第28卷第21期中國(guó)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(shè)計(jì)研究陸國(guó)鋒,李繼松,方燕!,黃天寅2(1.蘇州聯(lián)創(chuàng)工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司,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(duì)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(fèi)用的主妥因素,歸納得出污水管道工程費(fèi)用的構(gòu)成,從而推導(dǎo)出各個(gè)施工工藝的費(fèi)用函數(shù)組成,并成功解決了傳統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)仳設(shè)計(jì)方法存在的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上編制了一套污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序系統(tǒng),基于瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu),方便了優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和升級(jí)。將該系統(tǒng)應(yīng)用于蘇南某市的污水管網(wǎng)設(shè)計(jì),較好地達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求,具有較高的應(yīng)用價(jià)值關(guān)鍵詞:污水管道;優(yōu)化設(shè)計(jì);費(fèi)用函數(shù)中圖分類(lèi)號(hào):X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C文章編號(hào):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(lán)藻事件”發(fā)生后,江蘇省提來(lái)越大。而采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行污水管道的設(shè)計(jì)出了太湖治理的階段性目標(biāo)。為改善太湖流域水環(huán)一般能節(jié)省投資5%~15‰左右,由此將帶來(lái)可觀境質(zhì)量,進(jìn)步加大水污染治理力度,全面完成“十的經(jīng)濟(jì)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(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法存在的問(wèn)題平,促進(jìn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,將大力推進(jìn)鎮(zhèn)村在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中引入傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法污水處理項(xiàng)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(xiàng)目:江蘇省科技支撐計(jì)劃(社會(huì)發(fā)展)項(xiàng)目(BE2009607)第28卷第21期中國(guó)給水排水www.watergasheat.ce①傳統(tǒng)的排水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)僅考慮了開(kāi)挖回復(fù),拉管、頂管施工僅需對(duì)控制井和工作坑影響范圍填施工的費(fèi)用函數(shù),而關(guān)于拖拉管和頂管的費(fèi)用函的路面進(jìn)行恢復(fù)?；靥詈吐访婊謴?fù)對(duì)工程造價(jià)的影數(shù)還鮮有實(shí)例推導(dǎo),開(kāi)挖、拉管和頂管這三種施工工響較大。藝的經(jīng)濟(jì)對(duì)比和適用條件不得而知,因此需要推導(dǎo)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(fèi)用函數(shù)。況的不同,溝槽或基坑需采用不同的人工降低地下傳統(tǒng)的開(kāi)挖施的費(fèi)用函數(shù)為埋深H和水位的預(yù)降水方法。太湖地區(qū)采用的措施主要是輕管徑D的二變量函數(shù),但在太湖地區(qū),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(hù),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(duì)開(kāi)挖回填的工程量和路面恢復(fù)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(dǎo)出開(kāi)挖施工的埋深H、管徑⑥溝槽支護(hù)。溝槽支撐所采用的形式同樣跟D、溝槽邊坡坡度三變量費(fèi)用函數(shù)管道埋深有關(guān),太湖地區(qū)主要采用鋼板樁支護(hù)。