鲁斌
（湖南百舸水利建设股份有限公司，湖南长沙，410007）
摘 要:“十四五”时期，我国进入了一个高质量发展阶段，在新发展理念引导下将构建新发展格局，同时随着我国乡村振兴战略的全面实施，乡镇污水处理设施建设将跟随美丽乡村建设进入新的发展阶段。本文结合工程实例，介绍了邵阳县乡镇污水处理设施（一期）工程建设过程中在确保质量和安全的前提下，通过快速建造提前实现通水运行；并在运营过程中，根据不同工艺组合提出了相应的处理措施，以实现高效、低耗的运行管理，在高质量的建设与运营过程中进行了有效探索与实践。
关键词: 新形势下；乡镇污水厂；建设与运营；实践
1 引言
乡镇污水处理一直以来是生态环境保护的重点领域，关系到经济社会的高质量发展，并随着全面实施乡村振兴战略而日益受到重视。《“十四五”规划》提出，要促进因地制宜，全面改善河湖水系，提高农村人居环境。城乡污水资源化利用对优化供水结构，增加水资源供应，缓解供需矛盾，减少水污染，确保水生态安全具有重要意义。国家发改委等十个部门联合发布的《关于促进废水资源利用的指导意见》中要求，到2025年全国乡镇污水处理能力要进一步提高，基本满足当地经济社会发展的需要。如何在确保质量和安全的前提下，实现乡镇污水处理厂快速建造以及高效运营，对于加快投资回收、提升乡镇污水资源化利用率以及促进当地经济社会发展尤为重要。
邵阳县乡镇污水处理设施（一期）建设项目是邵阳市政府2020年度重点建设的民生工程，主要针对资江支流檀江和夫夷水沿岸主要乡镇的农村生活污水处理，所涉区域包含五峰铺、下花桥、白仓、长阳铺、塘田市5个乡镇。项目合同额为3.02亿元，设计处理规模达15000吨/天，服务人口达18万余人，服务总面积达1415公顷。乡镇生活污水处理之后的出水水质均按《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准设计，该项目于2020年底全面建成并投入运营。本文将结合该项目工期紧、任务重、协调工作难度大、运营管理比较复杂等实际情况，针对性的开展项目策划、BIM建造与5G智慧工地技术应用、改进处理工艺、开展技术研发等方式，在快速建造、经济节能、管理便捷等建设与运营方面进行了有效实践。
2 落实项目策划，加大技术投入，实现快速建造
2.1 项目策划
项目策划以合同履约为基础，经营创效为主线，快速建造为抓手，紧抓关键环节，突出管理策略，提出管控思路，以确保项目各项管理目标得以实现。
在项目投标阶段，公司即成立了项目策划工作组，主要针对以下几个方面工作形成《项目指导性策划书》：1、充分开展市场调研、现场踏勘等工作，做好可行性分析和风险预判；2、做好成本预测（确保测算数据真实可靠），准确把握项目盈亏点，同时制定风险化解方案，如图1所示；3、做好施工组织策划，结合不同水厂和镇域特点，超前对项目的风险点、施工难点、利润挖潜点等认真梳理分析，明确分部分项工程的施工方法、施工工艺、技术要求等，确保项目建设过程中工序流程设置合理、各类资源得到充分利用，达到降本增效、快速建造的目标。
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图1 《项目指导性策划书》成本测算汇总表
在中标通知书下达后，公司即通过全员竞聘成立项目管理团队，公司层项目策划工作组向项目管理团队进行《项目指导性策划书》的交底，项目管理团队以《项目指导性策划书》为蓝本，重点进行以下工作：1、详细的现场勘察、市场调研以及清理复核已有施工设计图纸，对项目总体情况进行全面分析，并对管控模式、资源配置、分包队伍选择、材料供给等进行总体的规划；2、明确项目总体定位和重点管控思路，确定项目的总体目标、实施计划和工作流程，将项目的总体目标和特定目标结合起来，并对事前计划、事中控制和事后提炼进行总体统筹；3、认真研读招、投标等文件，做好施工总承包合同谈判的各项准备工作，争取最佳效果。
2.2 关键节点进度管理
项目合同工期仅为一年，工期紧张，项目策划阶段将各个水厂列为关键线路，其土建工程完工为关键节点工作。2019年10月举行开工仪式以来，由于受征地拆迁、厂区选址调整、新冠疫情等原因，实际开工日期延期到2020年5月初，实际工期仅有6个月。项目开工即面临着时间紧、任务重的严峻局面，公司策划小组与项目管理团队根据实际情况，按“整体推进、重点突破”的思路，合理调配人员、机械、材料等要素资源，提升快速进场、迅速生产的能力，将资源要素持续平衡投入改为密集快速投入，五个水厂同步施工，形成大干快上局面。同时将建设规模最大、技术要求复杂且选址位于全石方地段的五峰铺镇污水处理厂的土建工程完工列为里程碑节点目标。
