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罗林，兰景贤，丁恩习，池小昌
（西安培华学院，陕西 西安 710125）
1.1农村排水现状
中央和相关部门针对农村环境治理和生活污水处理先后制定出台了《农村人居环境整治三年行动方案》《关于加快制定地方农村生活污水处理排放标准的通知》《农村生活污水处理设施水污染物排放控制规范编制工作指南（试行）》《农村生活污水处理工程技术标准》一系列政策文件，根据各地区不同社会经济和环境的发展现状，加快推进农村人居环境整治，进一步提升农村人居环境水平，科学合理确定和分类制定农村生活污水的排水方式、排放去向和相关污染物控制指标等提出了明确的规定，并已有包括陕西省在内以及30个省（区、市）印发了地方标准规范。
1.2 农村排水存在问题
水是生命之源，供水管网的建设与当地居民的生活用水质量和农田灌溉用水保障息息相关。此外，陕西大部分农村仅有雨水管渠，无污水管网，各农户厨房污水直接排至雨水管渠，家用卫生间基本也是在旱厕旁设化粪池，定期住户自行雇佣人员清掏。虽然有农厕改造工程，但也往往流于形式，并没有建立污水管网与污水处理系统。
因此，研究适合陕西地貌的农村污水排放处理系统，可以保护农村周边水体不受污染，改善土壤环境，也可为推进美丽宜居乡村建设提供参考。
2.1 村落分布特征
陕西主要的地势村落可分为：陕北丘陵沟壑区、关中平原、陕南秦巴山区等。在丘陵沟壑区，因其地貌环境深处千沟万壑，不同坡地以及不同坡向、不同坡位的气候条件也不相同，人们长期与环境作斗争，在关中平原区，因西高东低的地势特点以及降雨时空分布不均匀的气候特点，导致农民在生活用水和农业灌溉用水方面产生不便。在秦巴山区水资源的优势与当地经济的发展一直不相匹配，深处山区，当地丰富的水资源却没有被充分利用，在南水北调工程中，受经济和环境的双重制约，水资源开发不协调。
2.2 农村污水排放问题
在2019年4月中华人民共和国住房和城乡建设部发布《农村生活污水处理工程技术标准（2019）》要求农村生活污水收集采用分流制，农村生活污水收集及排放系统包括农村庭院内的用户污水收集系统，农户庭院外的污水收集系统和污水处理设施出水排水系统。污水管道及其坡度也要根据排水量及其流速确定，而污水管道设计也有明确规定。
农村生活污水的排放方式主要有：通过污水集水管道排入周围的河道、通过明沟排入周围的河道、直接泼洒到地面等三种方式。大部分农村生活污水都是粗排放型，很少有完善的污水管道收集系统，房屋与房屋之间的污水排放并没有集合到一起，大多数都是以个体排放为主。基本都是没有经过任何处理，直接由明沟暗渠等渠道排入周围河流。据调查，农村住房大部分都是自建房，房内的排水系统并不完善，污水管道和雨水管道并没有详细的区分，排水分流管道材料和管径不标准，未按图纸和规范施工现象普遍存在。在考虑到经济成本下，给水管道尺寸不符合要求的情况时常发生，所以日积月累，农村自建房漏水和渗水现象频频发生。污水处理技术选择不到位，现阶段适用于农村污水处理主要有MBR、综合生物处理、净化槽等三种工艺，很多村落并没有因地制宜地选择污水处理技术，导致环境的污染。
2.3 小管径排水系统
小管径排水系统，通常指水管内径不超过200 mm，主要用于收集截留池的粗过滤或化粪池给水中水池部分等的排水系统。该排水系统具有管径较小、连接附属设备简单等特点，使其在不同农村的不同地势下更具适用性。中国在城市建设中利用小管径排水系统较多，但农村对于小管径排水系统的应用还是比较欠缺。因此，研究通过对不同地势的农村村落的排水情况进行其特点分析，并根据现有的排水设计规范—《建筑给排水设计规范》和《室外排水设计规范》，为不同类型农村使用小管径排水提供方案，以改善农村排水现状。利用BIM技术创建管内流体体积模型，模拟不同地势下重力流对排水管道的压强，分析其在不同流速下对管壁产生的压力规律，为构建符合农村排水特点及农村经济情况的污水收集系统提供参考。
