模块化雨水收集回用系统施工技术问题解析

赵明华， 叶长青

(1.合肥职业技术学院建筑工程学院，安徽 合肥 238000； 2.安徽省建筑节能与科技协会，安徽 合肥 230091)

0 引 言

随着城市的持续发展和生活水平的提高，建筑能源消耗造成的碳排放呈上升趋势。因此，如何节约资源、保护环境、降低碳排放，实现建设领域绿色低碳高质量发展日益成为重要的课题。发展绿色建筑、建设海绵城市就是实现城乡建设绿色发展新模式的重要途径，而雨水收集和循环利用就是极其重要的方面。

城市建设的高速发展以及人口数量的不断增加，一方面导致城市用水量的增大，另一方面导致城市路面、硬质景观、建筑外墙等大量非渗透性表面的增加，加上对江河湖泊等天然水域的填埋、对河流大部分进行了硬质化处置等，城市中原有的生态也遭受到了前所未有的影响[1]。由于经济的迅猛发展，雨水作为一项可利用资源，环境污染轻，对调理补充城市的水资源、完善城市生态环境有着重要意义。现代城市雨水应用是一项新型的交叉型科学技术，能实现节水、资源利用和环境保护、有效控制城市地表径流与水涝、减少环境污染和改善城市自然环境等巨大功能[2-3]。

利用模块式雨水回收处理系统蓄水、科学利用雨水、降低径流污染、增强城市排涝功能等都具有很大的意义。工程施工现场模块降雨采集系统可以有效地对收集到的雨水进行预处理、采集、贮存。存储的水资源在经过设备的加工处理之后，还可以应用冲厕、带路冲洗、绿化浇灌、景观和冷却补水、消防用水等。而近年来，模块式雨水收集处理系统也愈来愈多地使用于各类市居民小区、市政广场和工业厂房。

1 施工方案

1.1 施工工艺流程

施工工艺流程为：挖坑→找平→铺土工膜→安装反冲洗设备→安装模块主体→安装模块侧板→安装侧向及顶面复合土工布型HDPE膜及防护层→安装进出水管→摆放围挡→铺设回填保护板→回填土方→管路铺设设备安装→系统调试→地面恢复。施工工艺的主要环节如图1所示。

图1 施工工艺流程实景图

1.2 主要环节操作技术要点

1.2.1 土方开挖-找平(浇筑底板)-铺土工膜

土方开挖前采用井点降水法降水或者钢板桩围护法，具体选用哪种方法根据现场开挖情况决定。按照原工程设计图纸挖沟槽。邀请五方主体负责人在基坑开挖后对基坑进行集体检验，验槽合格后开始施工。施工时要注意以下几点：

(1) 基础底部平整，平整公差为±10 mm/10 m。

(2) 铺设雨水收集回用系统，所使用的无纺布HDPE土工膜材料应尽可能采用宽幅材料，可以降低搭设和黏接的工作量。

(3) 采用复合土工膜的建筑施工应做好双面的防护，亦可采用焊接方式。焊接完成后要严密检测焊缝的焊接质量，防止有渗漏现象出现。复合土工布型HDPE膜的摊铺应尽可能均匀地展开，雨水存储模块应紧密包裹。

1.2.2 储水模块组装

安装时应注意以下事项：

(1) 装配前检验组装部件的产品质量，对于损坏的产品应剔除。

(2) 所有安装模块的人员必须接受施工安全教育，并且要认真学习安装演示录像及配置图，在技术人员的指导下规范操作。

(3) 模块的定位与码放应严格按照技术人员测量放线的定位码放，相邻模板之间不能留有间隙。

(4) 码放工作人员严禁穿带钉鞋子作业，严禁在HDPE土工膜或无纺布上面推动模板到位。

(5) 上模块的顶部时在操纵时应行动轻缓，以避免动作过大而踩坏模板.

(6) 顶部处理时，HDPE土工布可采取搭接处理，搭设时应用胶布加固，以免在回填时移位。

(7) 连接雨水管道与雨水蓄存系统时，连接部分应采用预制HDPE薄膜套管结构，平面部分直接连接在系统主体的HDPE薄膜上，套管部分采用不锈钢卡箍双箍卡紧。

(8) 分段浇筑安装完毕后须经检测及并及时回填处理，在回填碎石的部分不需要处理，回填河砂、混合土时模板侧面应加固密实，在作业中HDPE土工膜或无纺布侧面须采用挡板防护，以避免因机械设备的误作业而损伤HDPE土工膜或无纺布。

1.3 设备安装

主要设备安装顺序为：安装流量型初期弃流装置→安装提升泵、回用泵、排污泵→紫外线消毒装置→安装补水装置。

2 工艺及特点

雨水收集回用系统是指一个综合雨水收集、净化、储存、运输和利用的复杂系统。本文根据场地的不同规律对造型与规格进行布置，施工过程简单、安全、快捷，规范化模块互相连接拼装过程中无须大中型机械设备，劳动效率较高，且建设期节约，一般的施工周期时间大约为15 d。该雨水模块收集回用系统特点：