针对于五峰铺镇污水处理厂厂区石方工程量大、边坡多级开挖、邻近高压电塔等不利情况，公司策划小组与项目管理团队经过多方面分析，在保证安全的前提下，由原先计划的普通爆破改为静态爆破，如图2所示。经现场实践，爆破石方量由原计划一天外运量200车，提升至一天350车。开挖问题解决后，运输保畅也是关键。针对其运输于沿线民居众多、干扰大、协调复杂等不利情况，为加强土石方运输的安全管理，在沿线配备安全专员指挥交通，保障交通道路的安全。同时，为保证国道上社会车辆的通行，项目部抽调洒水车每天清理两次路面，降低扬尘及掉落的土石渣块。经过科学调整，将原计划3个月完成的土石方开挖工程，缩短至1.5个月。原设计方案中的污泥脱水机房建筑物高度超过15米，属于超过一定规模的危险性较大分部分项工程，其土建工程施工周期经优化后仍需3个月。通过与设计、监理等单位多次研讨，进行设计方案优化，在不影响污水处理效果的前提下，将污泥脱水机房调整为一体化储罐，使土建工程完工工期提前了1个月。通过以上多种举措，实现了快速建造，顺利达成工期目标。
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图2 静态爆破工艺流程
2.3 BIM技术应用
该项目以PPP模式进行实施，污水处理厂投入运营的时间与社会投资人的回报息息相关，项目建设时间短，设计时间被严重压缩，导致项目的施工图设计深度不足。针对这一情况，项目部决定采用BIM技术，对施工图设计进行复核与优化。
（1）项目进场后，迅速组织BIM技术团队，联合设计单位运用BIM技术在一个月内建立3D可视化模型，如图3所示。提前对整个施工图设计进行全面的理解，并在项目正式施工前发现了施工图设计中存在的管线预埋、结构物平面布置、设备安装等缺陷。借助BIM技术不仅降低了变更工程量，而且提高了项目实施的进度。
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图3 BIM技术建立3D可视化模型
（2）通过运用BIM技术建立项目所有参与方都可以理解的3D可视化模型，该可视化模型可以促进不同专业、不同角色人对项目不同阶段进行全面而深刻的理解。不仅能够消除2D平面图纸带来的沟通困难、专业程度高、建筑构件描述复杂等问题，而且项目参与各方都可以在同一个3D可视化模型下进行交流。在项目实施过程中，供应商、分包商、合作伙伴等都可以通过3D可视化模型减少不必要的沟通时间，促成各方对项目达成共识，加快项目的建造实施。
（3）通过BIM技术的碰撞检查和施工仿真模拟，实现与工程量清单联动，可以发现施工图设计中的漏、错、缺、碰之处，使变更工程量降低至5%以内，如图4所示。碰撞检查的使用可以减少设计变更和降低错误率，提前发现碰撞点和冲突点，提高设计质量和施工效率。施工仿真模拟可以模拟关键部位的施工过程，并通过调整施工方法或合理分配资源，改善人、材、机浪费的情况，实现限额下料与领料。同时，可以通过模拟施工现场的平面布置、设备使用、材料摆放、物料放置，设备移动等情况，以提高施工的安全性以及资源的利用效率。
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图4 BIM技术仿真模拟与清单联动
2.4 5G智慧工地技术应用
智慧工地以工地大模式、大数据、大协同为标准，全面管理人员、机械、材料的投入，极大程度提高工作效率。通过实时定位、无人机监控了解工人的工作内容以及机械的使用情况，提高交互的灵活度、准确性、高效性。通过数据集成分析处理各施工作业面之间的协调方式，改进工程各施工作业面交互的方式。项目包含新建5个污水处理厂以及130KM的配套管网，实际工期仅有6个月，生产资源集中投入强度大，这对项目管理提出了极高的要求。在施工总承包合同签订后，项目部在进场后半个月内建立智慧工地模块化APP，如图5所示。利用5G时代智慧工地技术，优化管理程序，增大监测内容，提高项目人工、机械、材料的整体利用率，为实现项目的快速建造奠定了良好的基础。
