摘 要：本文基于筆者多年從事建筑排水系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)工作經(jīng)驗，以建筑排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計為研究對象，論文首先分析了研究背景與意義，進而探討了排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的特點，在此基礎(chǔ)上，詳細闡述了排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的思路和方法，全文是筆者長期工作實踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：建筑排水系統(tǒng) 優(yōu)化設(shè)計 雨水系統(tǒng) 污水系統(tǒng)

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0096-02

1 研究背景與意義

建筑排水發(fā)展至今，業(yè)內(nèi)研究其設(shè)計理論及優(yōu)化設(shè)計的文獻不多，從設(shè)計角度而言，有必要總結(jié)及研究建筑排水工程優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)問題。建筑排水設(shè)計從實質(zhì)上說，是一種系統(tǒng)設(shè)計，有必要以系統(tǒng)工程的原理為基礎(chǔ)，對其優(yōu)化設(shè)計進行深入研究。

系統(tǒng)工程作為一門獨立學(xué)科，應(yīng)用日趨廣泛，最著名的應(yīng)用是美國的曼哈頓計劃（原子彈研制）和阿波羅登月計劃。從二戰(zhàn)末期至今，其理論及實踐逐漸完善，形成許多分支，如經(jīng)營管理系統(tǒng)工程、后勤系統(tǒng)工程、行政系統(tǒng)工程、科研系統(tǒng)工程、環(huán)境系統(tǒng)工程、軍事系統(tǒng)工程等。

系統(tǒng)工程是實現(xiàn)最優(yōu)化的科學(xué)。用定量和定性相結(jié)合的系統(tǒng)思想和方法處理大型復(fù)雜系統(tǒng)的問題，無論是系統(tǒng)的設(shè)計或組織建立，還是系統(tǒng)的經(jīng)營管理，都可以統(tǒng)一的看成是一類工程實踐，統(tǒng)稱為系統(tǒng)工程。系統(tǒng)工程是一門特殊的工程。一般的工程學(xué)，諸如建筑工程、機械工程、電子工程等都有其特定的工程物質(zhì)為研究對象，而系統(tǒng)工程的對象，則不限定于某種特定的工程物質(zhì)對象，不僅如此，它還包括自然系統(tǒng)、社會經(jīng)濟、經(jīng)營管理系統(tǒng)等非物質(zhì)系統(tǒng)。鑒于系統(tǒng)工程處理的對象主要是信息，國外有學(xué)者將其視為一門“軟科學(xué)”。

在建筑排水設(shè)計、施工、運行和管理過程中，從業(yè)者總會希望盡量將工作做到最好，獲得好的社會與經(jīng)濟效益。但最終出來的結(jié)果并不是都很理想，有的很好，有的很差，甚至有時結(jié)果與人們所預(yù)想相去甚遠。造成此種差別的原因有很多，關(guān)鍵的一點是從業(yè)者的經(jīng)驗以及對優(yōu)化方法的掌握程度。

從業(yè)者的經(jīng)驗是實現(xiàn)工作效果優(yōu)化的重要知識來源，也是實現(xiàn)工作優(yōu)化的重要方法，但個人的經(jīng)驗是有限的，遇到復(fù)雜的、綜合性的問題時，僅僅依靠以往的知識和經(jīng)驗，難免考慮不周，存在局限性，是難于實現(xiàn)工作優(yōu)化的。

社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑行業(yè)的快速發(fā)展，催生了大量大體量、多功能、超高層建筑。這些建筑層數(shù)多、體積大、功能全、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這就對其中的排水設(shè)計提出了越來越高的要求。建筑排水設(shè)計可視作一個系統(tǒng)工程。運用系統(tǒng)工程的理論，找到工程設(shè)計的最優(yōu)方案，則是我們研究的目標。

2 排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的特點

排水工程的最優(yōu)化設(shè)計，是運用系統(tǒng)分析原理和最優(yōu)化技術(shù)設(shè)計出效率高、能耗低、費用少、可靠性適當?shù)呐潘到y(tǒng)，這其中包含兩個方面的優(yōu)化內(nèi)容，一方面是滿意的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，另一方面是滿意的系統(tǒng)參數(shù)。針對系統(tǒng)參數(shù)，目前國內(nèi)已經(jīng)開展了大量的優(yōu)化方法研究，并且在前人研究的基礎(chǔ)上已形成了一定的經(jīng)驗性數(shù)據(jù)，大大簡化設(shè)計過程，減少重復(fù)性勞動。關(guān)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，往往是在理論與實踐知識積累到一定程度后，由經(jīng)驗豐富的工程師們對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行整體把握，分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并給出適應(yīng)新情況的新型系統(tǒng)。

