建筑室內(nèi)排水系統(tǒng)的優(yōu)化研究

張全堂

摘要：自進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，出現(xiàn)了大量高層建筑，極大的提高了人們的日常生活水平，然而，許多建筑的室內(nèi)排水做法依然比較傳統(tǒng)和老套，噪音、廢水溢出、滲漏、滴水等問題遲遲得不到妥善解決。因此，對(duì)于建筑室內(nèi)排水系統(tǒng)而言，今后的發(fā)展需要朝著更加獨(dú)立、完整、自由、節(jié)能、健康的方向發(fā)展，由此急需要改進(jìn)與優(yōu)化傳統(tǒng)室內(nèi)排水系統(tǒng)。

Abstract： Since entering the 21st century， a large number of high-rise buildings have appeared， which has greatly improved people's daily life. However， the indoor drainage practices of many buildings are still more traditional and old-fashioned. Noise， wastewater overflow， leakage， dripping problems have not been properly resolved. Therefore， for the indoor drainage system of buildings， the future development needs to move towards a more independent， complete， free， energy-saving and healthy direction， so there is an urgent need to improve and optimize the traditional indoor drainage system.

關(guān)鍵詞：建筑;室內(nèi)排水系統(tǒng);優(yōu)化研究

Key words： building;indoor drainage system;optimization research

0? 引言

當(dāng)下，現(xiàn)代建筑類型各種各樣，為有效的滿足規(guī)范所要求的各種條件，往往可供選擇的排水系統(tǒng)類型或通氣方式有很多，而這些系統(tǒng)有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，為此需要深入思考如何選擇最有效的排水方式[1]。因?yàn)檫@些建筑排水方式深受各種因素的影響且具有不確定性，如社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等，因此很難進(jìn)行準(zhǔn)確、客觀的評(píng)估，為更加合理的評(píng)價(jià)與判斷排水方式就需要高效的利用模糊的數(shù)學(xué)方法。排水設(shè)計(jì)秒流量在一定程度上能夠?qū)⑹覂?nèi)生活排水管道的設(shè)計(jì)負(fù)荷更加直觀的反映出來，也能夠?yàn)楦髋潘芏喂軓降拇_定提供一定參考意見，為此需要認(rèn)真、合理的設(shè)計(jì)這種計(jì)算方法[2]。

1? 傳統(tǒng)排水設(shè)計(jì)流量計(jì)算原理與存在問題

1.1 傳統(tǒng)排水設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算

建筑內(nèi)部排水流量在一定程度上會(huì)直接關(guān)系到衛(wèi)生器具的排水特點(diǎn)與數(shù)量，特點(diǎn)主要表現(xiàn)為三點(diǎn)，即歷時(shí)短、兩次排水間隔短、瞬時(shí)流量大，而每晝夜、每小時(shí)的排水量缺乏均勻性，在給水相同的情況下，在最不利的時(shí)刻為更加迅速、安全的排放最大量，在具體設(shè)計(jì)時(shí)需重視設(shè)計(jì)秒流量，即最大排水瞬時(shí)流量。具體計(jì)算方法主要有三種，即經(jīng)驗(yàn)法、平方根法、概率法，其中在我國比較常用的方法為第二種，可結(jié)合生活建筑的排水特點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算[3]。

1.2 存在問題

當(dāng)下，我國所使用的排水設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算方法不能全面的反映出各種因素，公式不具備較大的適用范圍，不管是在理論上還是實(shí)際應(yīng)用上都存在不少問題。如：不能對(duì)生活排水的隨機(jī)性進(jìn)行充分考慮;也不能充分考慮影響排水量的各種實(shí)際因素，如衛(wèi)生器具的組合形式、使用頻率、單位器具的負(fù)荷人數(shù)等;不合理的計(jì)算公式，即按照公式所計(jì)算出來的工程極易出現(xiàn)各種問題，如排水不暢和管徑偏小等;按照相關(guān)規(guī)范的具體規(guī)定，在缺少衛(wèi)生器具的情況下，計(jì)算結(jié)果有時(shí)會(huì)超過管段上衛(wèi)生器具排水量的綜合，為此在計(jì)算時(shí)需要結(jié)合衛(wèi)生器具排水流量的累加值[4]。

