【摘要】文章基于城市供水管網(wǎng)更新改造過程中面臨的復雜情況，深入分析了其設計難點及應對策略。詳細分析了設計難點，包括管網(wǎng)布局的復雜性、現(xiàn)有管網(wǎng)運行與改造的協(xié)調(diào)難度、地下空間的有限性、材料老化與新材料適配問題以及成本控制與方案平衡的挑戰(zhàn)。文中還提出了優(yōu)化管網(wǎng)布局、保障供水與施工同步進行、提升地下空間利用效率、應用新型材料和技術(shù)、平衡經(jīng)濟效益與技術(shù)需求的應對策略。研究結(jié)果表明，通過科學設計與合理規(guī)劃，能有效提升供水管網(wǎng)更新改造的效率與安全性。

【關(guān)鍵詞】城市供水；管網(wǎng)更新改造；材料老化

【中圖分類號】TU991.2 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）01-0085-03

0 引言

隨著城市化進程的加速，城市供水管網(wǎng)的老化問題日益嚴重，供水管網(wǎng)更新改造成為城市基礎(chǔ)設施建設的重要任務。供水管網(wǎng)的老化不僅影響供水質(zhì)量，還會導致大規(guī)模的資源浪費及環(huán)境問題。盡管供水管網(wǎng)更新技術(shù)已有所發(fā)展，但設計中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。本文旨在分析城市供水管網(wǎng)更新改造的設計難點，并提出具有針對性的應對策略，以期為后續(xù)相關(guān)工程的實施提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)參考。

1 城市供水管網(wǎng)更新改造的重要意義

許多城市的供水管網(wǎng)由于建設年代久遠，存在管道老化、漏水頻發(fā)、水質(zhì)污染等問題，已無法滿足現(xiàn)代城市的發(fā)展需求[1]。供水管網(wǎng)的老化不僅影響供水可靠性，還可能引發(fā)嚴重的環(huán)境問題和公共安全隱患，甚至可能對城市的正常運轉(zhuǎn)造成嚴重干擾。供水管網(wǎng)更新改造的意義體現(xiàn)在多方面。首先，它能保障城市供水安全，更新改造能顯著提升管網(wǎng)的承載能力和運行效率，確保供水的持續(xù)穩(wěn)定。其次，它有助于節(jié)約水資源，通過更換老舊管道和提升系統(tǒng)的檢測與維護能力，減少漏損和水質(zhì)污染問題。最后，它能提高供水系統(tǒng)的智能化水平，更新改造過程中引入的智能監(jiān)測和控制技術(shù)能有效提升供水管理的科學性和精確性[2]。供水管網(wǎng)的更新改造還能帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進環(huán)保、建筑和智能技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新與應用，推動城市基礎(chǔ)設施建設邁向更高水平。

2 城市供水管網(wǎng)更新改造的設計難點

2.1 管網(wǎng)布局復雜性

城市供水管網(wǎng)的布局通常因歷史積累和城市擴展而呈現(xiàn)多樣化結(jié)構(gòu)，給更新改造帶來了極大的復雜性。首先，不同年代建成的管網(wǎng)系統(tǒng)在設計標準、材料選用、施工方式等方面存在顯著差異，造成了當前管網(wǎng)布局的多樣化。這種多樣化體現(xiàn)在不同區(qū)域的管網(wǎng)深度、走向、直徑和材料的混雜使用上，增加了設計中的不確定性[3]。其次，歷史遺留問題進一步加劇了管網(wǎng)布局的復雜性。許多老舊城市的管網(wǎng)設施早已超過設計壽命，但由于城市擴張和建筑密集，管道的改造和更新變得更加困難。這些歷史遺留問題包括原有管道布局不合理、與其他城市基礎(chǔ)設施交織復雜以及缺乏完整的管網(wǎng)資料等，給更新改造的設計工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。這種布局復雜性直接影響到改造過程中如何有效規(guī)劃和協(xié)調(diào)施工，如何在確保現(xiàn)有供水功能的前提下進行更新，這些問題成為設計人員亟須解決的難題。

