一、项目背景近年来，因暴雨积水灾害频发，政府和市民对城镇排水防涝系统规划、设计和管理工作提出了更高的要求。城镇排水防涝系统数学模型是开展上述工作的重要工具和技术手段，为提高规划、设计的质量和管理水平，我院联合规划设计、科研、运行管理等多家单位共同研编了地方标准《城镇排水防涝系统数学模型构建与应用技术规程》（DB11/T 2074-2022）（以下简称《规程》），并已于2022年12月29日发布实施。二、主要内容1、构建全流程技术方法针对模型基础数据收集与处理、模型构建及测试、模型率定与验证、模型应用及成果编制各环节，构建完整的数学模型技术应用框架和方法流程，为规划设计人员更加规范和科学的使用模型技术提供指导和依据。 图1 数学模型技术应用框架和方法流程2、研究适宜方法和参数立足北京市，在吸收国外排水防涝模型先进应用经验的基础上，与北京本地水文、地质、降雨和排水规律紧密结合，研究适宜方法和参数，满足模型技术本地化的使用需求。从模型的组成成分出发，针对降雨产流、汇流、管渠（河道）水动力、地表漫溢和漫流过程，遵循北京城市水文基本规律，研究提出适宜方法和参数区间。结合北京海绵城市建设实践经验，针对典型海绵源头设施类型，形成模型推荐方法及参数，支撑海绵城市规划建设和“蓝、绿、灰”多种措施综合效益评价。图2 本地化的模型方法及参数3、优化管网系统设计方法统筹市政和水利设计暴雨及雨型，提出应用于排水防涝规划设计的模型设计降雨构建方法，从洪涝统筹的目标出发，研究城市排水管网系统的模型校核标准及其优化设计方法。图3 模型平台支撑管网优化设计4、构建分级分类应用场景结合我市水务行业多年的模型实践经验，研究提出三种类型的模型架构和应用方法，适应不同层级城市规划和不同类型项目的使用需求，为模型技术的推广应用起到了良好的促进作用。根据规划、设计不同阶段和模型应用目的，结合北京排水防涝系统特点，划分框架模型、概化模型和详细模型，三种模型类型和应用层级，从宏观到微观，聚焦应用范围逐步缩小，模型对象的详细程度逐步增加，适应不同场景的模型应用需求。图4 三种类型的模型架构和实践应用本《规程》获得2024年北京水利学会科学技术奖一等奖。
一、规划构思《北京市“十四五”时期能源发展规划》（以下简称《规划》）是由国家能源局衔接审批的市级重点专项规划，《规划》研究编制过程中充分贯彻落实国家、北京关于“十四五”规划编制要求，坚持高起点、高站位，对标国际一流和北京城市总体规划，全面梳理“十三五”能源规划实施情况与问题，分析研判未来能源形势和要求；坚持开门问策、集思广益，建立“政府组织、部门合作、专家领衔”工作机制，深化重点专题、重点区域、重点项目调研，针对规划思路，专题征询相关领域专家意见；坚持规划衔接、协同配合，主动加强与国家能源规划及本市“十四五”规划纲要、城市管理、生态环境等相关规划沟通衔接，在低碳、经济、节能多目标优化统筹下，推动不同能源品种在时间尺度、空间维度相协调，确保各类规划目标相一致、任务措施相协调。二、主要内容及特点1. 全面总结北京能源发展成效与问题“十三五”时期，本市能源领域多措并举，大力推动压减燃煤和城乡清洁能源设施建设，实现了“能源消费结构更优”“能源利用效率更高”“清洁能源保障能力更强”“可再生能源利用规模更大”“区域能源合作范围更广”“能源体制机制改革更实”等六方面成效，基本建立多源多向、清洁高效、覆盖城乡的现代能源体系。 2010年-2020年北京市一次能源消费结构变化情况2. 明晰研判了北京能源发展阶段落实双碳目标要求，结合北京能源发展历程，借鉴国际先进经验，研究提出北京能源将进入低碳转型发展新阶段，能源消费需求增量将逐步进入可再生能源为主阶段，并提出“十四五”是北京能源完成清洁转型后迈向低碳转型的关键时期。3. 全面擘画了“十四五”时期北京市能源发展的新蓝图，构建了“1+3+7”的目标任务体系将构建坚强韧性、绿色低碳智慧的首都能源体系作为发展主线贯穿始终，构建了效率实现新提升、转型实现新突破、韧性建设取得新进展三大发展目标，同步配套设置20个主要指标，并围绕“强能力、促转型、提质效、重创新、稳供给、增协同、抓改革”七大方面设置了81项能源发展重点任务。