通過(guò)對(duì)比中美室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范存在的差異，提出多方面的建議，為我國(guó)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》的修訂提供參考，推進(jìn)我國(guó)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系的發(fā)展。
前言：我國(guó)最新的《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50013-2006,以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”)于2006年1月18日發(fā)布，并于2006年6月1日正式實(shí)施，而現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)是于2007年7月1日實(shí)施，飲用水標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施滯后于設(shè)計(jì)規(guī)范，給實(shí)際工程設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的矛盾性，尤其體現(xiàn)在2015年后國(guó)家要求各省(區(qū)、市)和省會(huì)城市對(duì)飲用水106項(xiàng)指標(biāo)實(shí)行全覆蓋，對(duì)給水工藝的設(shè)計(jì)就提出了更加嚴(yán)格的要求。2017年住房城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司發(fā)布征求國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范(征求意見(jiàn)稿)》改編意見(jiàn)函，要求對(duì)規(guī)范進(jìn)行合理科學(xué)的修訂。本文參考美國(guó)現(xiàn)行給水設(shè)計(jì)規(guī)范《給水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(Recommended standard for water works,以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)”)，通過(guò)對(duì)美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”中水源開(kāi)發(fā)、處理過(guò)程、藥劑應(yīng)用、泵設(shè)施、出水儲(chǔ)存、配水系統(tǒng)管道、附屬物以及廢棄物等內(nèi)容的研究，與我國(guó)現(xiàn)行的“規(guī)范”進(jìn)行對(duì)比，提出我國(guó)“規(guī)范”中技術(shù)參數(shù)上存在的不足及差異，為我國(guó)“規(guī)范”的修訂提供參考依據(jù)。
中美給水設(shè)計(jì)規(guī)范體系現(xiàn)狀
1.1 我國(guó)給水設(shè)計(jì)規(guī)范體系現(xiàn)狀
我國(guó)基礎(chǔ)性的水事法典為《中華人民共和國(guó)水法》，規(guī)定了各項(xiàng)基本水事法律原則和基本水事法律制度，我國(guó)給水工程相關(guān)規(guī)范主要包括《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》(GB 50788-2012)、《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50013-2006)、《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50332-2002)和《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB 50282-2016)等，其中《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》(GB 50788-2012)為全文強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。供水廠工程主要設(shè)計(jì)依據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50013-2006)，該規(guī)范于1986年制定，并于1997年進(jìn)行了局部修訂，主要對(duì)生活用水量的確定方法和定額標(biāo)準(zhǔn)作了較大變更, 而對(duì)規(guī)范的內(nèi)容和基本結(jié)構(gòu)未作大的改動(dòng)。2003年5月，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部批復(fù)同意對(duì)該規(guī)范進(jìn)行全面修訂，2006年1月18日建設(shè)部以公告第410號(hào)批準(zhǔn)新規(guī)范頒布, 自2006年6月1日起正式實(shí)施，原《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ13-86)同時(shí)廢止。《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50013-2006)作為工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范，內(nèi)容重點(diǎn)是工程項(xiàng)目建設(shè)的規(guī)模、布局、功能、性能要求，以及實(shí)現(xiàn)功能、性能要求的相應(yīng)技術(shù)措施，包括必要的控制性指標(biāo)。