從來不會有相同的兩個項目，每個項目的問題都不會相同，沒有現(xiàn)成的教科書可以教學(xué)，只能從經(jīng)驗中去總結(jié)一般規(guī)律，一般性方法，工程界流傳一句話“越老越值錢”。這值錢的關(guān)鍵就在于經(jīng)驗豐富，針對新項目、新問題，不僅僅只是完成設(shè)計，而是要盡量做到目前技術(shù)水平下方案最合理，即最優(yōu)化。相對常規(guī)設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計具有以下幾大優(yōu)點：（1）找到滿意的參數(shù)與結(jié)構(gòu)，使整體效能最佳，提高系統(tǒng)的效率，或降低投資和運行費用。（2）通過系統(tǒng)過程模擬，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)與結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。（3）較好地實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化運行及管理。（4）不斷尋求更優(yōu)良的系統(tǒng)，促進新系統(tǒng)的形成，為缺乏工程經(jīng)驗的人員作出優(yōu)良工程設(shè)計提供有力的手段。

3 排水系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

3.1 污水排水系統(tǒng)

3.1.1 污水排水系統(tǒng)優(yōu)化目標

室內(nèi)排水系統(tǒng)主要用以排除建筑內(nèi)部糞便污水和洗滌、洗浴廢水，排水立管及橫管的設(shè)計要求保證正常使用下能夠順暢排水，并防止衛(wèi)生器具水封受到破壞而散發(fā)臭氣，影響室內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生。建筑物內(nèi)排水設(shè)施的設(shè)計和安裝的質(zhì)量會對用戶的日常生活造成很大的影響，尤其是排水設(shè)計，像噪音問題、有害氣體從排水管進入室內(nèi)、排水不暢等問題。在建筑排水系統(tǒng)設(shè)計中，如何做到將上述問題的影響減到最小，維護室內(nèi)衛(wèi)生，防止污染，使排水管道系統(tǒng)內(nèi)氣壓穩(wěn)定，保護水封不被破壞，維修方便，工程造價低，是排水系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化目標。

3.1.2 污水排水系統(tǒng)分析

室內(nèi)生活排水系統(tǒng)分為污、廢分流制以及污、廢合流制。建筑物內(nèi)排水系統(tǒng)采用何種排水形式，應(yīng)根據(jù)所在城市室外排水制度、市政主管部門的要求及是否有利于綜合利用與處理要求來確定。如北京市、深圳市等建筑物的排水系統(tǒng)采用的是合流制（建筑物采用中水系統(tǒng)除外），而大連市建筑物的排水系統(tǒng)則采用分流制，生活廢水在化糞池后與糞便污水合并排入城市污水管網(wǎng)?！八?guī)”第4.1.2條規(guī)定：建筑物內(nèi)下列情況宜采用生活污水與生活廢水分流的排水系統(tǒng)：（1）建筑物使用性質(zhì)對衛(wèi)生標準要求較高時。（2）生活污水需經(jīng)化糞池處理后才能排入市政管道時。（3）生活廢水需回收利用時。從提高建筑物的衛(wèi)生標準來講，污、廢分流更合理，它可以減小化糞池的容積，提高化糞池的污水處理效果。但這樣會增加室內(nèi)的排水立管以及室外檢查井的數(shù)量。

現(xiàn)各大城市均設(shè)有污水處理廠，針對有污水處理廠的情況下，是否需要設(shè)置化糞池，應(yīng)具體情況具體分析對待。有城市污水處理廠還要設(shè)化糞池的目的是由于城市的快速發(fā)展，污水處理廠的建設(shè)不能適應(yīng)城市建設(shè)的要求，污水處理構(gòu)筑物處于超負荷的運轉(zhuǎn)，為減輕污水處理廠的負擔(dān)而設(shè)置化糞池。但有的地方出現(xiàn)過這樣的情況，因建筑單體或小區(qū)均設(shè)有化糞池，生活污水經(jīng)化糞池處理排入市政管網(wǎng)后再進入污水處理廠進行處理，結(jié)果出現(xiàn)污水處理廠的反應(yīng)池內(nèi)微生物養(yǎng)料不夠，使污泥難以成熟，需要往里面投加糞便的情況。對于化糞池的設(shè)置，仍然存在一些需要探討的地方。

