王 睿，祁 振，馬 坤

（山東省環(huán)科院環(huán)境工程有限公司，山東 濟南 250013）

污水處理是環(huán)境管理中的一個重要組成部分。隨著我國城市規(guī)模不斷擴大、工業(yè)化水平不斷提高與生產(chǎn)、生活活動日益頻繁，污水量也在不斷加大，污水處理已經(jīng)成為一個大難題。要想有效解決污水處理問題，就需要多建污水處理廠，然而建造地上污水處理廠就需要占用土地資源，這樣不僅會造成土地資源更加緊缺，還會造成地面景觀被破壞等一系列再生性問題。因此必須轉(zhuǎn)換思路，建造全地下式污水處理廠[1]。下面結(jié)合實際情況，對全地下市政污水處理廠的設(shè)計與建造要點作具體分析。

1 全地下市政污水處理廠設(shè)計要點

近年來國家對污水處理工作提出了更高更嚴的要求，就上海市來說，有關(guān)部門要求上海市污水處理率達到90%以上。上海市人口規(guī)模大，各種生產(chǎn)生活活動頻繁，全市污水量非常巨大。目前，上海的污水處理廠已經(jīng)達到處理極限，但仍不能滿足上述污水處理要求。要達到污水處理率超過90%的要求，就必須改換污水處理思路，引進、采用新的污水處理設(shè)施[2]。

其實，不管是大都市上海還是其它地區(qū)，地上空間都是很有限的，土地資源非常寶貴，在地上建造過多的污水處理廠既不美觀又不經(jīng)濟，因此有必要轉(zhuǎn)換思路，思考如何利用地下空間解決污水處理問題。我國曾有一些地區(qū)嘗試過利用地下空間處理污水，但由于地下式項目相對較少，有關(guān)這方面的設(shè)計與建造經(jīng)驗相對匱乏。從調(diào)查數(shù)據(jù)來看，我國現(xiàn)有的全地下式污水處理廠多屬于二類三級工程，建筑面積在2 600～3 600 m2，日處理量100 000～200 000 m3，無論是在廠房規(guī)模、廠房結(jié)構(gòu)還是在污水處理能力方面都還有很大的完善與提升空間[3]。

從我國現(xiàn)有全地下式污水處理廠的設(shè)計經(jīng)驗、設(shè)計缺陷基礎(chǔ)上，結(jié)合當前污水處理需求，關(guān)于全地下式污水處理廠的設(shè)計，有以下幾個要點需要注意：

一是注意空間利用率，污水處理廠的結(jié)構(gòu)盡量科學緊湊，建筑空間規(guī)劃合理；二是注意做好地下污水處理廠的防火設(shè)施，從建材、功能區(qū)布置及消防器材應用等方面入手，提高整個廠房的防火防爆性能，確保污水處理廠安全；三是貫穿于污水處理廠的管道必須性能優(yōu)良、無質(zhì)量安全隱患，管道鋪設(shè)路線科學合理，廠內(nèi)要杜絕管道相互碰撞、相互交叉等問題；四是做好地下防水設(shè)施的設(shè)計，做好防止?jié)B漏方面的工作。

2 全地下式市政污水處理廠設(shè)計實例

在這個實例中，某地區(qū)污水量大，現(xiàn)有的地上污水處理系統(tǒng)無法滿足污水處理需求，因此擬建造全地下式污水處理廠。該區(qū)擬建的全地下式污水處理廠總面積為120 km2，這個全地下式污水處理廠項目與城市中心相距較遠，與城市邊緣居民住宅相距較近。經(jīng)過綜合全面的分析對比，得出的結(jié)論是，建造全地下式污水處理廠具有以下優(yōu)點：項目遠離城市中心，同時利用的是地下空間，所以不會對市容市貌產(chǎn)生過大影響，有利于城市地面景觀的保持；項目建在地下，不會對地面交通產(chǎn)生過大影響，有利于城市交通系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)；地下污水處理廠在建造過程中不會對現(xiàn)有的綠色用地造成破壞，在運輸建材及管道等設(shè)施時不會對周邊交通、環(huán)境產(chǎn)生大的影響；建造過程中可將地下污水處理設(shè)施與地面水管體系、建筑設(shè)施及公共綠地等結(jié)合使用[4]。

2.1 全地下式市政污水處理廠項目設(shè)計需要考慮的問題

2.1.1 溢流問題

污水溢流會導致周邊環(huán)境二次受污染，也會造成污水處理成本增加。為防止出現(xiàn)，給整個廠房額外增加了容積為160 000 m3的系統(tǒng)蓄水池。