目前中国应用BIM 技术在给水排水中主要利用revitMEP等软件进行三维机械碰撞模拟，对于具体的给排水项目正向设计较少。在国家的鼓励新技术的发展背景下，BIM技术人才逐渐增多，但能充分利用到施工设计中的应用型人才还是较为缺少。只是停留在项目周期性管理阶段，在面对具体给排水管道施工，面对特殊情况时很少能进行施工指导。经过查阅相关文献可知，BIM技术在农村给排水的应用主要有管道布局设置和管材用量统计以及该技术的二次开发。
3.1 BIM技术对于管道的布局设置
在先前提到的陕西三大地势的特征，所处地势和环境不同，因此对不同地势的给排水管道布局也应该不同。以往的管道布局设置，都是老一辈工程人的经验来进行规划设计，这样做不仅费时费力，经济的投入也会大大提高。使用BIM技术下的一系列软件可以大大优化这一方面，以revitMEP 软件为例，模拟对不同管径（DN200以下管径的小管道）、不同地势情况下的排水管网管道布置，将农村自建房的用水设备相关联，设置好基准点，利用软件内部的生成布局，分析出最适用于当前房屋的给排水布置图。对房屋与房屋之间的管道连接布局也可以使用这款软件进行生成布局，自动计算出最经济合理的给水排水路线。对不同的主干路，同样也可以手动选择管道的材质和半径，也可以任意添加水管配件，进行支路的增添。以往的二维设计不能完全考虑到空间的重叠和碰撞，利用revitMEP软件从排水管道工程布局中查看三维可视化，进行管道碰撞和交叉问题检查，以便进一步修改，避免施工过程中的返工误时现象。
3.2 管材用量统计
3.2.1 建立管材用量明细表
利用revitMEP 在设置好每一种管道及其使用的配件的名称，管道布局完成后，选择所要统计的管道或配件，软件会自动生产管材的用量统计表，在设计过程中实现耗材和成本的实时监控，以便对工程造价进行预算。
3.2.2 查看明细表生成内容
利用BIM系列的插件，把明细表导入插件内，查看管材的属性类型和使用部位。通过不同地方使用管材的用量，总结归纳出在不同地势下的管道大小、材料等使用情况。
3.3 BIM技术在农村给排水管道的二次开发
近几年来，国内的BIM专业人才通过对BIM的二次开发提高了各专业的建模效率以及BIM信息的管理效率。比如：在管道方面设计基于Revit 的管道布置优化和自动标注的插件，提高了管道布置的合理性。可以利用三维建模软件revitMEP 的插件，模拟对不同管径（DN200 以下的小管径）、不同地势情况下的排水管网和管道进行自动布置，通过插件分析不同布置情况下管道压力分布情况；
利用管道坡度来模拟不同地势，在确定数值模拟模型时，利用BIM模型以及插件进行“流量”和“管径”的数据提取，确定管道管径、流速和充满度，完成水力计算。通过计算结果得出数据，选用最适合的管道类型；
利用插件给管道设置定义坡度，来模拟不同高度的不同地势，分析拐点处的受力情况，并对比直流管道的水流和拐点处的水流情况，将向上的水流和向下的水对管壁的压力进行对比，并且在不同情况下适当地增加管壁厚度；
也可以通过BIM二次开发环境插件，对管道在不同环境温度，湿度，酸碱度一系列的条件下，分析管道的使用年限以及管道布局是否合理，为不同地势的陕西农村排水管网设计提供参考。
综上所述，文章研究聚焦陕西农村排水管网建设与污水治理问题，从不同地势村落分布特征、污水特征、排水特点、小管径排水系统特性等多个方面解析陕西农村生活污水排水管网设计布局问题。说明BIM技术在陕西不同地势农村自建房管道布置和区域管道布局的优势，并总结了BIM技术在不同村落的应用。
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