市政排水管網(wǎng)經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的問題，比如污水直接排到河道中促使水體被污染；排水體制不完善促使雨水和污水合流；規(guī)劃設(shè)計和發(fā)展建設(shè)的不協(xié)調(diào)促使污水技術(shù)條件比較差，根本滿足不了使用所需；排水管網(wǎng)建設(shè)和污水處理廠建設(shè)不能有效配合在一起，造成二次污染等。以上所說這些問題都嚴重制約了整個城市各項排水設(shè)施的發(fā)展。所以相關(guān)部門要對市排水管網(wǎng)進行優(yōu)化設(shè)計，這樣才能解決好已定平面布置方案中常見的排水管徑和埋深等各種問題。 

　　【關(guān)鍵詞】市政排水；管網(wǎng)；優(yōu)化設(shè)計 

　　一、前言 

　　近幾年政府部門一直是整個城市市政排水工程建設(shè)、管理和服務(wù)的主角。隨著城市排水事業(yè)等市政公用事業(yè)市場化改革進程的加快，城市排水管理將會面臨各種問題，這些僅僅依靠政府職能進行處理根本難以達到預(yù)期目的。城市排水屬于整個市政工程最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施，不僅關(guān)系到城市排水的有效控制，還涉及到水污染的控制、環(huán)境保護及改善等問題。加強對城市排水的管理，才能確保城市排水各項設(shè)施得以安全正常運行下去，也才可降低城市水環(huán)境污染，確保環(huán)境和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，進而保證人民的生命健康，總的來說具有非常強大的現(xiàn)實意義及深遠影響。然而從當(dāng)前理論研究與實踐改革來看，一些市政排水管網(wǎng)主要局限在污水處理領(lǐng)域，一些側(cè)重排水管網(wǎng)技術(shù)性問題上，卻沒有形成一套完善的多元責(zé)任主體管網(wǎng)管理模式。所以加強對市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計非常重要，這樣才能確保排水管網(wǎng)平面布置得以優(yōu)化。 

　　二、影響市政排水管網(wǎng)改造工程設(shè)計的主要因素

　　1、城市用地和工程專項規(guī)劃 

　　城市規(guī)劃人員在設(shè)計管網(wǎng)時，需要收集齊關(guān)于工程所在區(qū)域的最新用地和工程專項規(guī)劃資料，并且要摸清本次設(shè)計所涉及到的各類管線與片區(qū)內(nèi)部的管線使用基本情況以及存在的問題，例如水源、電源、氣源以及排水體制和污水出路等，另外還要熟悉掌握各種設(shè)計管線的直徑、孔數(shù)以及尺寸等。 

　　2、現(xiàn)狀的管線資料 

　　優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計前要將本次所需設(shè)計范圍里的所有現(xiàn)狀管線資料收集齊全，對于缺少該類資料的建設(shè)單位要重新勘測一下工程所在區(qū)域的現(xiàn)狀管線。假如設(shè)計人員對現(xiàn)狀管線的實際情況不夠了解，會直接造成管線設(shè)計本身合理性受到影響，嚴重時還會導(dǎo)致管位發(fā)生重合、管線的標(biāo)高發(fā)生沖突等各種問題，進而給整個管線的施工作業(yè)造成不小的麻煩。 

　　3、和有關(guān)管線主管部門溝通與協(xié)調(diào) 

　　因為城市生活所需，市政管線的種類非常多，并且每種管線的主管部門也不一樣，例如給水管線主要由水務(wù)部門或者自來水公司進行管理；污水和雨水管線主要由相關(guān)水務(wù)部門或者一些排水管理部門進行管理；電力管線主要由相關(guān)供電部門進行管理，所以設(shè)計市政管網(wǎng)時，一定要充分征求各管線的主管部門關(guān)于管線設(shè)計意見和要求，并且針對一些較為合理的意見與要求也要納入優(yōu)化設(shè)計過程中，從而達到日后管線管理與使用所需。 

