基于數(shù)據(jù)庫的建筑給排水設(shè)計計算軟件開發(fā)

敖 凱 王啟軍

（1.湖南省建筑設(shè)計院集團有限公司，湖南長沙 410012；2.遼寧省重要技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)基地建設(shè)工程中心，遼寧 沈陽 110015）

建筑給排水設(shè)計是建筑機電設(shè)計的重要組成部分。建筑給排水設(shè)計工作作為建筑設(shè)計過程的下游工序，獲得建筑提資、市政資料和建設(shè)方的批準后，才能得以開展。設(shè)計過程為：獲得資料與要求→系統(tǒng)形式的確定→設(shè)備設(shè)施的計算與選型→繪圖。

建筑給排水包含給水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、自動噴淋系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等多個系統(tǒng)。每個系統(tǒng)在繪圖之前都需要進行大量的計算工作。目前常見的計算軟件有兩種，一種是EXCEL表格，另一種是用VB或VC等編寫的計算工具。前者界面不夠友好，表達不直觀，且無法進行邏輯較為復(fù)雜的計算；后者雖然界面友好，但功能較少，數(shù)據(jù)間缺乏聯(lián)動，且無法保存數(shù)據(jù)，不利于在設(shè)計過程中隨時查看和修改?；谝陨蠣顩r，迫切需要一款全能、智能、可保存計算數(shù)據(jù)的計算軟件。

1 軟件開發(fā)思路

1.1 建筑給排水計算的特點分析

建筑給排水計算類別龐雜，但每類計算的量較小，計算過程中會應(yīng)用到很多不同類型的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)大致可以分為兩種，一種是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如各種管材的參數(shù)、氣象參數(shù)、設(shè)備參數(shù)及計算過程中的取值系數(shù)等，除設(shè)計規(guī)范、標準變更外，這類數(shù)據(jù)一般固定不變；另一種是項目數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)隨著項目變化。項目數(shù)據(jù)分為輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)包括項目及各單體的屬性、市政條件參數(shù)、各單體各層面積、層高等數(shù)據(jù)；輸出數(shù)據(jù)是經(jīng)過計算后得到的結(jié)果，如項目各系統(tǒng)水量、各類水池水箱容積和尺寸、所選設(shè)備參數(shù)等。

建筑給排水計算數(shù)據(jù)繁多，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速讀取和重復(fù)利用，應(yīng)選擇數(shù)據(jù)庫。因此，該軟件將基于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)平臺進行開發(fā)。

1.2 軟件功能的規(guī)劃

（1）基于局域網(wǎng)甚至互聯(lián)網(wǎng)運行。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保存于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，由管理員進行更新，確保計算結(jié)果滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中應(yīng)當存儲基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以便不同地域、不同項目使用。同時，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)留有輸入窗口，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺失的情況下，可以由用戶手動輸入以完成計算。使用者輸入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)經(jīng)管理員審核后，保存在系統(tǒng)內(nèi)供其他使用者使用。

（2）計算過程應(yīng)當智能化。

數(shù)據(jù)間應(yīng)充分聯(lián)動，修改一處數(shù)據(jù)，相關(guān)的其他數(shù)據(jù)應(yīng)自動進行更新。同時，計算過程中各類參數(shù)應(yīng)設(shè)置推薦值和選擇范圍，并充分考慮規(guī)范中的各類情形，盡可能保證計算的普適性。

（3）具備自動判定功能。

軟件不應(yīng)只有計算功能，還應(yīng)具備一定的系統(tǒng)形式自動判定功能，無法自動判定時，應(yīng)向用戶推薦合適的選項。

（4）計算過程和結(jié)果能夠直觀展示。

可通過表格、自動生成的圖片等形式展示計算結(jié)果，便于繪圖過程中使用或參考。

（5）能夠進行數(shù)據(jù)傳遞。

軟件應(yīng)當具有數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出功能，便于將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算書或圖紙中，也便于不同使用者之間的數(shù)據(jù)交流。

1.3 程序運行流程圖

本軟件的開發(fā)需要將規(guī)范中的邏輯轉(zhuǎn)換為程序可執(zhí)行的邏輯。編程之前繪制程序運行流程圖，可以有效梳理程序邏輯，減少程序漏洞，提高開發(fā)效率。軟件計算模塊較多，本文僅新建項目及給水系統(tǒng)加壓判斷運行流程為例。

