基于模糊綜合評價法的給水管材優(yōu)化選擇

魏天云，劉德明

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院 道路工程系，福建 福州 350007；2.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350108)

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基于模糊綜合評價法的給水管材優(yōu)化選擇

魏天云1，劉德明2

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院 道路工程系，福建 福州 350007；2.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350108)

[摘要]分析了供水系統(tǒng)管材中存在的主要問題，介紹了常用的管材及其主要特性，指出給水管材選用應(yīng)遵循的原則。結(jié)合實例應(yīng)用模糊綜合評價法選用管材，為工程人員合理的選取相應(yīng)的給水管材提供參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]供水系統(tǒng)；管材；主要特性；模糊綜合評價法

供水管網(wǎng)對居民的生活以及工作起到了關(guān)鍵的保障作用，它構(gòu)成了城市供水系統(tǒng)的主要部分，成為城市基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的建設(shè)部分。給水管網(wǎng)的建設(shè)情況可以從一定程度上反映一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。管材是供水管網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，其成本超過管網(wǎng)建設(shè)總成本的三分之一，所以，如何選擇管材在給水管網(wǎng)工程的建設(shè)過程中占有舉足輕重的地位，它是對給水管網(wǎng)狀況起制約作用的重要因素。目前，我國城市供水管網(wǎng)中存在的突出問題如下：銹蝕現(xiàn)象嚴(yán)重、管道污垢以及老化等現(xiàn)象，同時，水質(zhì)二次污染現(xiàn)象也較嚴(yán)重，由于漏損而導(dǎo)致的運(yùn)行能耗偏大等問題也必須引起足夠的重視[1]。綜上所述，為了做到給水管網(wǎng)運(yùn)行可靠、成本經(jīng)濟(jì)合理、方便維修保養(yǎng)、無二次污染等，必須合理選擇給水管材。

1供水系統(tǒng)管材中存在的主要問題

近年來，隨著建筑住宅供水系統(tǒng)的快速發(fā)展，供水系統(tǒng)管材呈多樣化的發(fā)展趨勢，且對供水管材的性能要求也越來越高。目前，我國城市供水管網(wǎng)還存在一些問題，例如管道的漏損、爆管率較高，并且管道的銹蝕、老化、污垢較嚴(yán)重，使水質(zhì)產(chǎn)生二次污染，以上這些容易造成水質(zhì)降低，用水能耗增大，嚴(yán)重影響供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益以及用戶用水安全。針對城市供水管網(wǎng)建設(shè)還不完善和存在的一些問題，在今后城市管網(wǎng)改造和新建過程中，其供水管材選擇必須更加注重質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)合理指標(biāo)，以降低運(yùn)行成本、節(jié)約投資，確保安全高效地供水[2-4]。

2常用的管材及其特性

在輸配水系統(tǒng)中，管材起著重要的作用，在選用管材時需要考慮的因素有以下幾個方面：首先是給水管材的給水流量以及壓力，其次要考慮水質(zhì)問題；最后還要兼顧管材的施工安裝、維護(hù)難易程度等因素，針對不同的管材需遵循不同的原則[5]。

2.1金屬管材

金屬管材如薄壁不銹鋼管和銅管在使用過程中，也會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，主要是氯離子以及硫化物等的沉積，其在表面形成的氧化保護(hù)膜會抑制腐蝕，它可以長久保持并自行修復(fù)。銅管容易受水的酸堿度的影響，如酸度較高，則會出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，同時溶解氧高和軟化水等也會使銅發(fā)生腐蝕，在這些場合，盡量不要使用銅管。若水中的氯離子含量較高，也會對奧氏體薄壁不銹鋼管造成腐蝕，此種場合也不宜選用薄壁不銹鋼管材。金屬管材的連接有多種方式，各有優(yōu)缺點，需綜合考慮管材或管件的材質(zhì)、壁厚以及使用場合來確定。若不同的金屬管或管件相連時，管道的電化學(xué)腐蝕應(yīng)引起足夠重視。

