张韵等：韧性市政给排水基础设施创新设计实践

韧性城市建设成为一项世界性共同议题，也是我国“十四五”时期的重大战略选择。城市基础设施是城市的基础，在规划设计中应重视提高韧性市政给排水基础设施“鲁棒性、冗余性、可恢复性、适应性、智慧性”的创新设计。

市政基础设施韧性提升需求迫切

1.1 韧性城市建设是城市高质量发展的必然要求

2020年11月，《国家中长期经济社会发展战略若干重大问题》首次从国家战略层面对建设韧性城市作出明确要求，使韧性城市建设上升为推进国家治理体系和治理能力现代化的重要着力点。2021年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》将建设韧性城市列入我国“十四五”时期的重大战略选择，全面提升城市品质。2022年10月，党的二十大报告中进一步明确，加快构建新发展格局，着力推动高质量发展;加强城市基础设施建设，打造宜居、韧性、智慧城市。

1.2 韧性城市建设是城市应对灾害及突发事件的有效手段

近些年，全球区域范围内自然灾害、事故灾难、社会安全事件、公共卫生事件等突发事件频发，传统防灾减灾手段已无法完全应对，而部分发达国家早已开展韧性城市实践。其中，美国芝加哥制定《韧性芝加哥》应对酷热夏天、浓雾、洪水和暴雨，纽约针对洪水、风暴潮问题制定了《一个更强大、更具韧性的纽约》，《韧性洛杉矶》旨在建设全球范围内最具韧性、最安全的城市;英国伦敦制定了《管理风险和增强韧性》应对持续洪水、干旱和极端高温问题;针对洪水和海平面上升，荷兰鹿特丹制定了《鹿特丹气候防护计划》，规划目标到2025年对气候变化影响具有充分的恢复力，建成世界最安全的港口城市。

国内韧性城市相关实践主要集中在以北京、上海、广州为主的国内一线城市，以及入选洛克菲勒100个韧性城市战略的黄石、德阳、海盐、义乌4座城市。2021年10月，北京市印发《关于加快推进韧性城市建设的指导意见》的通知，到2025年，韧性城市评价指标体系和标准体系基本形成，建成50个韧性社区、韧性街区或韧性项目，形成可推广、可复制的韧性城市建设典型经验;到2035年，韧性城市建设取得重大进展，抗御重大灾害能力、适应能力和快速恢复能力显著提升。

1.3 城市韧性的基础是韧性市政基础设施

韧性城市的基本内涵是城市在吸收承载一定程度的灾害之后可以保证正常运营，在经历高强度破坏后能够快速恢复城市机能。城市基础设施是城市的基础，也是城市灾害的承灾体;承灾体受灾害的程度，除与致灾因子的强度有关外，很大程度上取决于承灾体自身的脆弱性。

近年来，我国对韧性市政基础设施建设提出进一步要求。2022年7月，住建部、发改委发布《关于印发“十四五”全国城市基础设施建设规划的通知》(建城〔2022〕57号)，要求持续增强城市基础设施安全韧性能力，全面提升城市各类基础设施的防灾、减灾、抗灾、应急救灾能力和极端条件下城市重要基础设施快速恢复能力、关键部位综合防护能力。近期的国家强制性工程建设规范中，对于给水和排水工程设施，特别强调了要具备应对突发事件的能力。2023年8月，生态环境部牵头印发《关于深化气候适应型城市建设试点的通知》，重点任务包括提升城市基础设施气候韧性和提升城市水安全保障水平。

韧性市政基础设施特性分析

韧性市政基础设施的本质在于具备“监测预防、耐受冲击、迅速恢复”的能力。如图1所示，韧性市政基础设施在灾害发生时，剩余功能性更多，恢复更快速，并且自身韧性有提升。

图1 韧性市政基础设施本质

对于韧性城市的特性有较多不同的结论，有研究认为韧性城市具有5个特性：鲁棒性、可恢复性、冗余性、智慧性、适应性，洛克菲勒基金会则认为韧性城市包含7个特性：灵活性、冗余性、鲁棒性、智慧性、反思性、包容性和综合性。

