市政给排水节能设计实现研究

李军

（南京市市政设计研究院有限责任公司合肥分公司，安徽 合肥 230000）

在全社会倡导绿色低碳生产生活与可持续发展的当下，合理节约能源、科学利用资源已成为城市建设的重要理念与实践方向。面对这一形势，做好市政给排水系统的构建工作，既有利于缓解水资源低效利用与浪费流失的问题，也有利于保护城市人居环境与自然生态环境。所以，有必要以现代化的节能理念、节能技术为依托，积极探索市政给排水设计的优化路径与实现方法。

1 市政给排水节能设计的实现价值

在市政设施体系中，给排水系统肩负着重要的民生保障与环境保护任务。一方面，给排水系统的给水部分把控着城市整体的水资源供给与调配，所以其在很大程度上决定着城市建设运行与规划发展的用水方式与耗水规模。另一方面，给排水系统的排水部分主要负责城市中雨水、污水的排放与处理，其工作质量与城市防洪抗涝、清雨除污的落实水平密切相关，并深度影响着城市环境与自然环境之间的共生和谐性与互促有效性。基于此，科学实现市政给排水的节能设计，主要可表现出如下价值作用。

首先，有助于从源头上做到能源资源节约与生态环境保护。现阶段，以水资源为核心的污染、短缺与灾害危机已成为困扰我国乃至全世界的头号问题。对此，通过改造市政给排水系统，在保障城市稳定运行、满足居民日常需求的前提下，制定更合理的工作方案，建立更科学的给排水技术体系，并实现生活污水、生产废水与自然雨水的净化处理与循环利用，一方面能够显著降低水资源的利用量与浪费程度，将传统视域下的无用资源转化为可用资源，进而有效缓解城市的供水与用水压力，甚至在很大程度上解决居民取水难、用水难的现实问题。另一方面，也能够避免居民生产生活中产生的污废水大量排至外部环境后，对自然水生态造成不可逆的消极影响，并可达成城市内部洪涝灾害发生几率的充分防控。

其次，有助于提高城市建设与城市服务的整体质量。伴随着我国社会在经济、科技、设施服务、民生建设、政策普及等多个方面的进步发展，人民群众的生活方式、生活观念发生了很大变化。从目前来看，人们在生产生活基本需求得到满足的同时，越来越重视低碳生活、节约用水，并对城市的设施建设与市政服务提出了高质量、低污染、强技术、可持续等诸多要求。所以从这一角度来看，在市政给排水系统的设计与改造中体现节能性，既是城市建设顺民意、体民情、得民心的重要保证，也是城市发展顺应时代局势、社会形势与服务趋势的必行之路。

最后，有助于推动相关理念、技术的持续发展，并反作用于城市给排水系统在节能方面的进一步优化完善。从本质上讲，任何设计理念、应用技术的产生，都源于社会实践的实际需求。而在依托理念、技术分析需求、满足需求的过程中，人们往往又能发现或提出新的需求，并为理念、技术的优化或创新发挥导向作用。由此，在市政给排水节能设计的实践过程中，通过既有节能理念、节能方法与现实设计条件、设计需求的动态碰撞与深度交融，将很容易形成“发现需求→分析需求→优化设计→解决需求→刺激新需求产生→再次分析优化”的趋优闭环结构，进而促成理论研究、技术开发、设施建设、城市规划等多个领域的共同持续进步。

2 市政给排水节能设计的实现策略

2.1 给排水设施体系的节能设计

输水管道、阀门法兰、泵水设备、分水设备、加压设备等设备设施、装置器件是市政给排水系统构建与运行的重要物质基础。若基础设施体系存在缺陷，将从根本上形成市政水资源低效利用、浪费流失的风险隐患，进而降低给排水节能的落实水平。例如，若输水管道的材质类型、性能质量相对较差，将很容易在水压负荷、土壤腐蚀、水体侵蚀等综合作用下出现破损渗漏的问题。这样一来，不仅会导致水资源在传输过程中的外渗流失，还会造成水质污染、土体劣化等问题，并涉及到管材更换、管道修复等需求，进一步提高能源资源的消耗等级。再如，若泵水、分水、加压等设备的自动化程度不高，或整体性能存在缺陷，势必会降低市政管理中给排水调控的可行性与精细性，进而导致节能实践沦入“难为无米之炊”的境地之中。