1.2 美國(guó)給水設(shè)計(jì)規(guī)范體系現(xiàn)狀
美國(guó)根據(jù)水資源利用和管理的需要制定相應(yīng)的法律法規(guī)，與水相關(guān)的法規(guī)主要包括《清潔水法》和《安全飲用水法》，均由美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(Environmental Protection Agency，EPA)頒布。在給水設(shè)計(jì)方面，美國(guó)各州自行制定給水設(shè)計(jì)規(guī)范，“Ten State Standards”是一套由密西西比河上游理事會(huì)(the Great Lakes-Upper Mississippi River Board，GLUMRB)制定的規(guī)范，主要包括了供水設(shè)施、污水處理設(shè)施、下水道系統(tǒng)以及游泳池設(shè)計(jì)等規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。《給水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》是“Ten State Standards”標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于供水設(shè)施的設(shè)計(jì)規(guī)范。1953年，《給水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》由供水委員會(huì) (Water Supply Committee)以報(bào)告的形式首次發(fā)布，隨后于1962年到2012年進(jìn)行了10次修訂和公布，以此規(guī)范為設(shè)計(jì)依據(jù)的州主要包括安大略州、伊利諾伊州、印第安納州、愛(ài)荷華州、密歇根州、明尼蘇達(dá)州、密蘇里州、紐約州、俄亥俄州、賓夕法尼亞州和威斯康辛州。
中美設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)比
2.1 室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)構(gòu)對(duì)比
我國(guó)“規(guī)范”結(jié)構(gòu)中共有11章，主要包括總則、術(shù)語(yǔ)介紹、給水系統(tǒng)、設(shè)計(jì)水量、取水、泵房、輸配水、水廠總體設(shè)計(jì)、水處理、凈水廠排泥水處理以及檢測(cè)與控制。美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”共有9章，內(nèi)容涵蓋了規(guī)劃遞交、一般設(shè)計(jì)規(guī)定、水源開(kāi)發(fā)、處理過(guò)程、藥劑應(yīng)用、泵設(shè)施、出水儲(chǔ)存、配水系統(tǒng)管道與附屬物和廢棄物。
從結(jié)構(gòu)上看，美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”未設(shè)總則，而是用“Policy Statement”(政策說(shuō)明)來(lái)代替總則內(nèi)容。“標(biāo)準(zhǔn)”中單列了“規(guī)劃遞交”和“藥劑應(yīng)用”章節(jié)，其中“規(guī)劃遞交”限定了設(shè)計(jì)流程和審查要求，“藥劑應(yīng)用”主要是對(duì)飲用水處理過(guò)程中使用的藥劑在應(yīng)用與存儲(chǔ)等方面進(jìn)行規(guī)定，還包括常規(guī)藥劑、特殊藥劑的使用以及操作人員安全的規(guī)定;我國(guó)“規(guī)范”中對(duì)藥劑投加量和存儲(chǔ)也進(jìn)行相關(guān)規(guī)定，但內(nèi)容未涉及操作人員使用藥劑的安全性等方面。
2.2 取水
我國(guó)“規(guī)范”在取水方面主要針對(duì)水源選擇、地下水取水構(gòu)筑物和地表水取水構(gòu)筑物的種類和參數(shù)進(jìn)行限定和說(shuō)明;美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”中“水源開(kāi)發(fā)”內(nèi)容相當(dāng)于我國(guó)“規(guī)范”中的“給水系統(tǒng)”、“設(shè)計(jì)水量”以及“取水”這3章內(nèi)容的綜合，均規(guī)定了以地表水和地下水做為水源地時(shí)，對(duì)水量與水質(zhì)的要求，同時(shí)包括取水構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)要求。中美設(shè)計(jì)規(guī)范在水源選擇上存在的差異主要是美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)取水流程要求更嚴(yán)格，水源選擇必須進(jìn)行水質(zhì)評(píng)估，取樣并評(píng)估水中微生物特性、物理特性(包括溶氧量)、化學(xué)特性和放射特性，審查機(jī)關(guān)審查分析結(jié)果合格后，才可作為供水系統(tǒng)的水源。
2.3 泵房
