第1章　給排水工程設計概論

1.1　給排水工程設計

給排水科學與工程（Water Supply and Drainage）是工程領域中的一個分支，簡稱給排水。給排水科學與工程一般指的是城市用水供給系統、排水系統（市政給排水和建筑給排水），簡稱給排水。給排水工程研究的是水的一個社會循環的問題。“給水”是指現代化的自來水廠每天從江河湖泊中抽取自然水后，利用一系列物理和化學手段將水凈化為符合生產、生活用水標準的自來水，然后通過四通八達的城市水網將自來水輸送到千家萬戶。“排水”是指先進的污水處理廠把人們生產、生活使用過的污水、廢水集中處理，然后排放到江河湖泊中去。這個取水、處理、輸送、再處理然后排放的過程就是給排水工程要研究的主要內容。

給水工程是為居民和廠礦運輸企業供應生活、生產用水的工程，以及供應消防用水、道路綠化用水等。它由給水水源、構筑物原水管道、給水處理廠和給水管網組成，具有取集和輸送原水、改善水質的作用。給水水源有地表水、地下水、再生水。地表水主要指江河湖泊水庫和海洋的水，水量充沛，它們是城市和工廠用水的主要水源，但水質易受環境污染；地下水水質潔凈，水溫穩定，是良好的飲用水水源；再生水是工業用水的重復使用或循環使用，先進國家的工業用水中60%～80%是再生水。取水構筑物有地表水取水、構筑物和地下水取水等。

排水工程是排除人類生活污水和生產中的各種廢水、多余的地面水的工程，由排水管系或溝道污水處理廠和最終處理設施組成，通常還包括抽升設施，如排水泵站。

排水管系用于收集和輸送廢水。污水的管網有合流管系和分流管系，合流管系只有一個排水系統，雨水和污水用同一管道排輸。分流管系有兩個排水系統，雨水系統收集雨水和冷卻水等污染程度很低、不經過處理直接排入水體的工業廢水，其管道稱雨水管道。污水系統收集生活污水及需要處理后才能排入水體的工業廢水，其管道稱污水管道。

污水處理廠包括沉淀池、沉砂池、曝氣生物濾池、澄清池等設施及泵站化驗室、污泥脫水機房、修理工廠等。廢水處理的一般目標是去除懸浮物和改善耗氧性，有時還進行消毒和進一步處理。

最終處理設施視不同的排水對象設有水泵或其他提水機械，將經過處理廠處理滿足規定的排放要求的廢水排入水體或排放到土地上。

消防工程包括城市和建筑的消防系統工程內容，有消火栓系統自動噴水滅火系統、水噴霧系統、水幕滅火系統、消防水炮系統、雨淋系統等。

隨著計算機應用技術的不斷發展，特別是近年來計算機輔助設計（CAD）不斷滲透到給排水工程設計領域，使我國在上述給排水工程設計方面有了較快的發展。當然，其在使用中尚存在一些特有的問題。

1.1.1　我國給排水工程設計的發展

20世紀80年代中期國內開展了計算機輔助設計和制造（CAD/CAM）工作。當時計算機硬件都采用工作站，由于它投資大，CAD的應用沒能得到很好的普及，專業軟件也不可能得到很好的開發。自90年代以來，微機的發展十分迅速，處理能力不斷加強，價格不斷降低，使CAD的普及應用成為現實，因而提供了一種功能強大的繪圖和設計環境。同時，在設計內容上逐漸增加，從只能做常規室內給排水設計發展到能進行室內外給排水、熱水供應、消防、雨水、泵站到集繪圖和計算于一體的軟件包。

給排水CAD的發展是隨著建筑CAD的發展進行的，其專業軟件的開發起步較晚。20世紀90年代初建筑給排水僅局限于利用CAD來繪制原理圖，由于缺少完整的圖庫，只有在施工圖設計中推廣運用才能真正做到提高設計水平和出圖率。由于建筑給排水專業對計算機輔助設計軟件水平要求較高，在施工圖中所繪制的透視圖并不是僅通過視點的轉換就能得到的，它有別于原始的三維圖形。從1994年始，我國正式出現了商業性的給排水專用軟件包，為建筑給排水計算機輔助設計應用提供了條件，從而開始了一個新時代。設計人員可以直接利用建筑工程提供的資料圖繪制給排水平面圖，然后生成所需的透視圖，達到減輕設計人員的勞動強度并提高設計效率的目的，使他們有更多的時間用于設計方案的優化。

CAD專業軟件包的開發和設計單位微機的大量配置，使各用戶根據自身的特點建立一定量的圖庫和模塊，正如20世紀60年代中期專業設計院刻制大量的圖形和文字圖章一樣。計算機也加強了標準化，改進了設計質量，還廣泛應用于圖形的修改，減少了重復工作量，使設計人員擺脫了機械記憶和大量、單調的查資料工作。例如設計人員可隨時從計算機中查到有關規范內容、資料數據和習慣做法等，做出決策，替代了很多煩瑣的工作。

