日本東京早在上世紀(jì)九十年代就完成了排水設(shè)施的全面普及，面對逐漸老化的污水處理設(shè)施和排水管網(wǎng)，東京都下水道局制定了相應(yīng)的修復(fù)再建規(guī)劃并采取了一系列技術(shù)措施。通過對排水管網(wǎng)設(shè)施的檢測和狀況分析，提出經(jīng)濟(jì)耐用年數(shù)的概念，并導(dǎo)入設(shè)施總量資產(chǎn)管理的方法，實現(xiàn)了資金投入的均衡化，確保老化設(shè)施再建工作的有序?qū)嵤Ｋ街梢怨ビ�，借鑒日本東京在排水設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理和修復(fù)再建方面的經(jīng)驗，了解并學(xué)習(xí)他們的再建規(guī)劃和技術(shù)措施，使我們的排水設(shè)施運(yùn)行管理更上一層樓。
一、前言
日本的污水處理普及率在2020年為92.1%，排水管道的總長度約為45.5萬公里，城市建成區(qū)排水管道密度在20-30Km/Km2，為我國城市排水管道密度11.1Km/Km2的二倍以上。日本首都東京由位于東京灣旁的主城區(qū)和西部的多摩地區(qū)等組成，總面積為1069㎞2。其中主城區(qū)面積約578.4㎞2，排水管道長度約1.614 萬㎞，排水管道密度為27.9Km/Km2，共有13座污水處理中心，平均每天的污水處理量為467萬m3/日。東京的排水設(shè)施建設(shè)始于明治時代，市區(qū)的污水處理普及率在1994年達(dá)到了100%[1]。東京都下水道局根據(jù)排水設(shè)施運(yùn)行中出現(xiàn)的問題以及社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展對排水事業(yè)的新要求，每五年一次制定《東京下水道事業(yè)經(jīng)營規(guī)劃》，以進(jìn)行總結(jié)并制定排水工作的新目標(biāo)。
二、東京城市排水管網(wǎng)現(xiàn)狀和修復(fù)再建方針
2.1 排水管網(wǎng)設(shè)施的現(xiàn)狀
始建于明治時代的東京都主城區(qū)排水管網(wǎng)設(shè)施，是以防止傳染病和解決城市內(nèi)澇為目開始實施，早期建設(shè)的排水管網(wǎng)以合流制排水系統(tǒng)為主。進(jìn)入上世紀(jì)八十年代，對位于東京北部的足立區(qū)和東部的世田谷區(qū)的一部分區(qū)域，以及位于東京灣海域新填埋陸地的一部分區(qū)域，導(dǎo)入了分流制排水系統(tǒng)，目前整個東京的合流制系統(tǒng)占比為82%。伴隨著使用年數(shù)的不斷增加，管網(wǎng)設(shè)施逐漸進(jìn)入老齡化。
在2020年東京市區(qū)全長1.614萬 km的排水管道中，超過了法定使用年數(shù)（50年）的管道約占總數(shù)的16%，長度達(dá)到1800km。而且，在上世紀(jì)六十年代和七十年代的經(jīng)濟(jì)高速成長期所建設(shè)的大量排水設(shè)施都將逐步達(dá)到法定使用年數(shù)。根據(jù)統(tǒng)計自2021年開始的五年內(nèi)達(dá)到法定使用年數(shù)的比例將增加到29%，如果考慮到今后20年的話，其比例將會猛增至總長度的65%，達(dá)到1.049萬km[1]。為此，自1994年實現(xiàn)污水處理設(shè)施完全普及之后，東京都下水道局在不斷建設(shè)地下深隧設(shè)施等以增強(qiáng)防洪排澇能力和提高對抗地震災(zāi)害能力的同時，開始了對排水設(shè)施的修復(fù)再建工作。
2.2 管網(wǎng)設(shè)施修復(fù)再建的方針
