城市轨道交通给排水节能环保设计初探

吴刚 刘成玮 杨斌

摘 要：城市轨道交通是当前城市公共交通中应用最为广泛的交通形式之一，具有低能耗、低污染等特征。城市轨道交通建设施工需要坚持绿色轨道标准原则，从规划设计、技术手段等层面升级，来提高其节能环保水平。其中给排水工程，是整个节能环保绿色轨道施工中的重点环节之一。

关键词：城市轨道交通;给排水;绿色轨道;节能环保

中图分类号：U239.5    文献标志码：A    文章编号：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

城市轨道交通是当前城市公共交通当中应用最为广泛的交通形式之一，其主要优势集中体现在运输体量较大，速度更快，运行方式更为舒适，同时占地面积更小，更为准时等多个方面。伴随着近年来生态文明战略的实施与推进，城市轨道交通本身的低能耗、低污染等特征也逐渐受到人们的关注，在当前城市交通网络当中，轨道交通被称为“城市绿色通道”。

1 城市轨道交通给排水系统与绿色轨道理念

1.1 城市轨道交通给排水系统

城市轨道交通与一般生活居民轨道一样，需要配套完备的给排水系统。其中给水系统主要面对的是地下生产以及生活用水等环节。生产环节主要包括公共区域的地坪用水、车站设备房内的洗涤用水、空调冷冻机所使用的冷却循环系统用水等。生活用水主要是指车站工作人员在日常工作中的用水，其中包括卫生间、茶水间等生活区域用水需求。轨道交通中的排水系统主要针对生产废水和生活污水进行排放，其中主要涉及的排水要求包括隧道结构渗水以及消防废水、出入口雨水等几种常见的排水类型。

目前，城市轨道交通给排水设计主要遵循《地铁设计规范》（GB 50157—2013）、《城市轨道交通给水排水系统技术标准》（GB1T51293—2018）等相关国标要求。其中给水系统设计主要考量轨道交通用水量情况，应针对生活用水、生产用水两个环节进行设计，完成标准化计量。通常情况下，生活用水以人员数量进行设置，计量每班每人用水量50 L标准;生产环节主要以清洗区域面积为标准，一般设置2 m3/d用水。给水系统还应设置供水压力，部分轨道交通所处地下环境复杂，需要结合城市管网地面自由水压力设置增压泵，来满足供水需要。而在高架环境中，则需要采用变频泵保证供水。

排水系统设置主要采用分流制标准，对各类污水废水进行分离，并有选择地进行排放。针对出入口雨水，主要设置30 a一遇暴雨强度标准，保留裕度，实现排水。

1.2 给排水系统中的绿色轨道理念

绿色轨道是基于轨道施工所提出的技术升级需要，要求在轨道建设过程中能够避免对基本生态平衡状态造成的破坏，同时在轨道全生命周期使用内所消耗的物质和能源能够显著低于传统轨道，这种轨道拥有更加良好的环保节能特性，能够成为可持续循环发展当中重要的执行环节。因此，绿色轨道又被称为可持续发展轨道、生态轨道等。

现代轨道施工设计当中，绿色轨道的理念逐渐作为强制性标准在执行，其中轨道交通建设项目同样需要以绿色轨道为设计标准，将绿色集成作为核心理念，通过深入勘察地理水文环节，结合现场施工的实际需要，进行设计创新，以期达到资源、能源的利用優化目的，使城市轨道交通进一步体现节能环保优势，成为城市绿色可持续发展的一道靓丽的风景线。

我国淡水资源紧缺，人均水资源占比仅为世界平均的1/4，国内绝大多数城市都存在水资源紧张甚至是水资源匮乏的情况[4]。能够节约能源和降低损耗的绿色轨道在设计时，同样需要将淡水资源纳入其中。从给排水系统设计角度出发，将节水作为控制能源损耗的技术性支持，以提高绿色轨道的执行标准。给排水系统作为用水排水的核心环节，其技术设计和施工应用中是否能够进行系统创新，成为系统是否能够实现节水节能的重要前提，对于现代化城市建设与轨道交通健康发展来说，给排水系统的节能创新具有面向时代、面向未来的深远意义。

