給水設計秒流量研究和應用現狀

肖 天 魏富鵬

西安工業大學建筑工程學院（710021）

0 前言

在建筑給水系統設計時，綜合考慮衛生器具給水當量、使用人數、用水定額、用水規律等各項因素，將用水高峰時段的最大瞬時給水流量作為給水設計秒流量。 設計秒流量實際是一個理論計算值。在一個給水系統中， 合理確定設計秒流量非常重要。 設計秒流量值過大，則會造成管網整體管徑過大；若設計秒流量過小，則會出現不能滿足用水高峰時段的水量需求。

1 秒流量研究方法

1.1 經驗法

經驗法早期在英國廣泛使用，其主要用于僅設有少數衛生器具的建筑物。其原理是根據經驗制訂出常見的幾種衛生器具的大概流量，然后將其相加得到給水系統的設計流量。 此方法雖使用簡單快捷， 但是缺乏理論依據且不能用于系統的精確計算。

我國現行標準中關于宿舍 （設公用盥洗衛生間）、工企業的生活間、公共浴室、體育場館、劇院、職工食堂等建筑的生活給水管道設計秒流量計算公式屬于經驗法，具體形式見式（1）:

式中：qg——計算管段的給水設計秒流量，L/S；q0——同類型的一個衛生器具給水額定流量，L/S；n0——同類型衛生器具數；b——衛生器具的同時給水百分數（%），見《建筑給水排水設計標準》（GB 50015—2019）。

1.2 平方根法

其基本形式為：qg=bN0.5。 平方根法較經驗法取得了一定的進步，曾在德國、蘇聯廣泛應用，但因其未考慮使用人數、使用頻率對設計秒流量的影響而被逐漸淘汰。 1976 年蘇聯廢除原平方根法計算公式，應用新的以概率法為基礎的計算公式。 我國借鑒了蘇聯平方根法并一直沿用至今。

我國現行標準中關于宿舍 （居室內設衛生間）、旅館、賓館、酒店式公寓、醫院、療養院、幼兒園、養老院、辦公樓、商場、圖書館、書店、客運站、航站樓、會展中心、中小學教學樓、公共廁所等建筑的生活給水設計秒流量計算公式見式（2），從公式形式來看，明顯看出該公式屬于平方根法:

式中:α—根據建筑物用途確定的系數，見《建筑給水排水設計標準》（GB 50015—2019）。

1.3 概率法

概率法最早由美國工程師亨特于1924 年提出，該理論認為，在一個給水系統中，人們何時使用何種衛生器具都可以看作是隨機事件， 且這些事件之間相互沒有影響，服從二項分布。 亨特創造性地提出了給水保證率Pm=99%， 認為n 個器具中同時使用數量超過m 個的概率小于1%。 據此理論便可以求得同時使用的衛生器具數量，最后根據衛生器具的額定流量及使用個數便可求得設計流量。 概率法的基礎理論可靠，符合現實用水情況，考慮的客觀因素較多，得到了較為廣泛的應用[1]。 目前美國、日本、俄羅斯都已經應用了概率法。

2 概率法應用現狀

2.1 國外應用現狀

美國將亨特概率法進行了加工處理， 最終以衛生器具負荷單位數與系統設計流量關系圖表的形式將其納入規范，使得使用更為簡便、快捷。 日本在美國將亨特概率法納入規范后， 也將亨特概率法引進并納入到規范中。

俄羅斯現行給水設計秒流量計算公式來源于紹賓斯基的研究成果。 紹賓斯基1966-1975 年對各類建筑物秒流量計算方法進行了大量研究， 總結出能夠描述各種形式日用水量積分曲線的通用關系式。此方法雖然具有較強的通用性、考慮的影響因素多，但是計算難度較大。 為便于將此方法應用到工程實踐， 蘇聯有關部門在1976 年將該方法簡化得到了簡便的設計秒流量計算公式。 設計秒流量計算公式隨即在1976 年新版標準中得到了推廣， 在之后的1985 版標準以及1998 版標準中也沒有發生改動[2]。

