基于數(shù)據(jù)庫的建筑給排水設(shè)計(jì)計(jì)算軟件開發(fā)

敖 凱 王啟軍

（1.湖南省建筑設(shè)計(jì)院集團(tuán)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(jì)是建筑機(jī)電設(shè)計(jì)的重要組成部分。建筑給排水設(shè)計(jì)工作作為建筑設(shè)計(jì)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(zhǔn)后，才能得以開展。設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)噴淋系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)在繪圖之前都需要進(jìn)行大量的計(jì)算工作。目前常見的計(jì)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(jì)算工具。前者界面不夠友好，表達(dá)不直觀，且無法進(jìn)行邏輯較為復(fù)雜的計(jì)算；后者雖然界面友好，但功能較少，數(shù)據(jù)間缺乏聯(lián)動(dòng)，且無法保存數(shù)據(jù)，不利于在設(shè)計(jì)過程中隨時(shí)查看和修改?；谝陨蠣顩r，迫切需要一款全能、智能、可保存計(jì)算數(shù)據(jù)的計(jì)算軟件。

1 軟件開發(fā)思路

1.1 建筑給排水計(jì)算的特點(diǎn)分析

建筑給排水計(jì)算類別龐雜，但每類計(jì)算的量較小，計(jì)算過程中會(huì)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(jì)算過程中的取值系數(shù)等，除設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)變更外，這類數(shù)據(jù)一般固定不變；另一種是項(xiàng)目數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)隨著項(xiàng)目變化。項(xiàng)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(xiàng)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(jì)算后得到的結(jié)果，如項(xiàng)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(jì)算數(shù)據(jù)繁多，為了實(shí)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(tái)進(jìn)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(yùn)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(jìn)行更新，確保計(jì)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(dāng)存儲(chǔ)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以便不同地域、不同項(xiàng)目使用。同時(shí)，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(dòng)輸入以完成計(jì)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(jì)算過程應(yīng)當(dāng)智能化。

數(shù)據(jù)間應(yīng)充分聯(lián)動(dòng)，修改一處數(shù)據(jù)，相關(guān)的其他數(shù)據(jù)應(yīng)自動(dòng)進(jìn)行更新。同時(shí)，計(jì)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(jì)算的普適性。

（3）具備自動(dòng)判定功能。

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

（4）計(jì)算過程和結(jié)果能夠直觀展示。

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

（5）能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

軟件應(yīng)當(dāng)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(jì)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(yùn)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(yùn)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(jì)算模塊較多，本文僅新建項(xiàng)目及給水系統(tǒng)加壓判斷運(yùn)行流程為例。

新建項(xiàng)目及給水系統(tǒng)加壓判斷運(yùn)行流程如圖1所示。

圖1 新建項(xiàng)目及給水系統(tǒng)加壓判斷運(yùn)行流程

1.4 開發(fā)平臺(tái)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(tái)通常采用Visual Studio中的VC++等專業(yè)平臺(tái)，功能強(qiáng)大，但多數(shù)的給排水工程師不具備專業(yè)編程知識(shí)，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(tái)，該平臺(tái)編程語言為VB語言，簡單易懂，功能強(qiáng)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(dòng)也很方便；擁有多種窗口和控件，可以靈活地設(shè)計(jì)交互界面。綜合來看，這個(gè)開發(fā)平臺(tái)完全滿足建筑給排水計(jì)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(jì)算過程中，需要存儲(chǔ)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(jì)為數(shù)據(jù)表。為實(shí)現(xiàn)某些功能，表格的實(shí)際列數(shù)需要比設(shè)計(jì)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(jì)算，用于其他計(jì)算模塊。

設(shè)計(jì)文本中生活用水量計(jì)算表項(xiàng)目主要包括序號(hào)、用途名稱、單位數(shù)、用水定額、使用時(shí)間、小時(shí)變化系數(shù)、用水量。

軟件數(shù)據(jù)庫中的生活用水量計(jì)算表除上述項(xiàng)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(jì)入排水、排水比例、排水量、化糞池占比和人員逗留時(shí)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(shí)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(jì)算、排水量計(jì)算等其他計(jì)算模塊調(diào)用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一次輸入或修改即可實(shí)現(xiàn)多種計(jì)算的功能。另外，通過一些代碼還可實(shí)現(xiàn)生活用水量計(jì)算表的數(shù)據(jù)與熱水量計(jì)算表、中水量計(jì)算表等其他表格數(shù)據(jù)之間聯(lián)動(dòng)。

