設施建設與市政服務提出了高質量、低污染、強技術、可持續等諸多要求。所以從這一角度來看，在市政給排水系統的設計與改造中體現節能性，既是城市建設順民意、體民情、得民心的重要保證，也是城市發展順應時代局勢、社會形勢與服務趨勢的必行之路。

最后，有助于推動相關理念、技術的持續發展，并反作用于城市給排水系統在節能方面的進一步優化完善。從本質上講，任何設計理念、應用技術的產生，都源于社會實踐的實際需求。而在依托理念、技術分析需求、滿足需求的過程中，人們往往又能發現或提出新的需求，并為理念、技術的優化或創新發揮導向作用。由此，在市政給排水節能設計的實踐過程中，通過既有節能理念、節能方法與現實設計條件、設計需求的動態碰撞與深度交融，將很容易形成“發現需求→分析需求→優化設計→解決需求→刺激新需求產生→再次分析優化”的趨優閉環結構，進而促成理論研究、技術開發、設施建設、城市規劃等多個領域的共同持續進步。

2 市政給排水節能設計的實現策略

2.1 給排水設施體系的節能設計

輸水管道、閥門法蘭、泵水設備、分水設備、加壓設備等設備設施、裝置器件是市政給排水系統構建與運行的重要物質基礎。若基礎設施體系存在缺陷，將從根本上形成市政水資源低效利用、浪費流失的風險隱患，進而降低給排水節能的落實水平。例如，若輸水管道的材質類型、性能質量相對較差，將很容易在水壓負荷、土壤腐蝕、水體侵蝕等綜合作用下出現破損滲漏的問題。這樣一來，不僅會導致水資源在傳輸過程中的外滲流失，還會造成水質污染、土體劣化等問題，并涉及到管材更換、管道修復等需求，進一步提高能源資源的消耗等級。再如，若泵水、分水、加壓等設備的自動化程度不高，或整體性能存在缺陷，勢必會降低市政管理中給排水調控的可行性與精細性，進而導致節能實踐淪入“難為無米之炊”的境地之中。

所以，在給排水節能設計的實現過程中，首要任務就是以物質基礎為抓手，對各類給排水設施提出更高的選擇、安裝與投用要求。在構建市政給排水管網體系時，相關人員應做好管道、閥門、密封件等方面的選擇工作。例如，若選擇PVC-U管材，需要做好壓力管與非壓力管的用途區分，前者主要用于城市供水、建筑給水，后者則主要用于市政排水。在實際應用時，應采取膠粘、膠圈套接等柔性連接方式，并在施工完成后進行標準驗收與漏水試驗。若驗收合格、試驗通過，則說明給排水管網整體達標，可滿足水資源滲漏浪費的規避需求。反之，則需要對管道材料、安裝方式、設計結構等進行調整，直至管網綜合質量達到理想水平。再如，選擇泵水設備、加壓設備時，應在保證設備性能穩定、質量達標的前提下，著重分析設備的壓力調節區間與運行控制機制，并盡量選定壓力調節靈活、變頻控制精度高的設備類型。如此一來，既能避免市政給排水系統在供水、排水過程中出現水流壓力、流速不均勻或不可控的故障問題，也能為按需供水、分區供水、分流排水等節能機制的設計落實提供硬件保障。

2.2 市政給水機制的節能設計

在市政給水機制的節能設計方面，主要應解決好兩點問題：其一，如何實現市政水資源的供需對等，從而防止出現供大于需的給水浪費問題或需大于供的用水不足問題。其二，如何在不影響居民生產生活的基礎上，降低城市生態系統的能源與水資源需求?；诖?，可規劃出如下實踐思路。

