《管网布局设计》课件

《管网布局设计》管网布局设计是城市基础设施规划与建设的核心组成部分，它直接影响着城市的运行效率与居民的生活质量本课程将系统性地介绍管网设计的理论基础、设计原则、实践方法及应用案例，帮助学习者掌握科学的管网布局设计方法课程概述管网系统基础知识掌握管网系统的基本概念、分类、组成及功能，理解不同管材的特性与适用条件布局设计原则与方法学习管网布局的基本原则、影响因素及空间协调技术，掌握科学合理的设计方法不同类型管网布局特点了解水、气、电等不同管网类型的布局形式与设计特点，掌握各自的计算方法管网设计案例与新技术应用目录123管网系统基础知识管网布局设计原则管网类型与特点介绍管网系统的概念、功能、分讲解管网布局的基本原则、影响因详细介绍环状、树枝状、放射状及类、材料及组成部分，帮助学习者素、与城市规划的关系及空间协调混合型管网的特点、适用条件及设建立系统认识技术计要点4水供应、燃气及排水管网设计管网布局案例分析与智能化设计针对三种主要管网类型，分别讲解其特点、布局形式选择、规模确定及计算方法第一章管网系统基础知识管网概念管网系统是城市基础设施的重要组成部分，是连接资源供应点和用户的输配系统，构成城市生命线网络发展历程从古罗马水道到现代综合管廊，管网系统经历了材料、结构、布局和管理方式的多重演变系统组成包括管道本体、附属设施、控制系统和监测设备四大部分，形成完整的资源传输与分配体系学习重点掌握管网系统的基本概念和分类方法，理解不同管材的特性及适用条件，为后续章节学习奠定基础管网系统概述

1.1历史演变管网系统的历史可追溯到古代文明，如古罗马水道系统随着材料科学和工程技术的发展，现代管网系统日益完善，从最初的明渠输水发展到如今的复杂综合管网体系现代发展当前城市管网系统日益复杂，既包括传统的水、电、气、热等基础管网，也包含了通信、数据等新型管线中国城市管网建设正处于快速发展阶段，数字化、智能化程度不断提高社会意义作为城市基础设施的重要组成部分，管网系统承担着资源输送的关键功能，是维持城市正常运行的生命线，其安全稳定运行直接影响城市居民的生活质量和城市发展水平管网系统的功能与重要性

1.2资源输送与配置保障城市安全影响城市空间发展提高资源利用效率管网系统是连接资源生产完善的管网系统是城市安管网系统的布局和容量直科学的管网设计能够减少地与消费地的纽带，实现全的基础保障，直接关系接影响城市空间发展方向资源在输送过程中的损水、电、气、热等资源的到城市供水、排水、燃和强度，是城市规划的重耗，通过智能化管理提高有效输送与合理配置，保气、消防等安全问题，对要制约因素，合理的管网资源利用效率，促进城市障城市正常运转和居民基于预防和应对城市灾害至布局能促进城市空间结构可持续发展和生态环境保本生活需求关重要的优化护管网系统的分类

1.3按输送介质分类按服务范围分类包括给水管网、排水管网、燃气管网、分为干管、支管和户管三级干管连接热力管网、电力管线、通信管线等，不主要节点形成骨架网络，支管连接干管2同介质的管网有各自特定的设计要求和与服务区域，户管直接连接到终端用技术规范户按布置方式分类按布局形式分类分为地上管网、地下管网和架空管网主要有环状管网、树枝状管网、放射状地下管网是城市主要采用的形式，地上管网和混合型管网，不同形式有其特定和架空管网则多用于特殊地形或临时性的水力特性和适用条件设施管网材料及特性

1.4管材类型主要特点适用条件使用寿命钢管强度高、耐压性输送压力大的介30-50年好质铸铁管抗腐蚀、使用寿给水、排水系统50-70年命长PVC管耐腐蚀、价格低低压输水、排水20-30年PE管柔韧性好、接口给水、燃气管网50年以上密封性高玻璃钢管重量轻、抗腐蚀化工、给水系统30-50年管材选择应综合考虑输送介质特性、压力要求、腐蚀条件、安装环境、经济性和寿命周期等因素近年来，新型复合材料管道因其优良性能正逐渐增加应用比例，成为传统管材的有力补充管网系统的组成部分

1.5控制系统1实现管网运行监控与调度附属设施包括阀门、检查井、排气阀等管道本体输送介质的主要载体管网系统由管道本体、附属设施和控制系统三大部分组成管道本体是系统的基础，承担输送功能；附属设施用于控制流量、检修维护和保障安全；控制系统则实现对管网运行状态的监测与调控随着技术发展，现代管网系统还增加了监测设备层，包括流量计、压力传感器、水质监测仪等，实现对管网运行参数的实时采集与分析，为智能化管理提供数据支持完整的管网系统是这些组成部分的有机结合，共同保障城市基础设施的高效运行第二章管网布局设计原则布局合理原则符合城市规划，满足功能需求安全可靠原则保障系统安全稳定运行经济合理原则降低建设与运行维护成本方便维护原则便于日常检修与维护管理环境协调原则减少对环境的不利影响管网布局设计的基本原则

