城市洪涝潜力评估及地下工程排水系统研发

1、城市洪涝潜力评估及地下工程排水系统研发 邓钟尉 古晓雯 周平 徐海岩 刘川昆 广州市城市规划勘测设计研究院 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室 摘 要： 城市地下工程排水越来越受到国家重视, 如何对城市洪涝区域进行潜力评估与规划, 探索建筑信息模型 (BIM) 在地下工程排水中的应用设计是目前工程界所关注的热点.将定量和定性相结合, 提出了基于改进模糊层次分析法的海绵城市建设重点评估体系, 从河道、湖泊、滨水低洼地区、建筑与小区、绿地与广场、城市道路及其周围区域等 4 个地区科学地筛选出地下工程排水建设的重点项目, 与调研结果相检验.并对该区域进行细致的地下工程排水优化设计研究.研究结果发现, 城市道路与周围区域的建设是海绵城市地下工程排水设计的重点, 在设计上创新地引入 BIM, 更加直观地展现地下工程排水内部设计结构, 对比 BIM技术与传统的设计方案, BIM 技术在城市地下排水中应用价值更大, 前景更加广阔.关键词： 城市洪涝; 地下工程排水; 改进的模糊层次分析法; 道路 BIM 设计; 作者简介：邓钟尉 (1986-) , 男, 硕士研究生, 研究方向为地质环境在城市

2、规划设计中的应用及非饱和土土力学理论, E-mail:.作者简介：周平 (1991-) , 男, 硕士研究生, 研究方向为地下工程防灾减灾技术, E-mail:.收稿日期：2017-06-10基金：中央高校基本科研业务专项资金资助 (编号:SWJTU11ZT33) Potential assessment of city flood-waterlogging and design of underground engineering drainage systemDENG Zhongwei GU Xiaowen ZHOU Ping XU Haiyan LIU Chuankun Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute; Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering of Ministry of Education, Southwest Jiaotong University; Abstract： The underground engineering

3、drainage in city has been paid more and more attention in China.How to evaluate the potential of the citys flooded areas and how to explore the application design of the software building information model (BIM) in the underground engineering drainage have become widespread concerns in the engineering field.Combining the quantitative method with the qualitative one, this thesis proposes a key evaluation system of the“Sponge City”construction based on the improved fuzzy analytical hierarchy proce

4、ss (AHP) , screens out the key construction projects of the underground engineering drainage construction scientifically, finally, compares the evaluation results with the investigation results.Besides, this paper makes an elaborate optimization design study on the underground engineering drainage of the citys flooded areas.The results show that the construction of the city road and its surrounding areas is a key point.And this paper has introduced the BIM to design innovatively, showing the int

5、erior design structure of the underground engineering drainage intuitively and finding that the BIM has a greater application value and a broader prospect in the underground engineering drainage compared with the traditional design scheme.Keyword： urban flood-waterlogging; underground engineering drainage; improved fuzzy analytical hierarchy process; BIM design in road; Received： 2017-06-10近几年来, 全球气候变化和城市化进程的不断加快, 使得城市暴雨洪涝灾害频繁发生, 城市洪涝问题尤为严重1.因此自然渗水、自然排水和自然净水的海绵城市技术越来越受到国内工程界的重视和推广2-4.为解决城市洪涝问题,

6、国家相关部门如国务院和住建部推出一系列关于支持海绵城市建设的举措5, 旨在支持和引导海绵城市建设, 减少城市洪涝和水体污染.使城市在适应环境变化和自然灾害的时候, 能够像海绵一样有弹性, 通过渗、滞、蓄、净、用、排等措施, 将 70%的降雨就地消纳和利用6.其理念与思想将推动我国城镇化建设传统观念的转变和城市群现代化开发建设的可持续发展.海绵城市建设的推进主要根本在于能够寻找城市洪涝最为严重的区域, 并对其进行低影响开发设计.因此如何对城市洪涝潜力评估和减少城市洪涝显得尤为重要, 同时也得到国内外学者的强烈关注.冯平7等对城市洪涝灾害的影响因子即承灾体、致灾因子、孕灾环境进行深入分析, 总结城市洪涝灾害成灾模式的变化趋势.张建云8等从流域产汇流角度研究城镇化对洪水过程的影响, 深入探究中国城市洪涝频发的主要原因.陈利顶9通过从城市雨洪的两面性、城市洪涝灾害形成之根源阐述海绵城市在城市雨洪管控中的重要性.杜中华10介绍海绵城市理念及在城市道路工程中应用的重要性, 并且提出国内城市道路工程应用中的成功案例, 针对具体城市道路工程进行了海绵城市雨水系统设计.Ghimire11认为城市地下建筑