鋼③傳統(tǒng)的污水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中采用的費(fèi)板樁支護(hù)主要分為槽鋼密排支護(hù)(68m)和拉森鋼用函數(shù)未考慮路面恢復(fù)、溝槽回填材料、人工降低地板樁支護(hù)(9、12m)。槽鋼支護(hù)主要用于4-5m以下水位措施對(duì)工程費(fèi)用的影響,因此必須完善細(xì)化下的溝槽支護(hù),拉森鋼板樁主要用于6m以下的溝費(fèi)用函數(shù)內(nèi)容。槽支護(hù)。④傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中管道費(fèi)用函數(shù)為固3污水管道費(fèi)用函數(shù)定函數(shù),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(fèi)用組成化較大,因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中需增加調(diào)整費(fèi)用函綜合上述分析可知,開(kāi)槽施工的基本費(fèi)用包括數(shù)的功能。溝槽挖土、管道砂基礎(chǔ)、管道鋪設(shè)和閉水試驗(yàn)、檢査2影響污水管道工程費(fèi)用的主要因素井、溝槽回填、溝槽排水、腳于架;增加費(fèi)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(fù)、井點(diǎn)降水、溝槽支護(hù)。拖拉施工的基本費(fèi)用程23,得出影響管道工程費(fèi)用的主要因素如下包括:基坑機(jī)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(duì)管混凝土包封、閉水試驗(yàn)、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(qū),開(kāi)水、腳手架;增加費(fèi)用包括:路面恢復(fù)、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(hù)。頂管施工的基本費(fèi)用包括:基坑機(jī)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(yàn)、檢查材,最大管徑規(guī)格為de630,管道埋深必須滿足覆土井、基坑回填、基坑排水、腳手架;增加費(fèi)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(fù)、管井降水、注漿、基坑支護(hù)。鋼管等抗壓管材,最小管徑規(guī)格為DN800,管道埋深3.2費(fèi)用函數(shù)的推導(dǎo)方法必須滿足覆土2m以上。針對(duì)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(fèi)用進(jìn)行測(cè)算,再分類(lèi)列出結(jié)果,然后的開(kāi)挖回填量、管材的規(guī)格等級(jí)要求、支護(hù)的形式及通過(guò)相關(guān)非線性曲線擬合軟件,采用曲線擬合法或工程量、人工降低地下水位措施方法及路面恢復(fù)工遺傳算法進(jìn)行費(fèi)用函數(shù)的非線性擬合,得出費(fèi)用函程量,直接影響工程的造價(jià)。數(shù),再與實(shí)際工程費(fèi)用進(jìn)行對(duì)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(fèi)用函數(shù)的施工,因此邊坡坡度主要針對(duì)管道開(kāi)挖施工。邊坡推導(dǎo),拉管施工費(fèi)用函數(shù)主要分控制井、基坑回填和坡度對(duì)溝槽土方開(kāi)挖回填量、路面恢復(fù)工程量有較拉管三大部分,三部分費(fèi)用在不同管徑和埋深條件大影響。下的測(cè)算結(jié)果如表1和2所示。④回填及路面恢復(fù)。原土主要用于綠化范圍表1拉管費(fèi)用測(cè)算結(jié)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(fù)。管道外徑Dmm_3540500630開(kāi)挖施工需對(duì)道路范圍內(nèi)的管道全長(zhǎng)進(jìn)行路面修拉管費(fèi)用/(元·m)4129.5170:41879www.watergasheat.com陸國(guó)鋒,等:污水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究第28卷第21期表2控制井和基坑回填費(fèi)用測(cè)算結(jié)果Tab 2 Cost calculation results of control well and pit backfill管道埋深b/m4.555.5665控制井費(fèi)用/(元·m)1016.91105.81194.61283.51372.42282.42371.22460.1「基坑凹填費(fèi)用/元·m-)14351.56116871.842.0662.1932.319管道埋深H/m7.59.5控制井費(fèi)用/元·m1)254902637.92854.82943.63032.5312143210.3基坑回填費(fèi)用/(元·m2.4452.5722.6982.8242.9513.0773.203根據(jù)上述測(cè)算費(fèi)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(fèi)用函數(shù)。