4. 统筹能源安全发展与绿色转型，不断完善能源供应保障体系《规划》提出了一批电力、燃气等重点能源项目，以完善本地坚强韧性能源体系建设，保障能源安全。电力方面，提出打造环北京特高压环网，持续完善500千伏双环网结构；深挖本地电源应急备用调峰潜力，建设新型储能项目，促进新能源消纳。燃气方面，提出打造“三种气源、八大通道、一个大环”上游供气体系，完善“一个平台+三个环路+多条联络线”城镇输配体系，以增强用气保供能力。5. 系统提出可再生能源替代推动能源绿色转型的新发展路径聚焦推动能源绿色低碳转型发展，全面评估可再生资源条件，加强可再生能源利用与城市空间融合，创新提出了化石能源主导向可再生能源优先转变，能源利用方式向绿色智慧、多能耦合应用转变，传统能源技术模式向新理念、新场景模式转变的新发展思路，并提出了分品种、分区域可再生能源替代行动方案。三、项目意义及应用规划成果提出了本市能源发展的思路、目标和重点任务，是“十四五”时期本市能源发展的总体蓝图和行动纲领，对推动北京能源转型具有重要的支撑保障作用。项目最终形成了《北京市“十四五”时期能源发展规划》《北京市“十四五”时期供热发展建设规划》《北京市“十四五”时期燃气发展规划》等多个规划成果，支撑了《北京市可再生能源替代行动方案（2023-2025年）》的编制。本项目获2023年度北京市优秀城乡规划设计二等奖。
碳中和涉及能源、建筑、交通、园林等多个领域，其中能源领域是降碳主战场，而供热系统低碳转型则是重中之重。为实现“双碳”发展目标，我院开展了《双碳目标下供热规划技术方法研究》。本课题在北京市现状供热发展评估基础上，深入分析地源热泵、再生水源热泵、空气源热泵、生物质供热、燃气供热、热电联产供热等不同供热方式在投资、运行等各环节的特点，提出各类供热方式在当前及未来价格、政策环境下的技术经济性、能耗及碳排放水平，提出不同外部能源条件、区位特点和用户性质所适用的供热方式优先序，以及供热重构过程中各类供热方式的发展策略，同时梳理并分析城市供热用地空间情况及管控利用策略，为首都低碳供热规划和行业发展提供基础技术支撑。技术路线图课题内容包括供热系统评估、供热资源梳理、供热重构情景推演、经济性和碳排放分析，供热方式发展策略、供热设施空间保障等，具有多方面创新意义：1.开展了多情景供热重构路径分析，提出未来供热发展蓝图，定量分析了各情景年耗电量和天然气量，为北京供热提出了明确的路径方向。在此基础上，定量分析了三个情景年耗电量和天然气量，三情景天然气耗气量逐年下降，耗电量逐年增加。 供热系统低碳转型路径示意图2.提出了北京近期适用的供热方式优先序。分别从投资经济性、运行经济性、能耗水平、碳排放水平等方面，分析了数据中心余热供热、再生水源热泵供热、中深层地热供热、浅层地热供热、燃气锅炉供热、空气源热泵供热、电锅炉供热等各类供热方式的优先序。3.通过各类热泵供热与燃气供热的碳排放对比分析，提出了供热系统低碳转型的发展节奏。在北京市当前绿电比例条件下，近期应重点发展余热、再生水源、地热等系统能效较高的供热方式。4.结合能源站等供热设施建设的空间需求，立足北京市供热设施用地规划情况，提出了供热用地空间保障方案。本课题形成了研究报告、计算程序、图集、数据库等成果，相关思考结论已发表期刊文章一篇。成果支撑了市政专项规划、分区规划、“十四五”供热规划等一系列已发布实施的规划。同时，成果支撑了城市副中心绿心三大建筑供热工程、怀柔科学城东区六项目余热供热工程、东升科技园二期再生水供热工程等多个项目的规划实施。