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图5 5G智慧工地APP
（1）智能化人工。项目所有参与人员进场前需安装智慧工地APP，通过定位技术，确定各作业人员数量及位置。
（2）机械设备管控。项目所有机械操作手进场前需安装智慧工地APP,根据现场工作面的施工进度情况，匹配施工机械设备型号及数量，提高设备利用率。
（3）无人机监控。利用无人机对项目整体的施工进度进行过程记录，不定期监测作业面施工状况，实时调整资源配置。通过无人机实时收集过程影像资料，形成过程计量、竣工资料文件。
（4）数据集成化。通过智慧系统平台，实时传送3D可视化模型、施工图纸、技术方案、劳务实名制、资料报审等信息，实时掌握项目实施情况。
3 改进处理工艺，开展技术研发，实现高效低耗运营
3.1 自曝气生物转轮应用
传统的污水处理厂大多采用氧化沟和活性污泥工艺，这往往需要高昂的土建建设和运营成本，不仅能耗高、管理复杂，而且易出现污泥膨胀现象。在施工总承包合同签订后的一周时间内，项目经理部组织技术专家对施工图设计中的工艺组合、设备选型进行反复研讨。最终，业主、设计等单位采纳了我方的建议，在五峰铺水厂采用自曝气生物转轮工艺，如图6所示。
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图6 自曝气生物转轮
采用该工艺不但节约建设投资近100万元，同时经过3个月的运行测试，平均每月可节省运营电费近1万元，具体优点如下：
（1）效果好。采用泥膜系统，即活性污泥加生物膜反应，结合传统活性污泥法和生物转盘工艺，污泥浓度高。根据水质和水量的不同，可以定量添加颗粒填料，促使微生物世代周期延长，从而使脱氮除磷效果更好。
（2）设备少。无需鼓风机，通过机械形式，水被带入空气中，同时空气也被带入水中，从而节省了电力消耗。采用特殊的安全气囊结构设计，在转轮旋转过程中，空气在60-90度时释放，以实现深层的自曝气和跌水充氧。
（3）施工期短。无需单独的鼓风机房，不仅节省占地，而且土建施工量少，从而使总施工期大为缩短。
（4）运营维护方便。由于没有复杂而密集的水下曝气头，因此故障点少，维护非常方便，运维人员是传统技术的1/6，从而降低了人工维护成本。
3.2 新型填料复合泥膜混合脱氮除磷工艺（AMC-PBG/MBBR）的研发
项目运营初期，我司发挥企业技术中心的优势，联合污水处理行业知名专家、教授，对MBBR工艺进行研究与分析，并研发出新型填料复合泥膜混合脱氮除磷工艺，如图7所示。通过对项目所在地实际生活污水的取样分析，创新性采用AMC和PBG两种新型填料的脱碳除磷工艺，提高了生活废水的处理效率，每年可降低15万元运营成本。
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图7 AMC-PBG/MBBR生物处理工艺流程
（1）生物填料PBG是一种海绵状且吸水性能极强的多孔凝胶载体。比表面积为4000㎡/?，极大地提高了生物附着量；内部墙体结构，提高了对氧的利用率；密度适中，与水接近，在MBBR系统中极易流化。相比使用聚乙烯醇凝胶小球（PVA）填料，在成本上具有极大的优势。
（2）新型生物填料AMC是一种具有多孔结构的有机高分子复合材料，大小为4mm左右，密度略大于水，经过特殊的生物亲和性处理后，形成了鳞片状的通孔亲水结构，表面呈微膨胀状态且为凹凸状，易于微生物着床，降低填料用量，节省运营成本。
（3）AMC-PBG/MBBR生物处理工艺中，是一种兼具“缺氧-好氧”的运行模式，微生物生长速率减慢，从而达到污泥减量的目的。
4 结语
综上所述，在新形势下乡镇污水处理厂的快速建造和低耗高效运营对于其投资、建设和运营各方均十分重要。本文结合邵阳县乡镇污水处理设施（一期）建设项目在建造以及运营过程中的研究探索，通过项目策划、BIM建造与5G智慧工地技术应用、改进处理工艺、开展技术研发等方式，达到了快速建造、维护方便、管理简易、经济节能等降本增效目的。旨在为业内企业同行提供参考和借鉴。
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作者简介：鲁斌（1979.12），男，高级工程师，从事市政工程施工及技术管理工作。