2.2 現(xiàn)有管網(wǎng)運行與改造協(xié)調(diào)難度

在城市供水管網(wǎng)的更新改造過程中，維持現(xiàn)有供水管網(wǎng)的正常運行是一項關(guān)鍵的技術(shù)挑戰(zhàn)。供水系統(tǒng)作為城市生活與生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)設施，其運行的連續(xù)性至關(guān)重要，這使得設計師在進行管網(wǎng)更新時，必須確保供水不中斷。由于更新過程中不可避免地需要對現(xiàn)有管道進行拆除、替換或升級，因此在設計階段必須考慮如何在改造期間保證供水連續(xù)性[4]。這不僅需要在技術(shù)上提出合理的過渡方案，還需在管網(wǎng)布局上做出適應性調(diào)整。改造過程中對現(xiàn)有設施的影響與風險也是一大難題。供水管網(wǎng)通常位于城市地下，與其他基礎(chǔ)設施如電纜、排水系統(tǒng)等緊密交織，施工時稍有不慎便會引發(fā)連鎖反應，導致其他基礎(chǔ)設施受損。因此，更新改造設計必須考慮施工對周邊設施的潛在影響，并制定詳細的防護措施。

2.3 地下空間的有限性與施工難度

隨著城市地下空間的利用率不斷提升，導致城市供水管網(wǎng)的更新改造面臨嚴重的空間限制問題。在許多老舊城區(qū)，地下空間已被密集的管線占據(jù)，包括電力、通信、天然氣、排水等多種設施。在設計過程中，必須充分考慮如何在現(xiàn)有空間中合理布局新的供水管道，既要避免與其他管線發(fā)生沖突，又要確保新管道的安裝和后續(xù)維護空間。地下空間的有限性不僅增加了設計的復雜性，也對施工過程提出了更高要求[5]。施工時，狹小的作業(yè)空間、復雜的地下環(huán)境以及對周邊建筑和設施的保護，都極大增加了施工的難度和風險。施工空間的有限性還直接影響到安全保障。由于城市地下環(huán)境復雜，施工時極易發(fā)生地面塌陷、管道破裂等安全事故。因此，在更新改造設計中需充分考慮如何確保施工的安全性。

2.4 材料老化與新材料適配問題

城市供水管網(wǎng)的材料老化問題是影響更新改造設計的重要因素之一。許多城市使用的供水管材，如混凝土管、灰口鑄鐵管等，多數(shù)已使用幾十年，管道材料老化現(xiàn)象嚴重，這直接影響供水系統(tǒng)的安全性和可靠性。老舊管道的材料問題不僅是簡單的更換問題，它涉及如何在設計中選擇合適的新材料替換老舊管道。在這個過程中，設計人員面臨的關(guān)鍵技術(shù)難題是新型材料與現(xiàn)有管網(wǎng)的兼容性問題。新型管材在性能上通常優(yōu)于老舊材料，但由于管網(wǎng)系統(tǒng)的整體性要求，新舊材料的結(jié)合使用必須確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，同時兼顧管網(wǎng)未來維修的便捷性。如何在更新改造設計中合理選擇新材料，并確保其能與現(xiàn)有系統(tǒng)無縫連接，是設計中的技術(shù)要點。

2.5 成本控制與設計方案的平衡

在城市供水管網(wǎng)更新改造設計中，成本控制始終是不可忽視的問題。設計方案需在經(jīng)濟性和技術(shù)性之間達到平衡，既要滿足技術(shù)要求，又不能超出預算限制。供水管網(wǎng)的更新改造是一項龐大的系統(tǒng)工程，涉及材料、施工、維護等多方面的成本投入，因此在設計階段必須對各項成本進行精確評估。設計人員需在保證技術(shù)質(zhì)量的前提下，盡量降低施工成本，這就要求在設計過程中對材料、施工方案、管網(wǎng)布局等進行優(yōu)化。設計方案的經(jīng)濟性還涉及長期維護與短期投入的成本沖突問題。許多城市在進行供水管網(wǎng)更新改造時，通常傾向于選擇短期投入較低的方案，但這種方案可能增加后期維護成本。因此，在設計中需考慮到供水管網(wǎng)的長期使用和維護需求，在短期和長期成本之間找到合理的平衡點，以確保供水系統(tǒng)的可持續(xù)性和經(jīng)濟性。

