道路给排水设计的优化措施研究

熊宇奇

（南昌市城市规划设计研究总院，江西南昌330038）

0 引言

道路给排水是城市运行必备的基础设施之一，主要用以及时排除地面雨水、污水，实现雨污水分流管理，保证地下管网供水的及时性与稳定性。因此，道路给排水设计直接关系城市的宜居水平与环境质量，关乎城市的运行与可持续发展。伴随着城市规模、道路工程数量的不断扩大，道路给排水设计领域迎来新的发展机遇，但日益加剧的道路给排水管网、设施运行负荷，日益提升的人们对美好生活的需求也对道路给排水设计提出了更高的标准。

目前道路给排水设计状况不容乐观，存在缺乏与城市功能相互协调、水资源利用率较低、深度设计水平不足的问题。为改善道路给排水设计现状，应当立足实际、顾全大局、确立问题导向，坚持以绿色设计、节能减排设计为目标，保证道路给排水系统与城市规划相辅相成。

1 道路给排水设计现存的问题

1.1 与城市功能协调性不足

城市正处于飞速发展之中，城市的日常生活、社会生产及城市运行对道路给排水功能、作用等提出了更高的要求。但就目前道路给排水设计工作而言，通常滞后于城市道路规划、城市道路工程设计。一般是在道路规划完成后，开展给排水管网、设施设计等相关工作。实际上，道路的选址、道路所在地势、道路区域划分、道路两侧地质条件等在很大程度上决定了给排水设计可以发挥的空间，落后的给排水设计难以利用自然地势差缓解水泵运行负荷，难以结合道路区域用水需求进行供水计划设计及管网布局设计，并且会加大雨污分流治理难度，从而导致道路给排水设计与城市功能规划协调性不足，难以发挥道路给排水对城市运转的促进与推动作用[1]。

1.2 水资源综合利用率偏低

目前，原有道路给排水设计存在水资源综合利用率较低的问题。

其一，城市规模扩大、人口数量激增，对水资源的需求量达到了前所未有的高度，原有道路给排水系统难以承载巨大的用水及排水需求，呈现出明显的局限性。

其二，城市建筑与道路面积增加，地面降水难以有效渗透至地下，经阳光暴晒后变为水蒸气，容易引发城市雨岛效应、雾岛效应，导致城市自然生态环境恶化，降低城市居住质量。同时，对雨水资源的利用率不足，雨水经由污水系统进入污水处理厂，加大了污水管网及污水处理厂的负荷，难以实现对雨水资源的循环利用。

其三，当前道路蓄水、渗水设施不完善，路面雨水径流过大，会威胁道路通行的安全性。

1.3 设计信息化程度有待提升

道路给排水设计是一项系统性、复杂性的工作，既需要考虑原有给排水系统改造花费的资金、人力、物力及时间成本，又需要考虑给排水系统与城市其他功能系统的协调性，设计方案的可行性等。传统道路给排水系统通常利用CAD 制图方法，所形成的一般为二维图纸，并且对各类数据的处理、加工与应用不够深入，可能会出现数据遗漏问题，影响设计方案的科学性。不仅如此，设计深度化与信息化是目前道路给排水设计的主要发展趋势，设计人员缺乏数据意识，信息技术应用能力薄弱，沿用传统设计方法、流程与软件，都会影响道路给排水设计方案的实际应用价值，降低道路给排水设计水平[2]。

2 道路给排水设计的优化措施

2.1 做好设计前调研及规划工作，保证道路给排水设计与城市功能协同并进

2.1.1 确保各设计间的协调性

道路给排水设计是一项系统性、复杂性、动态化的工作，容易受到城市规划、现有道路布局、地下管网状况等因素的影响，产生外部冲突。为解决当前道路给排水设计与城市规划功能协调性不足的问题，建议设计人员加强外部协作，与道路设计同步开展前期实地勘察与规划工作。

详细了解道路给排水系统所在区域的用水需求规模、地形地势、地下管网布设情况、道路规划布局、污水排放标准、城市给排水设施建设现状等，遵循系统性、协调性的基本原则；全面收集所需信息、资料及数据；深入剖析影响道路给排水设计的关键因素与制约条件等；转变传统随意性、盲目性较大的道路给排水设计工作模式；坚持以调查及分析为起点，紧密围绕规划区域内的实际情况，制定好初步设计方案，形成道路给排水概念设计模型等，从而确保道路给排水设计与城市各项目设计的协调性[3]。