根据韧性市政基础设施的本质，在规划设计中应重点关注提升给排水基础设施“鲁棒性、冗余性、可恢复性、适应性、智慧性”的创新设计。鲁棒性设计的要点在于适当提高关键设施设计标准，增强抵抗灾害能力;冗余性设计的要点在于增加核心系统和设备备用量，可多重互备，增加系统的可靠性;可恢复性设计的要点在于受灾时可快速恢复供电、供水等生命线工程，确保基础设施功能快速恢复;适应性设计的要点在于从过往灾害中学习，提升灾害适应能力，能根据环境变化调节自身形态、结构和功能，以适应环境;智慧性设计的要点在于利用智慧科技手段，合理调配资源，优化决策，提升风险研判和应急决策水平。

市政给排水基础设施的“点、线、面”正在从传统向韧性发展，从底线思维向韧性思维转变。强化系统连通性、网络化和区域自循环，实现互为备份、互为冗余、系统安全，如表1所示。市政给排水基础设施设计应统筹做好以下几点：

(1)从系统抗风险的角度，转变传统大集中的设计理念，兼顾集中与分散相结合，确保灾中设施基本功能不都丧失，可迅速恢复。

(2)从一味地提高标准向精确判断灾害发生时的破坏顺序转变，有针对性的进行设计。

(3)从规划层面，系统规划内涝体系与外洪的边界，规划地下空间及地下设施的综合利用，增设调蓄空间，缓解内涝风险。

表1 传统与韧性市政给排水基础设施对比传统与韧性市政给排水基础设施对比

(4)从灾害的视角，深化自然灾害风险普查成果应用，有针对性地出台各类安全韧性评估预测方法、设计规范标准及灾后恢复方法等，推动风险治理向事前预防转变并加强应急抢险的工程预留。

韧性市政给排水基础设施创新设计案例解析

3.1 鲁棒性设计

北京城市副中心站综合交通枢纽工程为亚洲最大的地下综合交通枢纽，建设内容包括：2条铁路(京唐城际、城际铁路联络线)，3条城市轨道交通(规划平谷线、M101线和已建成M6线)，多层次轨道交通枢纽，同时有公交场站、旅游大巴、出租、社会车辆、自行车等多种交通工具接驳。近期城际铁路站场规模为8台14线，地下建筑面积约128万m²，枢纽服务客流规模将达到约50万人次/日。该项目的洪涝侵入路径和方式多样、不确定因素多，通过以下鲁棒性设计，实现防淹涝安全保证。

(1)通过提高内涝防治标准(50年提高至100年)，提升鲁棒性，实现防淹涝的安全韧性。北运河设计堤顶高程高于河道100年一遇洪水位，北运河百年洪水不会发生漫溢。场地设计高程22.20~25.53m，高于100年洪水位(21.38~ 21.59m)。落实防淹涝策略，关注雨洪侵入地铁车站和区间线路的“六口”(车站出入口、风亭通风口、地面电梯口、安全疏散口、车站采光口、出入段线口)。部分匝道接现状道路或下穿路，下凹桥雨水泵站规划设计降雨重现期由10年提高至30年。

(2)模拟超标降雨工况(见图2)，确定枢纽区域淹涝风险点，提前编制并发布应急预案，确保运营安全。结合100年降雨+50年洪水位(设防工况)应对措施：高线公园绿地高程低于周边，可作为区域雨水调蓄空间;下凹桥区及匝道处存在积水情况，后期应增设防内涝工程措施;枢纽站核心区域整体处于低风险区，应做好出入口等防淹措施;东咽喉区域地块为高风险区，应避免为竖向设计中的低洼滞涝区，地下建筑附属口应设置在区域高点位置。

图2 模拟超标降雨工况

冗余性设计

近年来，为解决雨季溢流污染控制，部分城市的污水处理厂通过增加一级强化处理设施的规模，提高污水处理系统冗余性，采用更加灵活的方式运行，更多的发挥水污染控制作用，此类冗余性设计在北京、昆明等地已有案例。