《2021東京下水道事業(yè)經(jīng)營規(guī)劃》中確定的排水管網(wǎng)設(shè)施修復(fù)再建方針為：（1）進(jìn)行排水管網(wǎng)設(shè)施的檢測和調(diào)查，把握其健全程度。在實施老化對策的同時，強(qiáng)化抗洪排澇能力并提高防震性能，有計劃地推進(jìn)再建和修復(fù)工作。（2）通過有計劃地進(jìn)行維護(hù)管理，使管網(wǎng)設(shè)施的使用壽命比法定使用年限延長30年左右，同時靈活應(yīng)用實現(xiàn)中長期事業(yè)投資均衡化的“資產(chǎn)管理方法”，按照“經(jīng)濟(jì)使用壽命”（約80年）的思路有效推進(jìn)修復(fù)再建工作。
為了實現(xiàn)排水管網(wǎng)修復(fù)再建的中長期規(guī)劃投資的均衡化，計劃將東京都主城區(qū)按照建設(shè)年代劃分為三期進(jìn)行實施。對第一期的區(qū)域，即建設(shè)年代最早的四個排水處理系統(tǒng)（芝浦處理區(qū)，三河島處理區(qū)，砂町處理區(qū)，小臺處理區(qū)）進(jìn)行優(yōu)先實施，要求在2029年基本完成。并對第二期和第三期的范圍，面積和管道長度和平均的使用年數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計和規(guī)劃。
圖-1修復(fù)再建的范圍和平均使用年數(shù)圖
從圖-1中可以得知，建設(shè)年代最早的東京中心部四個排水系統(tǒng)163Km2定為最需要實施修復(fù)再建的第一期，約4500km排水管網(wǎng)的平均使用年數(shù)已經(jīng)達(dá)到64年。處于中心部西側(cè)的第二期區(qū)域為277Km2，約7300km排水管網(wǎng)的平均使用年數(shù)為42年。處于中心部東側(cè)的第三期區(qū)域122Km2為后期開發(fā)區(qū)域，約4300km排水管網(wǎng)的平均使用年數(shù)相對較短，平均年數(shù)為33年。自1995年開始對第一期區(qū)域的排水管網(wǎng)有計劃地實施修復(fù)再建工作，經(jīng)過多年努力至2020年已完成了規(guī)劃面積的60%，管網(wǎng)的平均使用年數(shù)也變?yōu)檩^短的36年。從效果來看，1995年時該區(qū)域每年發(fā)生的道路塌方事故有809件，而目前5年平均值已經(jīng)降低到了每年道路塌方事故少于10件，下降幅度超過了80%，取得非常好的效果，具體統(tǒng)計如圖-2所示。在進(jìn)行排水管網(wǎng)修復(fù)再建的同時，也不斷推進(jìn)解決城市內(nèi)澇和改善合流制系統(tǒng)等工作。
圖-2 道路坍塌事故件數(shù)變化圖
為確保在2029年之前完成第一期范圍內(nèi)的管網(wǎng)修復(fù)再建工作，根據(jù)計算平均每年還需完成約7.0Km2面積內(nèi)的排水管道。最近幾年在東京都每年都有約50個用于管道修復(fù)再建的工程項目，今后也將會按照這個狀態(tài)繼續(xù)進(jìn)行下去。
圖-3 管道修復(fù)再建項目數(shù)量統(tǒng)計圖
三、東京城市排水管網(wǎng)現(xiàn)修復(fù)再建的技術(shù)措施
3.1 導(dǎo)入經(jīng)濟(jì)耐用年數(shù)和資產(chǎn)管理方法
日本《地方公營企業(yè)法》實施規(guī)則中規(guī)定，排水管網(wǎng)設(shè)施的折舊基準(zhǔn)年數(shù)，即法定使用年數(shù)為50年。但通過有計劃地實施維護(hù)管理，管網(wǎng)設(shè)施的使用壽命在不斷延長，如何確定實際使用壽命，東京都下水道局做了如下分析和定義。
