利用Excel进行建筑给水管网计算

刘志强¹，姜淑香¹，田林²，王建军³
(1.天津大学 建筑工程学院，天津 300072；2.天津天保公用设施有限公司，天津 300456；
3.温州市污水处理厂工程建设指挥部，浙江温州 325000)

　　摘要：利用Excel电子报表软件，自动计算水头损失并统计出不同管径、管材、管段的长度。讲述了从公式的应用到Excel内部函数的编写以及报表的具体制作和应用。
　　关键词：建筑给水；管网计算；Excel
　　中图分类号：TU991.62
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2000)12-0032-04

　　在工程设计中，建筑内部给水管网的水力计算大部分是重复性的计算和查表工作，费时费力。随着计算机的广泛普及和微机使用者水平的不断提高，很多设计人员已经开始利用计算机进行管网计算。目前市场上有一些商业性的计算软件，这些软件一是价格较贵，二是使用起
来并不十分方便，为此有许多设计者自己动手编写计算程序。利用Excel进行建筑内部给水管网的水力计算，既方便又快捷，而且各个参数直接采用填表方式，与平时的设计习惯完全相同，使人感到亲切和熟悉，一般的计算机使用者都能根据自己的设计习惯和特点，利用Excel设计出适合自己使用的计算表格。
　　在进行住宅、集体宿舍、旅馆、宾馆等建筑给水管网、消防系统、自喷系统和热水系统计算时，进入Excel画面后，根据需要设计一个常用的设计计算表格，按规范将同一用水类型的建筑归为一类。
　　首先作出表头如图1所示。表格中白底格为设计者写入数据处；灰底格是计算机自动计算显示处。计算时首先填入管段的各种卫生器具数量，计算机立刻给出对应管段的当量数和管段的设计秒流量；然后试填入管径，计算机立刻给出对应管段的流速和每米管长的沿程水头损
失，如流速过大或过小则相应放大或缩小管径。下面分步介绍自动计算表格的设计。

　　1 计算管段卫生器具给水当量总数

　　计算管段的卫生器具给水当量总数
　　Ng=∑n_iN_i
　　式中　n_i——同类型卫生器具数
　　　　　N_i——同一类型的一个卫生器具给水当量数
　　当量总数公式的编写方法是用鼠标单击G7处，然后在如图1所示的编辑栏内输入=SUM(0.5*B7+1.5*C7+1.0*D7+0.75*E7+1.0*F7)，输完之后单击编辑栏左侧的等于号，待屏幕弹出对话框后再单击确定按钮，此时管段的当量计算公式编写完毕。式中SUM()是求和公式；B7、C7、D7、E7、F7分别是低位水箱、浴盆、洗脸盆、淋浴器和洗涤盆数量；B7、C7、D7、E7、F7等前面的系数是与其对应的一个卫生器具的当量数。

　　2 设计秒流量

　　设计秒流量公式采用qg=0.2α（N_g）^0.5+kN_g
　　当q_g＞0.2N_g时取q_g=0.2N_g。
　　式中 α、k——根据建筑物的性质确定的系数
　　　　　N_g——计算管段当量总数
　　　　　q_g——计算管段设计秒流量，m³/s
　　设计秒流量公式的编写方法是用鼠标单击H7处，然后在编辑栏内输入=IF(SQRT(G7)*0.2*V7+V7*G7＞G7*0.2，G7*0.2，SQRT(G7)*0.2*V7+V7*G7)，之后操作与1相同。式中IF（t₁，t₂，t₃）是条件判断公式，t₁为真取t₂、假取t₃的结果。SQRT(t)是开方函数，即求t的开方。

　　3 管段的计算管径

　　给水管材的公称直径和计算管径是不完全相同的，计算表格在计算流速和单位管长的沿程水头损失时，采用的是管段的计算管径，根据材质和管径的大小,由Excel自动确定管段的计算管径。公式的编辑方法是用鼠标单击J7处,然后在编辑栏内输入=IF(X7=0,IF(I7=15,14.75, IF(I7=20,20.25,IF(I7=25,26, IF(I7=32,34.75, IF(I7=40,I7,IF(I7=50,52,IF(I7=70,67,0))))))),　IF(X7=1, IF(I7=50,49, IF(I7=75,74, IF(I7=100,99,IF(I7=150,149,0)))),IF(I7=15,16.8,　IF(I7=20,21.8,IF(I7=25,28.8, IF(I7=32,36.8,IF(I7=40,46.8,IF(I7=50,59,0))))))))，之后操作与1相同。

　　4 流速

　　利用流量公式q_g=(πd²/4)υ推导出计算管段的流速公式υ＝4q_g/πd²。
　　式中 qg ——计算管段的设计秒流量，m³/s
　　　　　d——管段的计算管径，m
　　　　　υ——管道内的流速，m/s
　　从公式中可以看出流速由管段的计算管径和设计秒流量求出。如流速偏大或偏小，可适当放大或缩小管径，直到流速达到正常范围值(例如，当设计秒流量qg=2.0L/s时，给定管径DN32，求得流速υ=2.11m/s；流速过大，则放大管径，取DN40，求得流速υ=1.59m/s符合要求，管径不再改变)。流速公式的编写方法是用鼠标单击K7处，然后在编辑栏内输入=ROUNDUP(4000*H7/(3.14*J7*J7),2)，之后操作与1相同。式中ROUNDUP(t，2)是取数字t的小数部分位数的函数，数字2表示数字t小数点后保留两位小数，并且小数点后第3位进行4舍5入。