3 城市供水管網(wǎng)更新改造的應對策略

3.1 優(yōu)化管網(wǎng)布局設計

優(yōu)化管網(wǎng)布局設計是確保城市供水管網(wǎng)更新改造順利實施的重要環(huán)節(jié)。首先，合理規(guī)劃更新改造的優(yōu)先順序是應對管網(wǎng)布局復雜性的關(guān)鍵措施。更新改造過程中，必須根據(jù)管網(wǎng)老化程度、故障頻率、所在區(qū)域的重要性等因素確定優(yōu)先更新的管道區(qū)域和管線段。特別是在老舊城區(qū)，應優(yōu)先改造影響供水安全的關(guān)鍵管道段，以減少管道老化引發(fā)的供水事故。在規(guī)劃布局時，還應考慮未來城市擴展的需求，確保新建和更新的管網(wǎng)能適應未來城市發(fā)展趨勢。其次，引入智能化監(jiān)控技術(shù)進行數(shù)據(jù)支持是優(yōu)化布局設計的重要手段。通過在管網(wǎng)上部署傳感器、流量計等智能監(jiān)控設備，實時采集供水管網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)，掌握管道的壓力、流量和溫度等參數(shù)變化，及時發(fā)現(xiàn)管道中的問題并優(yōu)化改造設計。這種數(shù)據(jù)支持不僅可以幫助設計人員更科學地進行管網(wǎng)更新的規(guī)劃，還能提升管網(wǎng)布局的合理性，確保改造后的管網(wǎng)能有效應對未來的供水需求。

3.2 保障供水與改造施工的同步進行

在城市供水管網(wǎng)更新改造過程中，保障供水與改造施工的同步進行是確保供水不中斷的重要措施。分階段進行管網(wǎng)更新的方案設計是有效應對這一難題的核心策略。在設計方案時，必須充分考慮供水系統(tǒng)的復雜性，并把整個改造過程劃分為多個階段進行施工。每一階段的施工都應確保剩余管道的正常運行，避免大范圍停水現(xiàn)象。通過合理分配施工時間和區(qū)域，可以最大限度地減少施工對供水系統(tǒng)的影響，確保市民的正常用水需求。應急供水保障措施的提前部署也是確保供水與施工同步的重要保障手段。針對改造過程中出現(xiàn)的意外情況，如突發(fā)的管道破裂或供水中斷，必須提前制訂應急供水方案。通過在施工區(qū)域附近設立臨時供水站，或通過臨時管道連接周邊區(qū)域的供水系統(tǒng)，確保在緊急情況下供水不間斷。這種應急措施的提前準備不僅能應對突發(fā)事件，還能為施工團隊提供充足的時間進行改造工作，確保施工質(zhì)量和供水穩(wěn)定性。

3.3 提升地下空間利用效率

城市地下空間的有限性是供水管網(wǎng)更新改造中的一大難題。為此，提升地下空間利用率成為設計過程中必須解決的問題。采用先進的非開挖技術(shù)是解決地下空間有限性問題的關(guān)鍵措施之一。非開挖技術(shù)能在不破壞地表的情況下完成對地下管道的敷設與修復，極大減少了對地面交通、建筑物以及其他地下管線的干擾。這一技術(shù)不僅能有效利用地下空間，還可以減少施工過程中對周邊環(huán)境的影響，提升整體施工效率和安全性。常見的非開挖技術(shù)包括定向鉆進、頂管技術(shù)等，這些技術(shù)在復雜的地下環(huán)境中展現(xiàn)出了優(yōu)異的適應能力。通過精細化管理提高施工效率也是提升地下空間利用率的重要手段。在施工過程中，施工團隊應根據(jù)管網(wǎng)的實際情況制定詳細的施工計劃，并通過精確的測量和建模技術(shù)確保每一段管道的準確安裝和敷設。精細化的施工管理還要求加強對施工過程的實時監(jiān)控，確保施工質(zhì)量，并及時調(diào)整施工方案，最大限度提高地下空間的利用率和安全性。

3.4 應用新型材料和技術(shù)