2.1.2 高度重视防洪排涝设计

伴随着城镇一体化建设进程的推进，城市人口规模显著扩大，建筑物数量及道路面积明显增加。因渗水面积减少、地表径流增加，当遭遇暴雨天气、降雨量较大的气候环境时便很容易引发城市内涝。如何防治城市洪涝等自然灾害、保障城市居民生命与财产安全已经成为道路给排水设计中一项重要的课题。设计人员需要高度重视防洪排涝设计：一方面，需要加强道路的透水性，在道路耐久性及坚固性符合功能要求的前提下，降低道路地表径流，将道路上的雨水及时排入地下管网之中，或是经管网直接运送至污水处理厂进行净化，或是经雨水存储设施等初步净化达标后进行循环利用；另一方面，要注重道路外洪防护体系设计与城市防洪排涝功能相结合，积极承担分洪泄流任务。以此降低城市内涝与外洪带来的后果，保证城市安全稳定运行。

2.2 积极引入海绵城市理念，最大程度上发挥道路给排水设计的价值与作用

海绵城市是指以海绵体实现对雨水自然存蓄、下渗、净化与利用的现代化城市水资源管理与调配理念。海绵体既包括人工搭建的各类设施，又涉及绿地、沼泽、池塘的自然排水设施，以自然功能为主，人工建设为辅，致力于恢复与强化城市抵御自然灾害、净化水资源的天然功能，从而让城市如海绵一般具有适应性、可恢复性。在道路给排水设计中应用海绵城市理念，主要是通过渗水设计与蓄水设计提升水资源利用率，可以有效优化道路给排水设计方案，具体方法如下：

2.2.1 基于海绵城市理念的路基及交通道路设计

基于海绵城市理念，道路是城市必不可少的“海绵体”。在保证道路通行安全性、稳定性、可靠性与耐久性的基础上，通过路基设计及交通道路设计，提升城市渗水能力，避免道路积水影响车辆的正常通行。

基于海绵城市理念的路基设计主要针对透水性较差的路基，可以设计换填施工工艺，以透水性较强、符合道路等级要求及材料质量标准的路基材料替换原本的路基材料，可以有效避免路基材料在雨水侵蚀及冲刷下，发生不均匀沉降，并且可以显著提高路基的透水性。

基于海绵城市理念的交通道路设计主要针对交通道路的铺装。一方面，在人行道、道路边缘处设计透水性较强的铺装材料，当遭遇暴雨天气时，雨水会由道路中心经过道路边缘渗透至地下，以此降低路面径流，保证车辆通行的安全性；另一方面，在地势较低的路段两侧设计排水沟渠，科学布置排水管网以将排水沟渠与区域集水系统相连，雨水经净化后可直接应用于道路清洗与绿植浇灌，不仅可以缓解给排水系统的运行负担，还可以有效提高雨水的资源利用率。

2.2.2 基于海绵城市理念的绿化带设计

绿化带作为道路给排水系统的关键组成部分，在海绵城市理念下，可以转化为雨水的自然存蓄体。首先，绿化带设计高度应当超出道路15～25cm，沿道路两侧均匀设计雨水采集口，其高度处于绿化带及道路高度之间，保证雨水能够顺利经过绿化带排入周边的沟渠内。同时，在雨水采集口处设计规格与网格都适宜的筛网，以过滤雨水中的大型杂质，避免其堵塞排水管网，降低后续维护工作量。其次，精心设计绿化带结构，将其转化为雨水净化系统。在底层设计种植土，为绿植生长提供必要的养分；在上层设计砂石层，控制好砂石料粒径；在最上层设计渗透管，以此控制雨水的经流向。同时，做好导流设计，保证雨水经过绿化带初步净化后流入明沟，做好雨水的存蓄，以此提升水资源利用效率。最后，将绿化带溢流系统与道路给排水系统相连，设计好防倒灌系统，保证在降雨量骤增的情况下，多余雨水经给排水系统流入区域污水集中处理厂，避免雨水倒灌至路面影响车辆通行[4]。

2.2.3 基于海绵城市理念的给排水管道设计

结合海绵城市建设相关要求、核心理念，在道路给排水管线优化设计中，一方面要全面、细致地勘察现有给排水管线布设情况、分区标准及埋深，为减少给排水管线连接处的渗漏问题、管线拐角处的堵塞问题，尽量采用直线形管道布设形式，若有必要设计管道观测点，应当将其设计在易于检修的位置并设计好检查井；另一方面需要优选对比给排水管线材料，在给水管线材料设计时，需要考虑区域用水需求、管道运行负荷、管道材质的安全性与经济性。在排水管线材料设计时，需要考虑管线运行环境、管线的连接形式等，以此为依据选择经济性好、强度高、耐腐蚀性强的管材。

