基于層次分析法的住宅生活給水方式優化選擇

魏天云（福建船政交通職業學院道路工程系，福州350007）

基于層次分析法的住宅生活給水方式優化選擇

魏天云
（福建船政交通職業學院道路工程系，福州350007）

摘要：建筑住宅生活給水方式的選擇是一個十分復雜的綜合性工程問題，首先介紹了住宅生活給水方式及其特點，然后應用經驗法進行定性判斷，最后應用9標度層次分析法進行定量選擇，根據各種給水方式的綜合評價指標排序結果，確定最優的給水方式，為工程技術人員合理選擇給水方式提供參考依據。

關鍵詞：給水方式；選擇；經驗法；層次分析法

D01：10.19329/j.cnki.1673-2928.2016.04.017

建筑住宅生活給水方式的選擇涉及的因素非常多，包括用戶對水壓、水量以及水質的要求，還需考慮工程造價、技術和管理等方面的條件，因此，它是一個十分復雜的綜合性工程問題，是住宅生活給水系統設計的關鍵［1］，必須結合經驗和理論應用科學、合理的分析，來正確選擇給水方式。

1住宅生活給水方式及特點

住宅建設中，供水系統一般選擇豎向分區，這使得室外管網壓力能夠得到充分的利用，且避免下層管道靜水壓力出現過大的現象。供水方式可以劃分為高位水箱式和無水箱式兩大類。其中減壓閥式、減壓水箱式、串聯式以及并聯式均屬于高位水箱式，而變頻調速泵并聯供水方式以及氣壓設備并聯供水方式屬于無水箱式。

減壓閥減壓供水可以集中布置設備，而且水泵的數量得到有效減少，有利于維護保養；其次簡化管線布置，降低成本；最后采用減壓閥代替各分區減壓水箱，占地面積少，容易安裝，節約成本。分區減壓水箱供水方式可以集中設備的布置空間，減少水泵數量，便于維修保養，安裝在各分區中的減壓水箱主要是釋放靜水壓力，所占容積不大。分區水箱串聯供水方式并不用高壓水泵和高壓管線，因為各個水箱所需的用水量只需要由相應的水泵來完成，所以，可以簡化設備以及管道的布置，同時，可以根據各區的用水需求來設計各分區的水泵揚程，從而使水泵的效率獲得了較大幅度的提高，運行動力費用較低，節能效果較明顯。分區水箱并聯供水方式每個分區相互獨立，互不影響，提高了供水的可靠性；水泵的布置較為集中，有利于維護管理，其運行動力成本不高，也是一種較為節能的供水方式。變頻調速泵并聯供水方式可以不用安裝水箱，占用建筑面積小；水泵集中布置，維護管理方便；消耗能源較少。

2應用經驗法的給水方式優化選擇

對于多層住宅建筑，其供水高度低于市政管網水壓的，應盡量利用市政管網水壓，以利于節能，若用水高峰期，出現水壓不夠的現象，可添置一個高位水箱。

住宅建筑小區的高層用水很難通過外管網壓力獲得滿足，一般可以考慮設置供水水泵來進行解決。據統計，供水水泵消耗的電量占據我國總用電量的大約26%，有相當一部分被浪費了。若泵在運行過程，其速度保持不變，則為恒速運行，這種泵比較耗能。若泵在運行過程中，其運行速度可以隨著泵的負荷發生變化的，為變速運行，即變速水泵，這種水泵比較節能。并聯分區的給水方式尤其適用于高層建筑，從節能角度考慮，分區時，市政管網水壓線以下的樓層劃分為低區，其供水由市政管網來提供，這樣能夠減少一部分的耗能［2-3］。

如果供水管網壓力小于供水壓力時，或者小區內的用水量出現不均勻的情況，可以考慮采用水泵和水箱聯合給水的模式來解決。為了使水泵能夠在高效率區間運行，采用液壓水位繼電器來控制水泵的啟停，即處于低水位時，水位繼電器工作，水泵自動接通，若處于高水位時，水泵自動停止運行。采用這種供水方式，供水安全可靠，并且水泵運行在高效狀態，是最經濟合理的。

3應用層次分析法的給水方式優化選擇

為了能夠更好地將定性分析與定量分析統一起來用于決策受多因素影響的問題，而產生了層次分析法，它是由美國的T·L·Saaty首先提出來的，主要適用于對問題按優劣次序進行排序［4-7］。高層建筑的給水方式所受的影響因素比較多，因此也適合采用層次分析法進行優化選擇。

3.1建立層次之間的結構模型

建筑給水方式模型主要由三層構成，即目標層、準則層和方案層。其中目標層是高層建筑給水方式；準則層根據調查主要包括設備成本、管理方便程度、占地面積、能量消耗以及供水可靠性，并且它們的重要性是依據專家以及客戶的意見確定；常見的給水方式有八種，如表1所示，建筑給水方式層次模型如圖1所示。