2 给排水节能环保系统设计创新的基本原则

给排水系统当中的给水系统是节能环保的关键环节，其中给水来源主要是城市的市政管道供水，通过城市管网来保证轨道交通各个环节的供水需求。而在当前绿色轨道的节能建设当中，给排水系统需要从源头上进行节约，需要坚持四方面原则。

一是安全性原则。给排水系统的节能设计不能以牺牲安全为代价，系统设计、方案运用和各个环节的环保措施的实现，都应将安全作为根本性前提。

二是适用性原则。给排水系统建设与创新需要在满足基本的用水、排水需求基础上进行节能控制，推进循环策略，实现绿色环保。

三是技术性原则。给排水系统的节能策略应当进行技术手段创新，最大限度发挥技术优势作用，以高精尖技术手段来提供高质量的系统服务。

四是经济性原则。城市轨道交通作为公共交通服务的重点环节，给排水系统的创新设计必须坚持经济效益的基本原则，在保障给排水系统节能环保实现的大前提下，尽可能进行成本层面的投入优化，选用较为成熟的施工材料和设计方案，保证给排水系统具有经济优势。

3 轨道交通给排水系统节能环保的整体设计思路

从给排水系统的基本框架来看，城市轨道交通在给排水系统设计方面，应当遵循给水节能、排水循环利用和节能设备装置三个环节的设计思路，来进行节能环保系统设计。

3.1 给水节能

给水层面的节能设置主要是以分质供水和调整优化供水水压两个方面来实现，从源头层面保证城市管网给水在满足基本要求的基础上，不会造成浪费。

3.1.1 分质供水。城市轨道交通用水主要为生活用水，相比于一般轨道，在供水机制方面可以减去高品质饮用水的供应，主要以市政供水和中水两种类型进行供应。其中，市政供水主要是日常生活层面的使用水供应，城市轨道交通中车站环节卫生间用水是重点环节，以市政供水进行配套[2]。生产环节用水如公共区域清洗等，则可以利用中水循环系统来提供水源，减少传统市政供水的应用，提高节能效果。

3.1.2 水压控制和优化。城市轨道交通由于地理环境相对特殊，主要采用集中加压供水系统来保证高水压的用水供应。在节能环保的建设要求中，水压方案可以做出适当调整，结合轨道交通用水所处位置，进行水压优化，同时对超压水流进行严格控制，避免水资源因超压出流导致浪费。一般来说，在控制水压方面可以设置站内水压为0.25 MPa，针对性设置减压阀，经阀后减压为0.15 MPa，以此来实现出水优化。

3.2 排水循环利用

排水系统内水资源的循环利用是目前搭建中水回用机制的重要环节，对于城市轨道交通给排水系统的节能环保来说意义重大。前述分质供水中明确，在生产用水环节可以充分利用中水资源降低对于市政供水的浪费，而轨道交通的中水获取便可以从排水系统出发，进行水资源收集。

目前，大部分城市轨道交通车站拥有面积较大的屋面环境，能够作为雨水的收集装置，在排水系统中完成对雨水的存储。在给排水系统建设中可以搭建埋地式的雨水收集装置，利用排水系统完成屋面雨水的快速倒流，装置内部通过弃流、调蓄等方式保证中水总量，同时对不同级别的降雨起到调蓄作用，满足生产环节的供水需求，减轻市政供水中水资源压力。

3.3 配套节能设备装置

节能装置的应用在当前城市轨道交通给排水系统中意义重大，大部分轨道交通的水资源浪费都体现在日常用水的细节层面。通过装配节能装置，能够实现较为理想的细节控制，降低水资源浪费。