新建項目及給水系統(tǒng)加壓判斷運行流程如圖1所示。

圖1 新建項目及給水系統(tǒng)加壓判斷運行流程

1.4 開發(fā)平臺的選擇

常見的數(shù)據(jù)庫軟件主要為SQL Server、Microsoft Access和Oracle等，其編程開發(fā)能力較弱，一般僅用來讀寫數(shù)據(jù)。編程平臺通常采用Visual Studio中的VC++等專業(yè)平臺，功能強大，但多數(shù)的給排水工程師不具備專業(yè)編程知識，難以熟練掌握使用。

經(jīng)過遴選，最終選擇FOXTABLE數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)平臺，該平臺編程語言為VB語言，簡單易懂，功能強大。數(shù)據(jù)表可內(nèi)置，也可放置于服務(wù)器上；數(shù)據(jù)之間可像Excel一樣設(shè)置公式，各數(shù)據(jù)表格之間的聯(lián)動也很方便；擁有多種窗口和控件，可以靈活地設(shè)計交互界面。綜合來看，這個開發(fā)平臺完全滿足建筑給排水計算軟件的開發(fā)需求。

2 軟件開發(fā)過程

2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的梳理

給排水計算過程中，需要存儲或讀取的各種數(shù)據(jù)都需要按照數(shù)據(jù)庫的格式設(shè)計為數(shù)據(jù)表。為實現(xiàn)某些功能，表格的實際列數(shù)需要比設(shè)計文本中列數(shù)多，有些列作為過渡數(shù)據(jù)，有些作為關(guān)聯(lián)計算，用于其他計算模塊。

設(shè)計文本中生活用水量計算表項目主要包括序號、用途名稱、單位數(shù)、用水定額、使用時間、小時變化系數(shù)、用水量。

軟件數(shù)據(jù)庫中的生活用水量計算表除上述項目外，還包括加壓百分比、非中水比例、本分區(qū)占比、本樓占比、秒流量系數(shù)、分區(qū)秒流量、計入排水、排水比例、排水量、化糞池占比和人員逗留時間。

表格中有“用途類別”“非中水比例”“排水量”等數(shù)據(jù)列，“用途類別”用于規(guī)范數(shù)據(jù)輸入，便于調(diào)取數(shù)據(jù)庫中的各種用水量定額上下限、單位及推薦值等，以實現(xiàn)快速輸入數(shù)據(jù)的目的。其他數(shù)據(jù)列則用于中水計算、排水量計算等其他計算模塊調(diào)用數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一次輸入或修改即可實現(xiàn)多種計算的功能。另外，通過一些代碼還可實現(xiàn)生活用水量計算表的數(shù)據(jù)與熱水量計算表、中水量計算表等其他表格數(shù)據(jù)之間聯(lián)動。

本軟件應(yīng)用的表格超過100個，每個表格都經(jīng)過精心設(shè)計，以實現(xiàn)計算的系統(tǒng)化和智能化。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集與輸入

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是建筑給排水計算的基礎(chǔ)，本軟件的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表數(shù)量超過60個，主要分為管道參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、計算取值參數(shù)三類。

部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

將氣象參數(shù)、冷水溫度取值等與地域相關(guān)的參數(shù)整合在“城市參數(shù)”表中，并留有窗口供使用者錄入和修改?；A(chǔ)數(shù)據(jù)表需要安排專人維護和擴充，以提高計算的時效性和準確性。

2.3 項目數(shù)據(jù)表與軟件界面的設(shè)計

項目數(shù)據(jù)表是與所計算的項目相關(guān)的數(shù)據(jù)，既可儲存于服務(wù)器，供所有使用者共享，也可儲存于本地?；诮ㄖo排水的計算，一般僅需一名專業(yè)負責人完成，因此，本軟件項目數(shù)據(jù)表選擇儲存于本地。若需共享計算成果，可以將數(shù)據(jù)表導(dǎo)出。

軟件界面的設(shè)計應(yīng)具有人性化特點，本軟件從用戶使用的角度設(shè)計軟件界面。

用戶使用順序如圖2所示。

圖2 用戶使用順序

根據(jù)常見的給排水系統(tǒng)，本軟件分為6大計算模塊，另設(shè)置規(guī)范圖集快速查看的模塊，在“共有窗口”中設(shè)置導(dǎo)航欄，可隨時切換計算模塊。