一、工作背景为整体把握、综合评价《北京城市总体规划（2016年—2035年）》实施第一阶段市政基础设施领域成果，研究存在问题，积极落实国家碳达峰、碳中和战略决策及韧性城市等发展要求，研判下阶段发展趋势并有针对性地提出规划实施策略，结合总规体检评估工作开展了市政基础设施专项体检评估，为持续推动城市总体规划实施、实现“一张蓝图干到底”做好坚实保障。二、项目思路以目标为导向，全面对照《北京城市总体规划（2016年—2035年）》中市政设施发展思路、目标和重点任务，总结实施成效，评估实施进展；以问题为导向，通过大数据、统计年鉴等多渠道，充分进行横向、纵向、分区对比分析，深入查找规划实施中存在的主要问题和成因。响应新形势要求，围绕落实国家碳达峰、碳中和战略决策、韧性城市等发展要求，有针对性地提出下阶段总体规划实施的建议。三、主要内容市政专项体检评估成果包括一个总报告与供水、供电等15个分报告，主要内容包括：1. 建立一套市政基础设施专项体检评估框架体系评估内容方面，涵盖水、能源、环卫、智慧设施四个系统15个专业需求发展、能力建设、服务水平等各环节。评价方法方面，采取定量评价与案例分析相结合、横向比较与纵向对比相结合、宏观体系评估与微观问题相结合方法，注重市政与人、地、房等多要素交叉分析，深入挖掘问题及成因。评价指标方面，沿袭总体规划资源、环境等维度18项指标基础上，一方面响应国家战略增加安全韧性等指标，另一方面突出市政基础设施公共服务属性，增加民生服务类指标，设置安全韧性、节约高效、支撑保障、绿色生态、民生服务、需求用量六个方面39项有全面性、代表性、科学性的市政基础设施专项体检评估指标体系。市政基础设施专项体检评估框架体系2. 开展全市市政基础设领域规划体检评估工作总体规划实施以来，我市基础设施体系不断完善、承载能力显著增强、设施服务水平稳步提升，但市政基础设施发展面临双碳发展、韧性城市建设、垃圾分类等新的形势和要求，存在专业发展方向调整（供热方式调整）、市政需求预期变化（电力终端能源消费占比提升）、供给结构变化（垃圾分类后，焚烧和生化处理结构变化）等新问题，特别是北京《关于加快推进韧性城市建设的指导意见》出台后，市政基础设施规划需要重点关注能源安全、水资源安全、生命线廊道安全等工程韧性问题，需要积极响应新的发展要求，对规划目标、思路、设施布局等进行评估，优化发展目标思路和规划实施路径。各区能源消费总量变化趋势图3. 提出市政基础设施规划实施策略提升市政基础设施系统韧性方面，重点加强城市防洪及系统化治理城市内涝、推动外部受电通道和燃气应急储备设施建设、加快老旧管线消隐工作。绿色发展转型方面，精准推动可再生能源开发利用，研究建立逐级传导的国土空间规划能耗管控体系。重点地区市政保障方面，需加强城市副中心、亦庄新城等多点地区供电、再生水等设施建设。
1、项目背景自“721”极端降雨事件以来，北京部分地区经历了多场超标降雨，给人民的生命财产安全造成了严重影响。为落实习总书记关于建立城市体检评估机制的指示和《北京城市总体规划（2016年-2035年）》中关于排水防涝设施优化提升的相关要求，开展北京市排水防涝系统的体检评估工作，从“被动防御”到“主动防治”，是提升城市高质量服务水平的具体行动。2、主要工作内容本项目对北京市排水防涝系统的总体情况、规划实施的主要成效进行总结，构建城市排水防涝系统评估指标体系，开展排水防涝系统专项评估。系统“诊断问题”，精准“对症下药”，从被动应对向主动防治转型；分重点、分时序提炼整理实施项目库，持续推进北京市排水防涝系统能力提升。课题主要围绕以下方面内容展开：（1）探索建立国土空间规划体系下，城市排水防涝设施“一年一体检、五年一评估”的理论体系与方法。（2）开展河道、雨水管网、下凹桥等排水防涝系统全过程的系统评估。从结构和功能的角度评估河道与蓄洪涝区排水能力，从管网系统结构稳定性、水力性能、在建成区的覆盖程度整体评估管网系统能力；考虑下凹桥排水形式（有泵/无泵）多方法分析桥区系统能力，基于空间大数据分析，采用多模型、多尺度、多方法、评估内涝风险。（3）基于评估结果研提问题与项目库，重点、分时序提出实施建议和重大项目。 北京市中心城区河道流域分区示意图3、创新和技术特色本项目具有以下几方面的技术特色：（1）首次建立城市排水防涝系统评估体系。围绕系统安全、绿色生态、实施保障、创新技术和韧性提升5个方面，兼顾定性和定量原则，构建了常态化城市内涝灾害风险普查评估的17项指标体系。（2）改进了内涝风险等级分级标准，自主研发风险区划软件。