把用于管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)的總投資加上在使用過程中的維護(hù)管理費(fèi)用的總和，稱為排水管網(wǎng)設(shè)施的生命周期成本。把該生命周期成本除以使用年數(shù)后發(fā)現(xiàn)，排水管網(wǎng)設(shè)施生命周期成本的年平均費(fèi)用在約80年時為最小。為此，把建設(shè)費(fèi)用和養(yǎng)護(hù)管理費(fèi)用的總和（生命周期成本）除以使用年數(shù)后的年平均費(fèi)用最小的年數(shù)（即80年）定義為經(jīng)濟(jì)耐用年數(shù)。即排水管網(wǎng)設(shè)施在使用年數(shù)為約80年時實施修復(fù)和再建的成本可以達(dá)到最低。
圖-4 經(jīng)濟(jì)耐用年數(shù)說明圖
3.2 采用資產(chǎn)管理法實現(xiàn)年度投資均衡化
東京在經(jīng)濟(jì)高度成長期的1965年-1994年的約30年期間，每年建設(shè)了大量排水管網(wǎng)設(shè)施，實現(xiàn)了污水收集和處理全域普及的目標(biāo)。伴隨著人口少子老齡化和經(jīng)濟(jì)不景氣等原因，如果按照管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)后的實際使用年數(shù)進(jìn)行再建修復(fù)，將無法承受投資的壓力。為此，東京都下水道局對目前的排水管網(wǎng)設(shè)施進(jìn)行分析，對即將進(jìn)入修復(fù)再建期的管網(wǎng)設(shè)施量進(jìn)行均衡化，導(dǎo)入了排水設(shè)施“庫存資產(chǎn)管理方法”（Stock management techniques）的概念。其定義是：評估排水管網(wǎng)和污水處理設(shè)施的現(xiàn)有狀態(tài)，實施恰當(dāng)?shù)木S護(hù)管理的同時，考慮到生命周期成本和中長期的設(shè)施修復(fù)再建事業(yè)投資的均衡化等，有計劃且高效率地實施管理資產(chǎn)的方法。
目前，第一期范圍內(nèi)排水管網(wǎng)的修復(fù)再建已完成60%，計劃在2029年全部完成。第二期范圍將在2030年開始實施，通過“庫存資產(chǎn)管理方法”均衡化以后，第三期的年度修復(fù)再建設(shè)施量將是當(dāng)年建設(shè)量最多年份的一半。通過這樣的做法，把短時間內(nèi)同時達(dá)到經(jīng)濟(jì)耐用年數(shù)的管網(wǎng)設(shè)施有計劃地進(jìn)行調(diào)整，確保規(guī)劃期間每年需完成工作量的均衡性，使每年的投資保持平穩(wěn)并降到合理最低。在實施過程中，對管道損壞情況引進(jìn)健全度的概念，根據(jù)對管道設(shè)施的檢測調(diào)查結(jié)果將老化程度分成等級便于先擇修復(fù)技術(shù)。在修復(fù)技術(shù)選擇上，為了最大限度的控制施工對道路交通和生活的影響，采用不開挖道路對老化的排水管道從內(nèi)側(cè)進(jìn)行更新的更生工法實施管道修復(fù)。
圖-5 排水設(shè)施資產(chǎn)管理模式圖
3.3 修復(fù)和再建并行實施
在修復(fù)再建工作實施過程中，受排水主管、干線管道和泵站等設(shè)施的整體狀況以及現(xiàn)有管道的排水能力（余量和水位）等各種不同條件的制約，規(guī)劃和再建的方法和時期也不一致。為此，東京都下水道局把各種因素綜合以后分成“常規(guī)再建”，“老化對策先行的再建”，“老化對策先行的再建（階段方式）”等三種類型來推進(jìn)修復(fù)再建工作。
