基于数据库的建筑给排水设计计算软件开发

敖 凯 王启军

（1.湖南省建筑设计院集团有限公司，湖南长沙 410012；2.辽宁省重要技术创新与研发基地建设工程中心，辽宁 沈阳 110015）

建筑给排水设计是建筑机电设计的重要组成部分。建筑给排水设计工作作为建筑设计过程的下游工序，获得建筑提资、市政资料和建设方的批准后，才能得以开展。设计过程为：获得资料与要求→系统形式的确定→设备设施的计算与选型→绘图。

建筑给排水包含给水系统、热水系统、排水系统、雨水系统、消火栓系统、自动喷淋系统、气体灭火系统等多个系统。每个系统在绘图之前都需要进行大量的计算工作。目前常见的计算软件有两种，一种是EXCEL表格，另一种是用VB或VC等编写的计算工具。前者界面不够友好，表达不直观，且无法进行逻辑较为复杂的计算；后者虽然界面友好，但功能较少，数据间缺乏联动，且无法保存数据，不利于在设计过程中随时查看和修改。基于以上状况，迫切需要一款全能、智能、可保存计算数据的计算软件。

1 软件开发思路

1.1 建筑给排水计算的特点分析

建筑给排水计算类别庞杂，但每类计算的量较小，计算过程中会应用到很多不同类型的数据。

数据大致可以分为两种，一种是基础数据，如各种管材的参数、气象参数、设备参数及计算过程中的取值系数等，除设计规范、标准变更外，这类数据一般固定不变；另一种是项目数据，这类数据随着项目变化。项目数据分为输入数据和输出数据，输入数据包括项目及各单体的属性、市政条件参数、各单体各层面积、层高等数据；输出数据是经过计算后得到的结果，如项目各系统水量、各类水池水箱容积和尺寸、所选设备参数等。

建筑给排水计算数据繁多，为了实现数据的快速读取和重复利用，应选择数据库。因此，该软件将基于数据库应用开发平台进行开发。

1.2 软件功能的规划

（1）基于局域网甚至互联网运行。

基础数据保存于网络服务器上，由管理员进行更新，确保计算结果满足现行规范要求。服务器的数据库中应当存储基础数据，以便不同地域、不同项目使用。同时，基础数据应留有输入窗口，在基础数据缺失的情况下，可以由用户手动输入以完成计算。使用者输入的基础数据经管理员审核后，保存在系统内供其他使用者使用。

（2）计算过程应当智能化。

数据间应充分联动，修改一处数据，相关的其他数据应自动进行更新。同时，计算过程中各类参数应设置推荐值和选择范围，并充分考虑规范中的各类情形，尽可能保证计算的普适性。

（3）具备自动判定功能。

软件不应只有计算功能，还应具备一定的系统形式自动判定功能，无法自动判定时，应向用户推荐合适的选项。

（4）计算过程和结果能够直观展示。

可通过表格、自动生成的图片等形式展示计算结果，便于绘图过程中使用或参考。

（5）能够进行数据传递。

软件应当具有数据导入和导出功能，便于将数据导入计算书或图纸中，也便于不同使用者之间的数据交流。

1.3 程序运行流程图

本软件的开发需要将规范中的逻辑转换为程序可执行的逻辑。编程之前绘制程序运行流程图，可以有效梳理程序逻辑，减少程序漏洞，提高开发效率。软件计算模块较多，本文仅新建项目及给水系统加压判断运行流程为例。

新建项目及给水系统加压判断运行流程如图1所示。

图1 新建项目及给水系统加压判断运行流程

1.4 开发平台的选择

常见的数据库软件主要为SQL Server、Microsoft Access和Oracle等，其编程开发能力较弱，一般仅用来读写数据。编程平台通常采用Visual Studio中的VC++等专业平台，功能强大，但多数的给排水工程师不具备专业编程知识，难以熟练掌握使用。

经过遴选，最终选择FOXTABLE数据库应用开发平台，该平台编程语言为VB语言，简单易懂，功能强大。数据表可内置，也可放置于服务器上；数据之间可像Excel一样设置公式，各数据表格之间的联动也很方便；拥有多种窗口和控件，可以灵活地设计交互界面。综合来看，这个开发平台完全满足建筑给排水计算软件的开发需求。