2.1.2 排污標準問題

全地下式污水處理廠房排污標準必須與當?shù)赜嘘P(guān)部門制定的排污標準一致，出水水質(zhì)需達到一級A類標準，出水的總磷、氨氮等參數(shù)要達到IV級，污泥中含水量不能超過40%。

2.1.3 建筑、設(shè)施等的設(shè)計問題

全地下式污水處理廠與地面污水處理廠有所不同，在設(shè)計時，要根據(jù)地下空間的特征特點與污水處理需求，科學規(guī)劃豎向設(shè)計與平面布置，適當提高規(guī)程規(guī)模與建造標準等，確保項目建成后正常、安全投入使用。

2.1.4 污水處理工藝問題

設(shè)計與選擇污水處理工藝時需從實際情況出發(fā)，先詳細調(diào)查當?shù)氐奈鬯a(chǎn)量、污水來源、污水處理要求與進水水質(zhì)特點等，在此基礎(chǔ)上選擇處理效率高、占地面積小、自動化程度高、運行管理方便的污水處理工藝，以保證最終的處理效果達標。綜合考慮，該污水處理項目選用AA0工藝，整個污水處理流程為：預處理、二級生物處理、混凝沉淀、反硝化過濾、出水檢測、出水排出（如圖1所示）。在該工藝流程中，待處理的污水先進入初沉池進行沉淀，經(jīng)過這一環(huán)節(jié)處理，將污水中部分無機物質(zhì)去除，使污水的SS濃度降低；預處理完成后，污水進入生化池，配合二次沉淀完成生物處理，經(jīng)過處理后有效降低污水的含污量。需要注意的是，生化池的池型設(shè)計需根據(jù)生化池內(nèi)回流點、進水點等個點間的進水比例科學設(shè)計，合理調(diào)整，保證污水處理池的正常使用。污水經(jīng)過生化池和二沉池處理后，再進入反硝化深床濾池進行深度脫氮，最后，利用紫外線進行消毒，切實保證消毒效果[5]。

圖1 污水處理工藝流程圖

3 全地下式市政污水處理廠的設(shè)計難點及技術(shù)措施

3.1 設(shè)計難點

在設(shè)計全地下式市政污水處理廠時，有以下難點：項目內(nèi)進水、出水部件多，設(shè)備選型與布置難度大。設(shè)計時，既要處理好眾多設(shè)施設(shè)備的布置與安裝問題，還要正確處理管線布設(shè)問題，同時要處理好污水處理需求與消防需求之間的關(guān)系問題，必須保證建筑與設(shè)施的安全，并且要保證污水處理廠的污水處理質(zhì)量和效率。全地下式污水處理廠具有內(nèi)部設(shè)備數(shù)量大、類型多，安裝與運作維護要求高等特點。污水處理廠管道布線長，對管材的要求也比較高。在設(shè)計時，要考慮選擇性能質(zhì)量可靠、尺寸規(guī)格合理的管材，從材料品質(zhì)方面為確保整個污水處理廠的正常運行提供保障。全地下式污水處理廠內(nèi)的結(jié)構(gòu)布置也非常重要，進水管道、出水管道、污水運輸管道、消防管等羅列排布，管線結(jié)構(gòu)十分復雜，非常容易出現(xiàn)管線管道交叉敷設(shè)問題。在此情況下，設(shè)計時要盡可能運用BIM等先進技術(shù)做好管道的空間布置，盡可能避免、減少管道交叉，同時在設(shè)計過程中需要進行管道碰撞檢測，及時發(fā)現(xiàn)管道設(shè)計與布置方面的不合理之處并加以調(diào)整，以免在正式施工過程中出現(xiàn)安全問題[6]。

3.2 技術(shù)措施

3.2.1 利用BIM技術(shù)進行三維建模

針對地下式市政污水處理廠設(shè)計過程中的以上難點，設(shè)計時可利用BIM技術(shù)先進行三維建模。傳統(tǒng)的管線綜合設(shè)計缺乏協(xié)調(diào)性，也做不到實時動態(tài)的追蹤與監(jiān)管，在施工過程中容易出現(xiàn)預留孔洞數(shù)量不合理、位置不準確及管線碰撞等問題，導致整體的施工質(zhì)量受到影響。在當前的技術(shù)背景下，可借助BIM技術(shù)建造與實際工程等比例的三維模型，利用三維模型，讓不同專業(yè)的設(shè)計師全面、詳細且直觀清晰地掌握各項建筑信息，及時交流，更好地協(xié)調(diào)溝通，完成設(shè)計；這樣也可以幫施工人員通過模型了解建筑信息，明確建筑施工要求，依托三維模型進行技術(shù)交底，推動各項施工活動更透明、更順利地開展。

