新时期给排水设计在城市古城改造中的运用研究

2023-03-10杨冬妮

工程建设与设计 2023年2期

杨冬妮

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

1 工程概述

昭馀古城东西长835 m，南北约698 m，本次设计范围包含整个古城范围。设计改建巷道长度约11.789 km，新建规划巷道长约1.079 km，合计12.868 km。同期改造污水管网、给水管网、消防管网、电力管网、通信管网、热力管网、照明路灯，环境卫生以及重要景观节点、街景绿化等市政设施配套工程。基础设施及道路系统改造工程建成后昭馀古城可以完备供给自来水、排雨水、排污水、通消防、通电、通路、通信、通暖气等设施，起到改善古城内居民的生活条件，提升古城的旅游价值。其中，一级铺装巷道长1.496 km，二级铺装巷道长1.122 km，三级铺装巷道长10.25 km。

2 设计理念及原则

2.1 设计理念

在遵循国家相关标准与要求基础上，对昭馀古城基础设施及道路系统进行改造，给排水系统为本次改造工程中十分重要的部分。在改造过程中，要做好古城保护，避免破坏古城，维持现有古城街道现状[1]。要积极与规划、消防等各个部门进行沟通，并能在控制投资费用情况下，设计出改造设计方案。古城的给排水设计要能实现传统文化与现代审核的平衡与统一，在保护古城区传统风貌与历史遗存的基础上，满足居民的基本生活需求。

坚持宜居城市的理念，让古城更加宜居，应通过给排水系统的改造与优化提升古城生活品质；同时，要与旅游结合在一起，为古城旅游业的发展提供支持。在设计过程中，应保持古城的风貌与文化符号，避免破坏原有风貌，所有检查井等都要设计为隐秘式，不延伸出地面。在城市古城改造中给排水设计要坚持人本理念，能为人们提供更高的服务和生活品质，让人们享受到良好的古城内涵与品质。

2.2 设计原则

2.2.1 符合地质条件

古城给排水系统管网的改造与优化设计中，要提前做好地质调查，确保管网的更新与设计能符合地质情况，并能采取针对性设计，保证给排水管网在建成之后能正常运行。

2.2.2 符合城市改造原则

在给排水系统的改造与优化设计过程中，要求能与城市改造实际情况相一致，应对改造的经济成本进行估算，并将管网改造的各项细节落到实处。同时要与古城的发展规划相一致，以减少未来的改造与维修次数。

2.2.3 经济性与科学性原则

古城给排水系统的改造与设计优化必须坚持科学性原则，能确保不会对环境造成污染，且能减小改造与施工难度，在材料选择上要保证物美价廉；同时，也要注意给排水系统在施工过程中不会威胁周围的建筑物安全。坚持经济性与科学性原则，最大限度地发挥给排水系统的作用与价值。

3 给排水设计在城市古城改造中的运用

3.1 给水工程设计

由于昭馀古城的给水管网改造难度较大，面对的问题较多，挑战更加严峻，设计单位要对原有管网路线及相关资料进行了解，并能在保护古城安全、保护老管道的基础上，提出科学的、可行的改造设计方案[2]。给水工程主要将古城内现有的给水管网进行翻新改造，结合给水管网适当扩大管径。增设地下式消火栓，设置消防栓时将间距控制在50~100 m，确保室外消防栓能覆盖整个古城。

古城固有的管线存在垂直交叉节点多、线路多等问题，还会受到实际施工现场直线缓坡的影响，所以，无法实施中长距离的管道。在原有管线勘查基础上，能使用的管道继续保留，不能使用的需更换为新管道。同时，要注意新旧管线的交叉穿越问题，如果设计不合理，会对老管线造成损害[3]。在纵面设计过程中，要求能对管道的敷设土深度、管道穿越、管网安全保护等进行综合考虑，确保纵向管道设计的合理性。主要区域给水管网呈环状布置，其他为枝状布置。改造后的给水管网主要用于古城内的生活、道路浇洒、绿化灌溉和消防水池补水等。

综合各种给水管材经济技术指标对比分析，并结合古城本身对供水安全性要求较高的特点，以及当地供水公司及用水单位意见，本工程给水管材建议选用优质HDPE给水管（PE100级、1.0 MPa）作为给水管道（管径DN40~DN200 mm），总长约9 km。

3.2 排水工程设计

由于古城内道路相对较窄，建筑物众多，如果采用分流改造会对古城产生极大影响，且施工难度会增加；同时对建筑内部雨污分流不彻底，完全实现雨污分流难度增大，所以，本次改造设计依然采取截流式合流制。排水工程主要将古城内现有老旧排水管网进行更换更新。根据古城保护规划以及建设计划，结合道路坡向，更换老旧排水管线，需将古城内雨污水收集后，沿东西南北4个方向排入周围相交道路的市政排水井。对于无法同时敷设雨水和污水的街道，首先应做好污水管设置，雨水则采用地面漫流方式进行排除，由下游雨水口收集。