所以，在给排水节能设计的实现过程中，首要任务就是以物质基础为抓手，对各类给排水设施提出更高的选择、安装与投用要求。在构建市政给排水管网体系时，相关人员应做好管道、阀门、密封件等方面的选择工作。例如，若选择PVC-U管材，需要做好压力管与非压力管的用途区分，前者主要用于城市供水、建筑给水，后者则主要用于市政排水。在实际应用时，应采取胶粘、胶圈套接等柔性连接方式，并在施工完成后进行标准验收与漏水试验。若验收合格、试验通过，则说明给排水管网整体达标，可满足水资源渗漏浪费的规避需求。反之，则需要对管道材料、安装方式、设计结构等进行调整，直至管网综合质量达到理想水平。再如，选择泵水设备、加压设备时，应在保证设备性能稳定、质量达标的前提下，着重分析设备的压力调节区间与运行控制机制，并尽量选定压力调节灵活、变频控制精度高的设备类型。如此一来，既能避免市政给排水系统在供水、排水过程中出现水流压力、流速不均匀或不可控的故障问题，也能为按需供水、分区供水、分流排水等节能机制的设计落实提供硬件保障。

2.2 市政给水机制的节能设计

在市政给水机制的节能设计方面，主要应解决好两点问题：其一，如何实现市政水资源的供需对等，从而防止出现供大于需的给水浪费问题或需大于供的用水不足问题。其二，如何在不影响居民生产生活的基础上，降低城市生态系统的能源与水资源需求。基于此，可规划出如下实践思路。

第一，可采取分区域、分时段的供水机制。在分区域供水的机制之下，相关人员首先需要结合现场调查、大数据分析、既往资料分析等多种方式，对城乡内部不同用水区域、不同用水对象的实际情况进行精确掌握。其后，以相关调查分析结果为依据，针对具体的区域、对象设置差异化的供水方案。例如，对于工业生产密集、居民集中居住或以高层建筑为主的区域，应将供水规模、供水压力设置在较高水平，以满足此类区域旺盛的用水需求与相对特殊的上水、输水需求。而对于人口规模小、人为活动少的区域，则可适当调低供水量与供水压力。如此一来，便能有效解决统一供水时可能出现的供需不对等问题，从而在提高市政给水服务质量的同时，促成能源与水资源的有效节约和高效利用；在分时段供水的机制之下，相关人员同样需要预先做好实际情况的调查工作，明确掌握每天24h内城乡居民的普遍性用水规律。其后，立足现有规律，将一日内多个用水高峰时段作为供水阶段，其余非高峰时段则适当停止供水。通过这样的方式，能够缓解水资源缺乏背景下的市政供水服务压力，并能够大幅度地实现市政水资源的节约。但需要注意的是，分时段供水难免会引发非高峰时段的供需矛盾现象，所以这种机制应尽量用于供水安全应急时期，且相关部门应提前做好公示工作。

第二，可采取减压节能的供水调控手段。通常情况下，给水压力与市政水资源的浪费情况呈正相关，给水压力越大，水资源被浪费的几率和程度就越高，反之亦然。所以，在设计市政给水机制时，可基于不同的用水场景，实施给水压力的精细化控制。例如，对于医院、公园、公共厕所等公共性的用水场景，可将其给水压力适当调整至常态标准以下，以0.3Mpa为宜。在此基础上，若相应场景存在特殊的高压用水需求，可使用建筑设施自配备的二次加压系统进行满足。同理，对于用水压力标准较高的用水场景，若存在水压要求不高的部分，也可适当安装控压阀、减压板等二次减压装置，以达到减压节能的目的。

第三，可采用智能先进的供水管控技术。在科学技术蓬勃发展的新形势下，将智能化、自动化、先进化的新技术、新工具与市政给水系统结合起来，能建立优质的供水、用水管控机制，从而实现有效的节水节能。在过去很长一段时间里，水龙头、花洒、工业水枪等设备装置在非使用状态下未关闭或未关紧，都是导致市政水资源严重浪费的主要原因。对此，将接触感应、红外感应、智能启停等技术与出水装置、用水设备相结合，便可达到“即用即出，不用即停”的水资源供应效果。例如，可将搭载有踩踏感应或红外感应装置的水龙头布设在医院、图书馆、公共厕所等公共场所的洗手池处。当有人踩踏地面按钮或将手放置在感应区时，水龙头便会自动出水。其后，当人清洁完毕并离开后，地面按钮复位、感应程序结束，水龙头则会自动停止出水。这样一来，相关水资源浪费问题将得到完全解决，市政给排水系统的现代化升级也得以切实体现。

2.3 市政排水机制的节能设计

在市政排水机制的节能设计方面，既要保证居民生产生活中产生的污水、废水一并处理到位，从而在最大程度上降低污废水对城乡人居环境、自然生态环境的负面影响。同时，也要对污废水的回收再利用提起重视，以进一步提高水资源的利用率，并从侧面上降低市政供水的需求规模。基于此，可规划出如下实践思路。