(1) 与建筑同寿命。PP模块由再造聚丙稀原材料制成，与众不同的形状和产品结构设计，具备强有力的缩小特性、耐用性、可持续性和50年以上的使用寿命[4]。

(2) 绿色建造。PP模块由再制造新型环保材料制成，能够保护生态环境，易于维护，可以进行回收利用。

3 施工中存在的问题

3.1 系统维护复杂、维护成本高

系统结构过于简单会导致收集过程中有大量的杂质混入收集系统中，使系统频繁阻塞，不利于使用。雨季前至少进行一次设备维护、反冲洗等，而在雨季时期，需要定时检查设备是否有堵塞的风险，这些都将使得维护成本将大大地增加。

3.2 雨水回收的经济效益低下及人员认识不足

当雨季雨量较大时，储水池内的积水超出负荷时，大多数经过处理的雨水因受限于储水模块的容积而溢流至雨水管道或者附近的水体中，这就大大降低了整套设备带来的经济效益。此外，居民对雨水回用的认识不够全面，非常担心其安全性和可靠性，故而很少选择雨水来回收利用。这些问题无疑会严重制约这项科技的进展，因此亟待解决。

4 案例分析

4.1 雨水收集回用的主要环节

雨水收集回用系统通常包括初期雨水弃流装置、雨水水质处理装置、雨水收集装置、雨水提升装置以及再利用管网。而雨水收集系统的施工，需要与道路、排水、绿化、综合管网等工程交叉施工，需要科学组织调度，否则后期会影响项目进度。现对合肥市包含的区、县、市已建成的绿色建筑雨水收集回用项目进行调研，结果见表1[5]。

表1 雨水收集利用系统典型技术形式

4.2 雨水弃流

雨水弃流是雨水收集与回用技术中一项非常重要的部分。目前在工程中应用较多的是雨量型雨水初期弃流，该型弃流装置的设置如图2所示。

图2 雨量型弃流装置设置

根据调研结果，目前项目中所设置的初期降雨弃流设备发挥的作用相对较小，而弃流后的雨水水质问题也不能得以改善，这一问题在设有弃流系统的建设项目中也是普遍存在。剖析其成因，发现雨水的采集线路过长，导致采集表面降雨流动的时段差别很大，最远点到弃流井的时段远远大于收集表面上的近点。由于流动时间的差别使得弃流井真正弃流的雨水基本是较近区域的雨水，分为初始径流和连续径流。远距离地表径流的初始雨水得不到排放弃流，而近距离区域中相对清洁的连续径流水被排放弃流，最终致使高质量的雨水反而流失，汇集后得到的雨水质量没有得到应有的提升。

4.2.1 雨水处理

根据上述调研结果，很多工程项目因为考虑到物理、化工的工艺在水质方面无法得到保障，因而转向生物处理的解决方法，又或者使物化工艺更加复杂，但实际效果却不佳。以项目一采用的雨水处理技术和生态处理技术为例，由于降雨的生化性能不好，流域的细菌不能产生絮凝效果，无法产生有效的生态处理效果。在项目四中，一个倾斜的沉淀池用于处理地下车库的雨水，由于雨水的降雨过程不连续，整个降雨过程断断续续，斜管沉淀池的“浅池原理”功能并没有得到充分发挥，反倒是因为斜管的附着性好，给蚊虫创造了滋生的环境条件，严重影响机房和地下空间的环境。

4.2.2 雨水溢流

这一类建设项目通常是在地下车库中安装雨水储存设备，或在地下车库安装雨水溢漏设备，或利用溢流提升水泵将降雨排除，从而可能产生安全隐患。在强降雨的环境下，如果不及时合理地排出机房的溢出雨水，地下车库就会被淹。在分析了问题的根本原因后，据估计接收外部溢漏引起的暴雨的管网是根据正常排放条件(3～5年重现期)设计的。因此在强降雨环境下，户外接收暴雨的管道均为满管运行，无法吸纳由于暴雨机械间溢流引起提升泵启动所排放之雨水，从而导致外溢雨水不能有效排放。由此可见，“规范”关于排放雨水的规定不能保证安全排放雨水，因此需要改进。

4.3 施工原因导致的问题案例解析

通过对上述五个已完成的绿色建筑雨水收集回用工程项目开展调查研究，并且对存在的普遍问题进行剖析，提出进一步的优化建议和应对策略。对于在实际工程的雨水收集与回用施工中的雨水的弃流问题、雨水的处理问题、雨水的溢流问题等，可采取相应的措施加以解决。

