01
工程规模
竹园污水处理厂四期工程设计污水处理规模120万立方米/天，污泥处理规模120吨干基/天，新建进水总管长度为3.44km，管径Φ3000~Φ4000，新建尾水排放管总长度为1.69km，管径Φ4000。
作为上海市中心城三大污水处理核心片区之一，竹园污水处理片区依托长江入海口的区位优势，构建起覆盖335平方公里、服务600万人口（占全市人口总量三分之一）的市政污水治理体系。随着竹园四期工程建成投运，片区污水处理规模提升至340万立方米/日，成功打造亚洲规模最大的污水处理厂群，在新老设施的融合中构建大片区的联控联调新格局，实现对区域污水处理能力的跨越式提升，有效填补了大型城市污水处理系统的容量缺口。
竹园四期作为上海市重大工程及苏州河环境综合整治四期工程的重要组成部分，以“绿色共生、科技领航、协同发展”为理念，通过“工艺革新、智能建造、智慧管控、区域联动、循环低碳”模式，为城市水环境治理提供系统性解决方案，助力上海市污水处理能力与韧性提升，构建起长江入海口污染物拦截的生态屏障。基于装配式、数字孪生、人工智能等智慧化、低碳化技术的应用，推动重大水务基础设施高质量发展，打造上海市首个央地联合中水利用示范项目，实现区域资源和能源的内外双循环，助力水务工程的可持续发展，为上海建设“全球卓越城市”提供重要的生态支撑，引领水务工程向智慧化、低碳化、资源化转型。
02
工程特性
本工程具有“工程规模大，工程重要性强，工程技术创新多”的特点，建成后助力竹园污水处理厂位列亚洲第一，世界前五，并有效解决竹园片区溢流问题。在系统韧性上，运用前沿技术应对污水“量、质”冲击，构建能源循环与厂群协同体系，保障高效稳定运行。智慧运维方面，获政府支持打造智慧样板，借助多种技术实现流程、控制及评估的智能化与可视化，引领行业数字化。生态理念上，融合多元元素，遵循生态优先，高比例控制径流，展现循环净化之美。施工工艺上，首创预制装配式施工及相关体系工艺，降低成本、缩短工期、提升质量安全，开创工程建设新局面，尽显创新与高效特质。
03
主要技术指标
设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准；污泥经脱水干化处理，含水率达到30%以下后外运至外高桥电厂进行掺烧处置；尾气排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》《恶臭（异味）污染物排放标准》，优于国标一级标准。
04
技术特征
污水处理工艺采用“曝气沉砂池+AAO+二沉池+高效沉淀池+V型滤池+紫外消毒（辅助次氯酸钠）”，整体工艺路线成熟且高效，能适应复杂的进水水质，符合现代污水处理的高标准要求，同时该工艺路线与现状竹园污水处理厂的污水处理工艺一致，能够有效保证建成后的处理效果，并且便于统筹管理。
污泥处理工艺采用“储泥池+污泥泵房+离心浓缩+低温真空干化脱水+外运至外高桥电厂掺烧”，充分考虑竹园污水四期工程污水处理量变化幅度较大的特点，积极采取节能措施，减少能源消耗，选择新型保温材料，降低污泥干化热能消耗。
05
社会与经济作用
本工程作为国家数字化转型示范，自研数字大脑智慧孪生平台，融合多项先进技术，提升运维效率与智慧化程度，为行业数字孪生应用提供范例；率先在沪大规模运用预制拼装技术，推动水务装配式发展。建成后，竹园污水处理厂处理水量约占上海市中心城污水量的30%，有效解决竹园片区污水处理能力不足的问题，提高城市污水处理系统的韧性和抗风险保障能力，进一步改善长江口近岸水环境质量，是践行长江大保护战略、落实中央环保督察整改要求的重要举措，对上海市建设“全球卓越城市”的愿景具有重要意义。
06
主要设计特点
（1）创新性提出系统科学的设计规模内涵，多模式多工况精准要素分析覆盖365天24小时的安全稳定运行
为实现消除竹园污水处理厂存在的旱天溢流、大幅削减雨天溢流的目标，立足流域角度，系统性、整体性研究分析了竹园污水区域现状存在的问题，基于大数据系统性分析，创新性提出采用“120万m³/d污水处理设施+50万m³调蓄池”相结合的技术措施，以缓解区域合流污水输送干线设计能力与末端处理设施能力不匹配的矛盾，有效解决片区末端溢流问题。该方案可有效应对污水处理厂进水量的波动，在实现工程建设目标的同时，兼顾污水处理设施运行的稳定可靠性与技术经济性，且具有适度的弹性以应对未来服务区域内拟建的重大工程带来的冲击；显著减少了工程建设规模和投资，大大提高设施的利用效率，实现了经济效益和环境效益的最优。
