基于海綿城市理念市政雨水系統生命周期各階段問題研究及建議

張亞萍 張揚

北京建工國通建設工程有限責任公司 北京 101100

在全球變暖、城市擴張的影響下，極端氣候頻發，城市暴雨引發的內澇災害日漸嚴重，我國60%以上的城市每年都要遭受不同程度的洪澇災害。2015年國務院頒布了《關于推進海綿城市建設的指導意見》，各地政府統籌推進海綿城市建設。在市政道路雨水系統引入“海綿城市”理念，可以提高排水性能，達到治理城市內澇問題的目的。海綿城市建設已經近十余年，本文梳理目前各城市道路雨水系統存在的問題。根據工程生命周期，從規劃設計、建設實施、運維管理三各階段，探討工程項目存在的問題，針對性地提出優化建議。

1 市政道路雨水系統現狀

在海綿城市建設理念下，影響市政雨水系統總體排水效能的主要因素有排水管渠部分、道路海綿設施。目前主要城市市政排水系統主要問題有：

1.1 雨水管渠方面

1）近年來全球極端天氣頻發，各地的降雨規律發生較大變化，管網排水能力不均，老城區常出現內澇。部分排水系統規劃的模型等還沿用上世紀的未調整，對新情況適應性不夠。老舊管網采用的設計標準較低，且常老舊沉積淤堵，排水能力低。2）雨水管網規劃科學性、統籌性不足。排水工程規劃應與城市的縱向規劃及防洪規劃協調性、統籌性不足。一些城市在規劃前期沒把區域內的天然水體、河道納入規劃范圍。3）城市排水管網普遍存在雨污水管網混接、管道老化脫節入滲等問題[1]。常導致污水入河，污染水體；雨季超量雨水進入污水處理廠，影響污水處理效果。此外，排水管網運維管理手段較落后，常表現為發生問題后才進行管網整改，且處理常不及時，更難達到提前預警、預測等時代新要求。

1.2 道路海綿設施方面

1）設計理念較為陳舊，對海綿城市理念的融入不夠。傳統道路工程設計重點放在車行道等硬化工程部分，海綿城市理念下，道路設計也常常存在各專業協調不足，綠化帶寬度過小，綠化種類單一等，難以達到效果等問題。尤其是老城區道路工程的建設范圍有限，市政道路新建或更新改造過程中可采用的海綿措施有限。2）海綿設施實施運維不佳。新建道路海綿設施施工不到位，效果難達預期。新建道路海綿設施建設不到位。已建成海綿設施運營維護不到位，使海綿措施未發揮預期效果。3）道路施工質量及管養維護不足。道路施工過程中若路基管渠溝槽回填不到位，后期易出現路面不均勻沉降、道路平整度差等問題，造成局部路面積水。道路養護時常有將落葉枯枝城市垃圾等進入雨水口，堵塞排水管，造成路面降水不能及時排除等問題。

1.3 主要原因

1）經濟發展水平低是影響道路、排水管網發展的重要因素[1]。市政道路、排水管道經濟使用壽命期一般為20-50年。而老城區道路、管網更新改造制約因素多，推進難。2）海綿城市技術標準不完善、新技術的應用不足。技術標準方面，各主要城市出臺了部分技術規程，缺少全國性的海綿城市規劃設計、建設運維、后期建管等方面的標準。道路海綿設施運維機制不健全，運維手段落后，BIM技術、物聯網等新技術的應用不足。3）規劃設計人員理念意識不足，施工運維人員專業性不足。海綿改造，海綿設施運維人才不足。部分規劃設計人員對海綿設計理念不足，未能充分調動專業知識細致、科學規劃設計。我國工程施工人員、運維人員主要是農民工，專業技能水平有限。海綿設施改造人才不足，管理運維粗放，導致設施運營效能低。