總之，選用何種排水系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)排水性質(zhì)、排水污染程度，結(jié)合室外排水體制和有利于綜合利用與處理的要求確定。

3.1.3 優(yōu)化設(shè)計要點

解決排水系統(tǒng)問題，優(yōu)化排水系統(tǒng)設(shè)計方案，可以采取的方法、手段很多，這其中有兩個方面需要特別注意。

（1）通氣管的設(shè)置：通氣技術(shù)的主要目的是提供排水中氣體的散逸，達到透氣的作用，防止排水系統(tǒng)中出現(xiàn)水封的負壓虹吸及正壓噴濺現(xiàn)象，確?？諝獾难h(huán)，保持排水通暢、安靜。建筑排水系統(tǒng)可根據(jù)通氣方式分為伸頂通氣排水系統(tǒng)、雙立管排水系統(tǒng)、環(huán)形通氣排水系統(tǒng)和器具通氣排水系統(tǒng)四種。通常情況優(yōu)先采用雙立管排水系統(tǒng)，即設(shè)置專用通氣立管。專用通氣立管有效增加立管的排水能力，平衡立管內(nèi)的正負氣壓，減少氣塞現(xiàn)象，從而降低噪聲。設(shè)置何種通氣管，具體怎么設(shè)置，“水規(guī)”中有作為單獨的一節(jié)進行說明，可見通氣立管的設(shè)置正確與否直接影響到整個排水系統(tǒng)能否正常使用。

（2）排水管材：近年來，塑料管以其價格低、重量輕、安裝方便、水流阻力小等優(yōu)點在室內(nèi)排水工程種得到廣泛應(yīng)用，已逐漸取代了傳統(tǒng)排水鑄鐵管，但塑料管水流噪聲大（比排水鑄鐵管高約10dB），易老化。在環(huán)境要求較高，對噪聲有嚴格限制的場所，則應(yīng)采用柔性接口離心鑄造的排水鑄鐵管，或者選用噪聲小的塑料管，如U-PVC 螺旋管等。當然不同管材價格會有差異，可以根據(jù)建筑物功能以及檔次，對噪音的限制程度等來綜合確定。

3.2 雨水系統(tǒng)（如圖1）

3.2.1 雨水排放系統(tǒng)的分析

雨水排放方案的確定，首先要以安全目標為依據(jù)，做到一般暴雨不積水，特大暴雨、歷史上罕見的大暴雨，即使積水，也要在最短時間內(nèi)退水。除了將雨水及時排放之外，現(xiàn)在越來越多的考慮將雨水進行滯留、儲蓄并加以回用，將雨水綜合利用起來，以創(chuàng)造資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、雨水的綜合利用問題越來近年來雨水的綜合利用越來越受到重視，特別是隨著綠色建筑的發(fā)展，作為完成綠色建筑評價指標的一項重要措施，雨水綜合利用的研究在國內(nèi)已經(jīng)開展。

在實際設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)建筑物的類型、建筑結(jié)構(gòu)形式、屋面面積大小、當?shù)貧夂驐l件及生產(chǎn)生活的要求，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較來選擇排除方式。但是，隨著現(xiàn)代建筑日新月異的發(fā)展，建筑屋面形式多樣化，隨之也帶來了屋面雨水排水系統(tǒng)設(shè)計的問題。

（1）雨水排放系統(tǒng)的劃分。

雨水排放系統(tǒng)按照設(shè)計流態(tài)來分，分為重力流雨水系統(tǒng)和壓力流（虹吸式）雨水排放系統(tǒng)。

重力流雨水系統(tǒng)是國內(nèi)工程實踐中通常采用的傳統(tǒng)排水系統(tǒng)，使用65型、87型雨水斗，流態(tài)為半有壓流。但重力流雨水系統(tǒng)在設(shè)計過程中存在一定的局限性，如懸吊管安裝要有一定的坡度、宜單斗單排、需要設(shè)置檢查口等，往往需要設(shè)置較多的雨水斗、較多的雨水立管及雨水出戶管，從而也出現(xiàn)較多的雨水檢查井及埋地雨水管道，因此為了達到設(shè)計效果可能會浪費寶貴的建筑面積和建筑空間。

