给水工程微机辅助设计系统的二次开发

张自力¹， 袁一星¹， 刘俊良¹， 于在升²
(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨　150090；2.哈尔滨市给水工程规划设计院，黑龙江哈尔滨150080)

　　摘　要：按照专家系统的开发思路对微机辅助设计系统的功能作了进一步开发，通过各种设计数据库的建立和应用使给水工程设计与工程经济密切结合，可快速准确地提供多种工程设计方案供比较、选择，对设计不当之处可及时判断、修改，提高了辅助设计的水平和质量。
　　关键词：微机辅助设计；专家系统；数据库；方案优化
　　中图分类号：TU991.02
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)04-0056-03

1 　开发思路和目标

1.1 充分体现设计思想
　　软件的开发应充分体现设计者的思想，打破传统软件使用中设计者的被动地位，充分利用庞大的数据库、图形库帮助完成靠人工较难完成的计算过程，能快速调用数据、图形、参数而免去大量重复性的操作和处理，设计者得到的应是能充分体现其设计意图与深度的图纸 。?
1.2 与工程经济密切结合
　　一般工程设计中大都依赖设计规范，而对工程材料、设备的选用只有原则上的定性分析，缺乏第一手的定量数据，更谈不上进一步地分析、综合比较，虽然在技术上能够满足要求，但经济上未必最佳。将工程设计与工程概预算、经济分析、财务评价密切结合可使工程设计科学、合理，取得最佳的投资效益。
1.3　及时纠错、修正，提高设计质量
　　微机根据已建的设计参数库跟踪每一步工程设计的数据，对于超出设计规范范围或规范禁止使用之处及时进行提示，由设计者进行调整，再由微机自动修改，可有效地保障设计出图的准确率，提高工程设计质量。?
1.4 多方案比较、优化
　　系统在强大的计算功能和庞大的数据库支持下完成单位工程设计的时间将大大缩短。在系统提示下设计者可建立更多的工程方案，而且可在短时间内完成各种工程方案的设计和概算并 进行经济评价，从而通过设计者与微机进行综合分析、判断，选择最合理的工程方案。?
1.5 众多的输出成果
　　一般辅助设计的输出成果以图纸为主，但开发的系统由于从工程计算、经济分析入手，因此设计成果不仅包括图纸，同时还应有与图纸密切相关的设计计算成果、工程概预算、二三类工程费用计算、主要设备表、主要材料表、方案技术经济分析、财务分析、成本计算、取定设计参数说明等。?
1.6 　彻底抛开设计手册与标准图
　　为支持该系统的正常运行，必须建立庞大的数据库与图形库。《给水排水设计手册》中的有关内容(如各种管材性能、水力计算表，水泵性能、技术参数)，甚至各设备厂家不同设备的技术参数也应包括在这一系统中。工程设计中常用的图形符号、国家标准图集、通用图集等可随时调用、修改，方便快捷，真正做到能抛开设计手册和标准图集。?
1.7 广泛的适用性
　　系统应可用于给水工程设计的各个阶段，特别是在工程前期总体方案的论证过程中可发挥重要作用，可为项目建议书、可行性研究、初步设计阶段提供技术经济分析、概预算及财务分析等资料，直至提供设计施工图。?