采用改进的风险等级分级标准，以社区为单元分析内涝风险等级，大幅提升城镇内涝风险分析的科学性和准确性，细化风险管控责任主体至社区单元。本次评估参考国际经验引入时间和流速作为时变因子建模，评估风险等级，将风险精准分布到排水规划单元和社区单元上，支撑精细化流域管理和排水防涝系统的优化提升。通过完善内涝风险等级分级标准，以网格化形式发布积水指标要素，指导防涝规划方案编制和应急管理措施制定。（3）首次基于国土空间规划大数据，构建暴雨内涝影响分析模型，为规划实施提供决策支撑。采用多源大数据靶向式分析评定重点区域及设施受灾影响，利用人、地、房等大数据，分析了中心城5000多公里雨水管道、1000多万人口、1万多幢房屋和数百所基础设施和公服设施受内涝的影响程度，通过多要素综合影响评估，分轻重缓急厘清项目治理时序，促进设施韧性能力提升。4、项目产出（1）建立了一套基于多源、多目标排水系统专项评估的指标体系与方法。（2）建立了内涝风险等级评估、划定和分析方法。（3）从国土空间规划的角度分析了积水点对周边重要设施的影响，并提出规划建议。上述理论和方法支撑了北京市规划和自然资源委员会指导各区开展的储备库、实施行动计划以及项目综合实施方案编制等工程工作，评估成果报送市政府，指导了全市积水点治理工作，提出项目均纳入市政府“十四五”积水内涝防治实施方案；绘制的风险图可为应急预案提供技术支撑，提高城市安全保障能力；产出一批指导排水防涝系统规划管理的标准、规范，促进既有标准的优化提升，提高规划编制的科学性，提升规划成果的适用性；评估的工具箱、对策库指导了金安桥、旱河路铁路桥、丰台晓月苑地区等一批重点积水项目的防涝规划方案编制和治理工程措施的制定，支撑了当前建设。
一、总体目标及思路针对中心城污水系统收集系统不完善、水厂负荷率较高、雨季溢流等方面的问题，按照世界城市标准，大力提升水污染防治水平，改善水环境质量，有效治理“大城市病”，为实现首都城市绿色生态可持续发展，建成国际一流的和谐宜居之都提供基础保障。规划在调研借鉴国内外城市污水系统建设标准和先进经验的基础上，结合中心城现状评估与分析，研究梳理各类污染源、资源及工程措施间的系统关系，构建“源-厂-网-河”一体化的污水收集、处理及资源回用体系。二、主要内容1.水污染控制工程规划：污水处理厂规模及布局；污水管网系统规划；合流制排水系统方案；径流污染控制规划研究。2.污水系统资源能源循环利用规划：再生水利用规划；再生水源热泵规划；污泥处理处置及土地利用研究；污泥沼气发电利用规划。3.污水系统智慧化体系构建方案：实时监测与预警、数据统计与共享、模型决策辅助的污水系统智慧化体系；构建中心城污水系统模型。中心城污水处理厂联合调度方案示意图高碑店再生水厂现状进厂干线调蓄模拟示意图胡同合流系统改造设施示意图不同下垫面的径流水质变化规律 三、特色及创新 1.多目标、多对象、多环节全方位强化韧性污水系统基于现状数据分析评估、国内外调研以及未来发展趋势研判，以应对“冲击负荷+事故”为目标，针对“源、厂、网”等污水系统研究对象，从“标准、工程、管理”各环节提出径流污染控制标准、合流溢流污染控制标准及系统方案、水厂安全系数、厂间联合调度、管道富余系数、管网隐患梳理识别、进厂干线调蓄、智慧排水等内容，强化韧性污水系统。表1 韧性污水系统规划内容及作用2.基于水质水量耦合模型解决雨季污染计算关键技术首次开展了基于水质水量耦合数值模拟、考虑降雨产汇流及管网水力特征的分流制城市径流污染及合流制溢流污染控制研究，结合水环境容量分析及海绵城市建设要求，解决了雨季径流污染及合流溢流污染水量计算关键技术,为污水系统有效应对降雨带来的影响，确定相关标准及规划方案的制定打下了坚实的理论基础。分流制典型区域径流污染特征及标准研究方法3.引领污水系统向低碳节能的方向转型发展规划充分挖掘污水系统中蕴含的能量禀赋，以污水系统为核心转换节点，整合构建低碳高效的新型资源化循环路径。通过充分利用再生水作为水源及热源，提高城市节水水平，降低化石燃料的使用强度，促进碳中和。通过污泥后续产品土地利用以及厌氧消化产生的沼气发电，减少二次污染和环境危害，使污泥处理处置从减量化、稳定化、无害化向自然、低碳、环境友好型的资源化进一步发展。污泥产品外运土地利用