在城市供水管網(wǎng)更新改造中，應用新型材料和技術(shù)是提升管網(wǎng)性能和延長使用壽命的關(guān)鍵措施。推廣選擇高效耐用的管材是應對老舊管道材料老化問題的核心對策。近年來，隨著材料科學的進步，新型管材如球墨鑄鐵、不銹鋼、高密度聚乙烯（HDPE）、交聯(lián)聚乙烯（PEX）等逐漸在供水管網(wǎng)中得到廣泛應用。這些新型管材具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐壓性和抗磨損性，能大幅提升管道的使用壽命和穩(wěn)定性。設計人員應根據(jù)管網(wǎng)的運行環(huán)境和條件選擇合適的管材，以確保新管道能適應復雜的城市供水環(huán)境。提升管道連接與施工工藝的可靠性也是應用新材料和技術(shù)中的重要策略。管道連接的質(zhì)量直接影響供水系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。施工工藝的可靠性也決定了管道的長期使用效果。設計階段應充分考慮施工現(xiàn)場的環(huán)境因素，制定詳細的施工方案，確保新材料的應用能達到預期效果。

3.5 平衡經(jīng)濟效益與技術(shù)需求

在供水管網(wǎng)更新改造設計中，平衡經(jīng)濟效益與技術(shù)需求是確保項目順利實施的重要考量。通過優(yōu)化設計降低整體施工成本是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵措施。在設計階段，設計人員應充分考慮材料、施工方案以及維護成本等因素，綜合評估各類設計方案的經(jīng)濟性，選擇最具性價比的方案。在保證技術(shù)需求的前提下，盡量減少不必要的成本投入，降低整體施工成本。設計中的成本控制還應兼顧長期效益，通過一次性的合理投入，減少后期維護和修復的頻率，降低總成本。建立長效評估機制，保證持續(xù)有效維護效果是平衡經(jīng)濟與技術(shù)需求的另一重要策略。供水管網(wǎng)的更新改造不僅是一次性工程項目，還需要長期維護和管理。因此，在設計過程中，必須建立完善的評估和反饋機制，定期對供水管網(wǎng)的運行狀況進行監(jiān)測和評估，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應維護措施。這種長效評估機制能幫助供水企業(yè)和管理部門在平衡經(jīng)濟效益與技術(shù)需求的基礎(chǔ)上，確保供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持久性，避免因忽視長期維護而導致的高額成本。

4 結(jié)語

研究對城市供水管網(wǎng)更新改造設計中的多重難點進行了系統(tǒng)性分析，并提出了多維度的應對策略。研究結(jié)果表明，優(yōu)化管網(wǎng)布局、提升地下空間利用效率、合理應用新材料、并在保證經(jīng)濟性與技術(shù)性之間達成平衡，是解決設計難點的關(guān)鍵。本研究不僅有助于提升城市供水系統(tǒng)的可靠性與可持續(xù)性，也為未來供水管網(wǎng)改造提供了創(chuàng)新性思路和技術(shù)支持。隨著城市供水需求的不斷增長，未來的研究應進一步關(guān)注智能化技術(shù)的應用，以提高管網(wǎng)管理和更新的效率，推動城市基礎(chǔ)設施建設向更智能化、綠色化的方向發(fā)展。

參考文獻

[1] 袁宏飛，章翔，黃麗達，等.城市生命線安全工程關(guān)鍵技術(shù)研究進展[J].武漢大學學報（信息科學版），2024，49（8）：1251-1263.

[2] 王敬元.云南某城市公共供水管網(wǎng)目標優(yōu)化設計研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2024（20）：71-73.

[3] 王麗偉，趙凌.基于NSGA-Ⅱ的供水管網(wǎng)水力模型的校核優(yōu)化[J].智能城市，2024，10（10）：66-68.

[4] 李長宏，郭恩棟，吳厚禮，等.我國西南地區(qū)基于人口和GDP的城市供水管網(wǎng)地震易損性模型[J].自然災害學報，2024，33（5）：139-145.

[5] 吳學偉，張靖娜，鐘丹，等.基于雙碳背景下的供水管網(wǎng)優(yōu)化策略探索[J].給水排水，2024，60（10）：138-145.

[作者簡介]潘勇（1990—），男，廣西鹿寨人，本科，工程師，研究方向：市政給排水。