　　5 水头损失

　　① 钢管和铸铁管的单位长度水头损失，按下列公式计算：
　　当υ＜1.2 m/s时
　　i＝0.009 12υ2d1.3j(1+0.867υ)0.3
　　当υ≥1.2 m/s时，i＝0.010 7υ2d1.3j
　　② 塑料管的单位长度水头损失，按下列公式计算：
　　i=0.000915·q_g^1.774/d_j^4.774
　　式中 υ ——管道内的平均水流速度，m/s
　　　　　i——单位长度的沿程水头损失，kPa/m
　　　　　d_j——管道计算内径，m
　　　　　q_g——计算管段的设计秒流量，m³/s
　　单位管长水头损失计算公式的编写方法是用鼠标单击L7处，然后在编辑栏内输入=IF(OR(X7=0,X7=1),IF(K7<1.2, ROUNDUP(0.00912*K7*K7*POWER((1+0.867/K7)，0.3)/POWER(J7/1000,1.3),3)　,ROUNDUP(0.0107*K7*K7/POWER(J7/1000,1.3),2)), ROUNDUP(0.000915*POWER(H7/1000,1.744)/POWER(J7/1000,4.744),3))，之后操作与1相同。式中POWER(t，n)是求t的n次方的函数；OR(X7=0,X7=1)是或函数，即当X7=0或X7=1时此函数为真，否则为假。其他函数同前。在计算单位长度水头损失i时首先判断管材，如W列表内是0，则选用铸铁和钢管的公式，再进一步判断流速υ是否＜1.2m/s，然后按响应的公式进行计算；如W列表内是1，则选用塑料管的公式进行计算。

　　6 管段的沿程水头损失

　　管段沿程水头损失是按hy=iL的公式计算的。
　　式中 h_y ——管段的沿程水头损失，kPa
　　i——单位长度的沿程水头损失，kPa/m
　　L——管段长度，m
　　管段沿程水头损失计算公式的编写方法是用鼠标单击N7处，然后在编辑栏内输入=ROUNDUP(L7*M7，2)，之后操作与1相同。
　　管段沿程水头损失累计等于当前管段的水头损失加上该管段以前的水头损失的累计值。其公式编写方法是用鼠标单击N7处，然后在编辑栏内输入=N7+O6，之后操作与1相同。

　　7 不同管径管段长度的统计

　　为了统计不同管径管材的用量，同时为概算人员提供准确的数据，计算表内增加了不同管径长度的统计，表内将各管径的管段分别统计，表中P列、Q列、R列、S列、T列、U列分别统计DN15、20、25、32、40、50的管径。仅以统计管径DN15的P列来说明具体的统计方法，在P7中首先判断当前管径是否等于15，如是，则P7中显示其长度，否则显示0。其他管径长度的统计方法相同。不同管径管段长度的统计公式编写方法是用鼠标单击P7处，然后在编辑栏内输入=IF(I7=15，M7，0)，之后操作与1相同。

　　8 不同建筑物参数的确定

　　系数α、k的值根据建筑物的用途确定，如表1所示。在自动计算表格的V列填入适当的α值，W列内自动计算出相应的k值。k值的自动计算公式为=IF(OR(V7=1.05,V7=1.1),0.005,IF(V7=1.02, 0.0045,0))

　　9 不同管材的区分

　　当管径和流量一定，选择不同的管材其对应的单位长度水头损失不同。计算表格的X列用于区分管材，0表示钢管，1表示铸铁管，2表示塑料管。

　　10 调整计算表格的计算管段的项数

　　通过前面几项工作，计算表格已经设计完成，如图1所示，而在实际工程设计中每一次需计算的管段数是不同的。利用Excel编写的计算表完全能够满足这一需求，表中计算的管段数可随意调整。例如欲求9个管段的沿程水头损失，调整方法是用鼠标单击图1所示表格左端的数字7，第7行马上变黑，如图2所示；然后用鼠标左键点住数字7右下脚处的小黑方块，向下拖拽到数字15的下端，抬起左键，结果如图3所示。

　　在计算表内填入建筑物的参数和各计算管段的卫生器具数量及管段的长度，并给出各管段的管径，计算表就立刻计算出所需要的结果，见图4。计算结果出来后，可将其粘贴到Word文件中对其整理。

　　11 计算表内卫生器具项数的增减

　　在计算表内可以随意减少或增加卫生器具的数量。减少的方法是用鼠标单击欲删除卫生器具所在列顶端的字符，此列背景色立刻变黑，然后用鼠标单击下拉菜单[编辑]中的[删除]选项，此列被删除；增加的方法是用鼠标单击欲增加列的后面一列顶端的字符，此列背景色立刻变黑，然后用鼠标单击下拉菜单[插入]中的[列]选项，所单击字符前面就增加了一列。无论是增加还是减少卫生器具数量，计算表内只改变当量总数计算公式中的相应的项，其他各列的计算公式均不必修改。
　　有了自动计算表格，不但工作效率明显提高，而且可以随意对非计算管段进行校核计算，并统计出各管径管材的用量。另外，也可以将两种类型的建筑编成一个计算表格，只需要再加入判断条件及函数即可。Excel中函数的调用可查阅下拉菜单[插入]中的[函数]选项。

　　参考文献：
　　[1]王增长.建筑给水排水工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998.
　　[2]李田，胡汉明.给水排水工程快速设计手册5［M］.北京：中国建筑工业出版社，1994.

电话：(022)27400830(O)23282982(H)
收稿日期：2000-08-25