首都功能核心区是全国政治中心、文化中心和国际交往中心的核心承载区，是历史文化名城保护的重点地区，是展示国家首都形象的重要窗口地区。核心区排水系统历史悠久，历经金、元、明、清和民国时期。近年来，排水系统虽不断进行更新改造，但仍存在低洼地区积水、雨季污水溢流、胡同平房区设施建设滞后等问题。同时，核心区约2/3的区域是老城，为了加强老城的整体保护，原则上不再拓宽道路，对排水系统的更新改造也提出了挑战。因此，如何在保护老城风貌基础上改善民生，排水系统的规划、设计理念必须向有机更新的模式转型。技术路线图一、规划构思规划遵循有机更新的城市发展模式，以问题为导向，研究首都功能核心区排水系统全过程管控策略，提出胡同平房区排水设施更新改造措施，在确保防涝安全基础上，推进水体环境的改善，不断提高民生水平。二、规划主要内容1.评估现状内涝风险，提出应对策略及规划方案。规划采用内涝风险仿真模型进行内涝风险评估，确定核心区的风险点主要分布于下凹式立交桥和低洼院落等低洼地区。为了加强城市竖向管控，应对大暴雨事件，提出构建行泄通道，按照“一桥一策”、“一院一策”的原则编制下凹式立交桥防涝规划以及低洼院落排涝除险方案。 低洼院落改造图2.构建基于水环境容量的合流排水（CSO）溢流污染控制体系，分析确定减排目标及工程方案。规划构建了基于水环境容量的合流排水（CSO）溢流污染控制体系，从源头海绵控制措施、过程分流和截流相结合、末端调蓄以及终端污水厂提标改造，分别提出减排目标及“控、分、截、蓄、净”的规划工程对策，以确保雨季水体环境得到改善。3.在老城整体保护的要求和有机更新的发展模式下，编制胡同平房区排水设施改造规划。针对胡同路面狭窄，雨污合流排水管道改造困难等问题，规划提出五种改造措施，实现胡同雨污水排水系统彻底或部分分流。随着平房院落有机更新，研究了平房区居民“一户一厕”和化粪池建设问题，研究运用政府、企业、社会、群众，共商、共识、共建、共享、共担的“四方五共”工作模式，推进平房区“厕所革命”。 历史文化街区公众参与燃烧马桶雨污同位管道
为贯彻落实北京城市总体规划的批复精神，切实保障总体规划有序实施，北京市规划和自然资源委员会组织编制完成《北京市市政基础设施专项规划（2020年-2035年）》。本规划分解落实总体规划任务，以目标为导向，统筹全市及各区市政基础设施发展思路；开展市政体检评估，寻找体系短板，以问题为导向，有针对性地提出规划发展策略，提升市政基础设施整体水平；强化落实空间管控，推动设施功能融合，落实市政场站、走廊用地，进一步夯实市政基础设施建设发展的空间基础；以资源环境承载能力为刚性约束，合理确定水系统、能源系统、生活垃圾、智慧基础设施等体系架构，加强市政专业融合，保障城市总体发展目标实现。技术路线图规划内容包括水、能源、固体废弃物、智慧基础设施四个系统，涵盖防洪及河道规划、供电、环卫、综合管廊等14项专业内容。规划具有多方面创新意义：1.突出底线思维，适应资源环境约束新要求，将总规明确的用水总量和能源消费总量分解落实，实现刚性管控。2.坚持安全为重，民生优先。不断提升供水、供电、供气、供热等生命线系统韧性和保障水平；系统治理城市内涝，解决城市“看海”问题，满足人民对美好生活的需要，增强人民群众的获得感。3.落实双碳发展战略，提出能源转型发展方案，大力发展光伏、热泵等新能源和可再生能源，减少化石能源消费，为全国低碳发展做出示范。光伏建筑一体化——世园会中国馆4.面向生态文明，支撑城市绿色可持续发展。做好垃圾分类“关键小事”，推进生活垃圾源头减量和资源化处理利用，实现零填埋目标。 市政循环园——首钢鲁家山循环经济园区5.立足城乡一体、区域协同，提升农村基础设施通达水平，推动和周边地区基础设施共建共享，促进城乡融合和京津冀协同发展。6.建设友好型市政基础设施，化“邻避”为“邻利”。 新型市政设施——北京市中心城区槐房再生水厂本项目获2019年度优秀城市规划设计奖一等奖。