目前大部分雨水弃流通常采取雨量型弃流，但这种弃流方法因为流行时段的不同，会使得弃流效果不佳。处理方法是调节排水立管上的沉淀排放流量，或者分段调节渗透型雨水弃流井来解决。水质特点，一般来说，当然是天然雨水污染指标浓度较低，水质良好。例如：在收集和使用地表水时，必须充分考虑到放弃最初的雨水径流，因为最初降雨中的大多数污染物是有机污染物和悬浮固体污染物，而其他污染物指标含量相对较低。之后雨水中的悬浮物、COD、氨氮等含量会等随着降雨时间的增长而在减少，降雨后期的雨水的COD趋于稳定，雨水质量一般会较好。因此，地面雨水的收集和使用应当放弃最初的地表径流，以降低对处理设备的危害，这也可以通过建立初始排放机制来实现。在未对水质处理之前不得使用机动车道上的雨水[6]，人行道雨水可以沿道路直接流入绿地之中。高层建筑的屋面在经过雨水汇集后的再处理过程中，除了能够将房屋楼顶的雨水加以导流外，其底位雨水沉砂池也能够成为引流，同时还能够对雨水沉积物做出相应的再处理，将处置过后的雨水注入蓄水池中并加以消毒，最后对其加以二次的再使用[7]。

部分建设项目的雨水处理工艺系统较为复杂，不但雨水处理效益没有提高，相反可能会导致二次污染、能耗过大等影响生态环境的问题，因此建议在选择处理工艺系统时，优先选择生态雨水管理设施，没有条件的尽量选用能耗较低，且设备数量较少的沉淀、过滤等工艺。

如果雨水收集池设在室内，因为雨水很有可能溢出会造成很大的危险性，故而建议在条件良好的地区尽可能选择地埋式雨水收集池。如果无法选择室外地埋式的，且不符合重力流进水要求时，则可在户外设溢流井，利用水泵提升功能采集集水区雨水，防止内溢。

5 工程质量控制要点

5.1 摒弃暴力施工确保土工膜的完整

对于土工膜尽量减少二次搬运，在放置地点一定要避免高处坠入或地面的尖利物体使土工膜造成损坏。在施工时对地基周围环境加以确认，混凝土底板必须要清除渣土、锐利物体、石头、铁丝等，且底槽也要全部清扫完毕，以确保不会损坏土工膜。土工膜运到项目现场后，应当采用人工卷铺[8]。对铺设完成的土工膜应进行检验， 以确定是否有损坏的部位，土工膜如有损坏必须及时修复。土工膜长、短方向上标识的中心点务必与底板的中心点重合，偏差控制在≤0.2 m，土工膜包裹时搭接相互之间直径也不得低于0.5 m。

5.2 应避免模块在运输和安装过程中野蛮操作

无论是运输过程还是施工过程都必须小心处理模块，做到轻拿轻放，防止损坏。当模块拼装完毕进行回填时，应避免重型的机械碾压，确保成品的保护工作，对施工范围做好分隔。在完成回填工作时，要严格根据施工回填的厚度范围要求加以巩固，在侧面回填时，防护板也应满铺，以确保不使模块损坏。

5.3 回填土方应达到的质量标准

基坑基底处理和回填材料应符合相关工程设计要求和施工标准。在基础浇筑过程中应当分层夯实土层，夯实后测算干土质量密度，合格率不得低于90%。环刀取样的数量及方式应该满足设计要求。回填土工程允许偏差值见表2[9]。

表2 回填土工程允许偏差

应当分层铺摊回填土，压实遍数和每层铺土厚度要按照土质、密实度和机具性能来确定。见表3[9]。

表3 每层铺土厚度和压实遍数

5.4 提升塑料储水模块质量

雨水收集系统的水池大部分都是采用装配式构件，其质量受模块及其装配水平影响很大，模块的质量和模块产品工艺的合理性，也在很大程度上影响着工程整体质量[10]。所以系统解决整体塑料储水模块的抗压、抗剪强度，从材料、失稳角度考虑，提升储水模块的质量，确保雨水收集系统的具有稳定、合理、可靠的性能。

5.5 创新工程施工工艺

施工工艺直接决定系统后期的效果，以及工程项目的耐久性、运维的便捷性。故需要借鉴相关行业的施工工艺，结合行业既有要求与特点，研究与提升施工工艺。可采用生化工艺处理技术，对收集的雨水进行处理，保证出水质量，从而扩大应用范围。建设项目建成后，关键技术方面应当满足《建筑物与小区雨水控制及利用施工技术标准》(GB 50400—2016)和《雨水利用施工技术规程》(DB 34/T5082—2018)的要求。并能在此基础上解决水质保鲜无异味，侧向与竖向承压分别达到150 kN/m2、400 kN/m2，原水与清水池清淤工艺改良，设计工艺有大幅度提升。

6 结束语

本文系统研究与探讨了雨水收集回用系统，其在实际工程项目中的运用十分重要，具有重大的理论研究意义和工程实践价值。本文主要通过剖析在雨水收集回用系统的具体工程建设中出现的关键技术问题，对模块化雨水收集利用系统施工技术问题进一步优化解析，使得这一项技术将更加趋于成熟，维护成本也将不断降低，从而有效提高雨水收集回用技术和装置在实际工程项目当中的整体运用效果，进而有效提高雨水收集回用技术和装备在具体工程中的应用水平，更好地促进具体工程获得合理有序的实施。