污水管網(wǎng)的優(yōu)化設計研究

第28卷第21期中國給水排水Vol 28 No 212012年11月CHINA WATER WASTeWaterNov.2012污水管網(wǎng)的優(yōu)化設計研究陸國鋒,李繼松,方燕!,黃天寅2(1.蘇州聯(lián)創(chuàng )工程設計咨詢(xún)有限公司,江蘇常熟215500;2.蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇蘇州215011)摘要:通過(guò)對污水管道工程的施工工藝及過(guò)程的研究分析,找出影響污水管道工程費用的主妥因素,歸納得出污水管道工程費用的構成,從而推導出各個(gè)施工工藝的費用函數組成,并成功解決了傳統管網(wǎng)優(yōu)仳設計方法存在的問(wèn)題。在此基礎上編制了一套污水管網(wǎng)優(yōu)化設計程序系統,基于瀏覽器/服務(wù)器結構,方便了優(yōu)化設計系統的開(kāi)發(fā)、維護和升級。將該系統應用于蘇南某市的污水管網(wǎng)設計,較好地達到了優(yōu)化設計的要求,具有較高的應用價(jià)值關(guān)鍵詞:污水管道;優(yōu)化設計;費用函數中圖分類(lèi)號:X703文獻標識碼:C文章編號:1000-4602(2012)21-0099-04Design Optimization of Sewage Pipeline NetworkLU Guo-feng, LIFANG Yan. HUANG Tian-yin(L. Suzhou lianchuang Engineering Design Consulting Co. Ltd, Changshu 215500, China2. School of Environmental Science and Engineering, Suzhou University of Science and TechnologySuzhou 215011. ChinaAbstract: By analyzing the technology and the construction process of a sewage pipeline projectthe main parameters of the project cost can be determined The cost composition of project was summa-rized and the cost functions of various construction processes were derived. The problems of traditionaldesign optimization methods of the sewage pipeline network were successfully solved. A set of design optimization program system of sewage pipeline network was developed. Based on browser/server structure, itcould facilitate the developmenl, maintenance and upgrade of the optimization design system. The optimization design program system was used in the design of sewage pipeline network in a city in southern Jiangsu Province, meeting the optimization design requirement and achieving enormous economic benefitKey words: sewage pipeline; optimization design; cost function2007年5月太湖“藍藻事件”發(fā)生后,江蘇省提來(lái)越大。而采用優(yōu)化設計方法進(jìn)行污水管道的設計出了太湖治理的階段性目標。為改善太湖流域水環(huán)一般能節省投資5%~15‰左右,由此將帶來(lái)可觀(guān)境質(zhì)量,進(jìn)步加大水污染治理力度,全面完成“十的經(jīng)濟效益{。