2? 建筑室內(nèi)排水方式的優(yōu)化選擇

建筑室內(nèi)排水系統(tǒng)主要是收集人們?cè)谌粘Ｉ钆c工業(yè)生產(chǎn)使用過的、受到污染的水、降落的雨雪，及時(shí)排放到室外的市政污水管道中，然后向污水處理廠匯集，達(dá)標(biāo)后集中排放。根據(jù)系統(tǒng)所接納的不同污水類型，可將建筑室外排水系統(tǒng)分為三大類，即生活、工業(yè)廢水、屋面雨水排水系統(tǒng)。為方便今后的研究與討論，主要的研究對(duì)象為生活排水系統(tǒng)。按照不同通氣方式，又可將建筑室內(nèi)生活排水系統(tǒng)分為幾種，即不通氣、設(shè)有通氣管系、特殊單立管排水系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代建筑的可持續(xù)發(fā)展，類型日漸多樣化，在滿足現(xiàn)有規(guī)范要求的情況下，通常可以選擇幾種類型不同的排水系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)通常能夠結(jié)合優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)，因此在具體選擇時(shí)需要做到謹(jǐn)慎、小心。不同建筑排水方式受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會(huì)環(huán)境效益等各種不確定因素的影響，由此很難做到客觀、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)的進(jìn)行評(píng)價(jià)，為取得良好效果，可以充分利用模糊數(shù)學(xué)方法[5]。

2.1 模糊綜合評(píng)判理論

關(guān)于模糊綜合評(píng)判主要是在環(huán)境相對(duì)比較模糊的情況下，對(duì)各種因素所產(chǎn)生的影響進(jìn)行綜合考慮，然后針對(duì)某種事物、出于某種目的所做出的決斷或決策。首先，在建立評(píng)價(jià)因素指標(biāo)體系時(shí)需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際特點(diǎn)，根據(jù)某些屬性來認(rèn)真劃分所涉及到的各種因素，按照由低到高的原則先綜合評(píng)價(jià)每一類的初層次，然后對(duì)每類所得到的評(píng)價(jià)結(jié)果做出高層次的綜合評(píng)價(jià)，保證所得到的評(píng)級(jí)結(jié)果不僅與實(shí)際相符，且定量化。其次，在開展多層次評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)于各因素指標(biāo)權(quán)重的確定可充分運(yùn)用層次分析法或?qū)＜掖蚍址╗6]。

2.2 建立多層次模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型

2.2.1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)

在選擇建筑排水系統(tǒng)類型時(shí)設(shè)計(jì)人員可以從各個(gè)方面進(jìn)行考慮，如技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)環(huán)境，對(duì)幾家設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員的意見進(jìn)行深入調(diào)查，然后按照相關(guān)規(guī)范來進(jìn)行劃分。

2.2.2 確定評(píng)判集與各級(jí)指標(biāo)權(quán)重分配

在考慮哪一種建筑排水類型與某種建筑或某一標(biāo)準(zhǔn)層是否相符時(shí)，就需要認(rèn)真的評(píng)判各項(xiàng)指標(biāo)，而在分配各級(jí)指標(biāo)權(quán)重時(shí)可以采取專家打分法[7]。

3? 優(yōu)化與改進(jìn)建筑室內(nèi)排水設(shè)計(jì)流量計(jì)算的有效對(duì)策

3.1 建筑排水內(nèi)部水流特點(diǎn)

由于根據(jù)非滿流設(shè)計(jì)的排水管道內(nèi)，污水中不可避免的會(huì)存在固體雜物，因此在建筑內(nèi)部的排水系統(tǒng)中存在三種介質(zhì)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，即水、氣、固，其中固體物比較少。相比較于室外排水，建筑內(nèi)部排水的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為劇烈變化的流速、較大的事故危害、變化幅度較大的水量與氣壓。基于此，在設(shè)計(jì)內(nèi)部排水系統(tǒng)時(shí)需要做到排水通暢、安全，且管線短、管徑小、造價(jià)低，就需要對(duì)排水管系的水氣流動(dòng)物理現(xiàn)象進(jìn)行深入的研究。由于排水管中的壓力變化與水封密切相關(guān)，有時(shí)會(huì)流失大量的水分，將通氣管設(shè)置在排氣管路的目的在于有效的緩解排水管內(nèi)的壓力變化，增加大氣中空氣的流動(dòng)性，不會(huì)破壞水封。基于此，室內(nèi)排水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需將排水、通氣看作是一體化設(shè)備[8]。