我國(guó)“規(guī)范”中泵房部分主要對(duì)吸水井、吸水條件、進(jìn)出水管道設(shè)計(jì)流速、起重設(shè)備、水泵機(jī)組布置以及泵房布置等方面進(jìn)行規(guī)定;美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”中第六章“泵設(shè)施”主要包括吸水高度、增壓泵、自動(dòng)和遠(yuǎn)程控制以及附屬物。中美設(shè)計(jì)規(guī)范均對(duì)水泵吸水條件有設(shè)計(jì)要求，兩者區(qū)別主要體現(xiàn)在我國(guó)“規(guī)范”更側(cè)重泵房設(shè)計(jì)，美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”更多限定了水泵本身的設(shè)計(jì)要求，不包括泵房?jī)?nèi)構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)，“標(biāo)準(zhǔn)”中將水泵的閥門(mén)、管道以及儀表作為附屬物，進(jìn)行單獨(dú)闡述，我國(guó)“規(guī)范”中沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)定。
2.4 輸配水
我國(guó)“規(guī)范”在輸配水方面主要對(duì)水力計(jì)算、管道布置和敷設(shè)、管渠材料和附屬設(shè)施、調(diào)蓄構(gòu)筑物等方面進(jìn)行規(guī)定;美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”第八章“配水系統(tǒng)管道與附屬物”中闡述了管道材料、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、閥門(mén)、消防龍頭、自來(lái)水管道安裝、與污染源分離距離和水服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)要求。美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”未提及輸配水的水力計(jì)算，同時(shí)中美在管道材料的選擇上也存在差異。我國(guó)“規(guī)范”要求管道材料應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T17219-1998)的規(guī)定，美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定輸配水管道材料選擇應(yīng)符合美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(American National Standards Institute: ANSI)頒布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如ANSI/ASTM F1155 2010 “Practice for Selection and Application of Piping System Materials”(管道系統(tǒng)材料的選擇和應(yīng)用實(shí)施規(guī)程)，安裝的管道應(yīng)按照相應(yīng)的AWWA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓力試驗(yàn)和滲漏試驗(yàn)，新建管網(wǎng)的用水管道按照“AWWA標(biāo)準(zhǔn)C651”進(jìn)行消毒，所有水管應(yīng)充分沖洗、消毒并進(jìn)行微生物含量測(cè)試后方可使用。
2.5 水廠總體設(shè)計(jì)
我國(guó)“規(guī)范”中水廠設(shè)計(jì)部分主要包括廠址選擇、生產(chǎn)和附屬構(gòu)筑物布置要求;美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”的第二章“一般設(shè)計(jì)規(guī)定”中對(duì)廠區(qū)布置、構(gòu)筑物布置、電氣控制、備用電源、實(shí)驗(yàn)室設(shè)施以及安全措施進(jìn)行規(guī)定。中美對(duì)構(gòu)筑物布置的要求主要包括廠區(qū)功能分區(qū)和未來(lái)廠區(qū)擴(kuò)建規(guī)劃，美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)施和安全性進(jìn)行了更加具體的要求。
2.6 水處理工藝
中美設(shè)計(jì)規(guī)范均重點(diǎn)闡述了水處理工藝的設(shè)計(jì)要求。我國(guó)“規(guī)范”在水處理工藝設(shè)計(jì)方面主要包括預(yù)處理、混凝劑和助凝劑的投配、混凝、沉淀、澄清、過(guò)濾、地下水除鐵和除錳、除氟、消毒和水質(zhì)穩(wěn)定處理;美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”第四章“處理過(guò)程”主要包括微篩分、澄清、過(guò)濾、消毒、軟化、陽(yáng)離子交換、曝氣、鐵錳控制、穩(wěn)定和除臭。中美對(duì)各工藝段設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的要求有一定差異，以下以絮凝、沉淀、過(guò)濾、消毒、深度處理為例進(jìn)行對(duì)比。
2.6.1 常規(guī)處理工藝