五”太湖流域水污染防治任務(wù),提高人民生活水1傳統優(yōu)化設計方法存在的問(wèn)題平,促進(jìn)社會(huì )、經(jīng)濟的可持續發(fā)展,將大力推進(jìn)鎮村在實(shí)際工程設計中引入傳統的優(yōu)化設計方法污水處理項目的啟動(dòng),其中,污水管網(wǎng)的投資比重越存在以下問(wèn)題:基金項目:江蘇省科技支撐計劃(社會(huì )發(fā)展)項目(BE2009607)第28卷第21期中國給水排水www.watergasheat.ce①傳統的排水管道優(yōu)化設計僅考慮了開(kāi)挖回復,拉管、頂管施工僅需對控制井和工作坑影響范圍填施工的費用函數,而關(guān)于拖拉管和頂管的費用函的路面進(jìn)行恢復?；靥詈吐访婊謴蛯こ淘靸r(jià)的影數還鮮有實(shí)例推導,開(kāi)挖、拉管和頂管這三種施工工響較大。藝的經(jīng)濟對比和適用條件不得而知,因此需要推導⑤人工降低地下水位。隨管道埋深和地質(zhì)情出拉管、頂管施工的費用函數。況的不同,溝槽或基坑需采用不同的人工降低地下傳統的開(kāi)挖施的費用函數為埋深H和水位的預降水方法。太湖地區采用的措施主要是輕管徑D的二變量函數,但在太湖地區,開(kāi)挖施工一型井點(diǎn)降水和管井降水,輕型井點(diǎn)降水多用于溝槽般均為放坡開(kāi)挖極少采用擋土板支護,因此溝槽邊深度≤6.0m的溝槽開(kāi)挖,管井降水多用于頂管、拉坡坡度Ⅰ對開(kāi)挖回填的工程量和路面恢復工程量均管τ作坑和控制井的基坑降水有較大影響,需要推導出開(kāi)挖施工的埋深H、管徑⑥溝槽支護。溝槽支撐所采用的形式同樣跟D、溝槽邊坡坡度三變量費用函數管道埋深有關(guān),太湖地區主要采用鋼板樁支護。鋼③傳統的污水管道優(yōu)化設計方法中采用的費板樁支護主要分為槽鋼密排支護(68m)和拉森鋼用函數未考慮路面恢復、溝槽回填材料、人工降低地板樁支護(9、12m)。槽鋼支護主要用于4-5m以下水位措施對工程費用的影響,因此必須完善細化下的溝槽支護,拉森鋼板樁主要用于6m以下的溝費用函數內容。槽支護。④傳統的優(yōu)化設計方法中管道費用函數為固3污水管道費用函數定函數,而管材價(jià)格、回填材料價(jià)格等隨時(shí)間波動(dòng)變3.1工程費用組成化較大,因此在優(yōu)化設計過(guò)程中需增加調整費用函綜合上述分析可知,開(kāi)槽施工的基本費用包括數的功能。溝槽挖土、管道砂基礎、管道鋪設和閉水試驗、檢査2影響污水管道工程費用的主要因素井、溝槽回填、溝槽排水、腳于架;增加費用包括:路通過(guò)研究分析污水管道施工工藝及施工過(guò)面恢復、井點(diǎn)降水、溝槽支護。拖拉施工的基本費用程23,得出影響管道工程費用的主要因素如下包括:基坑機械挖土、沉井挖土、控制井、拉管、管道①管材及施工工藝。不同的施工工藝對管混凝土包封、閉水試驗、檢查井、基坑回填、基坑排材、施工周期等均有決定性的影響。在太湖地區,開(kāi)水、腳手架;增加費用包括:路面恢復、管井降水、注挖施工釆用的是PVC、鋼筋混凝土排水管等管材;漿、基坑支護。頂管施工的基本費用包括:基坑機械拖拉管施工工藝要求管材為PE管、鋼管等抗拉管挖土、沉井挖土、頂井、接受坑、頂管、閉水試驗、檢查材,最大管徑規格為de630,管道埋深必須滿(mǎn)足覆土井、基坑回填、基坑排水、腳手架;增加費用包括:路2m以上;頂管施工工藝要求管材為鋼筋混凝土管、面恢復、管井降水、注漿、基坑支護。鋼管等抗壓管材,最小管徑規格為DN800,管道埋深3.2費用函數的推導方法必須滿(mǎn)足覆土2m以上。針對不同施工方法、溝槽邊坡、管徑、埋深條件②管道埋深。管道埋深決定溝槽或基坑土方下的管道工程費用進(jìn)行測算,再分類(lèi)列出結果,然后的開(kāi)挖回填量、管材的規格等級要求、支護的形式及通過(guò)相關(guān)非線(xiàn)性曲線(xiàn)擬合軟件,采用曲線(xiàn)擬合法或工程量、人工降低地下水位措施方法及路面恢復工遺傳算法進(jìn)行費用函數的非線(xiàn)性擬合,得出費用函程量,直接影響工程的造價(jià)。數,再與實(shí)際工程費用進(jìn)行對比修正③邊坡坡度。拉管和頂管工作一般采用沉井以蘇南某市拉管施工為例進(jìn)行拉管費用函數的施工,因此邊坡坡度主要針對管道開(kāi)挖施工。邊坡推導,拉管施工費用函數主要分控制井、基坑回填和坡度對溝槽土方開(kāi)挖回填量、路面恢復工程量有較拉管三大部分,三部分費用在不同管徑和埋深條件大影響。下的測算結果如表1和2所示。④回填及路面恢復。原土主要用于綠化范圍表1拉管費用測算結果的溝槽回填,砂石、灰土用于道路范圍的溝槽回填,Tab 1 Cost calculation results of trenchless砂石主要用于已建道路上開(kāi)挖后的快速回填恢復。