3.2 計(jì)算建筑室內(nèi)生活排水流量

這部分的計(jì)算主要是將各種衛(wèi)生器具的排水定額結(jié)合起來，然后將設(shè)計(jì)管段的設(shè)計(jì)流量確定下來之后再按照設(shè)計(jì)流量，完成對(duì)管徑的確定。建筑內(nèi)部的排水流量在一定程度取決于衛(wèi)生器具的特點(diǎn)與數(shù)量。

總之計(jì)算排水設(shè)計(jì)秒流量是一種概率問題，站在概率論基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算能夠更具科學(xué)性、先進(jìn)性，與客觀實(shí)際更接近，且能夠?qū)挝黄骶哓?fù)荷人數(shù)等多種因素進(jìn)行充分考慮，如此才能將客觀實(shí)際用水情況更加科學(xué)、準(zhǔn)確的反映出來，保證所得到的計(jì)算結(jié)果與客觀實(shí)際情況更符，且對(duì)于各類公共建筑和住宅通用性更高。目前，國外對(duì)于概率法的認(rèn)可度普遍較高，且在多個(gè)國家得到有效的應(yīng)用，如俄羅斯、美國、日本與法國等[9]。

3.3 計(jì)算設(shè)計(jì)秒流量時(shí)的常用概率理論方法

當(dāng)前，國外所應(yīng)用方法的理論基礎(chǔ)均在于概率，這能夠?yàn)楦怕视?jì)算使用新的設(shè)計(jì)方法打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。以概率為基礎(chǔ)的秒流量計(jì)算式在國外早已建立，且經(jīng)過近幾十年來度用水工況的研究發(fā)現(xiàn)，至今所擁有的資料十分完備，由此對(duì)于改進(jìn)我國的秒流量計(jì)算方法十分有效。盡管多數(shù)國家均使用概率法為基礎(chǔ)，但是在選取數(shù)據(jù)、處理方法存在明顯差異，方法也有很大的區(qū)別，亨特概率法、俄羅斯概率法在國際上比較有代表性。

其中，亨特概率法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于美國、日本、法國等國家，主要是視系統(tǒng)中的衛(wèi)生器具使用看作是隨機(jī)變量的一種，在描述時(shí)可以使用二項(xiàng)分布的數(shù)學(xué)模型。而俄羅斯概率法主要是深入研究各類建筑物的設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算方法，分析研究大量日用水量的積分曲線，然后得到一定的通用關(guān)系，最后所建立的數(shù)學(xué)模型能夠?qū)τ盟叻迤凇⒁粫円箖?nèi)其他時(shí)間的用水情況進(jìn)行科學(xué)的描述。兩種方法的相同點(diǎn)在于：設(shè)計(jì)秒流量的計(jì)算都借助概率理論，關(guān)于用水高峰期的衛(wèi)生器具使用概率具有相同的定義;不管是在室內(nèi)、還是在城市小區(qū)給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算中同樣具有適用性。不同點(diǎn)在于計(jì)算方法、結(jié)算結(jié)果上的不同[10]。

除此之外，在選擇合適的排水管材時(shí)需要嚴(yán)格按照《建筑給排水規(guī)范》中的相關(guān)要求，結(jié)合建筑物使用功能，選擇合適的管材。

4? 結(jié)束語

綜上所述，本文在優(yōu)化研究建筑室內(nèi)排水系統(tǒng)時(shí)可以從多個(gè)方面出發(fā)，去室內(nèi)排水方式的優(yōu)化選擇等，由此可知：在選擇類型不同的排水系統(tǒng)與通氣方式時(shí)，為更加科學(xué)、合理的進(jìn)行分析可以充分利用多層次模糊綜合評(píng)判模型，在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重時(shí)可以從三個(gè)方面出發(fā)，即技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)環(huán)境;然后將評(píng)判級(jí)別與評(píng)判集合理的確定下來，對(duì)于單因素評(píng)判矩陣的判斷需要按照類型來評(píng)判某種排水方式的各項(xiàng)指標(biāo);最后，逐級(jí)做好綜合評(píng)判工作，最優(yōu)排水方式即所得的綜合評(píng)價(jià)最大值。采用概率法能夠準(zhǔn)確的計(jì)算室內(nèi)生活排水系統(tǒng)的排水設(shè)計(jì)秒流量，本文按照室內(nèi)生活排水特點(diǎn)，所建立的二項(xiàng)分布理論數(shù)學(xué)模式以概率論為基礎(chǔ)。

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