城市老旧管网雨污分流改造中智慧截井的优化布局与施工工艺

一、引言

随着城市化进程的加速，城市排水系统面临着巨大压力，尤其是老旧管网存在雨污合流、管道老化、排水不畅等问题，不仅影响城市水环境质量，还容易引发内涝灾害。雨污分流改造是解决这些问题的重要举措，能够有效减少污水直排对水体的污染，提高雨水资源利用率，增强城市排水防涝能力。智慧截井作为雨污分流改造中的关键设施，其布局的合理性和施工工艺的先进性直接影响改造工程的效果。然而，目前在智慧截井的布局规划和施工过程中，仍存在布局缺乏系统性、施工效率低、智能化水平不足等问题。因此，开展城市老旧管网雨污分流改造中智慧截井的优化布局与施工工艺研究具有重要的现实意义。

二、城市老旧管网现状与雨污分流需求分析

（一）老旧管网现状问题

城市老旧管网大多建设年代久远，管道材质差、管径小，经过长期使用，管道腐蚀、破损、堵塞现象严重。同时，由于早期规划不完善，管网布局混乱，存在大量雨污合流管道，污水未经处理直接排入河道、湖泊等水体，导致水体富营养化，生态环境遭到破坏。此外，部分老旧管网排水能力不足，在暴雨天气下，容易出现排水不畅，引发城市内涝，给居民生活和城市运行带来极大不便。

（二）雨污分流改造的必要性

雨污分流改造能够将雨水和污水分开收集和处理，雨水可直接排入自然水体或进行收集回用，减少污水处理厂的处理负荷，降低污水处理成本；污水则通过专门的管道输送至污水处理厂进行达标处理，有效减少污水对环境的污染。同时，雨污分流改造还能提升城市排水系统的排水能力，缓解城市内涝问题，改善城市水环境和居民生活环境，对推动城市可持续发展具有重要作用。

（三）智慧截井在雨污分流中的作用

智慧截井作为雨污分流改造的核心设施，能够根据实时监测的水位、流量等数据，智能控制截污闸的开启与关闭，实现雨水和污水的精准分流。在晴天时，截污闸处于开启状态，将管道内的污水全部截流至污水管网；在降雨初期，截污闸保持开启，截留初期污染严重的雨水；随着降雨量的增加，当雨水水质达到一定标准时，截污闸自动关闭，雨水通过截井直接排入雨水管网。此外，智慧截井还具备远程监控、故障预警等功能，便于管理人员及时掌握设备运行状态，提高运维效率。

三、智慧截井的优化布局

（一）布局影响因素分析

智慧截井的布局受到多种因素的影响，包括地形地貌、管网现状、污水排放口位置、雨水受纳水体位置等。地形地貌决定了雨水的流向和排水路径，在布局时需要充分考虑地形起伏，确保雨水能够顺畅排放；管网现状是布局的基础，需要结合现有雨污管道的走向、管径、埋深等情况，合理确定截井的位置；污水排放口和雨水受纳水体的位置则直接影响截井的分流效果，应尽量使截井靠近污水排放口和雨水受纳水体，减少管道铺设长度和水头损失。

（二）优化布局模型构建

为实现智慧截井的科学布局，构建基于多目标优化的布局模型。以截污效率最大化、管道铺设成本最小化、施工难度最小化为目标函数，同时考虑地形、管网、排放口等约束条件。采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法对模型进行求解，通过模拟不同的布局方案，筛选出最优的智慧截井布局方案。

（三）基于 GIS 与智能监测技术的精准布局

地理信息系统（GIS）具有强大的空间分析和数据处理能力，将 GIS 技术应用于智慧截井布局中，能够直观展示管网分布、地形地貌等信息，为布局方案的制定提供数据支持。同时，结合智能监测技术，在老旧管网关键节点安装水位传感器、流量传感器等设备，实时获取管网运行数据，通过数据分析准确判断雨污分流需求，进一步优化截井布局方案，实现智慧截井的精准布局。

四、智慧截井的施工工艺

（一）预制装配化施工工艺

传统的截井施工多采用现场浇筑的方式，存在施工周期长、质量难以控制、环境污染大等问题。预制装配化施工工艺是将截井的各个构件在工厂预制生产，然后运输到施工现场进行组装。这种施工方式具有施工速度快、质量稳定、减少现场湿作业和环境污染等优点。在预制过程中，严格控制构件的尺寸精度和强度等级，确保构件质量；在现场组装时，采用可靠的连接方式，保证截井的整体稳定性。从成本角度来看，预制装配化施工虽然前期在工厂预制构件会产生模具制作、工厂生产管理等费用，但由于其施工速度快，大大缩短了现场施工周期，从而减少了现场的人工成本、设备租赁成本以及因施工对周边环境造成影响而可能产生的额外费用。例如，在某城市的老旧城区改造项目中，采用预制装配化施工智慧截井，相比传统现场浇筑施工，施工周期缩短了约 30% ，人工成本降低了 25% 左右。