1）在古城改造过程中，要重视对古建筑、老建筑的保护，由于古城的建筑历史悠久，屋顶的抗渗能力相对较弱，且无法对屋顶进行绿化改造，所以，在本项目中可采取海绵城市改造方案，通过加强径流消纳和加强减污两种方式完成。当古城内有充足的绿地空间时，可以断接改造原有雨水立管，屋顶雨水可以引到绿地空间，这样不仅可以消纳屋顶雨水，还能提升对雨水的回收利用。如果没有绿地空间，则可以在雨水管下设置雨水罐等装置，收集屋顶雨水。

2）雨水收集可以采用两种方式，分别为线性排水与雨水管道。采用线性排水沟渠排水要注意雨水中夹带的泥沙等，要求雨水管渠在满流时，管道内的最小设计流速与最大线性流速分别为0.75 m/s、10 m/s。雨水管道也是如此。

3）排水管道采用HDPE钢带增强波纹管（环刚度不小于10 kN/m2），HDPE钢带增强波纹管能有效降低成本，与其他材料相比能节省50%的材料耗费。在塑料价格不断增加背景下，HDPE钢带增强波纹管中聚乙烯的占比只有2/3，整体价格相对较低。管道接口做法参考青岛市发布的OGGD-0401《埋地聚乙烯（HDPE）排水管道工程技术规定》（暂行）。

4）古城原有的化粪池经常会出现破损、堵塞等问题，给老城居民的生活及游客体验产生极大影响，化粪池设计应采用玻璃钢化粪池，具体选用与埋设见国家建筑标准设计图集14SS706《玻璃钢化粪池选用与埋设》。

3.3 消防工程设计

1）古城消防用水量可按照30 L/s设计，采用环状低压消防给水系统，且确保古城建筑的防护间距符合要求。消防水鹤已经在很多国家开始普及，我国很多城市也运用了这种消防设施，所以，本次古城给排水系统改造中也设计了消防水鹤。消防水鹤是由引水倒流管道、消防水带接口等地上部分，以及主控水阀、排放余水装置等地下部分组成。消防水鹤在寒冷的冬季也不会冻住，可以采用保温措施进行良好的防冻保温，即使在冬季也能正常使用。同时，消防水鹤在使用过程中能摆动，可以伸缩，能满足消防的个性化需求。

2）消防管道采用1.6 MPa的钢丝网骨架塑料复合管，管径DN200 mm，总长约5 km。钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管属于新型材料，在纯PE管上缠绕经过包覆处理的高强度钢丝，能有效增强管道的强度，确保管材公称压力符合实际使用需求。钢丝网骨架塑料复合管从里到外依次为内层塑料、专用热熔胶、缠绕钢丝网、专用热熔胶、外层塑料。钢丝网骨架塑料复合管重量较轻，便于运输与安装，具有较强的耐压性，能避免出现开裂问题。

3）消防栓系统设计过程中还要注意保护半径与最大布置间距。在户外低压消火栓的保护半径为150 m。室外低压消火栓间距X=127 m。在消防栓布置过程中，要确保古城全区域都能得到消防栓保护，且在两个消防栓的保护半径之内。

4 给排水系统设计优化策略

4.1 加强现场勘查

古城地下管线分布众多，地上建筑物密集，在改造前设计人员要进行实地勘查，了解古城给排水管线及地下其他管线的实际情况，掌握一手资料，为给排水设计方案的设计提供依据。如果不做现场勘查，不仅无法确保方案的针对性，还会在给排水施工过程中发生安全事故产生质量问题。因此，必须做好现场勘查工作，确保给排水设计的整体质量。在现场勘查过程中，必要时可以采用先进的设备与技术，以提升勘查质量与效率，为给排水系统设计与优化提供依据。

4.2 采取数字化设计

为确保古城改造中给排水系统设计的可靠性与合理性，应在给排水系统设计过程中使用先进的技术。比如，采用BIM技术构建管道模型，可以更加直观地了解地下管线情况，为给排水设计提供精准支持，同时也能及时发现隐蔽工程，在提升设计质量的同时，也能为给排水工程的安全施工提供支持。数字化设计是未来给排水系统设计的主要方向，通过数字技术的有效应用，可确保给排水系统设计的精准性与可靠性，使给排水系统满足古城发展的实际需求。

4.3 选择专业的设计团队

相比于新城给排水系统设计，古城改造中给排水系统设计难度更大，对设计人员的专业性要求更高，所以，在项目开始前要选择专业的设计团队，确保设计团队具备专业的理论知识与技能，丰富的古城改造经验，并有能力胜任此项工作。设计团队选择过程中，要检查其相关的证书，并对其历史案例进行检查，通过综合分析最终确定最优设计团队，确保给排水系统设计的整体质量。