北京市高碑店再生水厂服务流域(见图3)，合流制占比40%，分流制占比60%。现况每年汛期平均溢流次数约25次，溢流时排入河道的COD平均可达176~372mg/L(24h混合样)，氨氮浓度可达13.4~40.9 mg/L，造成河道雨季溢流污染。水厂现况一级处理的峰值处理能力110万m³/d，通过改造提升至120万m³/d，再新增30万m³/d一级强化处理设施(高负荷一体化粗纤维膜设施)，将污水厂在雨季的处理能力提升至150万m³/d，溢流频次可减少75%，大幅度削减排入通惠河的污染物负荷。新增30万m³/d一级强化处理设施，在旱季可作为深度处理设施，进一步提升通惠河水质，有助于改善下游副中心水环境。

图3 北京市高碑店再生水厂溢流污染控制流程

可恢复性设计

城市供水是重要的民生工程，是生命线工程，事关人民群众身体健康和社会稳定。韧性城市建设背景下，需要健全城市供水应急体系，以实现灾害或突发事故情况下供水的安全保障和快速恢复。

东莞市城镇供水专项规划从2002年开始，历经20年3次更新和修编，不断完善安全韧性供水系统的建设。随着珠三角水资源配置工程的建成通水，东莞市由单一水源(90%以上依赖东江)，转变为“东江+西江”双水源保障(见图4)，同时充分利用域内水库作为应急备用水源。应急水源确保满足10 d应急期供水;备用水源近期30 d备用调蓄水量，远期45 d备用调蓄水量。

图4 东莞市规划供水水源格局

东莞市城镇供水系统布局由主力水厂全部沿北部东江集中布置，转变为分4个区域的主力水厂+辅助水厂协调补充，统一管理、调度。规划分析东莞市供水安全可能发生的各类突发事件，通过水源调度、水厂调度等多种方式模拟分析，验证规划的供水系统可应对突发事件，保证供水安全，实现韧性。咸潮、突发污染、水厂事故情况下，达到平均日供水量70%以上;东江突发水源污染事故情况下，达到平均日供水量50%以上。

适应性设计

城市下凹桥区等低洼区域排水问题，不仅会使其所在道路交通中断，还会影响周边道路及其它道路的通行，影响人民正常生活，并给国家和人民的财产造成了重大损失。北京市自“2012.7.21”特大暴雨后，通过成因分析、排水能力评估、风险预测等，形成系统化方案和“一桥一策”治理方案，已完成78座下凹桥区改造工程，提高了内涝防治标准，提高了排水系统安全可靠程度，改造后均未发生积水。典型下凹桥区内涝治理系统化方案如图5所示。

图5 典型下凹桥区内涝治理系统化方案

智慧性设计

城镇化建设推动了城市地下管网建设高速发展，由于发展前期的总体建设和管理水平严重滞后，近些年管网事故已从潜伏期进入爆发期，各类管道破坏事故、泄露爆炸、路面塌陷以及运行安全事件频发，带来了巨大的经济损失。

图6 典型城市给水管网安全运行保障智能监管平台功能架构

结 语

在市政给排水基础设施工程的规划、设计和建设中，应以防灾为抓手，兼顾灾前、灾中、灾后全过程，系统性提高市政基础设施韧性;应以“鲁棒性、冗余性、可恢复性、适应性、智慧性”为标准，并重视其独立性以及相互之间的耦合性，提升市政给排水基础设施的韧性;应高度重视科技应用对韧性设施建设的促进作用，逐步建立和完善市政给排水基础设施数据库，充分利用数字化、信息化等手段，推动智慧建造与韧性建设的融合，提高韧性市政给排水基础设施的建设效率和效益。

本文作者：张韵、王洋、魏国、王帅、王圣伟、雷雨晴、冯硕、丁枫。

编辑：陈伟浩