目前常见的节能装置主要由节水龙头以及节水便器两种，这两种装置都能够在实际的城市轨道交通运行中使工作人员以及一般乘客在生活细节层面节约水资源，在给排水节能环保方面起到一定的补充作用。节水龙头具有一定的节水效果，主要通过手动或自动控制开启关闭状态以及调节出水量，来最终实现水量的控制和优化。城市轨道交通可以采用感应式水龙头，并减少自动止水时间，来进行水量控制，避免工作人员以及乘客在使用后出现忘记关闭水龙头的问题。通过应用这一类节水装置，能最大限度进行生活细节层面的用水控制，实现节水效果[3]。

4 城市轨道交通给排水节能环保技术升级

4.1 应用污水处理回用系统

污水系统是城市轨道交通排水环节中的一环，通常情况下，城市轨道交通污水系统设置合理，才能够保证污水排放不会造成环境污染，体现城市轨道交通节能环保特性。污水系统应用主要集中在车辆基地环节之中，是城市轨道交通众多环节中生产用水的关键环节，同时也是排污量最大的关键环节。城市轨道交通产生的废水中含有大量的污染物质，这类污染物质无法直接排放到城市污水管网系统之中，因此需要在轨道交通给排水阶段进行预处理，才能够达到排污标准。常见处理方式主要是隔油处理以及杀菌消毒处理，经过处理的污水能够达到中水标准，可以应用于城市绿化或道路清洁，实现水资源的循环利用。

4.2 应用虹吸式雨水处理系统

在现代化的雨水处理回用技术中，虹吸式系统的应用较为广泛，相比于城市轨道交通以往所采用的重力流排放系统，虹吸式的雨水回用装置能够进一步提高雨水利用率，最大限度地发挥雨水循环利用优势。目前在城市轨道交通中，车辆的基地运用库、检修库等重点环节都可以利用虹吸式雨水系统来进行雨水回用，可在系统内部增设多个雨水斗装置来实现循环利用。给排水系统还可以采用排放管道的优化配套配置方式，保障雨水季节中强降雨的迅速吸收排放，达到雨水資源全面回用的优良效果。虹吸式雨水处理系统所采用的立管数量较少，不会占用较大的空间面积，在施工方面也具有一定的优势。

4.3 应用太阳能热水装置

太阳能热水系统以清洁太阳能为主要能源，实现内部功能，在目前的节能系统当中，太阳能系统最为常见。城市轨道交通系统当中，车辆基地、车站等重点用水环节中，需要使用热水，可以搭建太阳能供热形式来进行热水提供，以此来节省城市轨道交通环节中电力能源的损耗[4]。通常情况下，城市轨道交通系统可以借助屋面太阳能集热器的搭建来实现太阳能功能，由太阳能为给水系统进行供热，最终将热水提供到食堂、卫生间等用水环节，满足各个环节的用水需求。

4.4 应用臭氧处理设备

臭氧处理设备是污水净化当中的主要技术设备，主要对车站内部空调系统的冷却循环系统用水进行水质清洁，从而提高水资源的循环利用率。该设备的基本原理在于水与臭氧之间发生反应，生成天然的强氧化性物质，进而对水中含有的微生物、有机物进行处理分解，并能够有效杀灭水中的细菌和藻类等，实现对于污水的有效处理。利用臭氧处理储水设备、管道等，能够在臭氧的作用下实现水垢的清除，对于管道当中热水交换律的实现，也具有一定的积极意义。

4.5 应用密闭污水装置

随着绿色轨道标准的实行，相关轨道施工技术也在寻求技术突破，其中针对轨道交通的卫生间环节设置密闭污水装置便是其中之一。相比于传统卫生间所采用的集水坑，密闭污水装置拥有更好的空间密闭效果，在使用过程中能够更好地降低卫生间的异味。城市轨道交通中车站环节的密闭污水装置主要有污水泵、密闭水箱、隔膜泵和阀门等配件，在实际使用中能够起到改善环境的作用。在实际的装置运行中，设备使用稳定，寿命更长，同时后期维护相对方便，在一定程度上能够降低维修费用等后期的成本投入，具有良好的經济效益。

