通過(guò)對比中美室外給水設計規范存在的差異，提出多方面的建議，為我國《室外給水設計規范》的修訂提供參考，推進(jìn)我國技術(shù)規范標準體系的發(fā)展。
前言：我國最新的《室外給水設計規范》(GB50013-2006,以下簡(jiǎn)稱(chēng)“規范”)于2006年1月18日發(fā)布，并于2006年6月1日正式實(shí)施，而現行《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)是于2007年7月1日實(shí)施，飲用水標準的實(shí)施滯后于設計規范，給實(shí)際工程設計帶來(lái)了一定的矛盾性，尤其體現在2015年后國家要求各省(區、市)和省會(huì )城市對飲用水106項指標實(shí)行全覆蓋，對給水工藝的設計就提出了更加嚴格的要求。2017年住房城鄉建設部標準定額司發(fā)布征求國家標準《室外給水設計規范(征求意見(jiàn)稿)》改編意見(jiàn)函，要求對規范進(jìn)行合理科學(xué)的修訂。本文參考美國現行給水設計規范《給水工程設計標準》(Recommended standard for water works,以下簡(jiǎn)稱(chēng)“標準”)，通過(guò)對美國“標準”中水源開(kāi)發(fā)、處理過(guò)程、藥劑應用、泵設施、出水儲存、配水系統管道、附屬物以及廢棄物等內容的研究，與我國現行的“規范”進(jìn)行對比，提出我國“規范”中技術(shù)參數上存在的不足及差異，為我國“規范”的修訂提供參考依據。
中美給水設計規范體系現狀
1.1 我國給水設計規范體系現狀
我國基礎性的水事法典為《中華人民共和國水法》，規定了各項基本水事法律原則和基本水事法律制度，我國給水工程相關(guān)規范主要包括《城鎮給水排水技術(shù)規范》(GB 50788-2012)、《室外給水設計規范》(GB 50013-2006)、《給水排水工程管道結構設計規范》(GB 50332-2002)和《城市給水工程規劃規范》(GB 50282-2016)等，其中《城鎮給水排水技術(shù)規范》(GB 50788-2012)為全文強制性國家標準。供水廠(chǎng)工程主要設計依據《室外給水設計規范》(GB 50013-2006)，該規范于1986年制定，并于1997年進(jìn)行了局部修訂，主要對生活用水量的確定方法和定額標準作了較大變更, 而對規范的內容和基本結構未作大的改動(dòng)。2003年5月，住房城鄉建設部批復同意對該規范進(jìn)行全面修訂，2006年1月18日建設部以公告第410號批準新規范頒布, 自2006年6月1日起正式實(shí)施，原《室外給水設計規范》(GBJ13-86)同時(shí)廢止?！妒彝饨o水設計規范》(GB 50013-2006)作為工程建設技術(shù)規范，內容重點(diǎn)是工程項目建設的規模、布局、功能、性能要求，以及實(shí)現功能、性能要求的相應技術(shù)措施，包括必要的控制性指標。
1.2 美國給水設計規范體系現狀
美國根據水資源利用和管理的需要制定相應的法律法規，與水相關(guān)的法規主要包括《清潔水法》和《安全飲用水法》，均由美國環(huán)境保護署(Environmental Protection Agency，EPA)頒布。在給水設計方面，美國各州自行制定給水設計規范，“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)制定的規范，主要包括了供水設施、污水處理設施、下水道系統以及游泳池設計等規定與標準?！督o水工程設計標準》是“Ten State Standards”標準中關(guān)于供水設施的設計規范。1953年，《給水工程設計標準》由供水委員會(huì ) (Water Supply Committee)以報告的形式首次發(fā)布，隨后于1962年到2012年進(jìn)行了10次修訂和公布，以此規范為設計依據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。
中美設計規范對比
2.1 室外給水設計規范結構對比
我國“規范”結構中共有11章，主要包括總則、術(shù)語(yǔ)介紹、給水系統、設計水量、取水、泵房、輸配水、水廠(chǎng)總體設計、水處理、凈水廠(chǎng)排泥水處理以及檢測與控制。美國“標準”共有9章，內容涵蓋了規劃遞交、一般設計規定、水源開(kāi)發(fā)、處理過(guò)程、藥劑應用、泵設施、出水儲存、配水系統管道與附屬物和廢棄物。
從結構上看，美國“標準”未設總則，而是用“Policy Statement”(政策說(shuō)明)來(lái)代替總則內容。“標準”中單列了“規劃遞交”和“藥劑應用”章節，其中“規劃遞交”限定了設計流程和審查要求，“藥劑應用”主要是對飲用水處理過(guò)程中使用的藥劑在應用與存儲等方面進(jìn)行規定，還包括常規藥劑、特殊藥劑的使用以及操作人員安全的規定;我國“規范”中對藥劑投加量和存儲也進(jìn)行相關(guān)規定，但內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“規范”在取水方面主要針對水源選擇、地下水取水構筑物和地表水取水構筑物的種類(lèi)和參數進(jìn)行限定和說(shuō)明;美國“標準”中“水源開(kāi)發(fā)”內容相當于我國“規范”中的“給水系統”、“設計水量”以及“取水”這3章內容的綜合，均規定了以地表水和地下水做為水源地時(shí)，對水量與水質(zhì)的要求，同時(shí)包括取水構筑物的設計要求。中美設計規范在水源選擇上存在的差異主要是美國“標準”對取水流程要求更嚴格，水源選擇必須進(jìn)行水質(zhì)評估，取樣并評估水中微生物特性、物理特性(包括溶氧量)、化學(xué)特性和放射特性，審查機關(guān)審查分析結果合格后，才可作為供水系統的水源。