第一，可采取分區域、分時段的供水機制。在分區域供水的機制之下，相關人員首先需要結合現場調查、大數據分析、既往資料分析等多種方式，對城鄉內部不同用水區域、不同用水對象的實際情況進行精確掌握。其后，以相關調查分析結果為依據，針對具體的區域、對象設置差異化的供水方案。例如，對于工業生產密集、居民集中居住或以高層建筑為主的區域，應將供水規模、供水壓力設置在較高水平，以滿足此類區域旺盛的用水需求與相對特殊的上水、輸水需求。而對于人口規模小、人為活動少的區域，則可適當調低供水量與供水壓力。如此一來，便能有效解決統一供水時可能出現的供需不對等問題，從而在提高市政給水服務質量的同時，促成能源與水資源的有效節約和高效利用；在分時段供水的機制之下，相關人員同樣需要預先做好實際情況的調查工作，明確掌握每天24h內城鄉居民的普遍性用水規律。其后，立足現有規律，將一日內多個用水高峰時段作為供水階段，其余非高峰時段則適當停止供水。通過這樣的方式，能夠緩解水資源缺乏背景下的市政供水服務壓力，并能夠大幅度地實現市政水資源的節約。但需要注意的是，分時段供水難免會引發非高峰時段的供需矛盾現象，所以這種機制應盡量用于供水安全應急時期，且相關部門應提前做好公示工作。

第二，可采取減壓節能的供水調控手段。通常情況下，給水壓力與市政水資源的浪費情況呈正相關，給水壓力越大，水資源被浪費的幾率和程度就越高，反之亦然。所以，在設計市政給水機制時，可基于不同的用水場景，實施給水壓力的精細化控制。例如，對于醫院、公園、公共廁所等公共性的用水場景，可將其給水壓力適當調整至常態標準以下，以0.3Mpa為宜。在此基礎上，若相應場景存在特殊的高壓用水需求，可使用建筑設施自配備的二次加壓系統進行滿足。同理，對于用水壓力標準較高的用水場景，若存在水壓要求不高的部分，也可適當安裝控壓閥、減壓板等二次減壓裝置，以達到減壓節能的目的。

第三，可采用智能先進的供水管控技術。在科學技術蓬勃發展的新形勢下，將智能化、自動化、先進化的新技術、新工具與市政給水系統結合起來，能建立優質的供水、用水管控機制，從而實現有效的節水節能。在過去很長一段時間里，水龍頭、花灑、工業水槍等設備裝置在非使用狀態下未關閉或未關緊，都是導致市政水資源嚴重浪費的主要原因。對此，將接觸感應、紅外感應、智能啟停等技術與出水裝置、用水設備相結合，便可達到“即用即出，不用即停”的水資源供應效果。例如，可將搭載有踩踏感應或紅外感應裝置的水龍頭布設在醫院、圖書館、公共廁所等公共場所的洗手池處。當有人踩踏地面按鈕或將手放置在感應區時，水龍頭便會自動出水。其后，當人清潔完畢并離開后，地面按鈕復位、感應程序結束，水龍頭則會自動停止出水。這樣一來，相關水資源浪費問題將得到完全解決，市政給排水系統的現代化升級也得以切實體現。

2.3 市政排水機制的節能設計

在市政排水機制的節能設計方面，既要保證居民生產生活中產生的污水、廢水一并處理到位，從而在最大程度上降低污廢水對城鄉人居環境、自然生態環境的負面影響。同時，也要對污廢水的回收再利用提起重視，以進一步提高水資源的利用率，并從側面上降低市政供水的需求規模?；诖?，可規劃出如下實踐思路。

第一，做好污廢水的分流處理。結合社會經驗來看，污廢水具有來源多樣的特點，且成分結構相對復雜，所以其回收利用的價值也不盡相同。在此背景下，為了實現污廢水的有效利用，并避免對城鄉居民的用水安全產生影響，需要根據生活污水、工業廢水、自然雨水等污廢水在類型、來源等方面的差異，建立分流排放、分別處理的節能機制。例如，在構建市政排水管網系統時，相關人員可做好管道走向的分化設計，將住宅區中公共設施、戶內廚房、戶內廁所等不同區域排出的污廢水導向不同的排放系統或蓄水系統。這樣一來，利用價值相對較高的生活污水便會與低價值的糞便污水相區別，進而達到可用水資源充分回收的效果，并保證循環利用水資源的產出質量處于較高水平。