2.1安全可靠原则管网系统作为城市生命线工程，必须保障其安全可靠运行设计中应充分考虑系统的冗余度，合理设置应急连接，提高系统的抗灾能力和故障恢复能力，确保在各种情况下能维持基本功能经济合理原则管网建设投资大、周期长，设计中应在保障功能的前提下追求经济合理需综合考虑初投资和运行维护成本，选择合适的管材和布局形式，避免过度设计或设计不足，实现投资效益最大化布局合理原则管网布局应遵循城市规划，与城市空间结构协调发展既要满足近期建设需求，又要预留远期发展空间，形成结构合理、功能完善、层次分明的网络体系，提高整体服务效率方便维护原则在设计中应充分考虑管网日常运行维护的便利性，合理设置检修井、阀门井等附属设施，预留检修空间，便于管网的日常维护和应急抢修，延长系统使用寿命影响管网布局的因素

2.2城市规划布局自然地形条件城市结构、道路系统、用地性质等地形高差、河流湖泊、地质条件等用户分布特点人口密度、用户规模、用量变化等经济技术条件水力条件要求投资能力、技术水平、施工条件等压力要求、流量需求、水力坡度等管网布局设计是一个多因素综合考量的过程，需要平衡各种影响因素，找出最优解决方案其中，地形条件往往是首要考虑因素，特别是对于重力流系统；而城市规划和用户分布则直接决定了管网的走向和规模管网布局与城市规划的关系

2.3总体规划协调道路系统约束建筑布局影响管网布局必须符合城市总体规划的要城市道路系统是管网布局的主要载体，建筑布局密度和形态影响着管网的负荷求，根据城市性质、规模和发展方向确管线大多沿道路敷设道路的等级结分布和走向高密度区域需要更大容量定管网系统的总体框架管网规划应成构、宽度、走向直接影响管网的布局形的管网支持，而分散布局则可能增加管为城市总体规划的有机组成部分，二者式和容量网长度和成本相互支撑、协调发展在道路规划设计阶段，应同步考虑各类在建筑规划设计中，应考虑主要管线的在规划编制阶段，应明确管网发展战管线的空间需求，预留足够的管线走保护要求，避免建筑物压占重要管线，略，确定主要设施位置和廊道预留，为廊，避免后期冲突特别是主干道下同时为管线接入预留合理空间城市发展提供基础支撑方，应预留足够空间用于大型干管敷设管网布局的空间协调

2.

40.5m最小水平间距给水与燃气管线的最小安全距离，确保安全运行和维修施工

0.3m最小垂直净距管线交叉处的最小垂直间隔，避免相互干扰

1.5m建筑物安全距离主要管线与建筑物基础之间的最小安全距离，防止相互影响10m特殊设施保护范围重要阀门井、泵站等设施周围的保护范围半径管网空间协调是管网设计中的重要内容，需要解决各类管线在有限空间内的布置问题一般采用先地下、后地上，先重力、后压力的原则确定管线位置在垂直方向上，通常排水管线位于最下层，其次是给水、燃气和热力管线，通信电力位于较上层在管线交叉处，应采取适当措施保证安全，如设置套管、改变埋深或调整管径等对于空间特别紧张的区域，可考虑采用综合管沟或管廊方式解决空间冲突问题管网布局适应土地利用的对策

2.5不同性质的用地对管网系统有不同的需求，管网布局应根据土地利用特点进行差异化设计高密度住宅区需要更密集的管网覆盖和更大的供应能力；商业区则需要重点保障消防用水和高峰用水；工业区需要专门的污水处理设施和更大口径的工业用水管线在具体设计中，应根据建筑密度调整管网容量，针对不同功能区采用不同的系数和标准，并结合公共设施布局优化管网节点位置同时，应预留发展空间，采用弹性布局策略，使管网系统能够适应城市发展变化，提高整体效益第三章管网类型与特点环状管网树枝状管网放射状管网环状管网由闭合环路组成，管水可从多个树枝状管网由主干管和分支管构成，结构放射状管网从中心向外辐射，流向明确，方向到达任一节点，具有供水可靠性高、简单、投资少，但可靠性较低，多用于郊适用于中心式城市结构，但系统扩容受水压分布均匀的特点，适用于城市中心区区、农村等人口密度较低的地区限，多用于有明确中心的区域等高密度区域环状管网

3.1基本特点适用条件与设计要点环状管网是由多个闭合环路组成的网络系统，任何一点可以从多环状管网适用于城市中心区、高密度建筑区以及对供应可靠性要个方向得到供给，形成了多路供应的格局其主要特点是供水可求高的区域，如商业中心、医院、学校集中区等在这些区域，靠性高、水压分布均匀，但投资较大即使某一段管道发生故障，仍能通过其他路径保证供应环状管网的水流方向不固定，取决于用户用水量的分布和变化，设计要点包括环路大小的确定、管径的选择以及关键节点的布这使得水力计算较为复杂但这种灵活性也带来了系统的高适应置一般来说，环路大小应与城市街区尺度协调，主要环路沿主性，能够应对负荷分布变化干道布置，次环路沿次干道布置，形成层次分明的网络结构树枝状管网