2.3 泵房
我國“規范”中泵房部分主要對吸水井、吸水條件、進(jìn)出水管道設計流速、起重設備、水泵機組布置以及泵房布置等方面進(jìn)行規定;美國“標準”中第六章“泵設施”主要包括吸水高度、增壓泵、自動(dòng)和遠程控制以及附屬物。中美設計規范均對水泵吸水條件有設計要求，兩者區別主要體現在我國“規范”更側重泵房設計，美國“標準”更多限定了水泵本身的設計要求，不包括泵房?jì)葮嬛锏脑O計，“標準”中將水泵的閥門(mén)、管道以及儀表作為附屬物，進(jìn)行單獨闡述，我國“規范”中沒(méi)有對其進(jìn)行設計規定。
2.4 輸配水
我國“規范”在輸配水方面主要對水力計算、管道布置和敷設、管渠材料和附屬設施、調蓄構筑物等方面進(jìn)行規定;美國“標準”第八章“配水系統管道與附屬物”中闡述了管道材料、系統設計、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)等方面的設計要求。美國“標準”未提及輸配水的水力計算，同時(shí)中美在管道材料的選擇上也存在差異。我國“規范”要求管道材料應符合現行國家標準《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價(jià)標準》(GB/T17219-1998)的規定，美國“標準”規定輸配水管道材料選擇應符合美國國家標準學(xué)會(huì )(American National Standards Institute: ANSI)頒布的有關(guān)標準，如ANSI/ASTM F1155 2010 “Practice for Selection and Application of Piping System Materials”(管道系統材料的選擇和應用實(shí)施規程)，安裝的管道應按照相應的AWWA標準進(jìn)行壓力試驗和滲漏試驗，新建管網(wǎng)的用水管道按照“AWWA標準C651”進(jìn)行消毒，所有水管應充分沖洗、消毒并進(jìn)行微生物含量測試后方可使用。
2.5 水廠(chǎng)總體設計
我國“規范”中水廠(chǎng)設計部分主要包括廠(chǎng)址選擇、生產(chǎn)和附屬構筑物布置要求;美國“標準”的第二章“一般設計規定”中對廠(chǎng)區布置、構筑物布置、電氣控制、備用電源、實(shí)驗室設施以及安全措施進(jìn)行規定。中美對構筑物布置的要求主要包括廠(chǎng)區功能分區和未來(lái)廠(chǎng)區擴建規劃，美國“標準”同時(shí)對實(shí)驗室設施和安全性進(jìn)行了更加具體的要求。
2.6 水處理工藝
中美設計規范均重點(diǎn)闡述了水處理工藝的設計要求。我國“規范”在水處理工藝設計方面主要包括預處理、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)穩定處理;美國“標準”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、穩定和除臭。中美對各工藝段設計和工藝參數的要求有一定差異，以下以絮凝、沉淀、過(guò)濾、消毒、深度處理為例進(jìn)行對比。
2.6.1 常規處理工藝
美國“標準”中絮凝池種類(lèi)單一，采用漸縮(即速度遞減)絮凝，我國“規范”中有4種絮凝池，分別是隔板、機械、折板和網(wǎng)格絮凝池，表1所示為美國和我國不同絮凝工藝停留時(shí)間和流速參數的對比。以隔板絮凝池為例，我國“規范”提供的絮凝停留時(shí)間為20~30 min，而美國“標準”要求的時(shí)間更長(cháng)，需至少30 min，絮凝時(shí)間延長(cháng)更有利于絮體與污染物的接觸。在流速方面，我國“規范”中分別限定了2種速度，即起段流速和末端流速，美國“標準”僅對末端流速進(jìn)行限定，且范圍寬于我國“規范”中的要求。
表2所示為沉淀工藝停留時(shí)間和溢流速度的對比。以平流沉淀池為例，美國“標準”要求的沉淀時(shí)間較長(cháng)(≥4 h)，溢流速度較小(1.2 m/h)。沉淀停留時(shí)間長(cháng)、流速低可以節約藥劑，提高沉淀后水質(zhì)，并有足夠的調節時(shí)間，較強的抗沖擊負荷能力。停留時(shí)間短可以節省基建投資，減少占地面積。設計沉淀工藝的停留時(shí)間和流速，需要根據場(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)濟技術(shù)分析而確定。