　　三、我國市政排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀分析

　　1、規(guī)劃設(shè)計出現(xiàn)問題 

　　制定排水管網(wǎng)規(guī)劃時要結(jié)合城市的總體規(guī)劃與區(qū)域規(guī)劃，并且要和城市其它單項工程建設(shè)緊密配合在一起，例如城市各項功能分區(qū)的布局、建筑的界限、道路的規(guī)劃以及地下其它各項設(shè)施的規(guī)劃等，都要縱觀全局采取合理的措施進行解決，這樣才能將其構(gòu)成一個有機整體。與此同時由于排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計屬于動態(tài)的，當(dāng)排水體制、排水主干管頂線以及排水量標(biāo)準(zhǔn)等方面的工作結(jié)束后，要結(jié)合實際情況對局部情況進行調(diào)整，這樣才便于工程項目各個環(huán)節(jié)工作的開展。另外由于排水管網(wǎng)建設(shè)具有自身特點，即其建設(shè)完成后的使用期限有時候會長達四五十年以上。所以城市排水管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計要比整個城市的整體規(guī)劃年限要長一些，另外計算排水量時要從多個方面進行預(yù)測并留有充足的發(fā)展余地。 

　　2、排水體制尚不完善 

　　排水管網(wǎng)設(shè)計與排水體制有著直接關(guān)系，然而當(dāng)前大部分排水體制都要進行改制。排水系統(tǒng)體制主要有兩種，一種為合流制，另一種則為分流制。當(dāng)然混合制也屬于城市運轉(zhuǎn)中常見的系統(tǒng)，是很多合流制城市在擴建排水系統(tǒng)時常會采用的。大城市里常會受各個區(qū)域自然條件和修建情況較差的影響，所以要針對不同區(qū)域采取相應(yīng)的排水體制。 

　　四、市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計措施 

　　1、優(yōu)化布置管線平面 

　　布置排水管網(wǎng)時應(yīng)堅持工程量最小、水流暢通以及最大限度上節(jié)省能量的原則，準(zhǔn)確進行定線，這也是合理設(shè)計管網(wǎng)的前提基礎(chǔ)。定線基本原則主要表現(xiàn)在以下幾個方面：設(shè)計干管支管時要采取直線布局，切忌拐彎；定線時要充分利用地理優(yōu)勢，促使污水能在重力作用下可以順利流到污水廠里面；設(shè)計過程中要盡可能的減少管道的埋深；布置管道過程中要盡量少設(shè)置一些提升泵站。 

　　2、優(yōu)化已定平面布置管道系統(tǒng)設(shè)計 

　　所謂優(yōu)化排水管道設(shè)計主要內(nèi)容為：針對某一設(shè)計管段，在確定好設(shè)計流量時，需在達到設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的管徑與坡度等多種組合里，尋求管材費用和敷設(shè)費用之間的平衡。當(dāng)排水管線的平面布置已經(jīng)指定好后，關(guān)于管段管徑以及埋深的優(yōu)化設(shè)計，很多機構(gòu)都作了很多研究工作，并取得了一定的成就。 

　?。?）采取線性規(guī)劃法與非線性規(guī)劃法 

　　A、線性規(guī)劃法 

　　所謂線性規(guī)劃法主要指排水管網(wǎng)設(shè)計在計算過程中經(jīng)常會受到的一些約束條件以及目標(biāo)函數(shù)本身具有的非線性，通常會采取一級泰特公式及展開式進行代替，并將線性規(guī)劃解當(dāng)作問題近似解，通過反復(fù)迭代，促使迭代序列可以靠近非線性規(guī)劃里的最優(yōu)解。當(dāng)然這種方法也有不足之處，即長把管徑看作連續(xù)量進行處理，以致于計算管徑和市場管徑出現(xiàn)不一致沖突，并且前期準(zhǔn)備的工作量比較大，雖然今后發(fā)展起來的整數(shù)規(guī)劃法從某種程度上彌補了線性規(guī)劃缺點，然而因它的整型變量非常多，所以很難求解。 

　　B、非線性規(guī)劃法 

　　非線性規(guī)劃法極大的適應(yīng)了當(dāng)前計算模型里目標(biāo)函數(shù)以及變量本身具有的非線性特征，對于選擇的管道直徑與埋深也可以起到優(yōu)化的作用，然而卻極大的阻礙了目標(biāo)函數(shù)以及約束條件形式的發(fā)展。 　?。?）采取直接優(yōu)化法 