虹吸雨水系統(tǒng)是近些年發(fā)展起來的新型雨水排放系統(tǒng)。這種系統(tǒng)設(shè)計建立在精確的計算模型基礎(chǔ)上，突出的優(yōu)勢為流速高、管徑小，適合于對排水懸吊管、立管和出戶管管徑、數(shù)量有所限制的情況。在屋面形式方面，與重力系統(tǒng)相比，對于大面積平屋面且對建筑內(nèi)部空間要求嚴格的場所，虹吸系統(tǒng)自身所要求的較小管道坡度恰好能與建筑功能要求取得一致。正因為虹吸雨水系統(tǒng)具有上述特點，現(xiàn)主要應(yīng)用于大型屋面雨水排水，如機場、大型工業(yè)廠房及倉庫、體育館、會展中心、大型超級市場等。

（2）新型雨水排放系統(tǒng)。

近幾年，國內(nèi)城市一遇暴雨，就陷入城市內(nèi)澇的困境，有的城市被戲稱為“東方威尼斯”。每年的春夏兩季，各地進入汛期，一場暴雨就可以使整個城市陷入癱瘓，雖然采取了多項治理措施，先后投入大量資金進行治理河道、修建和改建排水設(shè)施，但城市內(nèi)澇狀況并沒有得到太大的改善，在部分低洼地區(qū)經(jīng)改造后得到改善的同時又有許多新的積水點出現(xiàn)。造成城市雨水內(nèi)澇的原因很多，從生態(tài)學(xué)系統(tǒng)整體性原理來看，城市水環(huán)境系統(tǒng)是由自然循環(huán)系統(tǒng)和人工循環(huán)利用系統(tǒng)所組成。其中，城市人工循環(huán)利用系統(tǒng)由城市系統(tǒng)、排水和水處理系統(tǒng)組成。人類活動，不斷地擴大其干預(yù)自然循環(huán)系統(tǒng)的范圍，卻忽視了對整個城市水環(huán)境系統(tǒng)的影響。針對這些情況，很多國家都從完善城市水文生態(tài)系統(tǒng)的新理論入手，積極探討新的城市暴雨管理系統(tǒng)，并取得成熟的經(jīng)驗。

目前許多發(fā)達國家從雨水的地下滲透與滯留、貯存、凈化處理與中水利用入手，積極探索新型的排水系統(tǒng)。雨水排放系統(tǒng)已由傳統(tǒng)的雨水初期棄流、單獨排放轉(zhuǎn)變?yōu)橐詽B為主，貯蓄排相結(jié)合的排放系統(tǒng)；以儲為主，滲排相結(jié)合的排水系統(tǒng)以及其他形式的排水方式。中國作為一個發(fā)展中國家，城市內(nèi)澇狀況頻發(fā)，雨水排放問題早已引起社會各界的高度關(guān)注，國內(nèi)也已經(jīng)開始雨水生態(tài)化處理的道路探索。近年來，雨水入滲及調(diào)蓄系統(tǒng)得到越來越多的運用，一些具有前瞻性的城市管理政策已經(jīng)或正在制訂，包括鼓勵采用雨水入滲及調(diào)蓄系統(tǒng)，倡導(dǎo)低影響開發(fā)（LID）理念，降低場地雨水徑流系數(shù)等綜合措施，在北京、天津、寧波等地已經(jīng)有一些實施項目，把LID理念與技術(shù)成功應(yīng)用到項目的規(guī)劃設(shè)計中，并取得很好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

所謂低影響開發(fā)（LID），是通過模擬自然水文條件，采用源頭控制理念，采取結(jié)構(gòu)性與非結(jié)構(gòu)性的技術(shù)措施，盡可能維持或恢復(fù)區(qū)域開發(fā)前的水文特征。雨水生態(tài)化處理，采用低影響開發(fā)（LID）理念，設(shè)置雨水入滲及調(diào)蓄系統(tǒng)，通過分散的小規(guī)模措施對雨水徑流進行源頭控制，減少雨水徑流峰值流量和總量，可以采取多種多樣的實現(xiàn)手段，透水材料、滲透排水溝、植物過濾帶、植被淺溝等。露天硬地面如道路、廣場、停車場等盡量鋪設(shè)透水材料，使大氣降水滲入地下，形成含水量較多的土壤層，使徑流量由短期變成長期。道路兩側(cè)設(shè)置滲透排水溝，將部分雨水滲入地下，同時可以過濾掉雨水徑流中的污染物，形成的雨水徑流，采用滲透管，而非采用傳統(tǒng)的雨水管道，盡最大可能將雨水在形成徑流的過程中滲入土壤，這樣可以有效削減暴雨期形成洪峰的頻率和徑流量。綠地及其他植被根系保持水土涵養(yǎng)，大面積的綠化草坪，設(shè)計規(guī)劃為植被過濾帶，建立適當?shù)挠晁芾磔o之以工程滲透技術(shù)，使雨水充分滲入地下，可以有效地去除雨水中的污染物質(zhì)，降低暴雨徑流量。