美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”中絮凝池種類單一，采用漸縮(即速度遞減)絮凝，我國(guó)“規(guī)范”中有4種絮凝池，分別是隔板、機(jī)械、折板和網(wǎng)格絮凝池，表1所示為美國(guó)和我國(guó)不同絮凝工藝停留時(shí)間和流速參數(shù)的對(duì)比。以隔板絮凝池為例，我國(guó)“規(guī)范”提供的絮凝停留時(shí)間為20~30 min，而美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”要求的時(shí)間更長(zhǎng)，需至少30 min，絮凝時(shí)間延長(zhǎng)更有利于絮體與污染物的接觸。在流速方面，我國(guó)“規(guī)范”中分別限定了2種速度，即起段流速和末端流速，美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”僅對(duì)末端流速進(jìn)行限定，且范圍寬于我國(guó)“規(guī)范”中的要求。
表2所示為沉淀工藝停留時(shí)間和溢流速度的對(duì)比。以平流沉淀池為例，美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”要求的沉淀時(shí)間較長(zhǎng)(≥4 h)，溢流速度較小(1.2 m/h)。沉淀停留時(shí)間長(zhǎng)、流速低可以節(jié)約藥劑，提高沉淀后水質(zhì)，并有足夠的調(diào)節(jié)時(shí)間，較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。停留時(shí)間短可以節(jié)省基建投資，減少占地面積。設(shè)計(jì)沉淀工藝的停留時(shí)間和流速，需要根據(jù)場(chǎng)地面積、投資成本、沉后水水質(zhì)要求等多方面進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析而確定。
表3所示為過(guò)濾工藝中濾料種類和濾速的參數(shù)對(duì)比。我國(guó)“規(guī)范”中濾池種類有普通快濾池、V形濾池、虹吸濾池以及重力式無(wú)閥濾池;美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”中過(guò)濾池種類較多，有重力過(guò)濾池、壓濾池、硅藻泥過(guò)濾池、慢砂過(guò)濾池、直接過(guò)濾池、深床重力過(guò)濾池以及生物濾床。從過(guò)濾種類上來(lái)看，“標(biāo)準(zhǔn)”中硅藻泥過(guò)濾池、直接過(guò)濾池和生物濾床過(guò)濾形式較為先進(jìn)，但采用硅藻泥過(guò)濾池、直接過(guò)濾池和生物濾床，需先進(jìn)行中試研究，確定工藝參數(shù)，并符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，審查機(jī)關(guān)批準(zhǔn)后，方可投入使用。美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”中對(duì)濾速的要求比較寬泛，在綜合分析原水水質(zhì)、預(yù)處理程度、過(guò)濾介質(zhì)、水質(zhì)控制參數(shù)、操作人員能力和審查機(jī)關(guān)要求的因素后確定濾池濾速。濾速在4.88~9.76 m/h。
表4所示為濾池濾速及濾料種類，可知我國(guó)濾速主要與濾料厚度有關(guān)。
在消毒方面，我國(guó)“規(guī)范”主要對(duì)氯、氯胺、二氧化氯和臭氧消毒進(jìn)行設(shè)計(jì)要求;美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”不僅對(duì)氯、臭氧消毒中涉及的設(shè)備和工藝參數(shù)進(jìn)行要求，同時(shí)對(duì)紫外線消毒也進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，美國(guó)在紫外線消毒技術(shù)的應(yīng)用上已經(jīng)有較成熟的經(jīng)驗(yàn)，而我國(guó)在該方面尚缺乏相關(guān)的技術(shù)參數(shù)要求。美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)消毒接觸時(shí)間的確定提出了更加嚴(yán)格的要求，需綜合考慮投加消毒劑對(duì)水中的pH、氨、臭味產(chǎn)生物質(zhì)、溫度、細(xì)菌總數(shù)、消毒副產(chǎn)物等相關(guān)因素的影響;我國(guó)“規(guī)范”中限定了氯消毒有效接觸時(shí)間不應(yīng)小于30 min，氯胺消毒有效接觸時(shí)間不應(yīng)小于2 h。
2.6.2 深度處理工藝
我國(guó)“規(guī)范”和美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)深度處理工藝的設(shè)計(jì)要求主要包括臭氧和活性炭，“標(biāo)準(zhǔn)”在臭氧設(shè)計(jì)方面較為成熟，不僅設(shè)計(jì)臭氧發(fā)生器以及接觸器，還對(duì)尾氣分解處理進(jìn)行要求，規(guī)定尾氣分解最大允許臭氧濃度為0.1 ppm。美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”中在膜處理工藝設(shè)計(jì)中對(duì)膜材料和膜清潔有設(shè)計(jì)要求。根據(jù)水質(zhì)的好壞選取膜處理材料，通常采用醋酸纖維素和聚酰胺復(fù)合材料，為防止膜污染，需增設(shè)預(yù)處理措施，延長(zhǎng)膜使用壽命;對(duì)膜材料的操作條件和壽命進(jìn)行限定，主要影響因素是膜的類型、原水水質(zhì)和工藝操作方法;對(duì)膜的清潔方法和使用的化學(xué)品都有嚴(yán)格的要求。
