基于數據庫的建筑給排水設計計算軟件開發

敖 凱 王啟軍

（1.湖南省建筑設計院集團有限公司，湖南長沙 410012；2.遼寧省重要技術創新與研發基地建設工程中心，遼寧 沈陽 110015）

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

建筑給排水包含給水系統、熱水系統、排水系統、雨水系統、消火栓系統、自動噴淋系統、氣體滅火系統等多個系統。每個系統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雜的計算；后者雖然界面友好，但功能較少，數據間缺乏聯動，且無法保存數據，不利于在設計過程中隨時查看和修改。基于以上狀況，迫切需要一款全能、智能、可保存計算數據的計算軟件。

1 軟件開發思路

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，計算過程中會應用到很多不同類型的數據。

數據大致可以分為兩種，一種是基礎數據，如各種管材的參數、氣象參數、設備參數及計算過程中的取值系數等，除設計規范、標準變更外，這類數據一般固定不變；另一種是項目數據，這類數據隨著項目變化。項目數據分為輸入數據和輸出數據，輸入數據包括項目及各單體的屬性、市政條件參數、各單體各層面積、層高等數據；輸出數據是經過計算后得到的結果，如項目各系統水量、各類水池水箱容積和尺寸、所選設備參數等。

建筑給排水計算數據繁多，為了實現數據的快速讀取和重復利用，應選擇數據庫。因此，該軟件將基于數據庫應用開發平臺進行開發。

1.2 軟件功能的規劃

（1）基于局域網甚至互聯網運行。

基礎數據保存于網絡服務器上，由管理員進行更新，確保計算結果滿足現行規范要求。服務器的數據庫中應當存儲基礎數據，以便不同地域、不同項目使用。同時，基礎數據應留有輸入窗口，在基礎數據缺失的情況下，可以由用戶手動輸入以完成計算。使用者輸入的基礎數據經管理員審核后，保存在系統內供其他使用者使用。

（2）計算過程應當智能化。

數據間應充分聯動，修改一處數據，相關的其他數據應自動進行更新。同時，計算過程中各類參數應設置推薦值和選擇范圍，并充分考慮規范中的各類情形，盡可能保證計算的普適性。

（3）具備自動判定功能。

軟件不應只有計算功能，還應具備一定的系統形式自動判定功能，無法自動判定時，應向用戶推薦合適的選項。

（4）計算過程和結果能夠直觀展示。

可通過表格、自動生成的圖片等形式展示計算結果，便于繪圖過程中使用或參考。

（5）能夠進行數據傳遞。

軟件應當具有數據導入和導出功能，便于將數據導入計算書或圖紙中，也便于不同使用者之間的數據交流。

1.3 程序運行流程圖

本軟件的開發需要將規范中的邏輯轉換為程序可執行的邏輯。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，提高開發效率。軟件計算模塊較多，本文僅新建項目及給水系統加壓判斷運行流程為例。

新建項目及給水系統加壓判斷運行流程如圖1所示。

圖1 新建項目及給水系統加壓判斷運行流程

1.4 開發平臺的選擇

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

經過遴選，最終選擇FOXTABLE數據庫應用開發平臺，該平臺編程語言為VB語言，簡單易懂，功能強大。數據表可內置，也可放置于服務器上；數據之間可像Excel一樣設置公式，各數據表格之間的聯動也很方便；擁有多種窗口和控件，可以靈活地設計交互界面。綜合來看，這個開發平臺完全滿足建筑給排水計算軟件的開發需求。

2 軟件開發過程

2.1 數據結構的梳理

給排水計算過程中，需要存儲或讀取的各種數據都需要按照數據庫的格式設計為數據表。為實現某些功能，表格的實際列數需要比設計文本中列數多，有些列作為過渡數據，有些作為關聯計算，用于其他計算模塊。

設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、用水定額、使用時間、小時變化系數、用水量。

軟件數據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、本分區占比、本樓占比、秒流量系數、分區秒流量、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”等數據列，“用途類別”用于規范數據輸入，便于調取數據庫中的各種用水量定額上下限、單位及推薦值等，以實現快速輸入數據的目的。其他數據列則用于中水計算、排水量計算等其他計算模塊調用數據，實現一次輸入或修改即可實現多種計算的功能。另外，通過一些代碼還可實現生活用水量計算表的數據與熱水量計算表、中水量計算表等其他表格數據之間聯動。

本軟件應用的表格超過100個，每個表格都經過精心設計，以實現計算的系統化和智能化。

2.2 基礎數據的收集與輸入

基礎數據是建筑給排水計算的基礎，本軟件的基礎數據表數量超過60個，主要分為管道參數、設備參數、計算取值參數三類。

部分基礎數據如表1所示。

表1 部分基礎數據

將氣象參數、冷水溫度取值等與地域相關的參數整合在“城市參數”表中，并留有窗口供使用者錄入和修改。基礎數據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 項目數據表與軟件界面的設計

