全地下式市政污水处理厂的设计要点研究

王 睿，祁 振，马 坤

（山东省环科院环境工程有限公司，山东 济南 250013）

污水处理是环境管理中的一个重要组成部分。随着我国城市规模不断扩大、工业化水平不断提高与生产、生活活动日益频繁，污水量也在不断加大，污水处理已经成为一个大难题。要想有效解决污水处理问题，就需要多建污水处理厂，然而建造地上污水处理厂就需要占用土地资源，这样不仅会造成土地资源更加紧缺，还会造成地面景观被破坏等一系列再生性问题。因此必须转换思路，建造全地下式污水处理厂[1]。下面结合实际情况，对全地下市政污水处理厂的设计与建造要点作具体分析。

1 全地下市政污水处理厂设计要点

近年来国家对污水处理工作提出了更高更严的要求，就上海市来说，有关部门要求上海市污水处理率达到90%以上。上海市人口规模大，各种生产生活活动频繁，全市污水量非常巨大。目前，上海的污水处理厂已经达到处理极限，但仍不能满足上述污水处理要求。要达到污水处理率超过90%的要求，就必须改换污水处理思路，引进、采用新的污水处理设施[2]。

其实，不管是大都市上海还是其它地区，地上空间都是很有限的，土地资源非常宝贵，在地上建造过多的污水处理厂既不美观又不经济，因此有必要转换思路，思考如何利用地下空间解决污水处理问题。我国曾有一些地区尝试过利用地下空间处理污水，但由于地下式项目相对较少，有关这方面的设计与建造经验相对匮乏。从调查数据来看，我国现有的全地下式污水处理厂多属于二类三级工程，建筑面积在2 600～3 600 m2，日处理量100 000～200 000 m3，无论是在厂房规模、厂房结构还是在污水处理能力方面都还有很大的完善与提升空间[3]。

从我国现有全地下式污水处理厂的设计经验、设计缺陷基础上，结合当前污水处理需求，关于全地下式污水处理厂的设计，有以下几个要点需要注意：

一是注意空间利用率，污水处理厂的结构尽量科学紧凑，建筑空间规划合理；二是注意做好地下污水处理厂的防火设施，从建材、功能区布置及消防器材应用等方面入手，提高整个厂房的防火防爆性能，确保污水处理厂安全；三是贯穿于污水处理厂的管道必须性能优良、无质量安全隐患，管道铺设路线科学合理，厂内要杜绝管道相互碰撞、相互交叉等问题；四是做好地下防水设施的设计，做好防止渗漏方面的工作。

2 全地下式市政污水处理厂设计实例

在这个实例中，某地区污水量大，现有的地上污水处理系统无法满足污水处理需求，因此拟建造全地下式污水处理厂。该区拟建的全地下式污水处理厂总面积为120 km2，这个全地下式污水处理厂项目与城市中心相距较远，与城市边缘居民住宅相距较近。经过综合全面的分析对比，得出的结论是，建造全地下式污水处理厂具有以下优点：项目远离城市中心，同时利用的是地下空间，所以不会对市容市貌产生过大影响，有利于城市地面景观的保持；项目建在地下，不会对地面交通产生过大影响，有利于城市交通系统的正常运转；地下污水处理厂在建造过程中不会对现有的绿色用地造成破坏，在运输建材及管道等设施时不会对周边交通、环境产生大的影响；建造过程中可将地下污水处理设施与地面水管体系、建筑设施及公共绿地等结合使用[4]。

2.1 全地下式市政污水处理厂项目设计需要考虑的问题

2.1.1 溢流问题

污水溢流会导致周边环境二次受污染，也会造成污水处理成本增加。为防止出现，给整个厂房额外增加了容积为160 000 m3的系统蓄水池。

2.1.2 排污标准问题

全地下式污水处理厂房排污标准必须与当地有关部门制定的排污标准一致，出水水质需达到一级A类标准，出水的总磷、氨氮等参数要达到IV级，污泥中含水量不能超过40%。

2.1.3 建筑、设施等的设计问题

全地下式污水处理厂与地面污水处理厂有所不同，在设计时，要根据地下空间的特征特点与污水处理需求，科学规划竖向设计与平面布置，适当提高规程规模与建造标准等，确保项目建成后正常、安全投入使用。

2.1.4 污水处理工艺问题

设计与选择污水处理工艺时需从实际情况出发，先详细调查当地的污水产量、污水来源、污水处理要求与进水水质特点等，在此基础上选择处理效率高、占地面积小、自动化程度高、运行管理方便的污水处理工艺，以保证最终的处理效果达标。综合考虑，该污水处理项目选用AA0工艺，整个污水处理流程为：预处理、二级生物处理、混凝沉淀、反硝化过滤、出水检测、出水排出（如图1所示）。在该工艺流程中，待处理的污水先进入初沉池进行沉淀，经过这一环节处理，将污水中部分无机物质去除，使污水的SS浓度降低；预处理完成后，污水进入生化池，配合二次沉淀完成生物处理，经过处理后有效降低污水的含污量。需要注意的是，生化池的池型设计需根据生化池内回流点、进水点等个点间的进水比例科学设计，合理调整，保证污水处理池的正常使用。污水经过生化池和二沉池处理后，再进入反硝化深床滤池进行深度脱氮，最后，利用紫外线进行消毒，切实保证消毒效果[5]。

