韌性城市建設成為一項世界性共同議題，也是我國“十四五”時期的重大戰(zhàn)略選擇。城市基礎設施是城市的基礎，在規(guī)劃設計中應重視提高韌性市政給排水基礎設施“魯棒性、冗余性、可恢復性、適應性、智慧性”的創(chuàng)新設計。

市政基礎設施韌性提升需求迫切

1.1 韌性城市建設是城市高質(zhì)量發(fā)展的必然要求

2020年11月，《國家中長期經(jīng)濟社會發(fā)展戰(zhàn)略若干重大問題》首次從國家戰(zhàn)略層面對建設韌性城市作出明確要求，使韌性城市建設上升為推進國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要著力點。2021年3月，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》將建設韌性城市列入我國“十四五”時期的重大戰(zhàn)略選擇，全面提升城市品質(zhì)。2022年10月，黨的二十大報告中進一步明確，加快構(gòu)建新發(fā)展格局，著力推動高質(zhì)量發(fā)展;加強城市基礎設施建設，打造宜居、韌性、智慧城市。

1.2 韌性城市建設是城市應對災害及突發(fā)事件的有效手段

近些年，全球區(qū)域范圍內(nèi)自然災害、事故災難、社會安全事件、公共衛(wèi)生事件等突發(fā)事件頻發(fā)，傳統(tǒng)防災減災手段已無法完全應對，而部分發(fā)達國家早已開展韌性城市實踐。其中，美國芝加哥制定《韌性芝加哥》應對酷熱夏天、濃霧、洪水和暴雨，紐約針對洪水、風暴潮問題制定了《一個更強大、更具韌性的紐約》，《韌性洛杉磯》旨在建設全球范圍內(nèi)最具韌性、最安全的城市;英國倫敦制定了《管理風險和增強韌性》應對持續(xù)洪水、干旱和極端高溫問題;針對洪水和海平面上升，荷蘭鹿特丹制定了《鹿特丹氣候防護計劃》，規(guī)劃目標到2025年對氣候變化影響具有充分的恢復力，建成世界最安全的港口城市。

國內(nèi)韌性城市相關實踐主要集中在以北京、上海、廣州為主的國內(nèi)一線城市，以及入選洛克菲勒100個韌性城市戰(zhàn)略的黃石、德陽、海鹽、義烏4座城市。2021年10月，北京市印發(fā)《關于加快推進韌性城市建設的指導意見》的通知，到2025年，韌性城市評價指標體系和標準體系基本形成，建成50個韌性社區(qū)、韌性街區(qū)或韌性項目，形成可推廣、可復制的韌性城市建設典型經(jīng)驗;到2035年，韌性城市建設取得重大進展，抗御重大災害能力、適應能力和快速恢復能力顯著提升。

1.3 城市韌性的基礎是韌性市政基礎設施

韌性城市的基本內(nèi)涵是城市在吸收承載一定程度的災害之后可以保證正常運營，在經(jīng)歷高強度破壞后能夠快速恢復城市機能。城市基礎設施是城市的基礎，也是城市災害的承災體;承災體受災害的程度，除與致災因子的強度有關外，很大程度上取決于承災體自身的脆弱性。

近年來，我國對韌性市政基礎設施建設提出進一步要求。2022年7月，住建部、發(fā)改委發(fā)布《關于印發(fā)“十四五”全國城市基礎設施建設規(guī)劃的通知》(建城〔2022〕57號)，要求持續(xù)增強城市基礎設施安全韌性能力，全面提升城市各類基礎設施的防災、減災、抗災、應急救災能力和極端條件下城市重要基礎設施快速恢復能力、關鍵部位綜合防護能力。近期的國家強制性工程建設規(guī)范中，對于給水和排水工程設施，特別強調(diào)了要具備應對突發(fā)事件的能力。2023年8月，生態(tài)環(huán)境部牽頭印發(fā)《關于深化氣候適應型城市建設試點的通知》，重點任務包括提升城市基礎設施氣候韌性和提升城市水安全保障水平。

韌性市政基礎設施特性分析

韌性市政基礎設施的本質(zhì)在于具備“監(jiān)測預防、耐受沖擊、迅速恢復”的能力。如圖1所示，韌性市政基礎設施在災害發(fā)生時，剩余功能性更多，恢復更快速，并且自身韌性有提升。

圖1 韌性市政基礎設施本質(zhì)

對于韌性城市的特性有較多不同的結(jié)論，有研究認為韌性城市具有5個特性：魯棒性、可恢復性、冗余性、智慧性、適應性，洛克菲勒基金會則認為韌性城市包含7個特性：靈活性、冗余性、魯棒性、智慧性、反思性、包容性和綜合性。