2.2塑料管材

一般情況下，對于線性膨脹系數(shù)而言，金屬管材的要比塑料管的來的小，這也是塑料管與金屬管之間的重要差別。塑料管的變形一般發(fā)生在軸向上，常見的變形是彎曲，主要是在水平方向上，其變形程度與溫差之間存在正比關(guān)系。因此，在設(shè)計及施工安裝時必須考慮這個問題，可以選擇伸縮節(jié)或者折角自然補(bǔ)償方式等措施。在選用塑料管件時，要避免選用含有苯類有機(jī)溶劑的膠粘劑，以免對水質(zhì)造成二次污染，因此，必須選用質(zhì)量監(jiān)督檢查權(quán)威部門檢測合格的管材。

2.3復(fù)合管材

鋁塑復(fù)合管是通過膠將焊接鋁合金以及聚乙烯粘結(jié)而成的，它的特點是兼具塑料管和金屬管的優(yōu)點，即耐腐蝕和耐高壓。根據(jù)使用不同冷熱水的場合，可分為高密度聚乙烯和交聯(lián)聚乙烯鋁塑復(fù)合管。在鍍鋅管內(nèi)加一層UPVC塑料就構(gòu)成了鋼塑復(fù)合管，它也兼具鋼管和塑料鋼管的優(yōu)越性。一般用作冷水管，成本較高。鋼骨架PE管是一種新型的具有雙面防腐壓力優(yōu)點的管道。在市政給水工程中應(yīng)用較為廣泛，但其成本較高。將聚乙烯(PE)樹脂或者無毒聚丙烯等有機(jī)物熔敷在鋼管內(nèi)壁，就成為了涂塑復(fù)合管，它的特點是強(qiáng)度高，抗水流沖擊，耐腐蝕，不易結(jié)垢，使用壽命長。

3給水管材選用應(yīng)遵循的原則

給水管材在提供給用戶清潔、有壓力的飲用水方面起到重要作用，給水水質(zhì)受給水管材的影響較大，目前來說，金屬管、塑料管、復(fù)合管是給水的三種主要管道，它們各有優(yōu)缺點，需要依據(jù)一定原則權(quán)衡利弊做出準(zhǔn)確選擇[6]。

3.1清潔衛(wèi)生

從水廠出來的自來水一般要經(jīng)過較長的管道才能到達(dá)用戶，在這期間，自來水中含有的氯氣有可能與管壁發(fā)生新的物理化學(xué)反應(yīng)，影響到達(dá)用戶的水質(zhì)以及腐蝕管道內(nèi)壁，因此，必須選用經(jīng)國家權(quán)威監(jiān)督部門衛(wèi)生性能檢測合格的管材。

3.2安全可靠

給水管材在輸配水過程中，管道必須承受一定的水壓力，要能滿足機(jī)械強(qiáng)度等級，防止發(fā)生破裂，并且其密封性要好，防止發(fā)生漏水現(xiàn)象，同時，管材要能抗振動沖擊、水錘和熱脹冷縮的影響，這些在管網(wǎng)設(shè)計時都是必須要考慮的因素。

3.3利于環(huán)保

給水管材能否被回收重復(fù)利用并且對環(huán)境不造成污染，成為技術(shù)人員選用管材時考慮的一個重要因素，尤其國家出臺一系列保護(hù)地球環(huán)境的政策下。鍍鋅管容易銹蝕，已經(jīng)基本被淘汰，銅管具有良好的防腐性能和耐壓性能，成為高檔裝修的重要材料，而塑料管多數(shù)可以回收利用，目前也得到廣泛應(yīng)用。

3.4節(jié)約能源

任何管材在生產(chǎn)過程以及安裝施工過程均要耗散能量。一般而言，薄壁管比厚壁管生產(chǎn)更節(jié)能；鋼塑復(fù)合管、金屬管、塑料管，它們的生產(chǎn)耗能逐漸降低。根據(jù)施工耗能角度分析，采用涂刷絞牙比熱熔連接、電焊以及氣焊更加節(jié)能。若在輸配水過程中需要二次加壓，則沿程以及局部水頭損失大的管道更加耗能。

3.5節(jié)約投資

在衛(wèi)生、安全滿足的條件下，必須要從管材價格、施工安裝費(fèi)用等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選用合適的管材以節(jié)約管網(wǎng)建設(shè)成本。