3.2结构特点树枝状管网由主干管和分支管构成，形如树的枝干，从水源点（如水厂、调压站）向用户单向延伸其特点是结构简单、投资较少、水流方向明确，便于控制，但可靠性较低适用条件适用于郊区、农村、山区等人口密度较低、分布分散的地区，以及沿线性布局的区域，如沿铁路、公路发展的带状城镇也适用于临时性供水系统或末端配水系统设计要点设计中应注重主干管与分支管的关系，主干管应具有足够的输送能力，分支管应合理分区，便于管理应考虑分区控制，设置适当的阀门，以便在管道故障时尽可能减小影响范围优缺点分析优点是投资少、结构简单、施工容易、水力计算明确；缺点是可靠性低，一旦主干管发生故障，将影响下游所有用户，不适合对供应可靠性要求高的区域使用放射状管网

3.3中心向外辐射放射状管网以中心站点为核心，向四周辐射延伸，形成放射状结构中心站点选择中心站点位置选择至关重要，应位于负荷中心或几何中心附近管径递减设计管径从中心向外递减，适应流量变化，提高经济性和运行效率系统扩展受限系统扩容能力有限，面临中心站点容量瓶颈和外围负荷增加的挑战放射状管网适用于具有明确中心的城市结构，如环形城市或单中心城市这种布局形式的流向明确，水力计算相对简单，但系统的可靠性和灵活性不如环状管网在设计中，需要特别关注中心站点的容量预留和安全保障，同时考虑系统的远期扩展需求对于大型城市，往往需要结合环状结构，形成放射-环形混合网络，以提高系统整体可靠性混合型管网

3.4第四章水供应管网设计压力系统特性连续供水要求给水管网是典型的压力流系统，需要保持适当的压力范围，既居民生活用水需要24小时连续供应，系统设计需要考虑日变化要满足最高点的最小压力要求，又要控制最低点的最大压力不系数和时变化系数，合理确定调蓄设施容量，满足高峰期用水超标，避免管道破裂和水资源浪费需求，保证供水的连续性和稳定性水质安全保障流量压力平衡给水管网直接关系到居民饮用水安全，设计中需考虑材料选给水管网需要保持流量与压力的平衡，通过合理的管径设计、择、防腐措施、水质保护等因素，避免二次污染，确保管网中分区控制和调压设施配置，使系统在各种工况下都能维持良好的水质符合饮用水标准的水力平衡状态给水管网特点

4.1服务的连续性水质安全保障水力特性要求给水管网需要全天候、不间断地向用户作为输送饮用水的系统，给水管网的水给水管网是一个复杂的压力流系统，需提供满足水质标准的饮用水，这要求系质安全至关重要在设计中需要选择符要在各个用户点提供足够的水压和流统具有高度的可靠性和稳定性与其他合卫生标准的管材，避免对水质造成二量系统设计中需要进行详细的水力计管网相比，给水管网对服务连续性的要次污染同时，管网布局应保证水的流算，确定合理的管径、布局和调节设求最为严格，任何停水都可能对居民生动性，避免产生死水区，防止细菌滋施活和工业生产造成重大影响生一般居民区的供水压力要求为

0.28-为保证连续供水，系统设计中通常采用在运行管理中，需要建立水质监测点，

0.45MPa，高层建筑则需要更高的压力双电源供电、备用设备配置、环状布局定期进行水质检测，及时发现并处理水或设置二次加压设施系统中需要控制等多种可靠性措施，并设置合理的调蓄质异常情况新建管道投入使用前必须流速在合理范围内，既不能过低导致沉容量，应对突发事件进行严格的冲洗和消毒，确保水质安淀，也不能过高导致水头损失过大和管全道磨损给水管网布局形式选择

4.2给水管网规模确定

4.3用水量预测根据城市规模、人口、用地性质等预测各类用水量，包括生活、工业、公共和消防用水等，是确定管网规模的基础数据预测方法包括定额法、指标法和综合分析法等变化系数确定确定日变化系数和时变化系数，反映用水量的周期性变化规律一般中小城市的日变化系数为

1.3-

1.5，时变化系数为

1.5-

2.0，大城市则相对较小，这些系数直接影响管网规模管径计算原则根据最大小时流量和允许流速确定管径，主干管一般按满足最高日最大时用水量和消防用水量设计，支管则需满足沿线用户需求和消防要求压力要求与水头损失确定系统各点所需的服务压力，一般居民区为

0.28-

0.45MPa，特殊用户可能有更高要求计算水头损失，包括沿程损失和局部损失，确保系统末端仍有足够压力给水管网水力计算

4.4基本原理给水管网水力计算基于流体力学的基本定律，主要包括流量连续方程和能量守恒方程在计算中，需要满足节点流量平衡和环路水头损失平衡两个基本条件计算方法常用的计算方法包括哈森法、哈迪·克罗斯法和当量管段法等其中，哈迪·克罗斯法是最常用的迭代计算方法，通过反复修正管段流量和节点水头，直至满足平衡条件当量管段法则将复杂管网简化为等效简单系统，适用于初步计算计算流程一般水力计算流程包括建立计算模型、确定各节点流量、初步分配管段流量、计算水头损失、修正流量分配、迭代计算直至满足精度要求在实际工程中，通常需要考虑多种工况，如正常工况、消防工况和事故工况等计算机辅助设计现代给水管网设计广泛采用专业软件进行水力计算和模拟分析，如WaterGEMS、EPANET等这些软件能够快速进行复杂系统的计算，模拟各种运行工况，并通过可视化展示计算结果，大大提高了设计效率和准确性给水管网优化设计