(I) 智能监测设备安装工艺

智慧截井的智能化功能依赖于智能监测设备的安装与调试。智能监测设备主要包括水位传感器流量传感器、水质传感器、截污闸控制器等。在安装过程中，需要根据设备的安装要求，合理确定安装位置，确保传感器能够准确监测水位、流量和水质等数据。同时，做好设备的接线和调试工作，保证设备之间的通信正常，能够实现远程监控和自动控制功能。智能监测设备的采购成本相对较高，不同类型和精度的传感器价格差异较大。但从长期运行维护和整体效益来看，这些设备能够实现智慧截井的自动化运行，减少人工巡检和操作的频率，降低人工成本。例如，通过智能监测设备实时反馈的数据，可精准控制截污闸的开合，避免不必要的污水溢流和雨水误截流，减少因污水外溢对环境造成污染后的治理成本，以及因不合理截流导致的排水不畅引发内涝后的抢险救灾成本。

（三）非开挖修复技术应用

在老旧管网雨污分流改造中，非开挖修复技术得到了越来越广泛的应用，对于智慧截井相关的管道连接与修复具有重要意义。以紫外光固化内衬修复技术为例，施工时先将浸渍有光敏树脂的软管通过牵拉或翻转的方式送入待修复的管道内，然后利用紫外光照射使树脂固化，在原管道内部形成高强度的内衬新管。这种技术无需大规模开挖路面，对交通和周边环境影响极小，能有效缩短施工周期。在某城市老旧街区的雨污分流改造项目中，采用紫外光固化内衬修复技术对与智慧截井相连的一段长500 米、管径 800 毫米的合流管道进行修复，仅用了 3 天时间就完成了施工，相比传统开挖修复方式，工期缩短了约 70% ，且避免了对街区商户经营和居民生活的长时间干扰。非开挖修复技术虽然在材料和设备上的投入相对较高，但其避免了大规模开挖带来的道路修复、交通疏导、居民安置等一系列费用。例如，在交通繁忙的市中心区域，采用传统开挖修复与智慧截井连接的管道，因交通疏导和道路恢复产生的费用可能高达修复工程直接成本的 40%-60% ，而非开挖修复技术可大幅减少这部分费用。

另外，胀管法也是一种实用的非开挖修复技术。它通过使用专门的胀管设备，将旧管道胀破并同时拉入新管道，实现管道的更换与修复。在一些土质条件较好、对周边环境扰动要求严格的区域，胀管法能够高效地完成管道更新，确保智慧截井与新管道连接的密封性和稳定性。例如，在某新建小区附近的雨污分流工程中，由于周边已建成的建筑和绿化较多，无法进行大面积开挖，采用胀管法对与智慧截井连接的 100 米老旧管道进行更换，不仅成功避开了周边障碍物，还保证了新管道的管径满足排水需求，提升了排水能力。

（四）数字化施工管理

数字化施工管理在智慧截井施工中发挥着关键作用，能够提升施工效率与质量把控水平。借助建筑信息模型（BIM）技术，可构建包含智慧截井及周边管网的三维模型，直观展示各部分的空间位置关系、结构细节等信息。施工人员能够在模型中提前进行施工模拟，对施工顺序、设备操作空间等进行优化，提前发现并解决潜在问题。如在某大型城市雨污分流项目中，利用 BIM 技术对包含 15 座智慧截井的施工区域进行模拟，发现其中 3 座截井的施工顺序不合理，会导致施工设备相互干扰，通过调整施工计划，避免了施工延误，提高了整体施工效率约 20% 。数字化施工管理前期需要投入一定资金用于软件购买、人员培训以及硬件设备升级等，以确保相关技术能够顺利应用。但从长远来看，其带来的施工效率提升、质量保障以及成本节约效果显著。通过施工模拟减少施工错误和返工，可大幅降低返工带来的人力、材料和时间成本。据相关统计，在复杂的雨污分流改造项目中，因施工错误导致的返工成本可能占项目总成本的 5%-10% ，数字化施工管理可有效降低这部分成本。

同时，利用物联网技术，在施工设备和材料上安装传感器，实时采集设备运行状态、材料使用情况等数据。管理人员可通过移动终端或电脑实时查看这些数据，及时掌握施工进度、设备故障等信息，实现精准管理。例如，在智慧截井的预制构件运输过程中，通过物联网传感器实时监测车辆位置和构件的震动情况，确保构件在运输过程中的安全，一旦出现异常震动或偏离预定路线等情况，系统立即发出警报，提醒相关人员采取措施。

六、结论

本论文对城市老旧管网雨污分流改造中智慧截井的优化布局与施工工艺进行了系统研究。通过分析老旧管网现状和雨污分流需求，构建了智慧截井布局优化模型，结合 GIS 与智能监测技术实现精准布局；提出了预制装配化施工、智能监测设备安装、非开挖修复技术应用、数字化施工管理等新型施工工艺，并加强施工质量控制与安全管理，同时对施工工艺成本进行了深入分析。案例分析表明，优化后的布局和先进的施工工艺能够有效提高雨污分流效果，提升城市排水系统的运行效率和管理水平，从全生命周期来看，合理的施工工艺选择有助于控制成本，实现经济效益和环境效益的双赢。在未来的城市老旧管网雨污分流改造工程中，应进一步推广应用智慧截井的优化布局与施工工艺，同时不断完善相关技术，提高工程的智能化和绿色化水平，为城市水环境改善和可持续发展提供有力支持。

参考文献：

[1]林泽宇,王佳伟.智慧截流井在黑臭河道治理中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2023(11):101-104.

[2]李明,张伟.装配式工程施工工艺做法与质量控制要点[J].建筑施工,2024(08):156-158.

[3]赵强,刘华.雨污分流智慧截污井的设计与应用[J].给水排水,2023(09):87-90.