2.3 加大BIM 技术的应用力度，强化道路给排水设计方案的可行性与合理性

BIM，即建筑信息模型，是目前道路给排水设计中常用的辅助工具。BIM 技术具有三维可视性、协调性等显著优势，将其应用于道路给排水设计中，可以显著提升设计方案的可行性与合理性。

2.3.1 应用BIM 技术进行道路给排水整体设计

道路给排水整体设计包含诸多分类分项的设计内容，如不同路段的给排水管线布局、给排水设施等，对所有路段进行逐个设计会出现错漏问题，并且会耗费大量的时间与精力。为此，可以利用BIM 技术的Dynamo 可视化编程工具，结合相应的道路工程、已有给排水管线等资料，对设计规划区域的道路信息进行特征选取，建立坐标为（X，Y，Z）的四边形网格，提取二维数组以形成节点坐标。同时，不同路段给排水设计具有明显的差异性，这就需要进一步借助BIM 技术对各路段进行分类与编号，在此基础上应用Dynamo可视化编程工具自动定义数据关系，创建适用于不同路段给排水设计的算法，按照不同路段给排水系统间的关联性进行逻辑运算，对多项工程相关数据进行自动化处理，以此形成兼顾整体与不同路段的给排水系统模型[5]。

2.3.2 应用BIM 技术进行给排水管网参数设计

道路给排水管网参数设计涉及海量数据，不仅需要给排水管网规格、材质、连接形式、荷载、强度等符合实际的供水与排水需求，还需要在实现设计功能的同时，降低管材能耗与资源消耗，达成节能减排的道路给排水绿色设计目标。在整体设计阶段已经形成道路给排水系统模型，接下来的设计要点便是了解外界因素对管网参数、管网运行能耗、管材成本的影响。设计人员可以应用BIM 模型仿真模拟给排水管线的运行环境，调整模型内管道口径、管道材料、管道强度等，结合模型的最优算法得出成本低、能耗低，但可以满足设计功能的管网参数。不仅如此，在设计管道支撑结构、连接方式时，也可以应用BIM 软件的相关功能，有助于解决道路给排水管网布局问题，使道路给排水管网设计更加高效、合理、科学。

2.3.3 应用BIM 技术模拟实际工况进行防碰撞检测

道路给排水设计的最终目标在于指导实际施工，即将道路给排水设计方案转化为切实可行的施工组织流程、施工工艺方案等，以此保证施工技术、施工机械组合等契合实际场地条件，达到相应的技术标准。基于BIM 技术的道路给排水设计优化，可以应用BIM软件模拟仿真实际工况，对给排水管线与地下原有管线、道路构筑物、原有给排水设施等进行防碰撞检测，避免给排水工程建设出现施工冲突，影响施工进度。同时，在管线布局合理、施工方案可行的基础上，借助整体设计阶段的管线分段模型，将管网参数信息、施工信息等录入模型，经过模型的自动测算与数据处理确定好管线的支撑位置、支撑形式、支吊架规则与安装方法等，按照管线分段编号，对各个管段的支吊架进行同步编号，确定好支吊架位置、支吊架之间的最大与最小距离、支吊架的最大荷载等，以此形成三维可视性管道支吊架安装施工图，为后续的施工作业提供指导。

3 结语

道路给排水是城市运行中必不可少的基础设施之一，也是城市给排水系统的核心组成部分。道路给排水设计目前存在与城市功能规划不协调、水资源利用效率较低、设计信息化程度有待提升等问题，导致道路给排水设计效率低下，所形成的设计方案缺乏科学性、合理性与可行性。为解决上述问题，优化道路给排水设计，建议设计人员做好设计前的实地勘察、资料收集与前期规划工作，致力于与城市功能相辅相成，发挥道路给排水设计价值。同时，引入海绵城市理念，通过路基与交通道路设计、绿化带设计将道路转化为城市“海绵体”，强化城市对雨水的自然存蓄、下渗及利用功能，并通过优化给排水管线设计，降低后续维护工作量。此外，积极应用BIM 技术做好道路给排水整体设计、管网参数设计、施工图设计，以此强化道路给排水设计方案的可行性与合理性。