4.5管网布局优化管径经济性优化泵站位置优化通过调整管网结构和连接方式，管径选择直接影响系统的投资成泵站的位置和数量直接影响管网优化水流分布，提高系统的可靠本和运行费用管径过大会增加的压力分布和能耗通过合理布性和经济性既要保证关键节点初投资，管径过小则会增加水泵置泵站，可以减少管网的水头损的多路供给，又要避免不必要的能耗通过综合分析初投资和运失，降低系统的能耗优化方法环路，减少投资浪费可以采用行费用，可以找到最经济的管径包括数学规划、模拟退火和遗传图论和网络分析等方法辅助优组合，实现全生命周期成本最小算法等化化调蓄设施优化水塔、水池等调蓄设施的容量和位置对系统的调节能力至关重要通过优化这些设施的配置，可以平滑用水高峰，降低水泵容量需求，提高系统的经济性和稳定性，特别适用于用水量波动较大的系统第五章燃气管网设计低压管网直接连接终端用户的配气系统中压管网城市主要配气环节，连接高压和低压高压管网燃气输送骨干系统，连接气源与城市燃气管网是城市能源供应的重要组成部分，通常采用分级供气的方式，形成由高压、中压到低压的三级管网体系高压管网主要负责城市间或城市与气源间的长距离输送；中压管网是城市内部的主要配气系统；低压管网则直接连接终端用户燃气管网设计需特别注重安全性，包括合理的压力分级、严格的安全间距、可靠的防护措施等同时，燃气用量的季节性变化大，需要考虑负荷调节和高峰供应能力本章将详细介绍燃气管网的特点、布局形式、规模确定、计算方法及安全设计等内容燃气管网的特点

5.1安全性要求高燃气具有易燃易爆的特性，管网泄漏可能导致严重事故因此，燃气管网设计中安全性是首要考虑因素，包括选择高质量管材、严格控制连接质量、设置泄漏检测系统等，确保系统的密闭性和可靠性压力分级管理燃气管网通常采用分级供气方式，一般分为高压（

0.8-

1.6MPa）、中压（

0.01-

0.4MPa）和低压（≤

0.01MPa）三级不同压力级别的管网有不同的设计标准和安全要求，需要通过调压站进行压力转换不同气源特性不同类型的燃气（如天然气、液化石油气、人工煤气等）有不同的物理化学特性，包括热值、密度、流动性等，这直接影响管网设计参数和材料选择设计中需根据具体气源特性选择合适的设计方法季节性变化大燃气用量受季节影响明显，冬季采暖用气量远高于夏季，日内波动也较大这要求系统具有较强的调节能力，通常需要配置储气设施或采用智能调度系统，应对用气高峰燃气管网布局形式

5.2高压管网环状为主高压管网通常采用环状布局，连接城市各主要门站和高压调压站，形成城市燃气供应的骨干网络环状布局提高了系统的可靠性，即使某一段管道发生故障，仍能通过其他路径保证供气高压管道一般沿城市外围或专用走廊敷设，远离密集建筑区中压管网多环或混合型中压管网是城市燃气配送的主体，通常采用多环或混合型布局在用户密集区域形成环网，提高供气可靠性；在外围或用户分散区域则采用树枝状，降低投资中压管网沿城市道路敷设，覆盖所有用气区域，是连接高压和低压的中间环节低压管网树枝状为主低压管网直接连接终端用户，主要采用树枝状布局，从中压调压站出发，向周边用户分支供气低压管网设计应尽量缩短供气半径，减小压力损失，确保用户端有足够压力小区内管网通常沿小区道路或绿化带敷设，直接接入各建筑燃气管网规模确定

5.3用气量预测根据城市规模、人口、气化率、单位用气指标等因素预测总用气量，包括居民生活用气、公共建筑用气、工业用气和采暖用气等各类用气量预测方法包括定额法、指标法和综合分析法高峰系数确定分析用气负荷的时变化特性，确定各级管网的高峰系数一般小时高峰系数为

2.0-

2.5，日高峰系数为

1.3-

1.5系数大小受用户类型、气候条件和调峰能力影响，直接决定管网的设计流量3压力级别选择根据输气距离、用气规模和用户需求确定适当的压力级别高压管网主要考虑长距离输送和调峰需求，中压管网考虑城区覆盖和安全要求，低压管网则重点考虑用户终端压力需求调压站布局调压站是连接不同压力级别管网的关键节点，布局应考虑负荷分布、供气半径和用地条件一级调压站设在城市边缘，二级调压站分布在用气区域内，形成合理的分级供气体系燃气管网水力计算