雨水生態(tài)化處理，一改傳統(tǒng)的盡快將雨水棄流的觀念，采用雨水滲透-排放一體化模式，從整體考慮，結(jié)合低影響開發(fā)（LID）理念及技術(shù)，將雨水的控制及利用貫穿于整個項目的規(guī)劃設(shè)計過程之中。

3.2.2 雨水系統(tǒng)的選擇原則

建筑物雨水系統(tǒng)的選擇原則。

（1）選擇的雨水系統(tǒng)應(yīng)盡量迅速及時、有組織地將屋面雨水排至室外地面或管渠。屋面雨水是指以小于建筑物設(shè)計使用年限為重現(xiàn)期的降雨。（2）屋面雨水排除應(yīng)優(yōu)先選用既安全又經(jīng)濟的雨水系統(tǒng)。安全的含義首先包括：室內(nèi)地面不冒水、屋面溢水現(xiàn)象應(yīng)盡量減少或避免、管道能承受正、負壓的作用，不漏水冒水。經(jīng)濟是指：在滿足安全排水的前提下，系統(tǒng)的工程造價低、投資費用少，少額外占用空間高度；系統(tǒng)的壽命長。在保證安全性和經(jīng)濟性的同時要兼顧施工方便。（3）雨水從屋面溢流口溢流不符合第①條的精神，屬于非正常排水，應(yīng)盡量減少或者避免。

3.2.3 雨水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計要點

新型雨水排水系統(tǒng)在國內(nèi)的實施項目雖然不多，但發(fā)展速度快，發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｋ某晒?yīng)用需要多部門、多專業(yè)的配合，專業(yè)間存在技術(shù)接口問題。作為排水設(shè)計人員，在進行雨水排放系統(tǒng)的設(shè)計時，要改變傳統(tǒng)的盡快將雨水排放的觀念，倡導(dǎo)LID 理念的運用，考慮雨水以滲為主，貯蓄排相結(jié)合的排放系統(tǒng)，或者以儲為主，滲排相結(jié)合的排水系統(tǒng)，雨水滲透-排放一體化，且儲蓄的雨水還可以進行雨水的利用，用以綠化澆灌及車庫的地面沖洗等。

近年來校園及小區(qū)規(guī)劃設(shè)計越來越多，校園或小區(qū)中往往包含大面積的景觀水體。在進行校園或小區(qū)的水系規(guī)劃時，我們可以運用系統(tǒng)工程的整體性思維，進行水環(huán)境綜合考慮，通過將片區(qū)內(nèi)污水排放系統(tǒng)、雨水排放系統(tǒng)、中水系統(tǒng)與景觀水體進行整合，將校園或小區(qū)內(nèi)水環(huán)境的人工循環(huán)系統(tǒng)與自然循環(huán)系統(tǒng)結(jié)合起來，實現(xiàn)校園或小區(qū)“零排放”的概念，減少對外界環(huán)境的影響。這可以作為片區(qū)水系規(guī)劃的一個優(yōu)化目標。

4 結(jié)論

本文主要研究關(guān)于建筑排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。首先，研究其設(shè)計理論，總結(jié)了優(yōu)化設(shè)計的指導(dǎo)思想，評價指標以及優(yōu)化程序；其次，從系統(tǒng)工程可靠性角度出發(fā)，通過分析系統(tǒng)可靠性，指出了關(guān)于提高建筑排水系統(tǒng)可靠性的方法及途徑；接著，從設(shè)計者角度出發(fā)，依照設(shè)計開發(fā)流程，具體介紹建筑排水工程的優(yōu)化設(shè)計，從拿到設(shè)計任務(wù)書，對建筑排水系統(tǒng)環(huán)境分析開始，對其進行系統(tǒng)建構(gòu)工作，總結(jié)了排水的優(yōu)化設(shè)計目標以及優(yōu)化設(shè)計要點。

參考文獻

[1]趙世明，王耀堂，劉振印.廣州亞運城太陽能生活熱水系統(tǒng)的思考[J].科技資訊，2011（10）.

[2]文嘉，于寒，江彥延.淺談建筑的排水設(shè)計問題[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（8）.