在各計算模塊界面設(shè)計的同時設(shè)計項目數(shù)據(jù)表，通過代碼將數(shù)據(jù)表和窗口聯(lián)系起來，本軟件功能較多，各計算模塊都具有不可替代的特點。

2.4 軟件的調(diào)試和發(fā)布

軟件的調(diào)試是軟件能否正常運行的必要步驟，本軟件開發(fā)過程中不斷運行調(diào)試，并在實際項目的計算實踐中不斷完善，使軟件適用性、準確性和便捷性都得到顯著提升。

軟件調(diào)試結(jié)束后即可封裝供用戶安裝、使用，為保護知識產(chǎn)權(quán)，本軟件采用UKey密碼鎖加密，插入正確的密碼鎖后方可使用。

3 軟件開發(fā)成果

3.1 軟件已實現(xiàn)的功能

（1）生活給水系統(tǒng)。

①系統(tǒng)設(shè)置：可自動推薦合理的給水形式和系統(tǒng)分區(qū)。

②用水量與水箱計算：包括用水量計算、水箱容積計算和尺寸設(shè)計，可根據(jù)計算結(jié)果展示水箱示意圖，方便繪圖時參考。

③加壓設(shè)備的計算與選型：計算加壓設(shè)備參數(shù)并根據(jù)內(nèi)置的樣本數(shù)據(jù)自動選型。

④水力計算：可用當量法、概率法和住宅水力計算法計算管道設(shè)計秒流量和管徑；可根據(jù)計算結(jié)果展示管道簡圖，方便繪圖時參考。

（2）消防滅火系統(tǒng)。

①系統(tǒng)設(shè)置：可自動推薦合理的消防給水型式。

②消防用水量與水池水箱計算：自動計算消防用水量、消防水池及高位水箱容積；可詳細設(shè)計水池水箱的尺寸并展示示意圖。

③加壓設(shè)備的計算與選型：計算加壓設(shè)備參數(shù)并根據(jù)內(nèi)置的樣本數(shù)據(jù)自動選型。

④系統(tǒng)分區(qū)與減壓閥計算：可自動判斷是否需要分區(qū)，可進行減壓分區(qū)詳細計算。

⑤穩(wěn)壓設(shè)備的計算與選型：計算穩(wěn)壓設(shè)備參數(shù)并根據(jù)內(nèi)置的樣本數(shù)據(jù)自動選型。

⑥水力計算：包括消防管道水力計算與減壓孔板計算。

⑦氣體滅火系統(tǒng)計算與選型：可進行有管網(wǎng)式或預(yù)制柜式氣體滅火系統(tǒng)的計算與選型。

（3）生活熱水系統(tǒng)。

①熱水量與耗熱量計算：根據(jù)冷水的參數(shù)自動計算，可手動調(diào)整定額。

②熱水分區(qū)：熱水分區(qū)后，可分別得出各分區(qū)耗熱量數(shù)據(jù)供后續(xù)計算。

③水加熱器的計算與選型：包括（半）容積式水加熱器選型、熱媒系統(tǒng)計算、膨脹罐的計算選型等。

④空氣源熱泵的計算與選型：包括空氣源熱泵主機計算選型、水箱計算和尺寸設(shè)計、循環(huán)泵的計算選型等。

⑤太陽能熱水系統(tǒng)的計算與選型：包括各類太陽能集熱器的計算選型、水箱（罐）的計算和尺寸設(shè)計、集熱循環(huán)泵的計算選型等。

⑥商用熱水爐的計算與選型：包括商用燃氣或電熱水爐的計算選型、膨脹罐的計算選型。

⑦熱水循環(huán)泵的計算與選型：可進行各熱水分區(qū)熱水循環(huán)泵的計算與選型。

（4）生活排水系統(tǒng)。

①排水量計算：根據(jù)冷水計算表進行自動計算，也可手動調(diào)整。

②化糞池的計算與選型：計算化糞池容積并根據(jù)內(nèi)置的樣本數(shù)據(jù)進行自動選型，支持鋼筋混凝土、磚砌、玻璃鋼等類型。

③隔油池（設(shè)備）的計算與選型：計算隔油池（設(shè)備）的參數(shù)并根據(jù)內(nèi)置的樣本數(shù)據(jù)自動選型。

④污水提升設(shè)備的計算與選型：計算污水提升設(shè)備的參數(shù)并根據(jù)內(nèi)置的樣本數(shù)據(jù)自動選型。

⑤水力計算：可用當量法或概率法計算管道設(shè)計秒流量，并根據(jù)計算結(jié)果推薦管徑和通氣形式。