5.4气体流动基本方程计算方法与步骤管径选择与校核燃气管网的水力计算基于气体流动基本燃气管网计算方法与给水管网类似，但管径选择是燃气管网设计的核心内容，方程，常用公式包括伯努利方程和连续需考虑气体特性计算步骤包括确定过小的管径会导致压力损失过大，过大性方程不同于液体，气体的密度会随计算工况（一般为冬季高峰）、划分计则增加投资一般采用经济流速法初选压力变化，计算中需考虑气体的可压缩算单元、估算管段流量、计算压力损管径，再通过水力计算进行校核高压性，特别是对于高压管网失、检验压力分布、调整管径直至满足管网经济流速为15-25m/s，中压为10-要求15m/s，低压为5-8m/s计算中常用的压力损失公式有魏茨巴赫公式（高压）和任盖-楚家琛（中低压）对于环状网络，通常采用哈迪-克罗斯法校核内容包括压力分布是否满足终端等，需根据雷诺数和相对粗糙度确定摩进行迭代计算；对于树枝状网络，则可要求、流速是否在允许范围内、管材强擦系数以从末端向起点逐段计算现代设计多度是否满足安全要求等必要时需增大采用专业软件进行复杂系统的模拟计管径或调整布局，确保系统安全可靠运算行燃气管网安全设计

5.510m建筑物安全间距高压燃气管道与重要建筑物的最小安全距离，确保燃气泄漏或爆炸不会影响建筑物安全98%阴极保护效率埋地钢质燃气管道的阴极保护标准，有效防止土壤环境中的电化学腐蚀100%焊接接头检测率高压燃气管道焊接接头的无损检测比例，确保连接质量，防止泄漏24h泄漏监测响应时间燃气泄漏监测系统的最大响应时间，确保及时发现并处理泄漏事故燃气管网安全设计是整个系统设计的重中之重，涉及多方面的安全技术措施首先是安全间距控制，各级管道与建筑物、其他管线的间距必须符合规范要求其次是材料与连接质量控制，特别是高压管道应选用高强度钢管，焊接接头需100%无损检测防腐与保护措施也非常重要，埋地管道应采用优质防腐层并配置阴极保护系统，防止腐蚀导致的泄漏同时，现代燃气管网应配备完善的泄漏监测与预警系统，包括压力监测、气体检测、巡线检查等多种手段，形成全方位的安全保障体系，确保燃气管网的安全稳定运行第六章排水管网设计分流制与合流制地形适应性根据雨水与污水是否分开收集，分为分流排水管网布局需充分适应地形条件，遵循制和合流制两种基本形式自然流向，减少逆坡和抬升重力流系统环保要求排水管网主要采用重力流方式，利用地形现代排水系统需满足严格的环保标准，控高差自流排水，减少能耗，提高可靠性制污染物排放，保护水环境排水管网是城市基础设施的重要组成部分，承担着收集和输送雨水、污水的重要功能与给水、燃气等压力管网不同，排水管网主要依靠重力作用，管内水流呈非满流状态，这种特性使其设计原则和方法具有独特性本章将重点介绍排水管网的特点、布局形式、雨水管网设计、污水管网设计以及排水泵站设计等内容，帮助学习者掌握排水系统设计的基本理论和方法，提高实际工程设计能力排水管网特点

6.1重力流为主排水管网主要依靠重力作用输送水流，管内水流一般为非满流状态，水深与管径之比通常控制在

0.5-

0.8范围内这种特性使排水管网设计需特别注重地形条件与坡度控制，合理利用自然高差，减少能源消耗和运行成本分流制与合流制根据雨水与污水是否分开收集排放，排水系统分为分流制和合流制分流制将雨水与污水分开收集输送，环保效果好但投资大；合流制则将两者合并收集，投资省但在暴雨时可能造成污染现代城市多采用分流制，或在旧城区采用改良型合流制适应地形条件排水管网布局与地形关系极为密切，需要充分利用自然地形，顺应地势，减少逆坡和抬升管网规划设计应基于详细的地形测量资料，合理划分排水分区，确定排水路径和方向，尽量减少管道埋深和泵站数量，降低工程造价和运行费用环保要求高现代排水系统面临越来越高的环保要求，需要控制溢流污染、减少面源污染、保护受纳水体设计中需考虑调蓄设施、初期雨水处理、溢流污染控制等环保措施，并与城市海绵体系协调，实现雨水资源化利用，促进城市生态环境改善排水管网布局形式

6.2树枝状布局排水管网主要采用树枝状布局，从支管汇集到干管，最终到达处理厂或排放口主干支管体系形成层次分明的主干管、次干管和支管系统，收集范围逐级扩大汇水区域划分根据地形和道路系统划分汇水区域，确保每个区域内水流能顺畅汇集出水口位置综合考虑地形、水文和环保要求，科学确定系统出水口位置排水管网布局以树枝状为主要形式，这与其重力流特性密切相关水流从高处向低处流动，小管汇入大管，形成从细到粗、从分散到集中的网络结构在具体设计中，应根据地形条件和道路系统，合理确定管网走向和排水分区排水管网布局应充分考虑城市规划和远期发展需求，预留系统扩展空间对于复杂地形区域，可能需要采用多系统、多出口的方式，避免过深埋设和长距离输送对于大型城市，通常采用分散处理与集中处理相结合的方式，形成层次分明、布局合理的排水系统雨水管网设计