在應用BIM技術(shù)建造建筑三維模型時還要明確，構(gòu)建三維模型的主要目的是方便各參建方的信息交流與作業(yè)協(xié)同，方便各項施工與管理活動。因此BIM三維模型的構(gòu)建必須遵循規(guī)范性原則。所謂規(guī)范性，就是格式必須嚴格遵守邏輯規(guī)范。BIM三維模型還要遵循相容性、安全性與并發(fā)性原則。構(gòu)建的三維模型要能夠兼容各專業(yè)所用軟件輸出的數(shù)據(jù)，在構(gòu)建模型時要設(shè)置用戶權(quán)限，對用戶對數(shù)據(jù)庫的操作進行控制，保障各方數(shù)據(jù)的安全。為了讓BIM三維模型更好地為全地下式污水處理廠的設(shè)計與建造活動服務(wù)，構(gòu)建的BIM三維模型還應具有數(shù)據(jù)自動關(guān)聯(lián)性。BIM三維模型的成果，是經(jīng)過多方數(shù)據(jù)的綜合整理及分析得出的，因而BIM三維模型必須能使云平臺上各種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)能夠及時更新。構(gòu)建工程三維模型時，可運用廣聯(lián)達、魯班等專業(yè)軟件與revit，構(gòu)建出工程3D模型，為各項活動提供技術(shù)支持。

3.2.2 運用BIM技術(shù)進行模擬檢查

在設(shè)計過程中，可以運用BIM技術(shù)進行管線碰撞檢查。BIM具有管線碰撞檢查功能，在全地下式污水處理廠的設(shè)計工作中，BIM的管線碰撞檢查功能可以為各項設(shè)計活動帶來很大便利。以前，由于缺少可視化技術(shù)與模擬施工技術(shù)，很多問題只有在施工現(xiàn)場才能被發(fā)現(xiàn)，但是在BIM技術(shù)背景下，設(shè)計人員正式施工前就可以運用技術(shù)進行管線碰撞檢測。工作人員運用BIM構(gòu)建建筑三維模型，同時運用BIM技術(shù)將最終的管線布置結(jié)果提前模擬出來，借助BIM技術(shù)進行事先檢測，提前發(fā)現(xiàn)管線碰撞問題并聯(lián)系設(shè)計部進行調(diào)整修改，盡量避免在施工過程或建筑使用過程中出現(xiàn)問題。

設(shè)計階段充分利用BIM技術(shù)開展施工模擬，在全地下式污水處理廠設(shè)計活動中，設(shè)計人員還可以應用BIM技術(shù)綜合布置管線安裝空間、檢測空間等，對施工過程進行模擬，通過模擬施工提前找到施工方案中的不足并加以調(diào)整修改，有效減少窩工、返工情況，提高項目設(shè)計質(zhì)量和施工效率。設(shè)計過程中，工作人員可通過構(gòu)建4D－BIM平臺將三維信息賦予時間信息、成本信息等，然后依托該模型進行建造，模擬每個施工環(huán)節(jié)，每項施工內(nèi)容及每個施工細節(jié)等，提前掌握全地下式污水處理廠施工過程中可能出現(xiàn)的各種情況，實現(xiàn)對項目的全面把控。利用BIM技術(shù)的可視化功能，設(shè)計人員可以通過用BIM技術(shù)創(chuàng)建工程施工視圖，采用BIM技術(shù)收集各項施工信息，如施工內(nèi)容、施工技術(shù)、工序邏輯關(guān)系等，并對建筑信息數(shù)據(jù)庫進行更新，對BIM模型加以調(diào)整，借助BIM模型全面了解工程情況。

4 結(jié)語

綜上所述，在當前背景下，建造全地下式市政污水處理廠是一項科學、必要的舉措。建造好與應用好全地下式污水處理廠，不僅能高效解決污水處理問題，而且可以節(jié)約地上空間，提高土地資源利用率。由于全地下式污水處理廠在我國還屬于比較新穎的項目，在設(shè)計這類項目時，需要做綜合分析與全面考慮，要根據(jù)相關(guān)要求與實際需要科學開展建筑豎向設(shè)計與橫向布置，做好管道等設(shè)施設(shè)備的布設(shè)與檢測，同時選擇科學先進的污水處理工藝，以保證達到良好的污水處理效果。