根據(jù)韌性市政基礎設施的本質(zhì)，在規(guī)劃設計中應重點關注提升給排水基礎設施“魯棒性、冗余性、可恢復性、適應性、智慧性”的創(chuàng)新設計。魯棒性設計的要點在于適當提高關鍵設施設計標準，增強抵抗災害能力;冗余性設計的要點在于增加核心系統(tǒng)和設備備用量，可多重互備，增加系統(tǒng)的可靠性;可恢復性設計的要點在于受災時可快速恢復供電、供水等生命線工程，確保基礎設施功能快速恢復;適應性設計的要點在于從過往災害中學習，提升災害適應能力，能根據(jù)環(huán)境變化調(diào)節(jié)自身形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能，以適應環(huán)境;智慧性設計的要點在于利用智慧科技手段，合理調(diào)配資源，優(yōu)化決策，提升風險研判和應急決策水平。

市政給排水基礎設施的“點、線、面”正在從傳統(tǒng)向韌性發(fā)展，從底線思維向韌性思維轉(zhuǎn)變。強化系統(tǒng)連通性、網(wǎng)絡化和區(qū)域自循環(huán)，實現(xiàn)互為備份、互為冗余、系統(tǒng)安全，如表1所示。市政給排水基礎設施設計應統(tǒng)籌做好以下幾點：

(1)從系統(tǒng)抗風險的角度，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)大集中的設計理念，兼顧集中與分散相結(jié)合，確保災中設施基本功能不都喪失，可迅速恢復。

(2)從一味地提高標準向精確判斷災害發(fā)生時的破壞順序轉(zhuǎn)變，有針對性的進行設計。

(3)從規(guī)劃層面，系統(tǒng)規(guī)劃內(nèi)澇體系與外洪的邊界，規(guī)劃地下空間及地下設施的綜合利用，增設調(diào)蓄空間，緩解內(nèi)澇風險。

表1 傳統(tǒng)與韌性市政給排水基礎設施對比傳統(tǒng)與韌性市政給排水基礎設施對比

(4)從災害的視角，深化自然災害風險普查成果應用，有針對性地出臺各類安全韌性評估預測方法、設計規(guī)范標準及災后恢復方法等，推動風險治理向事前預防轉(zhuǎn)變并加強應急搶險的工程預留。

韌性市政給排水基礎設施創(chuàng)新設計案例解析

3.1 魯棒性設計

北京城市副中心站綜合交通樞紐工程為亞洲最大的地下綜合交通樞紐，建設內(nèi)容包括：2條鐵路(京唐城際、城際鐵路聯(lián)絡線)，3條城市軌道交通(規(guī)劃平谷線、M101線和已建成M6線)，多層次軌道交通樞紐，同時有公交場站、旅游大巴、出租、社會車輛、自行車等多種交通工具接駁。近期城際鐵路站場規(guī)模為8臺14線，地下建筑面積約128萬m2，樞紐服務客流規(guī)模將達到約50萬人次/日。該項目的洪澇侵入路徑和方式多樣、不確定因素多，通過以下魯棒性設計，實現(xiàn)防淹澇安全保證。

(1)通過提高內(nèi)澇防治標準(50年提高至100年)，提升魯棒性，實現(xiàn)防淹澇的安全韌性。北運河設計堤頂高程高于河道100年一遇洪水位，北運河百年洪水不會發(fā)生漫溢。場地設計高程22.20~25.53m，高于100年洪水位(21.38~ 21.59m)。落實防淹澇策略，關注雨洪侵入地鐵車站和區(qū)間線路的“六口”(車站出入口、風亭通風口、地面電梯口、安全疏散口、車站采光口、出入段線口)。部分匝道接現(xiàn)狀道路或下穿路，下凹橋雨水泵站規(guī)劃設計降雨重現(xiàn)期由10年提高至30年。

(2)模擬超標降雨工況(見圖2)，確定樞紐區(qū)域淹澇風險點，提前編制并發(fā)布應急預案，確保運營安全。結(jié)合100年降雨+50年洪水位(設防工況)應對措施：高線公園綠地高程低于周邊，可作為區(qū)域雨水調(diào)蓄空間;下凹橋區(qū)及匝道處存在積水情況，后期應增設防內(nèi)澇工程措施;樞紐站核心區(qū)域整體處于低風險區(qū)，應做好出入口等防淹措施;東咽喉區(qū)域地塊為高風險區(qū)，應避免為豎向設計中的低洼滯澇區(qū)，地下建筑附屬口應設置在區(qū)域高點位置。

圖2 模擬超標降雨工況

冗余性設計

近年來，為解決雨季溢流污染控制，部分城市的污水處理廠通過增加一級強化處理設施的規(guī)模，提高污水處理系統(tǒng)冗余性，采用更加靈活的方式運行，更多的發(fā)揮水污染控制作用，此類冗余性設計在北京、昆明等地已有案例。

