市政工程管线综合优化问题探讨获奖科研报告

市政工程管线综合优化问题探讨获奖科研报告【摘

要】某市政工程为所在地方政府重点建设的国家遗址公园保护工程，工程规划面积20.37km2，遺址公园核心区域占地面积4.1km2。该工程建成后将与工程以南和以西既有市政设施相连接，为确保该工程建成投运后能具有良好的城市设施条件，并达到当地平均市政基础设施建设水平，故在区内规划出多条市政工程管线，并在空间上将各条单体管线进行了合理规划与安排，确保其横向排列有序，纵向交叉合理，并与西南现有市政管线顺利连接。

【关键词】市政工程;管线;综合优化

1市政工程管线综合优化途径

1.1管线综合设计

为进行该国家遗址公园保护工程各单体工程管线的空间位置，防止各类管线之间发生干扰和冲突，必须在工程规划阶段加强管线综合优化设计，充分考虑各类管线属性、用途及可能的影响，进行路径的合理安排，尽可能使各类管线顺直、简短、集中。传统的市政工程管线设计理论较为侧重条框式定性分析，设计过程也常常将管线网络整体布局和城市整体规划割裂，并未进行管线网络综合布局的考虑，所采用的设计方法更加依赖既有经验，也就是说在各类管线空间相对位置等的确定方面均过于依赖既有的设计实践经验，从而增大主观因素对设计过程的干扰。

在进行该国家遗址公园保护工程综合管线设计过程中，主要针对一项或几项管线方案进行规划模型的构建，并采用最优化方法进行模型求解，以求解的结果作为该市政工程管线综合优化设计的依据。采用非线性规划模型进行市政工程管线的空间管位确定，并在取值范围内进行最优解的计算，采用定性与定量相结合的分析方法，能有效避免人为因素对管线位置确定的不利干扰，保证设计过程及结果的科学性和最优化。

1.2交叉口竖向设计

所谓市政工程管线综合交叉口竖向设计主要是指在道路等的交叉口位置进行各类管线空间位置的合理规划设计与布置，既保证各类管线之间间距符合设计及安全运行的要求，又能节省空间，减小土方开挖量和工程成本。交叉口往往是城市交通运输的关键部位，交叉口管线设计的科学与否直接影响交通管线运行的安全性与效率，所以，管线综合交叉口竖向设计是市政工程管线设计的重要部分，关系到管线网络安全运行及市政工程社会效益的顺利发挥。

1.2.1设计原则

就设计原则而言，首先应严格控制交叉口管线埋深，既能有效减小工程量和施工规模，控制施工成本，又能避免地下水对地下管线可能的腐蚀。第二，应减小除地形制约之外不必要的弯曲设置，因为管道弯曲会导致传输过程中管道压力及能量方面的损失，导致施工难度、管道运营成本及施工成本等均增大。此外，还应加强对交叉口处有限地下空间的开发利用，且管线之间水平及垂直净距均应严格按照《城市工程管线综合规划规范》及相关规范所要求的最小净距确定，条件允许的交叉口最好设置管线敷设综合沟，为日后维修及维护提供便利。

1.2.2设计方法——最小埋深法

该方法是进行市政工程交叉口竖向设计的过程中必须确保雨、污排水等重力流管道严格根据单体管线的具体要求进行其最小埋深等参数设计，并根据设计结果顺次确定市政工程交叉口空间内管线的交汇点以及雨污排水等各类管道实际埋深。在进行雨污排水之外非重力流管线交叉点埋深确定时，必须先按照设计最小埋深埋设上层管线，再据此合理确定出下层管线埋深。如果雨污排水等重力流管道和雨污排水之外非重力流管线埋深存在冲突，则应严格按照重力流管线优先的原则进行处理。

采用该方法进行市政工程管线交叉口的竖向设计能充分利用有限的地下空间，并为市政工程其余部分的建设实施提供空间资源。采用该设计方法能有效控制市政管线的埋深，减小土方开挖和施工成本，但是为获得最小的埋深，可能会导致部分管道弯曲数量的增加，反而导致施工难度和工程费用上升以及管网流体力学环境弱化，管道内所运输的介质穿过交叉口后动能损失程度和能耗增大，使运行费用不降反增。

最小埋深法的实施步骤主要为：（1）根据市政工程设计方案确定出地下管线种类和交叉点属性（见图1（a））;（2）如果存在雨、污排水等重力流管线和重力流管线的交叉，则应根据重力流排水管段设计水力要素进行管线竖向交叉点处管底标高Z1、Z2的确定，且Z2>Z1，根据标高值和管线交叉点处污水管管径的取值D1进行重力路管道垂直间距的确定，即Z2-Z1-D1≥d（d为规范所规定的任意两管线交叉的垂直净距最小值，取值具体见表1），如果此式成立，则所对应的Z1、Z2值便是管线交叉点所对应的管底标高，返回第一步;如果此式不成立，则应返回后再次进行管段水力计算，之后再重复以上过程，直至此式成立。（3）如果存在非重力流管线和非重力流管线的交叉，则应在竖向空间从地表自上到下进行各类管线的排序，本工程管线序列为电力管线→电信管线→热力管线→燃气管线→给水管线→雨水排水→污水排水管线，且按照设计原则中所提出的优先原则进行各交叉点处管线管底标高的逐一确定：非重力流管线交叉点处管径表示为D上和D下，根据管线次序确定其上层管线的类型，并通过相关规范确定管线的覆土深度最小值Tij，将该值与市政工程管线特定埋深最大值P进行比较，对比结果表示为M，则上层管线管底埋深应为：

相关规范所规定的最小埋深原则及方法在市政工程管线设计及实际操作中的应用，便形成了本市政工程管线交叉处最小垂直净距的相对稳定结果，具体见表1所示。

2结束语

通过对国家遗址公园保护工程管线综合优化设计问题的分析表明，市政工程管线综合交叉口竖向设计是管线综合设计中的关键性环节，且其设计难度大，需