6.3污水管网设计

6.4污水量预测污水设计流量是管网规模确定的基础，通常包括生活污水、工业废水和入渗地下水三部分生活污水量一般按给水量的80-85%计算；工业废水根据工业类型和规模确定；入渗地下水则与地下水位、管道材质和接口质量有关，一般按管道设计流量的10-15%考虑变化系数确定污水量存在日变化和时变化，设计中需要确定变化系数对于中小城市，最大日变化系数一般为

1.2-

1.4，最大时变化系数为

1.4-

1.6；大城市由于用户类型多样，变化系数相对较小变化系数直接影响管道设计流量，是确保系统正常运行的重要参数最小设计流速污水管道中的固体物容易沉淀，造成管道淤积，影响正常运行为防止淤积，设计中必须保证最小设计流速，一般要求管道满流时流速不小于

0.6m/s，管径大于400mm的不小于

0.7m/s对于难以达到最小流速要求的支管，可采用冲洗井或陡坡段等措施增加自净能力检查井布置原则检查井是污水管网的重要附属设施，用于管道清通、检修和连接在管道交汇处、转弯处、坡度或管径变化处以及直线段上每隔一定距离都应设置检查井直线段上检查井间距与管径相关，一般管径小于400mm时为30-40m，400-600mm时为50-60m，大于600mm时为70-100m排水泵站设计

6.5泵站位置选择排水泵站位置选择应综合考虑地形条件、排水系统布局和城市规划要求一般应设置在汇水区域的低洼处，便于收集重力流来水，同时考虑出水管短捷、施工条件好、交通便利等因素对于生活污水泵站，还需考虑臭气控制和环境影响，宜选择在下风向区域，并预留适当防护距离泵站规模与类型泵站规模取决于服务区域的排水量和水位变化特性对于雨水泵站，设计流量应基于设计暴雨强度和汇水面积；对于污水泵站，则需考虑最大时污水量和预留容量泵站类型根据功能分为雨水泵站、污水泵站和合流泵站，根据构造分为干式泵站、湿式泵站和一体化泵站，不同类型适用于不同场合泵站运行控制现代排水泵站广泛采用自动化控制系统，通过液位传感器、流量计等监测设备，实现泵组的自动启停和调速控制系统设计中需考虑正常工况、事故工况和检修工况等多种情况，配置合理的备用容量和应急措施，确保泵站在各种条件下都能可靠运行，保障城市排水安全第七章管网布局案例分析城市类型主要特点设计难点布局策略典型案例紧凑式城市用地集约、密空间协调多层次网络上海中心城区度高组团式城市组团分布、廊组团间连接主干与支线结广州新城区道连接合山地城市地形起伏大压力分区分区控制重庆主城区旧城改造条件受限、分与现有系统衔非开挖技术应北京老城区步实施接用新区建设整体规划、标前瞻性与经济综合管廊应用雄安新区准高性平衡本章将通过分析不同类型城市的管网布局案例，探讨各种城市环境下管网设计的特点、难点和解决策略每种城市类型都有其独特的管网布局需求和技术挑战，通过案例分析可以深入理解管网布局理论在实际工程中的应用紧凑式城市管网设计案例

7.1紧凑式城市特点设计策略与案例解析紧凑式城市以上海中心城区为代表，特点是用地集约、建筑密度针对紧凑式城市的特点，上海中心城区采用了多层次网络策略，高、功能混合这类城市的管网系统面临空间紧张、负荷密集、通过垂直空间分层布置不同管线，形成地下综合管廊、浅层管网协调复杂等挑战管网设计需要在有限空间内满足高密度用户的和深层管网三个层次主干管线采用环状布局，提高系统可靠多样化需求，同时保障系统的安全可靠性；次干管和配水管则采用网格状布局，增强系统的灵活性和适应性上海中心城区人口密度高达2-3万人/平方公里，商业办公建筑集中，地下空间开发利用强度大，各类管线交织复杂，管线综合案例中，南京路、淮海路等重要商业街区采用了综合管廊方式，协调成为设计的首要难题将给水、电力、通信等管线集中布置，有效解决了空间冲突问题而在老城区改造过程中，则大量应用了非开挖技术和智能监测系统，减少对城市正常运行的影响，提高管网的安全性能组团式城市管网设计案例

7.2组团式城市是现代城市发展的重要形式，以广州新城区为代表这类城市由若干相对独立的功能组团组成，组团间由绿色廊道或交通廊道连接组团式布局的优势在于功能分区明确、生态环境良好，但对管网系统的连续性和整体性提出了挑战广州新城区管网设计采用了主干与支线结合的策略，形成了层次分明的管网体系主干管网沿城市主要廊道布置，连接各个组团和主要设施；组团内部则采用相对独立的支线系统，根据组团功能特点进行针对性设计案例中，给水系统采用了环状主干管与树枝状配水管相结合的形式；排水系统则根据地形条件划分为多个独立分区，每个分区设置独立的排水泵站或处理设施，有效解决了组团间高差问题山地城市管网设计案例