2 软件开发过程

2.1 数据结构的梳理

给排水计算过程中，需要存储或读取的各种数据都需要按照数据库的格式设计为数据表。为实现某些功能，表格的实际列数需要比设计文本中列数多，有些列作为过渡数据，有些作为关联计算，用于其他计算模块。

设计文本中生活用水量计算表项目主要包括序号、用途名称、单位数、用水定额、使用时间、小时变化系数、用水量。

软件数据库中的生活用水量计算表除上述项目外，还包括加压百分比、非中水比例、本分区占比、本楼占比、秒流量系数、分区秒流量、计入排水、排水比例、排水量、化粪池占比和人员逗留时间。

表格中有“用途类别”“非中水比例”“排水量”等数据列，“用途类别”用于规范数据输入，便于调取数据库中的各种用水量定额上下限、单位及推荐值等，以实现快速输入数据的目的。其他数据列则用于中水计算、排水量计算等其他计算模块调用数据，实现一次输入或修改即可实现多种计算的功能。另外，通过一些代码还可实现生活用水量计算表的数据与热水量计算表、中水量计算表等其他表格数据之间联动。

本软件应用的表格超过100个，每个表格都经过精心设计，以实现计算的系统化和智能化。

2.2 基础数据的收集与输入

基础数据是建筑给排水计算的基础，本软件的基础数据表数量超过60个，主要分为管道参数、设备参数、计算取值参数三类。

部分基础数据如表1所示。

表1 部分基础数据

将气象参数、冷水温度取值等与地域相关的参数整合在“城市参数”表中，并留有窗口供使用者录入和修改。基础数据表需要安排专人维护和扩充，以提高计算的时效性和准确性。

2.3 项目数据表与软件界面的设计

项目数据表是与所计算的项目相关的数据，既可储存于服务器，供所有使用者共享，也可储存于本地。基于建筑给排水的计算，一般仅需一名专业负责人完成，因此，本软件项目数据表选择储存于本地。若需共享计算成果，可以将数据表导出。