（2）创新性地以韧性视角驱动上下游联动，瞄准动态变量特征，确定了一套自适应鲁棒性的科学处理工艺
由于合流制排水系统雨天、旱天水质、水量存在严重不均匀性和不规律性，高峰水量可达处理规模3倍。作为片区托底工程，竹园四期面临“水质水量波动频繁、末端污水处理厂群协同运行联控联调、运行工况复杂”等技术挑战。针对合流制系统“量、质”冲击，影响污水处理系统达标稳定运行这一世界性技术难题，采用活性污泥模型和中试试验，对生物处理段工艺方案进行模拟分析，评估不同水量和水质波动工况下生物处理系统的运行情况，在此基础上优化设计方案，提升工艺对流量波动和冲击负荷的适应能力，确保处理工艺稳定可靠。
（3）产业协同四座污水处理厂、一座污泥处理厂与一座电厂，开创了在新老设施的融合中构建大片区的联控联调新格局
竹园四期作为区域污水系统的收尾工程，在补足末端处理能力短板的同时，肩负着统筹全局，构建大竹园污水处理厂群协同运行格局的重任。因此，竹园四期工程立足全局，基于数值模拟耦合模型与水动力模型构建片区厂群协同智慧管理平台，结合管路、水力负荷、水质情况可实现四级总量边界下的1座污水调蓄设施、4座污水处理设施、20台水量调节设备的灵活配水，通过算法优化污水分配方案，进一步实现了片区水量水质综合精确调配，提升片区一体化调度效率，高效发挥污水处理厂降碳减污作用，从而达到片区整体效益的最大化。在片区产业协同上，污泥处理设施与电厂形成能源与资源回路，实现水厂生物质能源和电厂余热资源的相互利用。
（4）首次在国内水务工程采用大规模、大体量装配式结构，引领大型水处理设施的低碳化、智能化建造
作为国内首次大规模采用装配式结构的水务工程，建立了整体预制结构拼装及双面叠合墙+预制倒T型叠合板预制结构（SPDW新型预制装配式体系）两种不同结构体系的水务预制拼装技术，并成功应用于生物反应池等超大型处理构筑物。生物处理构筑物预制装配总方量达到3.0万m³，顶板预制率超过40%，隔墙预制率超过15%。国内首次采用延性干式连接框架体系实现建筑快速装配化施工，厂区建筑装配化率达到40%。通过装配式技术的应用，施工人员减少约40%、施工工期缩短约35%，为水务工程运用装配式技术积累宝贵的经验，也为推广工业化绿色化的公共市政建设提供了很好的参考。
（5）聚焦数字化转型，“模型+数字孪生平台”提升方案的科学性，拓展应用场景，实现污水处理厂智慧化和低碳化运行
获上海市发展改革委 “2022年度投资建设数字化转型项目”中央预算内投资的助力，打造了国内首座超大型全流程智慧化污水处理厂，竹园四期将数字孪生系统与智慧配水系统、智慧安防系统相结合，形成了生产数据实时监测、设备智能调控、应急预警处置的数字化管理闭环。以智慧化手段辅助决策，提升管理效率与决策科学性，为运行管理提供了强大的数据支持和决策辅助，出水水质稳定优于排放标准。通过BIM模型和三维扫描模型融合，接入运行数据、实时监控视频打造三维化、全要素的竹园四期数字孪生底座系统，实现污水处理全流程实时模拟与精准分析。实现工艺流程可视化、工艺控制智能化和工艺运行评估可量化，降低运行能耗，为绿色低碳、精细化运维管理提供有力保障。
（6）从悦心意向构建海绵城市视角，柔化传统工业建筑边界，自然活化功能和景观的有机共生
从设计出发，力求建筑与景观融合、生产与科普融合、功能与文化属性融合，将“以水为脉，生生不息”作为设计出发点。厂区建筑立面采用具有工业美感的现代风格，立面元素以植物生长为母题，提取树枝等抽象元素，并运用于整个厂区。同时在建筑和景观中充分利用不同形式的水景元素，结合工艺流程，展现污水处理厂循环净化的设计理念。全面贯彻海绵城市建设理念，充分体现生态优先原则，将自然途径与人工措施相结合，结合厂区水系和景观绿化工程的设计，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的自然积存、自然渗透与自然净化，营造水系循环，绿林环绕的生态化水厂。年径流总量控制率可达75%。
（7）提出“点对面”的内外双循环策略，提升内部循环梯级利用，打通外部区域化的资源和能源回路