（5）雨水排水系統(tǒng)。

①雨水量計算：包括場地雨水和屋面雨水的流量計算，并推薦合理的雨水管管徑。

②雨水提升計算：包括雨水流量計算、集水井容積計算和尺寸設(shè)計、潛水排污泵的計算選型。

③其他計算：包括矩形排水溝的計算和溢流口的計算。

④暴雨強度公式：可查看或修改公式參數(shù)。

（6）人防給水系統(tǒng)。

①用水量計算：支持各類型人防工程的用水量計算，如地道工程、坑道工程等。

②水箱設(shè)計：根據(jù)用水量計算結(jié)果進行水箱容積的計算和尺寸設(shè)計。

③熱水器計算與選型：計算人防熱水設(shè)備的參數(shù)并根據(jù)內(nèi)置的樣本數(shù)據(jù)自動選型。

（7）其他功能。

①設(shè)備與材料統(tǒng)計：根據(jù)用戶的計算和選型結(jié)果生成項目的設(shè)備材料表。

②規(guī)范圖集的查詢：可在本地或網(wǎng)絡(luò)查看建筑給排水設(shè)計相關(guān)的常用規(guī)范與圖集。

③常用設(shè)備查詢：包括消火栓箱、膨脹罐、消毒裝置等設(shè)備參數(shù)的查詢。

④其他計算：包括管道流速、水錘、匯合通氣管、分集水器等計算。

⑤數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與導(dǎo)出：一些計算數(shù)據(jù)可導(dǎo)出至EXCEL表格，也可將項目計算數(shù)據(jù)整體導(dǎo)出便于相互傳遞。

3.2 軟件運行截圖

排水系統(tǒng)計算功能運行如圖3所示，熱水系統(tǒng)計算功能運行如圖4所示，設(shè)備材料統(tǒng)計功能如圖5所示。

圖3 排水系統(tǒng)計算功能運行截圖

圖4 熱水系統(tǒng)計算功能運行截圖

圖5 設(shè)備材料統(tǒng)計功能截圖

4 展望

經(jīng)過開發(fā)，本軟件已經(jīng)實現(xiàn)了開發(fā)前設(shè)定的絕大多數(shù)功能，但依然存在需要完善的地方。

（1）本軟件為建筑給排水前期的計算與選型軟件，未能與主流制圖軟件AutoCAD相結(jié)合。趙玉斌[1]、劉新綱[2]利用VBA或AutoLISP，在建筑給排水AutoCAD智能繪圖和計算的領(lǐng)域進行了探索。天正公司的AutoCAD插件也能實現(xiàn)部分計算功能，且能與圖紙緊密關(guān)聯(lián)[3-4]，但計算功能有限，計算的系統(tǒng)性不強。AutoCAD作為二維繪圖軟件，承載的數(shù)據(jù)類型很有限。現(xiàn)階段，BIM技術(shù)高速發(fā)展，其承載的數(shù)據(jù)類型可以自由拓展，將數(shù)據(jù)庫編程與BIM技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)建筑設(shè)計的高度自動化[5]。

（2）本軟件未能實現(xiàn)超高層建筑的系統(tǒng)分區(qū)和轉(zhuǎn)換層的設(shè)備計算，需要后期繼續(xù)完善。

（3）軟件規(guī)劃了設(shè)計說明和計算書的自動生成功能[6-7]。只要完成各系統(tǒng)的設(shè)計計算，便可一鍵生成各設(shè)計階段的設(shè)計說明和計算書。

5 結(jié)語

經(jīng)過探討與實踐證明，利用數(shù)據(jù)庫應(yīng)利用開發(fā)平臺實現(xiàn)建筑給排水設(shè)計計算的系統(tǒng)化和智能化。針對絕大多數(shù)類型民用建筑的給排水計算，數(shù)據(jù)庫軟件都可以在輸入項目基礎(chǔ)信息后實現(xiàn)自動判定系統(tǒng)類型、自動判定消防水量、智能計算。軟件計算結(jié)果準確、界面友好、數(shù)據(jù)充分聯(lián)動，可為設(shè)計制圖過程提供各種表格和數(shù)據(jù)，大幅度提高了設(shè)計的效率和準確性。