給水設(shè)計秒流量研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

肖 天 魏富鵬

西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院（710021）

0 前言

在建筑給水系統(tǒng)設(shè)計時，綜合考慮衛(wèi)生器具給水當(dāng)量、使用人數(shù)、用水定額、用水規(guī)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(shè)計秒流量。 設(shè)計秒流量實際是一個理論計算值。在一個給水系統(tǒng)中， 合理確定設(shè)計秒流量非常重要。 設(shè)計秒流量值過大，則會造成管網(wǎng)整體管徑過大；若設(shè)計秒流量過小，則會出現(xiàn)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(jīng)驗法

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

我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于宿舍 （設(shè)公用盥洗衛(wèi)生間）、工企業(yè)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(shè)計秒流量計算公式屬于經(jīng)驗法，具體形式見式（1）:

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

1.2 平方根法

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

我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于宿舍 （居室內(nèi)設(shè)衛(wèi)生間）、旅館、賓館、酒店式公寓、醫(yī)院、療養(yǎng)院、幼兒園、養(yǎng)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(xué)教學(xué)樓、公共廁所等建筑的生活給水設(shè)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(jù)建筑物用途確定的系數(shù)，見《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（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(rèn)為，在一個給水系統(tǒng)中，人們何時使用何種衛(wèi)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(chuàng)造性地提出了給水保證率Pm=99%， 認(rèn)為n 個器具中同時使用數(shù)量超過m 個的概率小于1%。 據(jù)此理論便可以求得同時使用的衛(wèi)生器具數(shù)量，最后根據(jù)衛(wèi)生器具的額定流量及使用個數(shù)便可求得設(shè)計流量。 概率法的基礎(chǔ)理論可靠，符合現(xiàn)實用水情況，考慮的客觀因素較多，得到了較為廣泛的應(yīng)用[1]。 目前美國、日本、俄羅斯都已經(jīng)應(yīng)用了概率法。

2 概率法應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國外應(yīng)用現(xiàn)狀

美國將亨特概率法進行了加工處理， 最終以衛(wèi)生器具負(fù)荷單位數(shù)與系統(tǒng)設(shè)計流量關(guān)系圖表的形式將其納入規(guī)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(guī)范后， 也將亨特概率法引進并納入到規(guī)范中。

俄羅斯現(xiàn)行給水設(shè)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(jié)出能夠描述各種形式日用水量積分曲線的通用關(guān)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(yīng)用到工程實踐， 蘇聯(lián)有關(guān)部門在1976 年將該方法簡化得到了簡便的設(shè)計秒流量計算公式。 設(shè)計秒流量計算公式隨即在1976 年新版標(biāo)準(zhǔn)中得到了推廣， 在之后的1985 版標(biāo)準(zhǔn)以及1998 版標(biāo)準(zhǔn)中也沒有發(fā)生改動[2]。

2.2 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國目前并沒有實質(zhì)性的以概率法為原理的秒流量計算方法，《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50015—2019）中關(guān)于住宅建筑給水設(shè)計秒流量計算的方法沿用了 《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50015—2003）版中的計算方法，其本質(zhì)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(qū)與大陸并沒有使用統(tǒng)一的建筑給水排水規(guī)范，澳門地區(qū)現(xiàn)行的《澳門供排水規(guī)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(qū)所有工程設(shè)計。 在《規(guī)章》中給出了衛(wèi)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(chǔ)是概率法，考慮了衛(wèi)生器具的同時出流概率。 在設(shè)計時，根據(jù)計算管段上的衛(wèi)生器具得出最低流量之和即“累積流量”，再根據(jù)“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(shè)計秒流量[4]。

2003 我國頒布 《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50015—2003）。 對于住宅建筑給水設(shè)計秒流量的計算方法做了很大的調(diào)整，以概率法為基礎(chǔ)，修正了原平方根法的不合理的部分。 對給水當(dāng)量數(shù)小的配水支管，不會再出現(xiàn)“計算值大于該管段上按衛(wèi)生器具給水額定流量累加所得流量值” 的不合理現(xiàn)象，使配水支管的流量分布合理化；對給水當(dāng)量數(shù)足夠大的配水干管，不會出現(xiàn)計算值小于最大時平均秒流量的不合理現(xiàn)象，使給水當(dāng)量數(shù)大時，設(shè)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(dāng)量數(shù)、使用人數(shù)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(nèi)也有許多學(xué)者展開了以概率法為基礎(chǔ)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(shè)計秒流量，綜合考慮了多種影響用水因素并推導(dǎo)出了適用于住宅、居住區(qū)、醫(yī)院、辦公樓等建筑的公式，還分析了給水保證率、衛(wèi)生器具使用頻率對設(shè)計流量的影響。 結(jié)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(biāo)準(zhǔn)中對給水設(shè)計秒流量計算公式使用范圍有著明確的規(guī)定。 經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)部分公共建筑采用平方根法計算的結(jié)果與概率法計算的結(jié)果具有相似性。 楊學(xué)福[6]利用概率法計算了辦公樓的給水設(shè)計秒流量，并將其計算結(jié)果與規(guī)范中平方根法所得計算值作了對比。 結(jié)果表明，辦公樓建筑給水設(shè)計秒流量的計算方法可以參照住宅類建筑給水設(shè)計秒流量的計算方法。

衛(wèi)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(wèi)生器具數(shù)量，對給水設(shè)計秒流量起決定性作用。 我國地域遼闊，用水習(xí)慣差異較大，實測每個地區(qū)衛(wèi)生器具的使用概率不現(xiàn)實，只能根據(jù)已知的設(shè)計條件從理論上來確定該建筑物內(nèi)衛(wèi)生器具的使用概率。 王琛[7]在計算最大用水時衛(wèi)生器具使用概率，對耗水量的計算引入了經(jīng)驗系數(shù)“α=0.6”， 在重新定義衛(wèi)生器具的使用概率后推導(dǎo)出了使用概率法求解秒流量的計算公式，引入的系數(shù)為經(jīng)驗值，沒有實測數(shù)據(jù)支撐，是否正確還需進一步研究。

3 結(jié)語

綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，應(yīng)用概率法研究建筑給水設(shè)計秒流量已成為主流趨勢。 國外已經(jīng)有了完備的給水秒流量計算體系，可以作為我國給水設(shè)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(chǔ)的給水設(shè)計秒流量計算體系是一個龐大而復(fù)雜的工程，雖然我國科研人員對給水設(shè)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(dǎo)方面，未被實踐檢驗，還需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測試及研究。