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摘要：随着我国经济的发展，城市化建设水平不断进步，市政排水管网建设正在越来越受到重视。本文通过对市政排水管网科学性优化设计要点进行分析，提出市政排水管网设计中存在的不足，并对此提出相关对策，意在为同行业者提供参考意见。
关键词：市政工程；排水管网；科学性优化设计
改革开放以来，我国城市化建设不断加快，进而推动了市政排水管网工程快速发展。生产结构的调整、新城区的建立、道路扩建等都为排水系统的建设提供了良好契机，市政排水管网覆盖率也在逐步上升。但市政排水管网设计中还存在一些不足，如污水排放造成的环境污染；排水系统落后使得雨水、污水合流；规划设计不能与时俱进，污水处理技术不能满足现代使用要求等。这些问题都在一定程度上阻碍了市政排水系统的建设与发展。
一、市政排水管网的作用
市政排水系统是城市建设的基础设施，主要是对城市污水进行预防与处理，使城市具有防洪功能。其主要功能包括对生活污水、工业污水的处理以及对雨水进行收集、输送，进而确保城市居民生活正常，创造安全舒适的居住环境，维持城市生态平衡。
二、市政排水管网设计原则
市政排水管网工程是城市化建设的重点项目，排水管网的设计图纸要与城市总体规划设计相符，并要确保社会经济的长效发展。新建的排水管网要与当地建设情况相结合，并考虑地块建设方案，在排水管网的平面、断面设计以及高程设计上要适应功能需求和便利性。在施工实践与总结的基础上，选材要与当代技术相符，积极促进新技术、新工艺、新材料的使用。还要顾全经济的合理性投入，严禁使用不合标准的材料。排水管网的平面以及高程设计还要兼顾城市其他管线的铺设，应留有充足的空间，便于对其他管线进行综合治理。
三、市政排水管网及存在的问题
（一）规划设计
目前，我国市政排水管网规划设计大多存在不合理的现象，排水管网设计方案要以城市整体规划设计作为基础。但由于排水管网自身特性，一般的使用期限在四十年左右。如果严格按照城市整体设计的人口居住密度、使用年限、污水排放量等作为参考，可能很难与城市实际发展需求相符。
（二）排水体制
排水体制是市政排水管网设计中十分重要的一项内容。排水体制直接影响整个市政排水管网设计，目前我国绝大多数的排水体制都需要完善。排水体制分为三种，分别是合流制排水、分流制排水以及混合制排水。合流制排水系统造价低，施工简单，但对污水处理及对系统管理都有一定负面影响。而分流制系排水统造价高，维护方便，利于污水处理及系统管理。混合制系统是在合流制排水系统建立的基础上提出的。但不同城市的地理条件、环境特征差异较大，因此，要选择适合城市自身发展的排水体制。
四、市政排水管网科学性优化设计措施
优化设计是一种寻找确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”，指的是一种方案可以满足所有的设计要求，而且所需的支出（如重量，面积，体积，应力，费用等）最小。也就是说，最优设计方案就是一个最有效率的方案。一般来讲，排水管道优化设计主要内容为：对于某一设计管段，当设计流量确定后，在满足设计规范要求的管径和坡度的多种组合中，取得管材费用与敷设费用的平衡。当然这仅为在设计流量时的优化，但是在整个市政排水管网中，其优化设计措施必须是多层次、多角度的。
（一）管线平面优化设计
排水管网的布置原则是既要使工程量最小，又要使水流畅通、节省能量。所以，科学的定线是实现合理经济设计的先决条件。定线基本原则为：干管支管设计采用直线布局，避免拐弯；结合地势条件，在重力的引导下将污水排入污水厂；尽量减小管道埋深；减少设置提升泵站。将市政排水管网看做是由线和点所组建的决策图，进而确定各管道的地面坡度倒数和长度；在不影响管道正常使用的情况下，最小限度进行覆土，并以最小坡度的挖方量为基准，生成树算法，得出管网的平面设计方案。通过管道半径、敷设深度以及提升泵站的科学设计，在所有方案中选择小投资费用的方案作为最佳设计方案。
（二）管道系统优化方案
（1）线性规划法
线性规划法是解决多变量最优决策的方法。在各种相互联系的多变量约束条件下，解决或规划一个对象的线性目标函数最优的问题。即根据一定数量的人力、物力和资源，怎样应用能得到最大经济效益。线性规划法一般是采用一级泰勒公式展开式来替代线性规划的解。然而其缺点是将管径看作是连续变量来解决。当管径与市售管径不一致时，会增加前期准备工作量。也可以这样说，整数规划法能够解决线性规划法中的缺点，但整型变量会更多，最终难以获得最优解。
（2）非线性规划法
非线性规划法，主要考虑到充分适应计算模型中所涉及的目标函数以及变量中所具备的非线性的特征，从而能够实现对管径与埋深的优化选择。但从某种角度来说，非线性规划法能够限制目标函数以及约束条件的形式。
（3）动态规划法
目前，我国在市政排水管网科学性优化设计中最常用的就是动态规划法。动态规划法所依据的思想就是在排水管网设计中，主要包含多个阶段过程，并且要针对整个设计过程来对阶段进行划分，从而能够使得管道优化设计顺利进行。在动态规划法中，主要是将节点埋深来作为状态变量，并且通过坡度决策来进行全方位的搜索，这样做的优点在于直接采用标准管径，并且有效控制了计算深度，从而增加了存储量以及时间间隔。此外，该方法主要的状态变量是管径，通过流速以及充满度进行决策，但由于标准管径数量相对有限，所以在存储以及计算机速度方面，管径占有明显优势。通过使用动态规划法，不但能提升计算精度，还能实现计算机实际存储量，并有效减少了计算工作量。
（4）直接优化法
直接优化法也称为试验最优化方法，直接通过有限试验或模拟，将结果进行比对，从而获得最优解或近似最优解。直接优化法具备直观及容易验证的特点。直接优化法的算法与人工算法基本相同，但由于受设计人员的专业素质的限制，所得结果并不完全一致，导致所得结果可能并不是最优解。
（5）遗传算法
遗传算法是新兴的一种优化技术，通过模拟生物的自然遗传而提出的随机优化算法。遗传算法将规格管径作为状态变量，通过杂交、变异和选择等迭代因子，最终求得优化解。
遗传算法把问题的解表示成“染色体”，在进行计算之前，给出许多“染色体”，即假设解。然后，把这些假设解置于问题的“环境”中，并按适者生存的原则，从中选择出能够适应环境的“染色体”进行复制，再通过交叉、变异的过程产生更适应环境的新一代“染色体”群。这样，一代一代地进化，最后就会形成最适应环境的一个“染色体”，它就是问题的最优解。在处理中小型管网系统优化时，一般能够得到最优设计方案；虽然搜索方法随机性较强，但当解决大型管道系统的问题时，仍能求得近似最优解。
结束语
总而言之，市政排水工程是城市化建设的重要环节，对市政给排水管网进行科学设计是一项极其复杂的过程。因此，要善于发现市政排水管网规划设计中存在的问题，通过采取有效措施对其进行处理，不断提升市政排水管网设计优化性，打造良好城市基础设施，为建设和谐、美好的社会做出应用贡献。
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