根據(jù)蘇南某市的4項(xiàng)實(shí)際污水管道工程,通過(guò)拖拉管費(fèi)用函數(shù)費(fèi)用函數(shù)估算工程費(fèi)用,并與預(yù)算費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比,如包括基本費(fèi)用和增加費(fèi)用?；举M(fèi)用又分為拉表3所示?？梢园l(fā)現(xiàn),因支管設(shè)置數(shù)量及位置、支管管井坑、基坑回填等3項(xiàng)費(fèi)用,其中,拉管費(fèi)用L1長(zhǎng)度、檢查井間距等具體設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的差異,會(huì)使預(yù)算16046.448+42384.464×10-3D-30459.733費(fèi)用和函數(shù)估算費(fèi)用有所偏差,但函數(shù)估算費(fèi)用基×10-0D2+2086294.963/D,單位為元/m;井坑費(fèi)本能符合污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)濟(jì)比較的要求。用L2=(540.418+2840.673×10-H表3函數(shù)估算費(fèi)用與預(yù)算費(fèi)用的對(duì)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(fèi)用L3=(0.677+函數(shù)付算頇算費(fèi)用項(xiàng)目工程概況費(fèi)用/元/(元·備注0.253H)×材料單價(jià),單位為元/m。增加費(fèi)用包括路面修復(fù)和注漿兩項(xiàng)費(fèi)用,其中,路面修復(fù)費(fèi)用l4盧葦蕩路/e00綠化內(nèi),H=2.5m2138021.6拖拉°=153.594元/m,注漿費(fèi)用L5=(0.001D)2x(105.112+51.60lH),單位為元/m。公路040.綠化內(nèi),H=4.0m1249.9242.7拖拉③頂管費(fèi)用函數(shù)中環(huán)路dc400,綠化內(nèi),H=28m2210.82217.4施拉管包括基本費(fèi)用和增加費(fèi)用?；举M(fèi)用又分為頂辛滃路d400路內(nèi),H=3.5m286.429675拖拉管管、頂坑、接受坑等3項(xiàng)費(fèi)用,其中,頂管費(fèi)用D1=3.3費(fèi)用函數(shù)及其應(yīng)用D/(2,292-1.358×10-3D)+1506.693,單位為通過(guò)數(shù)學(xué)擬合,得到蘇南某市不同施工方法的元/m;頂坑費(fèi)用D2=14.4+2.6H,單位為萬(wàn)元/座;分項(xiàng)費(fèi)用函數(shù)如下接受坑費(fèi)用D3=1+1.5H,單位為萬(wàn)元/座。增加費(fèi)①開(kāi)槽埋管費(fèi)用函數(shù)用主要是路面修復(fù)費(fèi)用D4=9752元/座包括基本費(fèi)用和增加費(fèi)用?；举M(fèi)用又分為④專業(yè)措施費(fèi)用函數(shù)PVC-U平壁(不含回填)或HDPE雙壁(不含回主要是增加費(fèi)用,包括槽鋼支護(hù)或拉森樁支護(hù)、填)、溝槽回填等2項(xiàng)費(fèi)用。其中,PVC-U平壁(不輕型井點(diǎn)降水或管井降水等2項(xiàng)費(fèi)用,其中,槽鋼支含回填)費(fèi)用K1=-631.682+1.733D$+護(hù)費(fèi)用C1=2329.8元/m;拉森樁支護(hù)費(fèi)用C1=309.496”3+32.705H23+3.920D0305×102×6989.4元/m;輕型井點(diǎn)降水費(fèi)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(fèi)用C2=13767元/座。226.211+0.008D8+202.16218+5.393H2例如,對(duì)于表3中辛滃路的函數(shù)估算費(fèi)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(nèi)則需考慮路面恢(-0.5-0.45/-0.0015D+H+0.001H×D+復(fù),注漿,無(wú)降水支護(hù)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(fèi)用函數(shù)L=L1+l2+L3+L4000003×X1)×材料單價(jià)x1.219×1.05,單位+L3,將參數(shù)代入計(jì)算得到:拉管費(fèi)用L1=1249.52為元/m。增加費(fèi)用主要是路面修復(fù)費(fèi)用K3=元/m、井坑費(fèi)用L2=Ⅰ116.4I元/m、基坑回填費(fèi)用101第28卷第2Ⅰ期中國(guó)給水排水www.watergasheat.cormL3=303.12元/m、路面恢復(fù)費(fèi)用L4=153.60元/m、管,因此,在道路范圍內(nèi)管道埋深>5m的de630拖道路注漿費(fèi)用L5=45.71元/m,則總費(fèi)用函數(shù)L=拉管宜改為DN800頂管,當(dāng)然也必須滿足流速等設(shè)2868.36≈2868.4元/m計(jì)條件要求。