图1 污水处理工艺流程图

3 全地下式市政污水处理厂的设计难点及技术措施

3.1 设计难点

在设计全地下式市政污水处理厂时，有以下难点：项目内进水、出水部件多，设备选型与布置难度大。设计时，既要处理好众多设施设备的布置与安装问题，还要正确处理管线布设问题，同时要处理好污水处理需求与消防需求之间的关系问题，必须保证建筑与设施的安全，并且要保证污水处理厂的污水处理质量和效率。全地下式污水处理厂具有内部设备数量大、类型多，安装与运作维护要求高等特点。污水处理厂管道布线长，对管材的要求也比较高。在设计时，要考虑选择性能质量可靠、尺寸规格合理的管材，从材料品质方面为确保整个污水处理厂的正常运行提供保障。全地下式污水处理厂内的结构布置也非常重要，进水管道、出水管道、污水运输管道、消防管等罗列排布，管线结构十分复杂，非常容易出现管线管道交叉敷设问题。在此情况下，设计时要尽可能运用BIM等先进技术做好管道的空间布置，尽可能避免、减少管道交叉，同时在设计过程中需要进行管道碰撞检测，及时发现管道设计与布置方面的不合理之处并加以调整，以免在正式施工过程中出现安全问题[6]。

3.2 技术措施

3.2.1 利用BIM技术进行三维建模

针对地下式市政污水处理厂设计过程中的以上难点，设计时可利用BIM技术先进行三维建模。传统的管线综合设计缺乏协调性，也做不到实时动态的追踪与监管，在施工过程中容易出现预留孔洞数量不合理、位置不准确及管线碰撞等问题，导致整体的施工质量受到影响。在当前的技术背景下，可借助BIM技术建造与实际工程等比例的三维模型，利用三维模型，让不同专业的设计师全面、详细且直观清晰地掌握各项建筑信息，及时交流，更好地协调沟通，完成设计；这样也可以帮施工人员通过模型了解建筑信息，明确建筑施工要求，依托三维模型进行技术交底，推动各项施工活动更透明、更顺利地开展。

在应用BIM技术建造建筑三维模型时还要明确，构建三维模型的主要目的是方便各参建方的信息交流与作业协同，方便各项施工与管理活动。因此BIM三维模型的构建必须遵循规范性原则。所谓规范性，就是格式必须严格遵守逻辑规范。BIM三维模型还要遵循相容性、安全性与并发性原则。构建的三维模型要能够兼容各专业所用软件输出的数据，在构建模型时要设置用户权限，对用户对数据库的操作进行控制，保障各方数据的安全。为了让BIM三维模型更好地为全地下式污水处理厂的设计与建造活动服务，构建的BIM三维模型还应具有数据自动关联性。BIM三维模型的成果，是经过多方数据的综合整理及分析得出的，因而BIM三维模型必须能使云平台上各种关联数据能够及时更新。构建工程三维模型时，可运用广联达、鲁班等专业软件与revit，构建出工程3D模型，为各项活动提供技术支持。

3.2.2 运用BIM技术进行模拟检查

在设计过程中，可以运用BIM技术进行管线碰撞检查。BIM具有管线碰撞检查功能，在全地下式污水处理厂的设计工作中，BIM的管线碰撞检查功能可以为各项设计活动带来很大便利。以前，由于缺少可视化技术与模拟施工技术，很多问题只有在施工现场才能被发现，但是在BIM技术背景下，设计人员正式施工前就可以运用技术进行管线碰撞检测。工作人员运用BIM构建建筑三维模型，同时运用BIM技术将最终的管线布置结果提前模拟出来，借助BIM技术进行事先检测，提前发现管线碰撞问题并联系设计部进行调整修改，尽量避免在施工过程或建筑使用过程中出现问题。

设计阶段充分利用BIM技术开展施工模拟，在全地下式污水处理厂设计活动中，设计人员还可以应用BIM技术综合布置管线安装空间、检测空间等，对施工过程进行模拟，通过模拟施工提前找到施工方案中的不足并加以调整修改，有效减少窝工、返工情况，提高项目设计质量和施工效率。设计过程中，工作人员可通过构建4D－BIM平台将三维信息赋予时间信息、成本信息等，然后依托该模型进行建造，模拟每个施工环节，每项施工内容及每个施工细节等，提前掌握全地下式污水处理厂施工过程中可能出现的各种情况，实现对项目的全面把控。利用BIM技术的可视化功能，设计人员可以通过用BIM技术创建工程施工视图，采用BIM技术收集各项施工信息，如施工内容、施工技术、工序逻辑关系等，并对建筑信息数据库进行更新，对BIM模型加以调整，借助BIM模型全面了解工程情况。

4 结语

综上所述，在当前背景下，建造全地下式市政污水处理厂是一项科学、必要的举措。建造好与应用好全地下式污水处理厂，不仅能高效解决污水处理问题，而且可以节约地上空间，提高土地资源利用率。由于全地下式污水处理厂在我国还属于比较新颖的项目，在设计这类项目时，需要做综合分析与全面考虑，要根据相关要求与实际需要科学开展建筑竖向设计与横向布置，做好管道等设施设备的布设与检测，同时选择科学先进的污水处理工艺，以保证达到良好的污水处理效果。