其具體做法為，“常規(guī)再建”是以確保管道排放能力有20%余量為原則，當(dāng)該區(qū)域的再建排水標(biāo)準(zhǔn)（降雨強(qiáng)度50mm/h，徑流系數(shù)80%）所對應(yīng)的干線管道等主要設(shè)施已經(jīng)建成達(dá)標(biāo)時所采用的再建方法�！袄匣瘜Σ呦刃械脑俳ā焙汀袄匣瘜Σ呦刃械脑俳ǎA段方式）”是指鑒于現(xiàn)有排水主管的破損已導(dǎo)致道路發(fā)生坍塌而需要再建，先以不低于再建排水標(biāo)準(zhǔn)（降雨強(qiáng)度50mm/h，徑流系數(shù)80%）為條件，在干線管道和泵站等設(shè)施尚未達(dá)成再建排水標(biāo)準(zhǔn)前，階段性地推進(jìn)排水主管的再建工作。這是以在干線管道和泵站等設(shè)施再建完成后，可確保目前再建完成的管道具有20%余量為目的的再建方法。
伴隨著人口老齡化，具有經(jīng)驗和技術(shù)的老職員逐漸退休，支撐排水事業(yè)的人才不足成為一個新的課題。為了應(yīng)對這樣的問題，東京都下水道局除了編寫“排水管網(wǎng)修復(fù)再建設(shè)計技術(shù)規(guī)范”的同時，還編寫了“管道修復(fù)再建施工設(shè)計的推進(jìn)方法”等技術(shù)資料，在培養(yǎng)內(nèi)部員工的同時，還對設(shè)計單位中缺乏施工設(shè)計經(jīng)驗的技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，以提高設(shè)計技術(shù)水準(zhǔn)，確保再建工作順利展開。
同時，把上述所說的再建類型用圖表形式進(jìn)行整理總結(jié)，可以消除中標(biāo)設(shè)計單位和施工單位的錯誤認(rèn)識，在進(jìn)行目前的修復(fù)再建時需要考慮到將來所有設(shè)施完成全面改造時，管網(wǎng)的排水能力明確達(dá)到再建排水標(biāo)準(zhǔn)（降雨強(qiáng)度50mm/h，徑流系數(shù)80%）時管道排放能力有20%余量的效果。
圖-6 修復(fù)再建的種類比較圖
四、結(jié)語
東京是開展深層排水隧道建設(shè)較早的城市之一，目前已建成四條深隧系統(tǒng)，基本都以控制內(nèi)澇為目的。其中有壯觀的號稱地下神殿的“東京首都圈外郭防水路”，直徑10.6米，全長6.3公里，在2006年建成使用。但到目前東京還沒有徹底解決城市內(nèi)澇問題，《2021東京下水道事業(yè)經(jīng)營規(guī)劃》中把解決城市內(nèi)澇問題排在主要對策的第二位。建設(shè)了深隧并不意味著暴雨天氣時城市不再發(fā)生內(nèi)澇問題。深隧設(shè)施不僅需要巨大的建設(shè)投資，投入使用后的積水排放，沉積淤泥的清除、提升和處置等都不是常規(guī)技術(shù)所能夠解決。為此，在國內(nèi)今后進(jìn)行深隧建設(shè)時，期待1*3*1+19-10/29+73能夠從東京的做法中得到啟發(fā)。
改革開放四十余年，通過對城市排水設(shè)施的大規(guī)模投資和建設(shè)，我國的城鄉(xiāng)水環(huán)境有了明顯的改善。但伴隨著使用年數(shù)的增加，部分設(shè)施逐漸進(jìn)入老齡化，出現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)性和功能性問題，輕者影響城市排水，重者造成城市內(nèi)澇或者引起路面塌方，嚴(yán)重危害城市的安全。借鑒日本東京在排水設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理方面的經(jīng)驗，了解和學(xué)習(xí)他們在排水管網(wǎng)全面再建方面的規(guī)劃和技術(shù)措施，讓我們在排水設(shè)施運(yùn)行管理上更上一層樓。
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