2.7 凈水廠排泥水處理
我國(guó)“規(guī)范”中主要對(duì)凈水廠排泥水的工藝流程、調(diào)節(jié)、濃縮、脫水以及泥餅處置與利用進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)定;美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”中第九章“廢棄物”對(duì)生活廢物、濃鹽廢水、沉淀軟化污泥、鋁鹽污泥以及過(guò)濾池沖洗水進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)定。我國(guó)“規(guī)范”只規(guī)定凈水廠排泥水處理應(yīng)包括沉淀池(澄清池)排泥水、氣浮池浮渣和濾池反沖洗廢水，不包括對(duì)生活廢物的處理要求。
2.8 檢測(cè)與控制
我國(guó)“規(guī)范”對(duì)水廠的檢測(cè)與控制的設(shè)計(jì)要求包括在線檢測(cè)、控制以及計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng);美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”中則包括自動(dòng)化水廠報(bào)警與應(yīng)急系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)安全以及人員操作常見(jiàn)問(wèn)題等。“標(biāo)準(zhǔn)”中對(duì)自動(dòng)化控制水平要求較高，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)、設(shè)備控制、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)可遠(yuǎn)程操控水處理廠，并要求定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估與維護(hù)，配備設(shè)備故障和通信或電力損壞的應(yīng)急操作。
建議
根據(jù)中美室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范的對(duì)比分析，提出以下幾點(diǎn)針對(duì)我國(guó)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂的建議：
(1)加快我國(guó)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》更新頻率，定期完善相關(guān)技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求，保障規(guī)范的動(dòng)態(tài)性和周期性。我國(guó)“規(guī)范”實(shí)施近11年，更新與修訂的周期較長(zhǎng)，部分設(shè)計(jì)參數(shù)與工藝已不符合現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)的要求，根據(jù)國(guó)家技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求對(duì)規(guī)范進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，以確保我國(guó)“規(guī)范”內(nèi)容與相關(guān)政策法規(guī)的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)性。
(2)優(yōu)化我國(guó)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)體系，保證規(guī)范條文的法律性和靈活性。我國(guó)“規(guī)范”中包括強(qiáng)制性條文22條和其余推薦性條文，可將與室外給水工程相關(guān)的現(xiàn)行法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)制性條文進(jìn)行匯總和更新，形成一套具有法律效力的全文強(qiáng)制性規(guī)范，用于政府監(jiān)管，并將推薦性條文靈活地用于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使技術(shù)更加高效，市場(chǎng)更加開(kāi)放。
(3)增加先進(jìn)水處理技術(shù)的規(guī)范要求，補(bǔ)充國(guó)內(nèi)現(xiàn)有成熟經(jīng)驗(yàn)的新技術(shù)和新工藝，借鑒國(guó)外相關(guān)技術(shù)規(guī)范內(nèi)容，增加相關(guān)“智慧水務(wù)”建設(shè)技術(shù)規(guī)范要求，發(fā)揮信息化手段滿足現(xiàn)代水務(wù)發(fā)展需求，準(zhǔn)確掌握供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)資源共享，提高水資源綜合管理能力。
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