第一，做好污废水的分流处理。结合社会经验来看，污废水具有来源多样的特点，且成分结构相对复杂，所以其回收利用的价值也不尽相同。在此背景下，为了实现污废水的有效利用，并避免对城乡居民的用水安全产生影响，需要根据生活污水、工业废水、自然雨水等污废水在类型、来源等方面的差异，建立分流排放、分别处理的节能机制。例如，在构建市政排水管网系统时，相关人员可做好管道走向的分化设计，将住宅区中公共设施、户内厨房、户内厕所等不同区域排出的污废水导向不同的排放系统或蓄水系统。这样一来，利用价值相对较高的生活污水便会与低价值的粪便污水相区别，进而达到可用水资源充分回收的效果，并保证循环利用水资源的产出质量处于较高水平。

第二，做好污废水的循环利用。在合理实现污废水资源的回收采集后，便可进一步建立“中水回用”机制，实施变废为宝的循环利用措施。简单来讲，所谓“中水回用”，即把循环水资源的质量处理到一定标准之上，从而将其重新投用到居民的生产生活之中。从实践角度来看，虽然可将循环水资源加工处理到可饮用标准，但受到现有技术条件限制，整体的投入成本比较高昂，且技术流程、技术要求十分复杂。所以，现阶段的中水回用多以达到“可用不可饮”的标准为主，如应用到绿植灌溉、车辆清洗、喷水降温、洒水降尘、便池冲洗、消防灭火等生产生活环节中。在目前，常用的中水回用方式有三种，分别为物理处理法、物理化学法与生物处理法。其中，物理处理法包括过滤法、加热法等，物理化学法包括活性炭吸附法、沉淀法、电解法、浮选法等，生物处理法包括活性污泥法、细菌净水法等。这些技术方法的应用难度、投入成本、处理效果各不相同，相关人员在市政给排水节能设计中应结合实际的条件与需求酌情进行选择。

第三，优化污废水的排放处理工艺。污废水处理作为城市排水系统的末端环节，在绿色节能实践中具有很强的优化必要性。从目前来看，一方面可采取有效的设备工艺更新手段，将传统中高能耗、高污染的处理方式剔除出去。例如，可使用磁悬浮风机、空气悬浮风机替代罗茨风机，将生物倍增工艺、MBR工艺加入污水处理体系，进而达到降低噪声污染、减少电能消耗、提高出水质量等排水系统优化目的。另一方面，也可构建基于“GLCD”（绿色低碳排水系统）的现代化排水体系，实现雨污分流、系统截污、管线清淤、景观美化、水系连通等一体化的市政建设效果。

第四，运用先进的管网设计技术。在进行市政排水管网的设计时，若管道布局不合理，或存在冗余性的设计部分，不仅会造成管材资源的浪费，还会对管网的排水、汇流、分流能力产生影响。对此，为了实现市政给排水的节能设计，可将BIM技术运用到设计实践中，对排水管网的立面、截面、平面等进行协同化、立体化的同步设计，从而更加明确地呈现雨水管道、污水管道等的坡度系数、连接关系。在此基础上，还可通过BIM技术的“自动链接”、“碰撞检查”等功能，充分排查和去除排水管网设计中的矛盾点及冗余部分。这样一来，便可达到优化管网设计结构、强化管网排水能力的目的，并为后续的市政给排水工程建设提供节能支持。

2.4 自然雨水资源的合理利用

现阶段，“海绵城市”这一雨洪管理理念越来越多地渗透到我国城市规划建设的实践当中，并在节水节能、防洪抗涝、环境美化等多个方面表现不俗。在市政给排水节能设计中，相关人员可遵循该理念，通过有效手段赋予城市以类似海绵的吸水、蓄水、用水与排水能力，继而实现自然雨水资源的合理利用。例如，可在城市环境中布设多种“城市海绵体”，如建筑屋顶花园、下沉式绿地、路边植草沟、雨水收集系统（如图1）、透水铺装道路等，并配以过滤、导流、管网等系统结构。这样一来，当雨季来临时，落于屋面、地面等处的自然雨水便能够充分、快速地被汇集和吸收，并在市政给排水管网的导向下流入远端蓄水池中。其后，再经过消毒、净化等处理，便可有效转化为市政水资源，被正常应用于居民的生产生活之中。在“海绵城市”理念的支持下，自然雨水将对市政水资源发挥出很大的补充作用，进而达到节能、节水的效果。同时，传统时期困扰城市的地表径流、路面积水、内涝灾害等问题也可得到解决，以确保为社会的安全稳定运行与居民的健康舒适生活提供有力保障。

图1 雨水收集系统

3 结语

综上所述，做好市政给排水节能设计的高质量、多元化实现，无论是从资源节约、能源保护的角度来看，还是从城市建设、民生服务的角度来看，都是极具重要性和必要性的。在具体实践中，相关人员可围绕给水管控、排水分流、中水回用、雨水利用等多个方面，进行用水需求的降低、供水机制的调整与取水来源的拓展，进而综合推动城市的节水节能建设与健康可持续发展。