4費(fèi)用函數(shù)的分析研究5改進(jìn)型優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)4.1施工工藝的選擇傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序大部分是采用 fortran77或以de50管為例,對(duì)道路范圍和綠化范圍內(nèi)管VB進(jìn)行編寫(xiě)的單機(jī)程序,現(xiàn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足信息化道放坡開(kāi)挖、支護(hù)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(shè)計(jì)系統(tǒng)采用B作費(fèi)用函數(shù)曲線,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較,如圖1和2所示。S構(gòu)架,即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu),其優(yōu)點(diǎn)是:在任何時(shí)可知,在道路范圍內(nèi)采用非開(kāi)挖施工(拉管、頂管)間、任何地點(diǎn)、任何系統(tǒng)上都可以訪問(wèn)優(yōu)化設(shè)計(jì)系的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu),綠化范圍內(nèi)采用放坡開(kāi)挖施工的經(jīng)統(tǒng),共享性較強(qiáng),避免單機(jī)程序的限制性;簡(jiǎn)化了客濟(jì)性最優(yōu),而攴護(hù)開(kāi)挖施工無(wú)論在道路范圍還是在戶端,所有的工作都集中在服務(wù)器端,方便了優(yōu)化設(shè)綠化范圍均不經(jīng)濟(jì)。計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和升級(jí)。在前臺(tái)采用 EXT IS來(lái)開(kāi)發(fā)具有炫麗外觀的優(yōu)化設(shè)計(jì)富客戶端Ajax應(yīng)用(RIA), EXT JS是一種用 Javascript編寫(xiě)的功能強(qiáng)大3.0的Ajax框架,編程思想是基于面向?qū)ο缶幊?特別放坡開(kāi)挖支護(hù)開(kāi)挖是其強(qiáng)大的表格功能能較好地適用于優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)拉管的表格計(jì)算和體現(xiàn)4;在后臺(tái)則采用ASP.NET2.01.005和數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互和存儲(chǔ)(21。686結(jié)論平均埋深/m改進(jìn)型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和費(fèi)用函數(shù)比較適合太圖1de500管道路內(nèi)拉管和開(kāi)挖施工經(jīng)濟(jì)對(duì)比湖地區(qū)的實(shí)際情況,改善了傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法存在Fig 1 Cost comparison between trenchless construction的弊端,在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中取得了較好的指導(dǎo)作用,and excavation construction in road with pipe de500具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。道路范圍內(nèi)拉管施工雖然經(jīng)9000放坡開(kāi)挖濟(jì),但拉管施工對(duì)施工要求較高,工程質(zhì)量也缺少完8000支護(hù)開(kāi)挖善的監(jiān)控手段,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需考慮本地區(qū)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(fèi)5000用函數(shù)僅針對(duì)太湖地區(qū),其他地區(qū)的費(fèi)用函數(shù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況重新推導(dǎo)1000參考文獻(xiàn):5L1伊學(xué)農(nóng),任群,王國(guó)華,等.給水排水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)優(yōu)平均埋深m化與運(yùn)行管理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007圖2de500管綠化內(nèi)拉管和開(kāi)挖施工經(jīng)濟(jì)對(duì)比[2]董穎,吳喜軍、排水管道費(fèi)用函數(shù)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(biāo)的費(fèi)用函數(shù)分析[J].中4.2d630拖拉管和DN800頂管的經(jīng)濟(jì)比較國(guó)市政上程,2006,(1):42-43,47道路范圍內(nèi)對(duì)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(fèi)用函數(shù)曲線結(jié)果表明,埋深>5m時(shí),de630拖拉管和DN800頂管的費(fèi)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