北京市高碑店再生水廠服務流域(見圖3)，合流制占比40%，分流制占比60%。現(xiàn)況每年汛期平均溢流次數(shù)約25次，溢流時排入河道的COD平均可達176~372mg/L(24h混合樣)，氨氮濃度可達13.4~40.9 mg/L，造成河道雨季溢流污染。水廠現(xiàn)況一級處理的峰值處理能力110萬m3/d，通過改造提升至120萬m3/d，再新增30萬m3/d一級強化處理設施(高負荷一體化粗纖維膜設施)，將污水廠在雨季的處理能力提升至150萬m3/d，溢流頻次可減少75%，大幅度削減排入通惠河的污染物負荷。新增30萬m3/d一級強化處理設施，在旱季可作為深度處理設施，進一步提升通惠河水質(zhì)，有助于改善下游副中心水環(huán)境。

圖3 北京市高碑店再生水廠溢流污染控制流程

可恢復性設計

城市供水是重要的民生工程，是生命線工程，事關人民群眾身體健康和社會穩(wěn)定。韌性城市建設背景下，需要健全城市供水應急體系，以實現(xiàn)災害或突發(fā)事故情況下供水的安全保障和快速恢復。

東莞市城鎮(zhèn)供水專項規(guī)劃從2002年開始，歷經(jīng)20年3次更新和修編，不斷完善安全韌性供水系統(tǒng)的建設。隨著珠三角水資源配置工程的建成通水，東莞市由單一水源(90%以上依賴東江)，轉(zhuǎn)變?yōu)椤皷|江+西江”雙水源保障(見圖4)，同時充分利用域內(nèi)水庫作為應急備用水源。應急水源確保滿足10 d應急期供水;備用水源近期30 d備用調(diào)蓄水量，遠期45 d備用調(diào)蓄水量。

圖4 東莞市規(guī)劃供水水源格局

東莞市城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)布局由主力水廠全部沿北部東江集中布置，轉(zhuǎn)變?yōu)榉?個區(qū)域的主力水廠+輔助水廠協(xié)調(diào)補充，統(tǒng)一管理、調(diào)度。規(guī)劃分析東莞市供水安全可能發(fā)生的各類突發(fā)事件，通過水源調(diào)度、水廠調(diào)度等多種方式模擬分析，驗證規(guī)劃的供水系統(tǒng)可應對突發(fā)事件，保證供水安全，實現(xiàn)韌性。咸潮、突發(fā)污染、水廠事故情況下，達到平均日供水量70%以上;東江突發(fā)水源污染事故情況下，達到平均日供水量50%以上。

適應性設計

城市下凹橋區(qū)等低洼區(qū)域排水問題，不僅會使其所在道路交通中斷，還會影響周邊道路及其它道路的通行，影響人民正常生活，并給國家和人民的財產(chǎn)造成了重大損失。北京市自“2012.7.21”特大暴雨后，通過成因分析、排水能力評估、風險預測等，形成系統(tǒng)化方案和“一橋一策”治理方案，已完成78座下凹橋區(qū)改造工程，提高了內(nèi)澇防治標準，提高了排水系統(tǒng)安全可靠程度，改造后均未發(fā)生積水。典型下凹橋區(qū)內(nèi)澇治理系統(tǒng)化方案如圖5所示。

圖5 典型下凹橋區(qū)內(nèi)澇治理系統(tǒng)化方案

智慧性設計

城鎮(zhèn)化建設推動了城市地下管網(wǎng)建設高速發(fā)展，由于發(fā)展前期的總體建設和管理水平嚴重滯后，近些年管網(wǎng)事故已從潛伏期進入爆發(fā)期，各類管道破壞事故、泄露爆炸、路面塌陷以及運行安全事件頻發(fā)，帶來了巨大的經(jīng)濟損失。

圖6 典型城市給水管網(wǎng)安全運行保障智能監(jiān)管平臺功能架構(gòu)

結(jié) 語

在市政給排水基礎設施工程的規(guī)劃、設計和建設中，應以防災為抓手，兼顧災前、災中、災后全過程，系統(tǒng)性提高市政基礎設施韌性;應以“魯棒性、冗余性、可恢復性、適應性、智慧性”為標準，并重視其獨立性以及相互之間的耦合性，提升市政給排水基礎設施的韌性;應高度重視科技應用對韌性設施建設的促進作用，逐步建立和完善市政給排水基礎設施數(shù)據(jù)庫，充分利用數(shù)字化、信息化等手段，推動智慧建造與韌性建設的融合，提高韌性市政給排水基礎設施的建設效率和效益。

本文作者：張韻、王洋、魏國、王帥、王圣偉、雷雨晴、馮碩、丁楓。

編輯：陳偉浩