本軟件應(yīng)用的表格超過100個(gè)，每個(gè)表格都經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)計(jì)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(jì)算的基礎(chǔ)，本軟件的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表數(shù)量超過60個(gè)，主要分為管道參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、計(jì)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(hù)和擴(kuò)充，以提高計(jì)算的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。

2.3 項(xiàng)目數(shù)據(jù)表與軟件界面的設(shè)計(jì)

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

軟件界面的設(shè)計(jì)應(yīng)具有人性化特點(diǎn)，本軟件從用戶使用的角度設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)切換計(jì)算模塊。

在各計(jì)算模塊界面設(shè)計(jì)的同時(shí)設(shè)計(jì)項(xiàng)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(jì)算模塊都具有不可替代的特點(diǎn)。

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(yùn)行的必要步驟，本軟件開發(fā)過程中不斷運(yùn)行調(diào)試，并在實(shí)際項(xiàng)目的計(jì)算實(shí)踐中不斷完善，使軟件適用性、準(zhǔn)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(hù)知識(shí)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(shí)現(xiàn)的功能

（1）生活給水系統(tǒng)。

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

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

③加壓設(shè)備的計(jì)算與選型：計(jì)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(dòng)選型。

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

（2）消防滅火系統(tǒng)。

①系統(tǒng)設(shè)置：可自動(dòng)推薦合理的消防給水型式。

②消防用水量與水池水箱計(jì)算：自動(dòng)計(jì)算消防用水量、消防水池及高位水箱容積；可詳細(xì)設(shè)計(jì)水池水箱的尺寸并展示示意圖。

③加壓設(shè)備的計(jì)算與選型：計(jì)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(dòng)選型。

④系統(tǒng)分區(qū)與減壓閥計(jì)算：可自動(dòng)判斷是否需要分區(qū)，可進(jìn)行減壓分區(qū)詳細(xì)計(jì)算。

⑤穩(wěn)壓設(shè)備的計(jì)算與選型：計(jì)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(dòng)選型。

⑥水力計(jì)算：包括消防管道水力計(jì)算與減壓孔板計(jì)算。

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

（3）生活熱水系統(tǒng)。

①熱水量與耗熱量計(jì)算：根據(jù)冷水的參數(shù)自動(dòng)計(jì)算，可手動(dòng)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(jì)算。

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

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

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

⑥商用熱水爐的計(jì)算與選型：包括商用燃?xì)饣螂姛崴疇t的計(jì)算選型、膨脹罐的計(jì)算選型。

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

（4）生活排水系統(tǒng)。

①排水量計(jì)算：根據(jù)冷水計(jì)算表進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，也可手動(dòng)調(diào)整。

②化糞池的計(jì)算與選型：計(jì)算化糞池容積并根據(jù)內(nèi)置的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)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(jì)算與選型：計(jì)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(dòng)選型。

④污水提升設(shè)備的計(jì)算與選型：計(jì)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(dòng)選型。

⑤水力計(jì)算：可用當(dāng)量法或概率法計(jì)算管道設(shè)計(jì)秒流量，并根據(jù)計(jì)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(jì)算：包括場地雨水和屋面雨水的流量計(jì)算，并推薦合理的雨水管管徑。

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

③其他計(jì)算：包括矩形排水溝的計(jì)算和溢流口的計(jì)算。

④暴雨強(qiáng)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(jì)算：支持各類型人防工程的用水量計(jì)算，如地道工程、坑道工程等。

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

③熱水器計(jì)算與選型：計(jì)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(dòng)選型。

（7）其他功能。

①設(shè)備與材料統(tǒng)計(jì)：根據(jù)用戶的計(jì)算和選型結(jié)果生成項(xiàng)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(jì)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(jì)算：包括管道流速、水錘、匯合通氣管、分集水器等計(jì)算。

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

3.2 軟件運(yùn)行截圖

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

圖3 排水系統(tǒng)計(jì)算功能運(yùn)行截圖

圖4 熱水系統(tǒng)計(jì)算功能運(yùn)行截圖

圖5 設(shè)備材料統(tǒng)計(jì)功能截圖

4 展望

經(jīng)過開發(fā)，本軟件已經(jīng)實(shí)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(jì)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(jì)算的領(lǐng)域進(jìn)行了探索。天正公司的AutoCAD插件也能實(shí)現(xiàn)部分計(jì)算功能，且能與圖紙緊密關(guān)聯(lián)[3-4]，但計(jì)算功能有限，計(jì)算的系統(tǒng)性不強(qiáng)。AutoCAD作為二維繪圖軟件，承載的數(shù)據(jù)類型很有限?，F(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(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的高度自動(dòng)化[5]。

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

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

5 結(jié)語

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