管道外徑Dmm_3540500630開(kāi)挖施工需對道路范圍內的管道全長(cháng)進(jìn)行路面修拉管費用/(元·m)4129.5170:41879www.watergasheat.com陸國鋒,等:污水管網(wǎng)的優(yōu)化設計研究第28卷第21期表2控制井和基坑回填費用測算結果Tab 2 Cost calculation results of control well and pit backfill管道埋深b/m4.555.5665控制井費用/(元·m)1016.91105.81194.61283.51372.42282.42371.22460.1「基坑凹填費用/元·m-)14351.56116871.842.0662.1932.319管道埋深H/m7.59.5控制井費用/元·m1)254902637.92854.82943.63032.5312143210.3基坑回填費用/(元·m2.4452.5722.6982.8242.9513.0773.203根據上述測算費用,利用相關(guān)軟件擬合,即可得409.584+0.205D+81.917+409.584H×1,單位為出拉管施工各部分的費用函數。根據蘇南某市的4項實(shí)際污水管道工程,通過(guò)拖拉管費用函數費用函數估算工程費用,并與預算費用進(jìn)行對比,如包括基本費用和增加費用?；举M用又分為拉表3所示?？梢园l(fā)現,因支管設置數量及位置、支管管井坑、基坑回填等3項費用,其中,拉管費用L1長(cháng)度、檢查井間距等具體設計細節的差異,會(huì )使預算16046.448+42384.464×10-3D-30459.733費用和函數估算費用有所偏差,但函數估算費用基×10-0D2+2086294.963/D,單位為元/m;井坑費本能符合污水管網(wǎng)優(yōu)化設計時(shí)經(jīng)濟比較的要求。用L2=(540.418+2840.673×10-H表3函數估算費用與預算費用的對比44783.788×104r+101685.597×106F)/(1Tab 3 Comparison between function estimation cost-585.682×10-4H2+26.943×10-35H+20.816nd budge10F0),單位為元/m;基坑回填費用L3=(0.677+函數付算頇算費用項目工程概況費用/元/(元·備注0.253H)×材料單價(jià),單位為元/m。增加費用包括路面修復和注漿兩項費用,其中,路面修復費用l4盧葦蕩路/e00綠化內,H=2.5m2138021.6拖拉°=153.594元/m,注漿費用L5=(0.001D)2x(105.112+51.60lH),單位為元/m。公路040.綠化內,H=4.0m1249.9242.7拖拉③頂管費用函數中環(huán)路dc400,綠化內,H=28m2210.82217.4施拉管包括基本費用和增加費用?；举M用又分為頂辛滃路d400路內,H=3.5m286.429675拖拉管管、頂坑、接受坑等3項費用,其中,頂管費用D1=3.3費用函數及其應用D/(2,292-1.358×10-3D)+1506.693,單位為通過(guò)數學(xué)擬合,得到蘇南某市不同施工方法的元/m;頂坑費用D2=14.4+2.6H,單位為萬(wàn)元/座;分項費用函數如下接受坑費用D3=1+1.5H,單位為萬(wàn)元/座。增加費①開(kāi)槽埋管費用函數用主要是路面修復費用D4=9752元/座包括基本費用和增加費用?；举M用又分為④專(zhuān)業(yè)措施費用函數PVC-U平壁(不含回填)或HDPE雙壁(不含回主要是增加費用,包括槽鋼支護或拉森樁支護、填)、溝槽回填等2項費用。其中,PVC-U平壁(不輕型井點(diǎn)降水或管井降水等2項費用,其中,槽鋼支含回填)費用K1=-631.682+1.733D$+護費用C1=2329.8元/m;拉森樁支護費用C1=309.496”3+32.705H23+3.920D0305×102×6989.4元/m;輕型井點(diǎn)降水費用C2=158.8元/m;H”,單位為元/m;HDPE雙壁(不含回填)K1=管井降水費用C2=13767元/座。226.211+0.008D8+202.16218+5.393H2例如,對于表3中辛滃路的函數估算費用,管道7.84D42xxm},單位為元/m;溝槽回填K2拖拉管施工,管道位于道路范圍內則需考慮路面恢(-0.5-0.45/-0.0015D+H+0.001H×D+復,注漿,無(wú)降水支護措施,管徑為de≈400,管道平均0.4H×l-0.0014Ⅰ×D+I×I-0.000001D2埋深H=3.5m,則總費用函數L=L1+l2+L3+L4000003×X1)×材料單價(jià)x1.219×1.05,單位+L3,將參數代入計算得到:拉管費用L1=1249.52為元/m。