1.1.2　給排水工程CAD應用中存在的問題

隨著CAD技術的不斷發展，給排水CAD制圖技術日益成熟，但主要是二維CAD技術應用相對較好。其專業CAD軟件開發起步晚，資金少、起點低、技術差、軟件漢化水平低等問題普遍存在，其中主要問題如下：

①軟件開發全面規劃問題；

②軟件高、低版本的兼容性問題；

③給排水CAD軟件二次開發的困難，且集成化、智能化問題較多；

④數據結構與專業計算功能問題，專業數據庫建立與專業計算分析軟件接口存在很多問題；

⑤價格問題，高檔軟件較貴，低檔軟件便宜但功能不全。

1.1.3　給排水工程CAD技術的發展前景

（1）軟件向系列化發展，專業性強

軟件之間兼容性好，可相互轉換或直接使用，在專業的內容上更加全面，除了可以生成透視圖外還可生成剖面圖、管道的縱斷面等，形成真正的三維空間，全面地實現自動生成。此外，整個建筑給排水CAD軟件將由多個子程序組成，也可以有相對獨立的部分出現，功能齊全，形成系列化。

①傳統專業功能。增強和完善計算功能，包括各種水量、流量計算，給排水管線水力計算，水箱水池計算等。圖塊圖庫也在原來的基礎上增加數量、提高質量、完善功能，以方便使用。

②新增專業功能。如自動設計給排水管道避開、繞過或穿過梁柱等障礙物；自動規范檢查管道管徑、坡度、埋深、間距；消防系統的消火栓與噴淋噴頭自動布置和噴灑強度的自動確定；自動選擇布置化糞池、檢查井，并自動連接管線；自動選擇泵，并做出基本無需改動的泵房設計圖；自動為管道系統添加必要的部件、配件（如清掃口、泄水閥等）；自動對部分或全部給排水設計進行優化，使得給排水CAD在智能化方面上一個新臺階。

（2）完善計算，實現圖形與數據的完整統一

開發出環狀管網的計算以及多種系統的分析計算，可以做到圖形完成后自動完成計算，對于復雜的給排水系統，可智能化地判別系統形式，迅速地進行水力計算，并提供選擇的設備，從而摒棄煩瑣的數據手冊。此外，它還具備完善的圖形庫和數據信息庫，可以查詢、調用。

其用戶界面友好、宜人化。用戶界面是軟件的“臉面”，直接反映軟件開發的水平，按照最新的判別標準，軟件必須要有相應的便于用戶操作的界面，因此給排水軟件用戶界面的發展方向是形成直觀、形象、美觀、貼近AutoCAD與Windows風格，并應該是適應軟件潮流的友好、實用的用戶界面，還提供了方便的鼠標操作和隨心所欲的聯機幫助。

（3）向優化設計發展，形成專家系統

擴充利用專家系統咨詢、確定選擇系統和設計原則，及時產生合理的設計方案。由于計算速度的加快和存儲容量的增加，采用優化設計理論（如數學規劃方法或準則法）迅速尋求滿足規范和其他經濟技術要求，而且應是工程費或換算運營費之和最小的設計。在施工圖設計中可提出管道的最佳走向和設備的最佳布置等，進行自動分析。

（4）各種相關設備軟件間的相互協調

目前常困擾建筑設備工種的是相互管道碰撞問題，它通過自動檢測給排水管道與暖通風管、電氣橋架、結構梁之間的交叉做好工種間的配合，此外還能為土建工程自動預留孔洞圖。

（5）加強計算機聯網，讓軟件資源共享

把所有的計算機組成局部網絡，最后掛到整個高速的網絡系統中，它可使每臺計算機在任何環境里與任何一臺計算機進行“交談”，做到資源共享，這樣還有利于檢索查詢和避免軟盤之間病毒的感染。

系統軟/硬件配套，開發專業軟件應當充分利用軟件技術發展的最新成果，使專業軟件的水平上一個臺階。這主要包括3個方面，即系統軟件、圖形支持軟件和漢字系統。硬件資源開發為軟件開發提供了更廣闊的活動空間，應該利用新一代的高檔微機與網絡服務器，雙屏幕和大尺寸、高分辨率顯示器，大容量的內存和硬盤，各類輸入設備（如CD-ROM）、掃描儀和輸出設備（如噴墨、激光繪圖儀、打印機等），以適應硬件的發展。

（6）針對專業特點，運用多屏顯示

這一點有別于目前同步或多屏幕顯示，而是根據建筑給排水有透視圖的特殊要求將平面圖與透視圖或剖面圖分別在多個屏幕中同步顯示，以充分利用屏幕直觀地進行圖形設計。

總之，計算機的發展將帶動給排水CAD進一步提高工作效率，以使工程設計做到在滿足現行規范的前提下，根據實際經驗、施工條件和工程的特點等，把給排水設計得更加合理，充分滿足實際要求，達到安全可靠、經濟適用的目的。