7、较为复杂, 构建准确高效的城市洪涝模型具有极大挑战性.纵观国内外研究发现, 大部分学者对城市洪涝的研究主要体现在城市洪涝的成因和减少洪涝的措施, 很少有对城市洪涝区域进行潜力评估, 且在海绵城市设计中暂未有学者引入 BIM (Building Information Modeling) 技术.基于此, 本文提出了基于改进模糊层次分析法的海绵城市建设重点评估体系, 并对其进行道路地下工程排水设计, 设计过程中引入 BIM 技术, 实现了海绵城市三维模型的标准化与信息共享.1 城市洪涝潜力评估由于海绵城市覆盖面较广, 可运用在绿色屋顶、道路地下排水系统、小区等区域.海绵城市的施行不可能针对每个区域进行建设, 而应该针对发生洪涝灾害最为严重的地区进行先设计和应用.基于此, 本文将从定量和定性两角度对城市最可能发生洪涝灾害的地区进行评估, 以便能够更加准确地对地区进行海绵城市推广.1.1 基于改进模糊层次分析法的海绵城市建设重点评估1.1.1 模型的建立鉴于试点城市区地域辽阔, 海绵城市建设需要考虑的方面较多, 提出全面而细致的设计方案较难实现, 为此建立了改进模糊层次分析法模型来科学地筛选出

8、海绵城市建设的重点项目, 然后对该项目进行细致的优化设计研究, 具体的步骤见图 1.图 1 海绵城市建设重点评估步骤 Fig.1 Steps for the assessment of sponge city construction 下载原图海绵城市建设技术指南12指出, 低影响开发设施包括建筑与小区、绿地与广场、城市道路及城市水系, 详细可见表 1, 为更加细致地优化和改造设施, 拟对以上 4 种设施关于排水防涝的改善作用做出评估, 进而针对优化效果最好的低影响开发设施提出设计方案.表 1 4 种雨水影响的城市建设项目 Table 1 Four urban construction projects affected by rainfall 下载原表 采用改进模糊层次分析法对此进行研究, 综合评价指标体系的建立如图 2 所示.图 2 改进模糊层次分析法综合评价指标体系 Fig.2 Comprehensive evaluation index system of improved fuzzy AHP 下载原图在模糊层次分析中, 通过因素间的两两比较判断, 采用一个因素比另一个因素的重

9、要程度来定量表示, 则得到模糊判断矩阵 A= (ai j) nn, 如满足:则称为模糊互补判断矩阵.通常采用表 2 所示的 0.10.9 标度法给予数量标度.表 2 0.10.9 标度法及其意义 Table 2 0.1to 0.9scale method and its significance 下载原表 对因素 a1, a2, , an相互进行比较, 得到模糊互补判断矩阵:Step1:设模糊判断矩阵对矩阵按行求和 , i=1, 2, , n, 并实施数学代换:得到模糊一致性矩阵 R= (rij) nn.Step2:由矩阵采用行和归一化求得排序向量满足:式 (4) 为求解模糊互补判断矩阵权重向量的公式.令全体阶模糊互补判断矩阵构成的集合为 Gn, 设 A= (aij) nn和 B= (bij) nnG n, 用范数 表示它们之间的距离, 记为 (A, B) =A-B.Step3:模糊互补判断矩阵的一致性检验由式 (2) 得到的权重值是否合理, 还应该进行比较判断的一致性检验.定义:矩阵 A= (aij) nn和 B= (bij) nn均为模糊判断矩阵, 称为和的相容性指标.W= (w1, w2, , wn) 是模糊判断矩阵的权重向量, 其中, 令, 则称 n 阶矩阵为判断矩阵 A 的特征矩阵.对于决策者的态度 , 当相容性指标 I (A, W) d 时, 认为判断矩阵为满意一致性的. 越小则表明决策者对模糊判断矩阵的一致性要求越高, 本文取=0.1.对于实际问题, 一般都是由多个 (设 k 个, k=1, 2, , m) 专家给出同一因素集 x 上的两两比较判断矩阵:它们均是模糊互补判断矩阵, 则可分别得到权重集的集合:则进行模糊互补判断矩阵的一致性检验, 要做以下 2 个方面的工作:1) 检验 m 个矩阵 Ak的满意一致性2) 检验判断矩阵间的满意相容性可以证明, 在模糊互补判断矩阵 Ak (k=1, 2, , m) 是一致可接受的情况下, 它们的综合判断矩阵也是一致可接受的.即只要当式 (9) 、 (10)

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