項目數據表是與所計算的項目相關的數據，既可儲存于服務器，供所有使用者共享，也可儲存于本地。基于建筑給排水的計算，一般僅需一名專業負責人完成，因此，本軟件項目數據表選擇儲存于本地。若需共享計算成果，可以將數據表導出。

軟件界面的設計應具有人性化特點，本軟件從用戶使用的角度設計軟件界面。

用戶使用順序如圖2所示。

圖2 用戶使用順序

根據常見的給排水系統，本軟件分為6大計算模塊，另設置規范圖集快速查看的模塊，在“共有窗口”中設置導航欄，可隨時切換計算模塊。

在各計算模塊界面設計的同時設計項目數據表，通過代碼將數據表和窗口聯系起來，本軟件功能較多，各計算模塊都具有不可替代的特點。

2.4 軟件的調試和發布

軟件的調試是軟件能否正常運行的必要步驟，本軟件開發過程中不斷運行調試，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。

軟件調試結束后即可封裝供用戶安裝、使用，為保護知識產權，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 軟件開發成果

3.1 軟件已實現的功能

（1）生活給水系統。

①系統設置：可自動推薦合理的給水形式和系統分區。

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計，可根據計算結果展示水箱示意圖，方便繪圖時參考。

③加壓設備的計算與選型：計算加壓設備參數并根據內置的樣本數據自動選型。

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計秒流量和管徑；可根據計算結果展示管道簡圖，方便繪圖時參考。

（2）消防滅火系統。

①系統設置：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；可詳細設計水池水箱的尺寸并展示示意圖。

③加壓設備的計算與選型：計算加壓設備參數并根據內置的樣本數據自動選型。

④系統分區與減壓閥計算：可自動判斷是否需要分區，可進行減壓分區詳細計算。

⑤穩壓設備的計算與選型：計算穩壓設備參數并根據內置的樣本數據自動選型。

⑥水力計算：包括消防管道水力計算與減壓孔板計算。

⑦氣體滅火系統計算與選型：可進行有管網式或預制柜式氣體滅火系統的計算與選型。

（3）生活熱水系統。

①熱水量與耗熱量計算：根據冷水的參數自動計算，可手動調整定額。

②熱水分區：熱水分區后，可分別得出各分區耗熱量數據供后續計算。

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、水箱計算和尺寸設計、循環泵的計算選型等。

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

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熱水循環泵的計算與選型：可進行各熱水分區熱水循環泵的計算與選型。

（4）生活排水系統。

①排水量計算：根據冷水計算表進行自動計算，也可手動調整。

②化糞池的計算與選型：計算化糞池容積并根據內置的樣本數據進行自動選型，支持鋼筋混凝土、磚砌、玻璃鋼等類型。

③隔油池（設備）的計算與選型：計算隔油池（設備）的參數并根據內置的樣本數據自動選型。

④污水提升設備的計算與選型：計算污水提升設備的參數并根據內置的樣本數據自動選型。

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

（5）雨水排水系統。

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。

（6）人防給水系統。

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水箱設計：根據用水量計算結果進行水箱容積的計算和尺寸設計。

③熱水器計算與選型：計算人防熱水設備的參數并根據內置的樣本數據自動選型。

（7）其他功能。

①設備與材料統計：根據用戶的計算和選型結果生成項目的設備材料表。

②規范圖集的查詢：可在本地或網絡查看建筑給排水設計相關的常用規范與圖集。

③常用設備查詢：包括消火栓箱、膨脹罐、消毒裝置等設備參數的查詢。

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數據的導入與導出：一些計算數據可導出至EXCEL表格，也可將項目計算數據整體導出便于相互傳遞。

3.2 軟件運行截圖

排水系統計算功能運行如圖3所示，熱水系統計算功能運行如圖4所示，設備材料統計功能如圖5所示。

圖3 排水系統計算功能運行截圖

圖4 熱水系統計算功能運行截圖

圖5 設備材料統計功能截圖

4 展望

經過開發，本軟件已經實現了開發前設定的絕大多數功能，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域進行了探索。天正公司的AutoCAD插件也能實現部分計算功能，且能與圖紙緊密關聯[3-4]，但計算功能有限，計算的系統性不強。AutoCAD作為二維繪圖軟件，承載的數據類型很有限。現階段，BIM技術高速發展，其承載的數據類型可以自由拓展，將數據庫編程與BIM技術相結合，可實現建筑設計的高度自動化[5]。

（2）本軟件未能實現超高層建筑的系統分區和轉換層的設備計算，需要后期繼續完善。

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

5 結語

經過探討與實踐證明，利用數據庫應利用開發平臺實現建筑給排水設計計算的系統化和智能化。針對絕大多數類型民用建筑的給排水計算，數據庫軟件都可以在輸入項目基礎信息后實現自動判定系統類型、自動判定消防水量、智能計算。軟件計算結果準確、界面友好、數據充分聯動，可為設計制圖過程提供各種表格和數據，大幅度提高了設計的效率和準確性。