表1　建筑供水方式

3.2構建判斷矩陣

根據工程師的經驗以及專家的建議，同時采用9標度方法來確定判斷矩陣元素的取值大小［8］，如表2～表7所示。

圖1　建筑給水方式結構模型圖

表2　高層建筑給水方式決策目標表

表3　高層建筑給水方式設備成本指標表

表4　高層建筑給水方式管理方便程度指標表

表5　高層建筑給水方式占地面積指標表

表6　高層建筑給水方式能量消耗指標表

表7　高層建筑給水方式供水可靠性指標表

3.3一致性檢驗

一般采用特征值法判斷矩陣的一致性：

公式中的CI表示一致性指標，λmax表示最大特征值，n表示的是因素的數量，即階數。

平均隨機一致性指標 RI可以由表8查得，一致性比例CR：

只有CR＜0.1，層次排序結果的一致性才能接受。總排序一致性檢驗：

3.4計算結果及分析

本文應用層次分析法軟件yaahp V.9.1進行求解計算，其主要結果如表9所示，其中最大特征值λmax由軟件yaahp V.9.1求得；一致性指標CI根據公式（1）來求；RI的值可以由表8查得；一致性比例 CR由公式（2）來求；總排序一致性檢驗根據公式（5）可知，CR總=0.0214＜0.1，說明總排序結果也具有滿意的一致性。

表8　平均隨機一致性指標與矩陣階數的關系

表9　高層建筑給水方式權重計算表

由表9可以看出，當考慮設備成本時，減壓水箱供水方式與高位水箱減壓閥供水方式是最好的；當考慮管理方便程度時，變頻調速供水方式是最佳的；當考慮占地面積時，高位水箱并聯供水方式是最佳的；當考慮能量消耗時，高位水箱串聯或并聯供水方式是最佳的；當考慮供水可靠性時，高位水箱并聯供水方式、減壓水箱供水方式與高位水箱減壓閥供水方式是較好的。

由總排序結果可知，方式4的綜合權重（0.1916）是最大的，即高位水箱減壓閥供水方式可以作為優先考慮，其次是減壓水箱供水方式、高位水箱并聯供水方式、變頻調速供水方式、高位水箱串聯供水方式、氣壓罐供水方式。

4結論

1）根據住宅建筑常用的供水方式及特點，指出給水方式必須依據用戶對水質、水壓、水量和安全性的要求，并結合室外管網所能提供的水質水量和水壓的情況進行綜合確定。

2）利用9標度層次分析法優化建筑給水方式，得出采用高位水箱減壓閥供水方式的綜合權重（0.1916）最大，可以作為優先考慮的給水方式。

參考文獻：

［1］魏天云.建筑給排水設計中的節水節能分析［J］.福建建材，2013（12）：64-66.

［2］馬艷麗.壓力罐供水方式在農村小型供水工程中的應用［J］.水利與建筑工程學報，2013（5）：110-113.

［3］劉德明.節能住宅給水系統分區和分區層數探討［J］.給水排水，2009（1）：77-80.

［4］洪繼華，宋依蘭.層次分析法在水環境規劃中的應用［J］.環境科學與技術，2000（1）：33-35.

［5］TAM C M，TONG T K L，CHIU G W C.Comparing nonstructural fuzzy decision support system and analytic hierarchy process in decision-making for construction problems［J］. European Journal of Operational Research，2006，（174）：1317-1324.

［6］汪應洛.系統工程（第二版）［M］.北京：機械工業出版社，2001.153-203.

［7］閆敏慧，姚秀萍，王蕾，等.用層次分析法確定氣象服務評價指標權重［J］.應用氣象學報，2014（4）：470-475.

［8］魏天云.建筑生活給水系統能耗分析與節能優化研究［D］.福州：福州大學，2015.

（責任編輯：郝安林）

中圖分類號：TU82

文獻標志碼：A

文章編號：1673-2928（2016）04-0055-04

收稿日期：2015-10-22

基金項目：福建省教育廳科技項目（JA15655）、（JB12356）資助。

作者簡介：魏天云（1979-），女，福建連江人，副教授、高級工程師，碩士，主要從事市政工程與給排水技術方面的教學與研究工作。

Optimal Selection on Residential Life Water-supply Way based on Analytic Hierarchy Process

WEI Tianyun
（Department of Road Engineering，Fujian Chuanzheng Communications College，Fuzhou 350007，China）

Abstract:It is the very complex engineering problem to choose the residential life water-supply way.The way and characteristics of residential life water-supply were introduced.Empirical method was applied to judge qualitatively.Analytic Hierarchy Process（AHP）used 9 scaling was applied to optimize the way of water-supply quantitatively.The optimal water-supply way was determined according to the sorting result of comprehensive evaluation index.It could provide the reference to select the reasonable water-supply way for the engineers.

Key words:water-supply way；choose；empirical method；AHP