第二，做好污廢水的循環利用。在合理實現污廢水資源的回收采集后，便可進一步建立“中水回用”機制，實施變廢為寶的循環利用措施。簡單來講，所謂“中水回用”，即把循環水資源的質量處理到一定標準之上，從而將其重新投用到居民的生產生活之中。從實踐角度來看，雖然可將循環水資源加工處理到可飲用標準，但受到現有技術條件限制，整體的投入成本比較高昂，且技術流程、技術要求十分復雜。所以，現階段的中水回用多以達到“可用不可飲”的標準為主，如應用到綠植灌溉、車輛清洗、噴水降溫、灑水降塵、便池沖洗、消防滅火等生產生活環節中。在目前，常用的中水回用方式有三種，分別為物理處理法、物理化學法與生物處理法。其中，物理處理法包括過濾法、加熱法等，物理化學法包括活性炭吸附法、沉淀法、電解法、浮選法等，生物處理法包括活性污泥法、細菌凈水法等。這些技術方法的應用難度、投入成本、處理效果各不相同，相關人員在市政給排水節能設計中應結合實際的條件與需求酌情進行選擇。

第三，優化污廢水的排放處理工藝。污廢水處理作為城市排水系統的末端環節，在綠色節能實踐中具有很強的優化必要性。從目前來看，一方面可采取有效的設備工藝更新手段，將傳統中高能耗、高污染的處理方式剔除出去。例如，可使用磁懸浮風機、空氣懸浮風機替代羅茨風機，將生物倍增工藝、MBR工藝加入污水處理體系，進而達到降低噪聲污染、減少電能消耗、提高出水質量等排水系統優化目的。另一方面，也可構建基于“GLCD”（綠色低碳排水系統）的現代化排水體系，實現雨污分流、系統截污、管線清淤、景觀美化、水系連通等一體化的市政建設效果。

第四，運用先進的管網設計技術。在進行市政排水管網的設計時，若管道布局不合理，或存在冗余性的設計部分，不僅會造成管材資源的浪費，還會對管網的排水、匯流、分流能力產生影響。對此，為了實現市政給排水的節能設計，可將BIM技術運用到設計實踐中，對排水管網的立面、截面、平面等進行協同化、立體化的同步設計，從而更加明確地呈現雨水管道、污水管道等的坡度系數、連接關系。在此基礎上，還可通過BIM技術的“自動鏈接”、“碰撞檢查”等功能，充分排查和去除排水管網設計中的矛盾點及冗余部分。這樣一來，便可達到優化管網設計結構、強化管網排水能力的目的，并為后續的市政給排水工程建設提供節能支持。

2.4 自然雨水資源的合理利用

現階段，“海綿城市”這一雨洪管理理念越來越多地滲透到我國城市規劃建設的實踐當中，并在節水節能、防洪抗澇、環境美化等多個方面表現不俗。在市政給排水節能設計中，相關人員可遵循該理念，通過有效手段賦予城市以類似海綿的吸水、蓄水、用水與排水能力，繼而實現自然雨水資源的合理利用。例如，可在城市環境中布設多種“城市海綿體”，如建筑屋頂花園、下沉式綠地、路邊植草溝、雨水收集系統（如圖1）、透水鋪裝道路等，并配以過濾、導流、管網等系統結構。這樣一來，當雨季來臨時，落于屋面、地面等處的自然雨水便能夠充分、快速地被匯集和吸收，并在市政給排水管網的導向下流入遠端蓄水池中。其后，再經過消毒、凈化等處理，便可有效轉化為市政水資源，被正常應用于居民的生產生活之中。在“海綿城市”理念的支持下，自然雨水將對市政水資源發揮出很大的補充作用，進而達到節能、節水的效果。同時，傳統時期困擾城市的地表徑流、路面積水、內澇災害等問題也可得到解決，以確保為社會的安全穩定運行與居民的健康舒適生活提供有力保障。

圖1 雨水收集系統

3 結語

綜上所述，做好市政給排水節能設計的高質量、多元化實現，無論是從資源節約、能源保護的角度來看，還是從城市建設、民生服務的角度來看，都是極具重要性和必要性的。在具體實踐中，相關人員可圍繞給水管控、排水分流、中水回用、雨水利用等多個方面，進行用水需求的降低、供水機制的調整與取水來源的拓展，進而綜合推動城市的節水節能建設與健康可持續發展。