7.3地形特征分区设计高差大、起伏多、坡度陡按高程划分供水分区，每区压力独立布局优化压力控制主干管沿等高线敷设，支管顺坡布置设置减压阀、稳压设施和调节池山地城市以重庆主城区为典型代表，其特点是地形起伏大、高差显著，直接影响管网的水力特性和布局形式重庆主城区最大高差超过400米，山脊与河谷交错，给管网设计带来极大挑战，特别是给水系统需要克服巨大压力差问题重庆主城区给水系统采用了科学的分区控制策略，按照高程将整个城区划分为多个独立压力分区，每个分区高差控制在30-50米范围内分区间通过减压阀、加压泵站等设施连接，保证各区域内水压适宜管网布局上，主干管多沿道路和等高线敷设，减少压力变化；支管则顺应地形，合理利用自然高差排水系统则充分利用地形落差，形成了多系统、多出口的布局形式，减少了泵站数量和管道埋深，降低了工程造价和运行成本新区与旧城改造管网设计对比

7.4新区管网设计特点旧城改造管网设计特点新区管网设计的优势在于可以进行整体规划、统一标准和前瞻性旧城改造管网设计面临的难题是条件受限、情况复杂、分步实设计以某市新区为例，其管网规划采用了高标准、大容量、远施以某市老城区为例，其管网改造需要在保持原有城市功能的期预留的设计理念，管径普遍偏大，预留了发展空间布局上采前提下进行，不能大规模开挖和改建设计中必须充分了解现用了规则的格网状结构，与城市路网高度吻合，便于施工和管状，包括管线位置、材质、运行状况等，并与现有系统实现无缝理衔接新区管网系统重视标准化和规范化，管材选择新型环保材料，如为减少开挖对城市的影响，旧城改造中广泛应用了非开挖技术，球墨铸铁管和高密度聚乙烯管等；附属设施配置齐全，智能化程如内衬法、顶管法和微型隧道法等这些技术能在最小干扰城市度高；施工质量控制严格，有效提高了系统的使用寿命和运行可运行的情况下完成管道更新，但对设计精度和施工管理提出了更靠性高要求同时，旧城改造还需要解决多个历史遗留问题，如合流制改造、雨水利用和节能减排等管线综合设计案例

7.5综合管廊设计综合管廊是集中敷设电力、通信、给排水、燃气等多种管线的地下通道，是解决城市管线无序布置和反复开挖问题的有效方式某城市地下综合管廊采用分舱设计，将不同类型管线分别放置在独立舱室内，避免互相干扰，同时便于检修和更换舱室设计考虑了各类管线的空间需求和安全间距，预留了足够的检修空间和管线扩展空间协调布置技术在综合管廊外的区域，管线协调布置仍是设计的核心工作案例中采用了分层布置、廊道预留的策略，按垂直空间将各类管线分为多个层次，从上到下依次是通信、电力、燃气、给水、雨水和污水在平面上，各类管线沿道路两侧布置，形成规范的管线廊道，减少交叉和冲突对于无法避免的交叉点，则采用套管保护、改变埋深等技术措施确保安全信息化设计管理该案例的创新点是应用BIM和GIS技术进行管线综合设计和冲突检测通过建立精确的三维管线模型，实现了设计阶段的碰撞检查和空间优化，大大减少了施工阶段的设计变更和返工同时，建立了统一的管线信息平台，实现了规划、设计、施工和运维全过程的信息共享和协同管理，提高了管线综合设计的质量和效率第八章智能化管网设计智能管理决策大数据分析、预测维护、优化调度控制执行系统自动化控制、远程操作、智能调节数据处理平台数据存储、分析处理、模型计算信息采集层传感器网络、监测设备、数据采集智能化管网是传统管网与现代信息技术融合的产物，通过物联网、大数据、云计算等技术手段，实现管网系统的自动化、信息化和智能化管理智能管网系统由感知层、传输层、处理层和应用层组成，形成完整的数据采集、传输、处理和应用链条本章将介绍智能管网系统的基本构成、BIM技术在管网设计中的应用、GIS在管网布局中的应用以及管网监测与预警系统等内容，帮助学习者了解智能化管网的前沿技术和应用趋势，提升设计创新能力智能管网系统概述

8.1智能管网系统构成智能管网系统是一个多层次的复合系统，从底层到顶层依次包括感知层、传输层、处理层和应用层感知层由各类传感器组成，实现对管网参数的实时监测；传输层负责数据的可靠传输；处理层完成数据存储和分析；应用层则提供决策支持和智能控制功能信息采集与传输技术智能管网系统采用多种技术进行信息采集，包括压力传感器、流量计、水质监测仪、视频监控等数据传输则主要依靠有线网络（光纤）和无线网络（4G/5G、NB-IoT、LoRa等）相结合的方式，形成覆盖全网的通信系统，实现数据的实时传输和远程控制数据分析与决策支持通过大数据分析、人工智能和数字孪生等技术，智能管网系统能够实现数据的深度挖掘和价值转化主要功能包括负荷预测、运行状态评估、故障诊断、漏损分析和优化调度等，为管理决策提供科学依据，提高系统的运行效率和安全性智能化控制与调度基于数据分析结果，智能管网系统可以实现自动化控制和智能调度如给水系统中的变频调速控制、燃气系统中的智能调压、排水系统中的雨污分流控制等通过自动化手段，系统能够根据实际需求调整运行参数，实现节能降耗和运行优化技术在管网设计中的应用