通过AI运行决策控制子平台，聚焦污水处理核心环节，通过精确曝气、水泵自动运行、DO（溶解氧）精准控制、智能排泥，项目建成运行后，无需投加碳源，即可有效应对水质水量波动，年节省碳源投加3.24万吨，年节省曝气用电88万kW·h，年可减排CO₂约共1.07万吨（相当于每年削减5500辆国六标准小汽车碳排放量）。通过厂内再生水代替除臭喷淋、泵机组冷却、药剂配置及稀释等用水实现厂内自循环，生产用自来水替代率达到90%。厂内生态景观用水也全面使用再生水，构建了“污水处理-再生利用- 生态服务”的循环体系。将经处理后的再生水，输送至外高桥造船厂作为生产替代水源，每年可节约自来水量70万吨，实现尾水资源化利用，使竹园四期成为上海市首个央地企业联合的中水利用示范，为上海市推进水资源循环利用和可持续发展奠定了坚实基础。竹园四期脱水干化后的污泥作为生物质能源送至外高桥电厂进行协同掺烧，电厂发电产生的余热通过蒸汽输送至竹园四期工程，作为热源用于污泥干化，实现能源闭环。
（8）率先应用低碳高性能材料助力水务工程的可持续发展
创新运用GS土体硬化剂作为基坑围护的水泥替代物，通过搅拌直接与地基土颗粒胶结，增强土体强度，提高土体渗透性能，实现了变废为宝、节能降耗、保护环境的目标。创新采用气凝胶复合内墙板和气凝胶隔热保温材料，利用气凝胶导热系数低、防火阻燃、隔音等特性，有效降低能源消耗，控制噪音污染。应用镁质高性能混凝土抗裂剂：补偿混凝土温降收缩和干燥收缩，增强混凝土结构自防水，提升大体积混凝土抗裂能力。创新运用UHPC镂空格栅幕墙系统：工厂预制、高强度、耐久、美观大方、节能环保、安装便捷，打造新型装配式的污水处理综合楼外立面。
（9）构建了从“土地分析-正向设计-建设管理-运维辅助”的全链BIM应用体系
项目积极采用创新性的BIM技术，包括BIM正向出图插件研发、基于UE的虚拟仿真开发、BIM协同平台开发以及基于HTML实景平台研发，拓展了BIM技术应用于污水处理厂的场景。从配合项目前期土地整备、BIM正向设计、预制拼装设计优化、预留预埋检查、厂区碰撞检测与管线优化、施工和设备安装模拟、虚拟与实景仿真、协同平台和智慧工地，BIM应用的适用性与可行性均得到了验证，通过BIM技术在提高设计质量，加快施工进度，保障施工安全发挥了巨大作用，实现设计和施工的全过程管理，最大程度的发挥了BIM应用价值。
（10）科委、建委平台重大专项双驱动，科创支撑重大基础设施建设，引领行业高质量发展
结合竹园四期工程，研究完成了《合流制大型污水厂智慧化处理关键技术研究与示范》《超大型地下污水处理工程预制装配化智能建造关键技术研究与示范》多项上海市科委、建委重大专项课题，在国内率先开展大型污水处理厂智慧化建造和智慧化运维的系统性研究。研发形成的地下污水处理工程预制装配化结构设计关键技术、基于数据驱动合理性检验的污水处理厂数据处理及A20工艺深度学习模型预测控制技术等，在创新性和关键指标上达到国际先进水平，并成功应用于竹园四期的建设和运行。为水务行业的智慧化低碳化发展和技术进步起到突出的示范、引领和促进作用。
（11）环境、经济和社会效益三位一体，多效合一
根据实际运行数据，竹园四期工程建成后每年新增减排量COD近5万吨、总氮约6800吨、总磷约700吨，有效杜绝了竹园片区末端的污水溢流问题，处理效能逐年提升，实现了上海中心城区1/3污水处理需求的提质增效，为上海市水环境改善和污染物减排做出了巨大贡献，有效提高了城市污水处理系统的韧性和抗风险保障能力，社会效益和环境效益显著，对上海市建设“全球卓越城市”的愿景具有重要意义。通过智慧化技术的设计和应用，在提升运维效率的同时，降低运行能耗与处理成本，保障污水处理厂绿色低碳运行，可为污水处理行业数字孪生和智慧化技术的应用推广，提供示范案例。同时通过装配式技术的大规模、大体量集中应用，为水务工程领域预制拼装技术的推广应用积累了宝贵经验，有效推动上海水务行业装配式技术和产业的发展。竹园四期作为上海第二批对外开放的污水处理厂，通过向公众展示污水处理全流程与环保科技成果，为增强社会公众环保意识做出积极贡献，展现城市治理与人文关怀。
本文节选自《上海土木科技》 2025（03）
供稿：上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司
原标题：《竹园污水处理厂四期工程荣获2024年度上海土木工程一等奖》