2 市政道路雨水系統各階段問題及建議

2.1 規劃設計階段

2.1.1 存在的主要問題

1）規劃設計理念落地慢、效果差，不能夠因地適宜開展海綿設計[2]?！昂＞d城市”理念已經提出十余年，但是整體推進慢。對采用海綿城市建設所帶來的雨量削減以及因局部管網設計標準提高帶來的下游排水量增加，導致下游排水系統壓力增大的問題，考慮較少。2）設計方法、重要技術相對滯后。雨水管渠設計時，大多使用推理公式法，計算結果也并不準確，無法保證排水設計方案的合理性。道路機動車路面還主要采用傳統路面結構。新型透水路面技術研究尚存在一些問題。3）規劃設計標準較低。大多數城市存在著排水防澇設計標準偏低。雖最新版雨水管渠設計標準提高，但相對發達國家仍屬于較低水平。

2.1.2 具體的優化措施及建議

1）合理進行規劃設計。應樹立“海綿城市”理念，從“滲、滯、蓄、凈、用、排”功能于一體化角度規劃，合理規劃雨水管渠系統，因勢制宜，建設下洼綠地、植草溝，綜合利用天然水體建設水體儲蓄設施，實現雨水速排設施及海綿設施，協同實現城市防洪排澇的調節、排放。2）創新設計方法。除傳統的推理公式法，應當采用新技術，例如利用計算機模擬技術來構建城市的排水模型，對降雨徑流進行動態模擬，準確地確定排水設計參數；模擬城市內的水文，對城市的內澇進行實時監控與分析。如SWMM、InfoWorks 等，都起到了較好效果[3]。3）提高設計標準。一是提高排水能力設計標準。我國已經將新建地區的雨水管渠暴雨強度重現期提高到2～5年，重點地區最高可達10年。新建區以此為基準，因地適當提升標準，增加城市防洪抗澇能力。對建成的低標準體系逐步改造，結合海綿措施建設，全面提升城市防洪抗澇能力。二是提高排澇水質設計標準。設計時應實現地表徑流水質污染控制、水體污染改善。我國相關標準中只有年徑流總量系數，沒有應的徑流污染物控制的標準。設計人員應因地設計，確定合理標準，有效控制水質。

2.2 建設實施階段

2.2.1 存在的主要問題

1）行車路面局部不平整度不夠、不均勻沉降等問題。行車路面需同時考慮承載力、滲透性，采用海綿理念設計機動車道、非機動道，道路結構技術不成熟。2）排水管渠部分存在施工質量控制不嚴，管道腐蝕，管道安裝錯位等問題[4]。實際工程中，地質情況復雜，常出現部分管道接口方式不合理情況。3）海綿設施部分施設不到位，影響工程效能。不同海綿設施的功能和作用機理不同，對場地特性要求也有差異，如土壤透水性、地形坡度、地下水位等[5]。施工過程中，常常不重視場地特性與設施的匹配，使海綿設施效能打折扣。此外，海綿設施中綠植的選擇、海綿設施與工程設施連接處理等，也影響工程總體效果。

2.2.2 具體優化措施及建議

1）提高施工作業人員的職業素質。我國的工程建筑施工人員大多是農民工，工程質量意識及看圖、識圖水平有限。加強施工作業人員培訓，提高作業人員職業素質，促進“農民工”向“職業工人”轉化，是保障工程質量的關鍵。2）完善海綿設施的施工驗收技術標準。目前，我國只一些城市出臺了城市海綿設施建設標準。我國國土遼闊各地區氣候條件差異大，需不斷完善海綿設施相關技術標準，建立全國指導性標準及各地方建立實施性技術標準體系。3）利用BIM 技術，加強施工質量管理。BIM 模型的可視化特點，大大提高了施工人員對圖紙、模型的理解能力，減少了因識圖不準確造成的質量問題。利用該模型進行雨水徑流的模擬，對配合施工作業培訓、交底，提高各環節施工質量。同時，重視海綿措施各基底材料的性能研究，如機動車道下透水性路面材料，透水性鋪裝材料、不同海綿設施所需透水性土壤等研究。重視相關材料的成本研究，促進相關材料規模化、產業化生產，降低材料成本。第海東[6]開展了彩色彈性透水路面膠結材料等方面的研究。王鴻森等[7]在高速公路服務區透水路面性能研究中，對透水瀝青路面結構進行了力學性能、海綿效能等方面的試驗，性能良好。目前相關材料研究大都還處在實驗、小試階段，較市場化、產業化還有一定差距。