4基于模糊綜合評價法選用管材

應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)，將衛(wèi)生清潔性、安全可靠性、造價等指標(biāo)邊界不清、不易定量的因素定量化，對管材進(jìn)行綜合評價分析，從而確定合適的管材。選擇薄壁銅管、薄壁不銹鋼管、PVC-U管、PP-R管、襯PVC鍍鋅管等5種管材做為研究對象，進(jìn)行模糊綜合評價[7-11]。

(1)確定給水管材的評價因素集：以衛(wèi)生清潔性、安全可靠性、造價為3個首要考慮的因素，即U={衛(wèi)生清潔性、安全可靠性、造價}。

(2)確定因素評價矩陣：根據(jù)管材評價因素集，由4位專家對其性能差異做出評價。

(3)確定評價集：將管材的評價等級按優(yōu)、良、中、差劃分為4個等級，這是因為管材的評價因素在性能上存在較大差異，其評價集可以表示為V={1，2，3，4}。

薄壁銅管的評價矩陣為：

薄壁不銹鋼管的評價矩陣為：

PVC-U管的評價矩陣為：

PP-R管的評價矩陣為：

襯PVC鍍鋅管的評價矩陣為：

(4)評價因素間的權(quán)重集確定：依據(jù)衛(wèi)生清潔性、安全可靠性以及造價3個方面的因素在管材選擇中的重要程度，選擇不同的權(quán)重：

A={衛(wèi)生清潔性，安全可靠性，造價}={0.4，0.35，0.25}

(5)進(jìn)行模糊綜合評價：以上分析的5種管材，根據(jù)B=AR，表1是最終的模糊綜合評價結(jié)果。

表1　5種管材模糊綜合評價結(jié)果

由表1可以看出，薄壁銅管的評價良好以上的相比較于其它四種管材是最高的，達(dá)到92.5%，說明其綜合性能是最優(yōu)秀的，可以應(yīng)用于較高標(biāo)準(zhǔn)的住宅供水管網(wǎng)安裝。PP-R管的評價良好以上的占到86%，排第二，說明其綜合性能較高，再加上價格和安裝方便的優(yōu)勢，適用于普通住宅的裝修給水管材。

5結(jié)論

(1)掌握常用管材及其主要特性，同時遵循管材的選用原則，綜合考慮各種影響因素，做到具體問題具體分析，從而遴選出最佳管材，發(fā)揮其最大效益。

(2)應(yīng)用模糊綜合評價法選用管材，可以打破傳統(tǒng)方法的局限性，做到更加全面地考慮各種影響因素，評價結(jié)果更加可靠，為工程技術(shù)人員提供了一條行之有效的管材選型方法。

[參考文獻(xiàn)]

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[4]魏天云.超高層住宅建筑給排水優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用[J].福建建材,2013,(12):21-23.

[5]楊滟,王 蕊.淺談建筑給水管選用原則及管道特性[J].陜西建筑,2013，(4)：6-8.

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[9]李彥濤.塑料管材在供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用及評價[J].建筑與預(yù)算，2006，(3)：100-101.

[10]郭萬鵬.從節(jié)能角度分析綠色建筑中常用塑料給水管材的選用[J].重慶建筑，2014，13(133)：45-47.

[11]郭金福.應(yīng)用模糊綜合評價法選擇給水管材[J].給水排水，2008，(4)：103-105.

[責(zé)任編輯：江雪]

Optimal Selection on Water Supply Pipe Based on the Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

WEI Tian-yun1, LIU De-ming2

(1.Department of Road Engineering, Fujian Chuanzheng Communications College, Fuzhou 350007,China;2.College of Civil Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108,China)

Abstract:The main problems of pipes used in water supply system are analyzed, the commonly used pipe and their main features are introduced in this paper. The principles whose the selection on water supply pipes should follow are pointed out. Fuzzy comprehensive evaluation method is applied to choose pipe material combined with the instance, it could provide the reference to select the water supply pipe for the engineers.

Key words:water supply system; pipe material; main features;fuzzy comprehensive evaluation method

[收稿日期]2016-03-05

[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，主要從事市政工程與給排水技術(shù)方面的教學(xué)與研究。

[中圖分類號]TU892

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1671-5330(2016)02-0146-03