2 　系统软件功能的实现

2.1 给水工程的水力计算
　　给水工程所涉及的计算项目包括：管线水头损失计算、水泵Q-H和Q-η方程的建立、管线造价计算、管线经济流速计算、供水管网平差计算、井群管网水力计算和输水系统水力计算等，其计算理论已非常成熟。编程要达到的目标是在工程设计中需要进行哪一步计算操作，只需点击相应的图标即可调出对应的计算子程序进行计算，计算结果可暂时存在适当的文件中，可为制图程序随时调用。通过把这些计算成果引入地理信息系统或采用数字化地形图可实现将水力计算成果的流量、水头、水流方向等直接标注于地形图或设计图上。?
　　该系统需将工程经济内容融于每一部分计算之中，通过水泵效率方程管线造价公式的建立可为进行给水工程的经济分析与评价建立基础。各种材质、口径的管线造价加入程序后可直接 进行管网的造价计算。对于大部分已建供水管网，因出厂水压已定，故可对拟调整管段进行管网造价估算以比较确定改造费用最合理的管网规划设计；对于新规划水厂，则可结合平差后所选水泵或泵站压力计算出运行费用，经综合后确定年费用折算值，选出最佳的管网或输水管线的规划设计方案。?
2.2 经济技术分析及评价
　　以往的工程设计软件由于缺乏直接的材料、设备信息，在造价、材料种类、设备类型的选择上多是根据设计者平时的认识、积累和评价来作出选择，或是由应用软件来推荐、指定。在材料、设备型号的选择上，一般套用规范或推荐值，经济性能不一定最好。为此，该软件特别引进了概算系统，设计者从多个可能的实施方案中进行选择后运行概算系统即可得出工程造价，进而可实施经济评价。经济评价的结果再加上方案技术上的可行性，通过综合、分析、判断可选出最佳的工程设计方案。?
　　概预算系统作为经济评价的基础，若与辅助设计系统有机结合则更加突出了专家系统的特点，当然概预算系统中的价格信息宜经常更新，特别是在做某个单项工程时应保证所用材料价格的准确。概预算系统同时也是一个材料、设备库，其中包含了大量的信息(包括名称、规格、型号、技术指标、安装费用、辅助材料及产品价格信息)。利用该系统可生成单项工程的概算费用，同时生成该工程的主要材料、设备表。?
　　进行工程的可行性研究、初步设计等工作时，各单项工程预算完成后需将其汇总，再计算二、三类工程费用，这可用EXCEL表的形式输出以简化计算过程，便于工程项目和使用者随时更改，而且计算数据还可传给财务评价、经济分析等其他子项。?
　　进行输配水系统的优化设计时，以管线水力计算结果作为依据，加入管线造价进行综合分析，在首先达到设计要求、技术上可行的前提下，使用动态分析法中的年费用折算值法计算年费用折算值，择其最小为最经济方案。?
　　工程财务评价是工程设计前期一项重要的工作，是工程决策的重要依据。系统可完成“总成本费用计算表”等11个财务评价表格的生成，计算“盈亏平衡点”、“经营成本”、“投资回收期”、“敏感性分析”等的分析、评价指标，迅速提供设计决策依据，形成可行性研究和初步设计文件。?
2.3 系统数据库
　　全面的数据库资源是系统功能实现的重要基础，也使系统如虎添翼，数据库的使用可使设计者基本摆脱必须经常查阅工具书的麻烦，为工程设计提供了强有力的支持。系统数据库基本分成如下几类：?
　　① 主要设备材料库包括各种水泵的主要参数，各种管材的主要参数(如质量、阻力系数)，其他设备材料的参数(如阀门、管件等设备的型号、性能、尺寸等)；?
　　② 主要图形库包括常用设计符号(如指北针、地图符号等)，常用管件图形(如三通、弯头等)，常用节点图(如管件连接等)，国标标准图(如阀门井、法兰等)；?
　　③ 设计参数库包括设计参数(如控制流速、间距)，经济参数(如电价、利率等)；?
　　④ 工程概算库包括工程概预算定额、费率表，其中概预算定额库在定额费用的基础上同时增加了主材的规格、型号、价格等参数。?
2.4 辅助设计绘图
　　该系统可依据设计者的设计意图由微机完成繁杂的计算和重复性的劳动。对于所生成图纸的不满意之处，设计者可及时更改。设计过程中只需随时点击相关的图标，然后弹出相应的对话框即可完成不同的计算功能，待数据、图形传过来后自动生成图纸。几种类型的图纸生成方式如下：?
　　①工艺图对话框中提示设计者选择设备型号、阀门、管件型号及排列顺序,微机自动调用相应的数据库得出相应的关系与排列，调用图形库生成设计图，自动调用尺寸参数得出相应数据，调用符号库予以自动标注，由于生成的不是一个整体，不必炸开即可修改；?
　　②土建图对于清水池、沉淀池之类的构筑物，因其结构相对比较简单，由设计者选定基本的结构形式后则可进入对话框进行计算，将计算结果进行标注后即可完成图纸的生成(对于泵房、加氯间之类的建筑物，因受建筑风格的影响而不宜自动生成，宜采用其他软件处理)；?
　　③管线平面图需调用数字化或扫描后的地形图，设计者应进行管线的定线，结合高程情况进行节点的设计，设计中可调用管件图形库、典型节点库进行节点复制等；?
　　④ 管线纵断图在对话框中输入基本的地面高程信息后，设计者通过确定基本的管道高程、坡度参数即可自动生成图纸。?
　　工程设计中当需要调用图库中的资料时，只需像插入图块那样简单(有的需要缩放至合适大小或进行简单的修改)，大大减少了重复绘制的工作，并且做到了字体、图例规范统一，同时还可将更多的标准图随需要添加到图库中，为以后的设计提供便利条件。该系统的标准图图库全部数字化(如阀门井、支墩、管件等标准图)，当选择某一管径、标准、压力等级后，标准图中所标注字母的尺寸可全部成为设计尺寸，如设计需要可直接调用。该系统可将常用典型节点图逐步绘制输入到计算机中，并且以图库形式安装到应用程序中，使管理、使用非常方便，减轻了设计者的工作负担，有益于工程设计。

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　　收稿日期：2002-01-03