2.3 運維管理階段

海綿城市建設以來，主要工作重點集中在規劃建設階段，對海綿設施運營階段投入的研究較少。隨著大量海綿設施的建成，不斷有海綿設施投入運營，對運維管理工作提出更高要求。

2.3.1 存在的主要問題

1）缺乏明確的運行維護標準及法律法規[8]。由于我國海綿城市建設起步較晚、實施時間尚短，相關技術標準相對缺失的問題較為明顯。且標準較為粗糙，對項目全周期考慮、評估較少，使運行效果打折扣，工程生命周期降低。2）運維管理機制不明確，管理手段落后。目前，但市政公共海綿設施缺乏明確的責任維護主體，常采用“管養分離”，模式單一，缺少運維評價機制。參與的城市管理部門權責不明確，存在監管盲區，移交體制不完善，對后期運維負面影響。3）海綿城市設施運行維護技術不足，缺乏運行維護的定性檢測指標和方法。運行維護主要為在日常人工巡護，通過觀察設施結構的完整性、植被狀況、邊坡表觀情況來判定需要運行維護的內容，對海綿設施的深層影響因素監控手段有限。

2.3.2 具體優化措施及建議

1）盡快出臺相關運維標準及法律法規，健全完善管理機制。建議加快全國性海綿城市建設工程建設運維標準出臺，更好地指導海綿設施運維。2）加快建立海綿設施運維定性檢測方法及指標體系?！肮莛B分離”模式，績效考核的前提是合理的評價指標體系及定量、定性的檢測方法。研究人員從日常巡護、運行效能檢測、衰減檢測、智慧養護等方面搭建了海綿設施運維管理體系，并對關鍵技術提出了建議。應加快理論研究與城市海綿設施實際運行管理結合，盡快出臺貼合實際的檢測方法、指標體系。謝明坤[9]等在開展了基于數字景觀的海綿城市研究，嘗試構建基于物聯網傳感技術的海綿績效測控系統。3）建立明確清晰的管理評價機制，利用新技術提高管理效率?？偨Y試點城市海綿設施管養運維經驗，建立健全明確的管理機制。應充分利用先進技術，提高管理運維水平。在人工定期巡檢基礎上，推進現代化和信息化的智能監測和動態管控的線上一體化。研發能夠評估和修正相關數據參數的人工智能軟件，提高數據的精度。應充分利用物聯網技術、CIM平臺技術，建立統一城市海綿設施管理平臺，提高海綿設施運維的效率、效果及智慧化水平。單溪環[10]等結合工程實例，進行了海綿城市工程設施運維管理技術體系的研究，體系較全面，具有較大的推廣意義。

3 結論

基于海綿城市理念，市政道路雨水系統規劃建設優化措施及建議：

1）更新、完善海綿設施施工驗收、運維標準，建立健全海綿設施運維評價細則及指標體系。盡快出臺海綿設施施工驗收標準運行維護標準。完善海綿設施從規劃設計、施工建設、運行管理項目全過程全生命周期的技術標準、管理細則。明確海綿設施運維檢測方法及評價指標系統，為海綿設施各環節提供指導。

2）不斷提高從業人員的海綿理念及專業素養，應做好市政排水系統與道路海綿設施相協調、相銜接；海綿設施設計選型時，應從海綿設施全生命周期考慮，后期長效運維效果角度考慮。注重施工人員專業培訓，提高施工人員專業素質。

3）加強GIS、BIM、計算機模擬等相關技術的應用。規劃階段采用新技術，如SWMM、InfoWorks等，更新規劃設計方法；運用BIM技術提高規劃設計水平、施工質量；運維階段采用物聯網、CIM技術搭建運維管理平臺，實現一體化運維監管及模擬，提高運維的效能、智慧化。

4）加大透水路面、新型管道材料、透水性種植土等工程技術的研究。著力解決透水型瀝青路面和透水型混凝土路面技術缺陷，推廣透水路面的大范圍應用。研究新型管道材料，解決排水管渠壽命期短、易損壞滲漏問題。重視海綿設施中新型介質土的研究，在保證保水、保肥等基本性能的同時，實現可循環使用和滲透性能的提升。