4.6 全面优化管线布置

城市轨道交通给排水系统同样采用循环管道，但是在冷热水的区分方面，城市轨道交通的管道循环模式并不科学，管道循环中因温度差异容易缩短管道使用寿命。针对这一问题，城市轨道交通在给排水系统设计当中可以采用减少无效冷水的管道循环设计方式，针对不同车站层级设置竖向的管道分区，并针对不同分区设置独立的给水系统，实现冷热水的分流以及使冷热水处于相同压力环境之中。而在热水循环中，给排水系统设计应当充分考虑热水循环温度、流量以及压力情况，结合车站的层数和给水水压的调节，进行合理调配，避免水资源浪费。

4.7 绿色自然能源利用

目前，绿色自然能源主要利用太阳能和雨水来节水。太阳能可以使用设备吸收阳光来加热冷水。这种冷水加热技术具有节能、环保、集热效果好、保温性能好等优点，也得到了广泛的应用。雨水是另一种自然资源，它从住宅区的屋顶和地面收集雨水，并经过某些设施和化学药品的处理，以使雨水达到再生水标准并进入回用过程。经处理的雨水可用于城市绿化和景观用水。在收集雨水时，需要使用管道将屋顶雨水收集到地下雨水沉淀池中。雨水进入沉淀池后，去除雨水中的杂质，然后通过水泵将雨水引入水库。雨水经过氯化和消毒等多种处理方式，达到了再生水指标标准，然后才被送往再生水管道系统。目前，许多国家正在对雨水进行研究和利用，这对实现水资源节约和减轻排污压力起着关键作用。

4.8 采取有效措施防止水质二次污染

在轨道供水管道的建设中，由于需要对供水进行两次加压，因此水质可能被污染。二次污染会导致水质无法使用，必须对水进行再加压，这会消耗大量的水资源和能源。因此，给排水施工人员必须采取有效措施，防止水质的二次污染。首先，在选择水池材料时，尽量使用玻璃纤维增?强塑料、不锈钢和衬里的钢筋混凝土，防止植被生长。其次，尽可能选择防虫网，防止各种生物进入水池。再次，尽可能将起居室和消防池分开。最后，将池中的水保持24 h以上，池中的水必须进行消毒以防止二次水污染。

5 结语

综上所述，我国轨道给排水节能节水技术的发展前景十分广阔。作为新时代背景下的轨道给排水施工企业，必须充分认识到加强节能节水技术应用的必要性，注重科学合理地使用市政给水管网络压力，并重视太阳能技术在轨道热水供应系统中的应用。除此之外，注重再生水循环利用，加强节水管理也是我国轨道行业需要关注的内容。

参考文献：

[1] 潘文定.地铁车站给排水及消防系统工程施工技术分析[J].建材与装饰，2018（6）：279.

[2] 王鸣.城市轨道交通节能评估探讨：以成都轨道交通11号线工程为例[J].低碳世界，2018（3）：296-297.

[3] 刘学奎，陈亚姝，王浩，等.当下城镇轨道交通更新与绿色轨道的思考：再探“斯图加特21世纪”[J].城市轨道，2021，18（18）：92-94.

[4] 刘京，胡映东.《绿色城市轨道交通车站评价标准》的特点与应用[J].都市快轨交通，2020，33（4）：146-150.

收稿日期：2021-11-12

作者简介：吴刚（1975—），男，硕士，高级工程师，研究方向：地下工程给排水;刘成玮（1975—），男，本科，高级工程师，研究方向：地下工程给排水;杨斌（1977—），男，硕士，工程师，研究方向：地下工程电气。