软件界面的设计应具有人性化特点，本软件从用户使用的角度设计软件界面。

用户使用顺序如图2所示。

图2 用户使用顺序

根据常见的给排水系统，本软件分为6大计算模块，另设置规范图集快速查看的模块，在“共有窗口”中设置导航栏，可随时切换计算模块。

在各计算模块界面设计的同时设计项目数据表，通过代码将数据表和窗口联系起来，本软件功能较多，各计算模块都具有不可替代的特点。

2.4 软件的调试和发布

软件的调试是软件能否正常运行的必要步骤，本软件开发过程中不断运行调试，并在实际项目的计算实践中不断完善，使软件适用性、准确性和便捷性都得到显著提升。

软件调试结束后即可封装供用户安装、使用，为保护知识产权，本软件采用UKey密码锁加密，插入正确的密码锁后方可使用。

3 软件开发成果

3.1 软件已实现的功能

（1）生活给水系统。

①系统设置：可自动推荐合理的给水形式和系统分区。

②用水量与水箱计算：包括用水量计算、水箱容积计算和尺寸设计，可根据计算结果展示水箱示意图，方便绘图时参考。

③加压设备的计算与选型：计算加压设备参数并根据内置的样本数据自动选型。

④水力计算：可用当量法、概率法和住宅水力计算法计算管道设计秒流量和管径；可根据计算结果展示管道简图，方便绘图时参考。

（2）消防灭火系统。

①系统设置：可自动推荐合理的消防给水型式。

②消防用水量与水池水箱计算：自动计算消防用水量、消防水池及高位水箱容积；可详细设计水池水箱的尺寸并展示示意图。

③加压设备的计算与选型：计算加压设备参数并根据内置的样本数据自动选型。

④系统分区与减压阀计算：可自动判断是否需要分区，可进行减压分区详细计算。

⑤稳压设备的计算与选型：计算稳压设备参数并根据内置的样本数据自动选型。

⑥水力计算：包括消防管道水力计算与减压孔板计算。

⑦气体灭火系统计算与选型：可进行有管网式或预制柜式气体灭火系统的计算与选型。

（3）生活热水系统。

①热水量与耗热量计算：根据冷水的参数自动计算，可手动调整定额。

②热水分区：热水分区后，可分别得出各分区耗热量数据供后续计算。

③水加热器的计算与选型：包括（半）容积式水加热器选型、热媒系统计算、膨胀罐的计算选型等。

④空气源热泵的计算与选型：包括空气源热泵主机计算选型、水箱计算和尺寸设计、循环泵的计算选型等。

⑤太阳能热水系统的计算与选型：包括各类太阳能集热器的计算选型、水箱（罐）的计算和尺寸设计、集热循环泵的计算选型等。

⑥商用热水炉的计算与选型：包括商用燃气或电热水炉的计算选型、膨胀罐的计算选型。

⑦热水循环泵的计算与选型：可进行各热水分区热水循环泵的计算与选型。

（4）生活排水系统。

①排水量计算：根据冷水计算表进行自动计算，也可手动调整。

②化粪池的计算与选型：计算化粪池容积并根据内置的样本数据进行自动选型，支持钢筋混凝土、砖砌、玻璃钢等类型。

③隔油池（设备）的计算与选型：计算隔油池（设备）的参数并根据内置的样本数据自动选型。

④污水提升设备的计算与选型：计算污水提升设备的参数并根据内置的样本数据自动选型。

⑤水力计算：可用当量法或概率法计算管道设计秒流量，并根据计算结果推荐管径和通气形式。

（5）雨水排水系统。

①雨水量计算：包括场地雨水和屋面雨水的流量计算，并推荐合理的雨水管管径。

②雨水提升计算：包括雨水流量计算、集水井容积计算和尺寸设计、潜水排污泵的计算选型。

③其他计算：包括矩形排水沟的计算和溢流口的计算。

④暴雨强度公式：可查看或修改公式参数。

（6）人防给水系统。

①用水量计算：支持各类型人防工程的用水量计算，如地道工程、坑道工程等。

②水箱设计：根据用水量计算结果进行水箱容积的计算和尺寸设计。

③热水器计算与选型：计算人防热水设备的参数并根据内置的样本数据自动选型。

（7）其他功能。

①设备与材料统计：根据用户的计算和选型结果生成项目的设备材料表。

②规范图集的查询：可在本地或网络查看建筑给排水设计相关的常用规范与图集。

③常用设备查询：包括消火栓箱、膨胀罐、消毒装置等设备参数的查询。

④其他计算：包括管道流速、水锤、汇合通气管、分集水器等计算。

⑤数据的导入与导出：一些计算数据可导出至EXCEL表格，也可将项目计算数据整体导出便于相互传递。

3.2 软件运行截图

排水系统计算功能运行如图3所示，热水系统计算功能运行如图4所示，设备材料统计功能如图5所示。

图3 排水系统计算功能运行截图

图4 热水系统计算功能运行截图

图5 设备材料统计功能截图

4 展望

经过开发，本软件已经实现了开发前设定的绝大多数功能，但依然存在需要完善的地方。

（1）本软件为建筑给排水前期的计算与选型软件，未能与主流制图软件AutoCAD相结合。赵玉斌[1]、刘新纲[2]利用VBA或AutoLISP，在建筑给排水AutoCAD智能绘图和计算的领域进行了探索。天正公司的AutoCAD插件也能实现部分计算功能，且能与图纸紧密关联[3-4]，但计算功能有限，计算的系统性不强。AutoCAD作为二维绘图软件，承载的数据类型很有限。现阶段，BIM技术高速发展，其承载的数据类型可以自由拓展，将数据库编程与BIM技术相结合，可实现建筑设计的高度自动化[5]。

（2）本软件未能实现超高层建筑的系统分区和转换层的设备计算，需要后期继续完善。

（3）软件规划了设计说明和计算书的自动生成功能[6-7]。只要完成各系统的设计计算，便可一键生成各设计阶段的设计说明和计算书。

5 结语

经过探讨与实践证明，利用数据库应利用开发平台实现建筑给排水设计计算的系统化和智能化。针对绝大多数类型民用建筑的给排水计算，数据库软件都可以在输入项目基础信息后实现自动判定系统类型、自动判定消防水量、智能计算。软件计算结果准确、界面友好、数据充分联动，可为设计制图过程提供各种表格和数据，大幅度提高了设计的效率和准确性。