2.2 國內應用現狀

我國目前并沒有實質性的以概率法為原理的秒流量計算方法，《建筑給水排水設計標準》（GB 50015—2019）中關于住宅建筑給水設計秒流量計算的方法沿用了 《建筑給水排水設計規范》（GB 50015—2003）版中的計算方法，其本質還是屬于以概率法對平方根法的修正，并不是純正的概率法[3]。

出于歷史原因，澳門地區與大陸并沒有使用統一的建筑給水排水規范，澳門地區現行的《澳門供排水規章》（法令49/96/M 號） 由葡萄牙文翻譯而來。 此方法適用于澳門地區所有工程設計。 在《規章》中給出了衛生器具的“最低流量”及“累積流量-計算流量”曲線圖。 此曲線的基礎是概率法，考慮了衛生器具的同時出流概率。 在設計時，根據計算管段上的衛生器具得出最低流量之和即“累積流量”，再根據“累積流量”值查“累積流量-計算流量”曲線圖得出“計算流量”即管段設計秒流量[4]。

2003 我國頒布 《建筑給水排水設計規范》（GB 50015—2003）。 對于住宅建筑給水設計秒流量的計算方法做了很大的調整，以概率法為基礎，修正了原平方根法的不合理的部分。 對給水當量數小的配水支管，不會再出現“計算值大于該管段上按衛生器具給水額定流量累加所得流量值” 的不合理現象，使配水支管的流量分布合理化；對給水當量數足夠大的配水干管，不會出現計算值小于最大時平均秒流量的不合理現象，使給水當量數大時，設計秒流量與最大時平均秒流量有了一個較平緩的接軌；此外還充分考慮了我國的具體情況，如用水定額、當量數、使用人數及使用時間。 此次修訂為我國秒流量研究揭開了一個新的篇章，在此之后國內也有許多學者展開了以概率法為基礎的秒流量計算研究。

陳和苗[5]以概率法研究了住宅類生活給水管道設計秒流量，綜合考慮了多種影響用水因素并推導出了適用于住宅、居住區、醫院、辦公樓等建筑的公式，還分析了給水保證率、衛生器具使用頻率對設計流量的影響。 結果表明概率法計算所得流量與實測流量具有較好的吻合性。

標準中對給水設計秒流量計算公式使用范圍有著明確的規定。 經過研究發現部分公共建筑采用平方根法計算的結果與概率法計算的結果具有相似性。 楊學福[6]利用概率法計算了辦公樓的給水設計秒流量，并將其計算結果與規范中平方根法所得計算值作了對比。 結果表明，辦公樓建筑給水設計秒流量的計算方法可以參照住宅類建筑給水設計秒流量的計算方法。

衛生器具的使用概率決定著一定給水保證率下同時使用的衛生器具數量，對給水設計秒流量起決定性作用。 我國地域遼闊，用水習慣差異較大，實測每個地區衛生器具的使用概率不現實，只能根據已知的設計條件從理論上來確定該建筑物內衛生器具的使用概率。 王琛[7]在計算最大用水時衛生器具使用概率，對耗水量的計算引入了經驗系數“α=0.6”， 在重新定義衛生器具的使用概率后推導出了使用概率法求解秒流量的計算公式，引入的系數為經驗值，沒有實測數據支撐，是否正確還需進一步研究。

3 結語

綜合國內外研究現狀，應用概率法研究建筑給水設計秒流量已成為主流趨勢。 國外已經有了完備的給水秒流量計算體系，可以作為我國給水設計秒流量研究的參考，但是不能照搬。 建立我國以概率法為基礎的給水設計秒流量計算體系是一個龐大而復雜的工程，雖然我國科研人員對給水設計秒流量公式的改進作了深入的研究，但是都主要停留在理論推導方面，未被實踐檢驗，還需要大量的基礎數據測試及研究。