表3所示為過(guò)濾工藝中濾料種類(lèi)和濾速的參數對比。我國“規范”中濾池種類(lèi)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“標準”中過(guò)濾池種類(lèi)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(lèi)上來(lái)看，“標準”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，并符合設計規范要求，審查機關(guān)批準后，方可投入使用。美國“標準”中對濾速的要求比較寬泛，在綜合分析原水水質(zhì)、預處理程度、過(guò)濾介質(zhì)、水質(zhì)控制參數、操作人員能力和審查機關(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(lèi)，可知我國濾速主要與濾料厚度有關(guān)。
在消毒方面，我國“規范”主要對氯、氯胺、二氧化氯和臭氧消毒進(jìn)行設計要求;美國“標準”不僅對氯、臭氧消毒中涉及的設備和工藝參數進(jìn)行要求，同時(shí)對紫外線(xiàn)消毒也進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，美國在紫外線(xiàn)消毒技術(shù)的應用上已經(jīng)有較成熟的經(jīng)驗，而我國在該方面尚缺乏相關(guān)的技術(shù)參數要求。美國“標準”對消毒接觸時(shí)間的確定提出了更加嚴格的要求，需綜合考慮投加消毒劑對水中的pH、氨、臭味產(chǎn)生物質(zhì)、溫度、細菌總數、消毒副產(chǎn)物等相關(guān)因素的影響;我國“規范”中限定了氯消毒有效接觸時(shí)間不應小于30 min，氯胺消毒有效接觸時(shí)間不應小于2 h。
2.6.2 深度處理工藝
我國“規范”和美國“標準”對深度處理工藝的設計要求主要包括臭氧和活性炭，“標準”在臭氧設計方面較為成熟，不僅設計臭氧發(fā)生器以及接觸器，還對尾氣分解處理進(jìn)行要求，規定尾氣分解最大允許臭氧濃度為0.1 ppm。美國“標準”中在膜處理工藝設計中對膜材料和膜清潔有設計要求。根據水質(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合材料，為防止膜污染，需增設預處理措施，延長(cháng)膜使用壽命;對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(lèi)型、原水水質(zhì)和工藝操作方法;對膜的清潔方法和使用的化學(xué)品都有嚴格的要求。
2.7 凈水廠(chǎng)排泥水處理
我國“規范”中主要對凈水廠(chǎng)排泥水的工藝流程、調節、濃縮、脫水以及泥餅處置與利用進(jìn)行設計規定;美國“標準”中第九章“廢棄物”對生活廢物、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)行設計規定。我國“規范”只規定凈水廠(chǎng)排泥水處理應包括沉淀池(澄清池)排泥水、氣浮池浮渣和濾池反沖洗廢水，不包括對生活廢物的處理要求。
2.8 檢測與控制
我國“規范”對水廠(chǎng)的檢測與控制的設計要求包括在線(xiàn)檢測、控制以及計算機控制管理系統;美國“標準”中則包括自動(dòng)化水廠(chǎng)報警與應急系統、計算機安全以及人員操作常見(jiàn)問(wèn)題等。“標準”中對自動(dòng)化控制水平要求較高，通過(guò)計算機技術(shù)、設備控制、監控和數據采集(SCADA)系統可遠程操控水處理廠(chǎng)，并要求定期對系統進(jìn)行評估與維護，配備設備故障和通信或電力損壞的應急操作。
建議
根據中美室外給水設計規范的對比分析，提出以下幾點(diǎn)針對我國《室外給水設計規范》修訂的建議：
(1)加快我國《室外給水設計規范》更新頻率，定期完善相關(guān)技術(shù)參數和設計要求，保障規范的動(dòng)態(tài)性和周期性。我國“規范”實(shí)施近11年，更新與修訂的周期較長(cháng)，部分設計參數與工藝已不符合現行《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)的要求，根據國家技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟建設需求對規范進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，以確保我國“規范”內容與相關(guān)政策法規的統一和協(xié)調性。
(2)優(yōu)化我國《室外給水設計規范》標準體系，保證規范條文的法律性和靈活性。我國“規范”中包括強制性條文22條和其余推薦性條文，可將與室外給水工程相關(guān)的現行法規標準中強制性條文進(jìn)行匯總和更新，形成一套具有法律效力的全文強制性規范，用于政府監管，并將推薦性條文靈活地用于行業(yè)標準、地方標準、企業(yè)標準，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)的規范要求，補充國內現有成熟經(jīng)驗的新技術(shù)和新工藝，借鑒國外相關(guān)技術(shù)規范內容，增加相關(guān)“智慧水務(wù)”建設技術(shù)規范要求，發(fā)揮信息化手段滿(mǎn)足現代水務(wù)發(fā)展需求，準確掌握供水系統的運行狀況，實(shí)現資源共享，提高水資源綜合管理能力。
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