8.2BIM管网三维建模碰撞检测与空间优化施工模拟与可视化BIM技术能够创建精确的管网三BIM软件具有强大的碰撞检测功BIM技术可以对管网施工过程进维模型，包含几何信息和非几何信能，能够自动识别不同专业管线之行模拟和可视化展示，帮助施工团息相比传统二维设计，三维建模间的干涉冲突设计人员可以在施队理解复杂施工步骤，提前发现施更直观展示管网的空间关系，有利工前发现并解决这些问题，避免返工难点通过4D模拟（增加时间于设计人员理解复杂系统模型中工和延误通过空间优化，可以在维度），可以优化施工计划和资源的每个构件都包含材料、性能、成有限空间内合理安排各类管线，提配置，提高施工效率和质量本等参数信息，支持全面分析高空间利用效率参数化设计与优化BIM支持参数化设计，设计人员可以通过调整参数快速生成不同方案，并进行比较分析结合计算流体力学（CFD）等分析工具，可以对管网的水力性能进行模拟和优化，找到最佳设计方案在管网布局中的应用

8.3GISGIS系统基本功能管网空间数据库建设管网分析与辅助决策地理信息系统（GIS）是处理空间数据的管网空间数据库是GIS应用的基础，包含GIS提供了丰富的空间分析功能，包括缓强大工具，在管网布局中具有重要应管网空间位置、属性特征和相互关系等冲区分析、网络分析、空间叠加分析用GIS能够整合多源空间数据，包括地信息数据来源包括现场测量、竣工图等在管网布局中，可以利用这些功能形、地貌、建筑物、道路和现有管线纸、遥感影像和已有管线图等建设过分析最佳管线走廊、评估影响范围、识等，为管网布局提供全面的空间背景程中需要进行数据整合、清洗和拓扑构别敏感区域和优化站点位置等系统支持多图层叠加分析，可视化展示建，确保数据质量和一致性结合专业管网分析模型，GIS还可以进行各类要素的空间关系现代管网空间数据库已从传统的二维表水力分析、容量评估和应急响应模拟GIS的核心功能包括空间数据采集、管达发展到三维表达，能够更准确地反映等，支持科学决策通过WebGIS技理、分析和可视化输出通过这些功管网的空间分布通过与BIM数据的集术，分析结果可以方便地与各相关方共能，设计人员能够全面了解规划区域的成，可以实现从设计到运维的全生命周享，提高协同工作效率空间特征，为管网布局决策提供科学依期数据管理据管网监测与预警系统

8.41监测点布设原则管网监测点布设应遵循科学性、代表性和经济性原则关键节点如干管交叉处、调压站出入口、水厂出口和泵站进出口等必须设置监测点其他监测点则根据管网拓扑结构和重要性分层布置，形成覆盖全网的监测网络在线监测技术现代管网监测系统采用多种先进的在线监测技术，包括压力监测、流量监测、水质监测和管道状态监测等新型传感器如光纤传感器能够实现分布式监测，大幅提高监测精度和覆盖范围物联网技术的应用使得监测数据能够实时传输到控制中心，实现远程监控漏损检测方法漏损检测是管网监测的重要内容，常用方法包括夜间最小流量法、压力差分析法、声学检测法和相关性分析法等近年来，大数据分析和人工智能技术的应用，使漏损检测更加精准和智能通过建立水力模型和数学模型，系统能够自动分析异常数据，快速定位漏损点预警分级与响应机制管网预警系统根据监测数据和分析结果，按照预设阈值进行预警分级，一般分为提示、预警和报警三级不同级别的预警对应不同的响应机制，从加强监测到紧急处置不等系统设计中应明确预警触发条件、传递路径和处置流程，形成闭环管理体系，确保异常情况得到及时有效处理课程总结设计原则掌握理解安全可靠、经济合理、布局合理等核心原则系统特点认识2掌握给水、燃气、排水等不同管网的特点与计算方法案例经验积累通过典型案例分析，理解不同环境下的设计策略新技术应用能力了解BIM、GIS、智能监测等新技术在管网设计中的应用通过本课程的学习，我们系统掌握了管网布局设计的基本理论和实践方法从管网系统基础知识入手，深入理解了不同类型管网的特点和设计原则，学习了水供应、燃气和排水等主要管网系统的布局形式和计算方法通过案例分析，我们认识到管网设计必须适应城市特点和地形条件，针对不同情况采取差异化设计策略智能化技术的应用正在改变传统管网设计和管理模式，提高系统的安全性、可靠性和效率未来，随着智慧城市建设的推进，管网布局设计将更加注重系统集成、智能化管理和可持续发展，为城市健康运行提供更加坚实的基础支撑。