增加費用主要是路面修復費用K3=元/m、井坑費用L2=Ⅰ116.4I元/m、基坑回填費用101第28卷第2Ⅰ期中國給水排水www.watergasheat.cormL3=303.12元/m、路面恢復費用L4=153.60元/m、管,因此,在道路范圍內管道埋深>5m的de630拖道路注漿費用L5=45.71元/m,則總費用函數L=拉管宜改為DN800頂管,當然也必須滿(mǎn)足流速等設2868.36≈2868.4元/m計條件要求。4費用函數的分析研究5改進(jìn)型優(yōu)化設計系統的開(kāi)發(fā)4.1施工工藝的選擇傳統的優(yōu)化設計程序大部分是采用 fortran77或以de50管為例,對道路范圍和綠化范圍內管VB進(jìn)行編寫(xiě)的單機程序,現已遠遠不能滿(mǎn)足信息化道放坡開(kāi)挖、支護開(kāi)挖和非開(kāi)挖施工(拉管、頂管)社會(huì )發(fā)展的需求,本次改進(jìn)的優(yōu)化設計系統采用B作費用函數曲線(xiàn),進(jìn)行經(jīng)濟比較,如圖1和2所示。S構架,即瀏覽器/服務(wù)器結構,其優(yōu)點(diǎn)是:在任何時(shí)可知,在道路范圍內采用非開(kāi)挖施工(拉管、頂管)間、任何地點(diǎn)、任何系統上都可以訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)化設計系的經(jīng)濟性最優(yōu),綠化范圍內采用放坡開(kāi)挖施工的經(jīng)統,共享性較強,避免單機程序的限制性;簡(jiǎn)化了客濟性最優(yōu),而攴護開(kāi)挖施工無(wú)論在道路范圍還是在戶(hù)端,所有的工作都集中在服務(wù)器端,方便了優(yōu)化設綠化范圍均不經(jīng)濟。計系統的開(kāi)發(fā)、維護和升級。在前臺采用 EXT IS來(lái)開(kāi)發(fā)具有炫麗外觀(guān)的優(yōu)化設計富客戶(hù)端Ajax應用(RIA), EXT JS是一種用 Javascript編寫(xiě)的功能強大3.0的Ajax框架,編程思想是基于面向對象編程,特別放坡開(kāi)挖支護開(kāi)挖是其強大的表格功能能較好地適用于優(yōu)化設計系統拉管的表格計算和體現4;在后臺則采用ASP.NET2.01.005和數據庫來(lái)實(shí)現數據的交互和存儲(21。686結論平均埋深/m改進(jìn)型的優(yōu)化設計方法和費用函數比較適合太圖1de500管道路內拉管和開(kāi)挖施工經(jīng)濟對比湖地區的實(shí)際情況,改善了傳統優(yōu)化設計方法存在Fig 1 Cost comparison between trenchless construction的弊端,在實(shí)際工程設計中取得了較好的指導作用,and excavation construction in road with pipe de500具有較高的經(jīng)濟效益。道路范圍內拉管施工雖然經(jīng)9000放坡開(kāi)挖濟,但拉管施工對施工要求較高,工程質(zhì)量也缺少完8000支護開(kāi)挖善的監控手段,在實(shí)際應用時(shí)需考慮本地區施工單7000拉管6000位的施工水平。另外,研究中涉及的施工工藝和費5000用函數僅針對太湖地區,其他地區的費用函數應根據當地的實(shí)際情況重新推導1000參考文獻:5L1伊學(xué)農,任群,王國華,等.給水排水管網(wǎng)工程設計優(yōu)平均埋深m化與運行管理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007圖2de500管綠化內拉管和開(kāi)挖施工經(jīng)濟對比[2]董穎,吳喜軍、排水管道費用函數研究[J]·市政技Fig2 Cost comparison between trenchless construction and術(shù),2008,26(5):407-409excavation construction in greening areas with pipe de500[3]唐中良.排水管道造價(jià)指標的費用函數分析[J].中4.2d630拖拉管和DN800頂管的經(jīng)濟比較國市政上程,2006,(1):42-43,47道路范圍內對de630拖拉管和DN800頂管作「4;徐會(huì )生,何啟偉,康愛(ài)媛.深入淺出ExtS[M].北京人民郵電出版社,2009費用函數曲線(xiàn)結果表明,埋深>5m時(shí),de630拖拉管和DN800頂管的費用基本接近,而DN800頂管在E-mail:huangtianyinl11@sohu.com施工質(zhì)量和管道輸水能力方面都優(yōu)于de630拖拉收稿日期:2012-04-0102