　　所謂直接優(yōu)化法是根據(jù)各種方案或者一些可調(diào)參數(shù)方面的選擇設(shè)計進行計算與比較所獲得的最優(yōu)解，其直觀性與便于驗證便是最大優(yōu)點。這種方法主要表現(xiàn)在以下兩個方面： 

　　A、采用電子表格法作為啟發(fā)式費用估算法，使得用戶可以尋找到最小的費用設(shè)計，進而可以拿出更好的結(jié)果且能滿足施工設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。 

　　B、采用兩相優(yōu)化法，這種方法主要用在設(shè)計流量確定好后，并以達到約束條件為前提，選擇最為經(jīng)濟的流速與最大充滿度從而獲取最優(yōu)管徑與最小坡度，與此同時也能最大限度的把管道埋深降低。這種直接優(yōu)化法本身的算法和人工算法差不多一樣，然而設(shè)計人員水平有限，所能獲取的結(jié)果也不同，這時獲取的結(jié)果便不太可能成為最優(yōu)解。 

　?。?）采取遺傳算法 

　　所謂遺傳算法屬于進化算法中的一個分支，它是通過模擬生物學(xué)里面的自然遺傳變異機制所提出的一種隨機優(yōu)化算法。這種遺傳算法用于解決小型管道里的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計問題時常會獲取最佳設(shè)計方案。然而在解決較大型的管道系統(tǒng)問題時，通常只可以獲得一個接近最佳解的優(yōu)化設(shè)計方案，所以優(yōu)化設(shè)計排水管道過程中，不管采用怎樣的方法都要將設(shè)計規(guī)范作為最基本的要求，與此同時也要把費用降到最低。 

　　五、市政排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)注意問題 

　　1、管線間距達不到規(guī)范要求 

　　市政排水管線的改造工程經(jīng)常會受到各種因素的影響，有時還會出現(xiàn)管線的平面凈距和垂直凈距以及管線和樹木、建筑物等凈距不能滿足施工規(guī)范要求時，為了確保各類管線可以安全使用，必須采取相應(yīng)的保護措施。一般會采用設(shè)置套管、對混凝土進行包封或者設(shè)置管溝進行保護。當(dāng)燃氣管線從路口穿越過時，也要采取必要的保護措施。例如某段拓寬路段因為燃氣管道和樹木的凈距難以滿足施工規(guī)范要求，就采套管方式進行保護。 

　　2、管線的豎向標(biāo)高發(fā)生沖突 

　　當(dāng)給水、電力、通信及燃氣管道和其它管線的豎向標(biāo)高發(fā)生沖突時，可以采取設(shè)置彎頭、加設(shè)電力以及通信井的措施來避讓，通常雨、污水管線屬于重力流，管道很難彎曲，一旦因為某些因素促使豎向標(biāo)高發(fā)生沖突時，便只能采取倒虹吸或者設(shè)置交匯井的方法來避讓。一般情況下倒虹吸設(shè)計過程中要達到以下標(biāo)準(zhǔn)：最小管徑應(yīng)該為200毫米；管里的設(shè)計流速應(yīng)該不小于0.9m/s；另外也要設(shè)置一些事故排出口或設(shè)置一些雙管倒虹吸；進出水井里面還要設(shè)置閘槽或閘門；作為倒虹管進水井前面的檢查井要設(shè)置一道沉泥槽。如果污水管的管徑比雨水管的小時，就要在交匯位置設(shè)置一座交匯井，并把污水管改成生鐵管使其直接從交叉井穿過，并且雨水管線需在井中斷開。給水管通暢要從排水管上面穿越過去，一旦必須從排水的下方穿越過去時，就要給給水管的管材加設(shè)一道鋼管或者增設(shè)鋼套管，從而避免水質(zhì)受到污染。 

　　六、結(jié)語 

　　由此可見，城市規(guī)劃管理人員對市政管線的改造工程進行綜合設(shè)計的目的便是防止平面與豎向空間處的各種工程管線發(fā)生沖突或者受到干擾，這對于整個市政工程排水管網(wǎng)的正常運行極為重要。總之綜合各方面因素對管線進行綜合設(shè)計才能把各類管線最好的埋設(shè)埋深確定下來，以便可以節(jié)約有限地下空間，降低工程的投資成本，從而為城市的可持續(xù)發(fā)展以及資源節(jié)約型社會奠定良好基礎(chǔ)。