張自力¹， 袁一星¹， 劉俊良¹， 于在升²
(1.哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院，黑龍江哈爾濱　150090；2.哈爾濱市給水工程規(guī)劃設計院，黑龍江哈爾濱150080)

　　摘　要：按照專家系統(tǒng)的開發(fā)思路對微機輔助設計系統(tǒng)的功能作了進一步開發(fā)，通過各種設計數(shù)據(jù)庫的建立和應用使給水工程設計與工程經(jīng)濟密切結(jié)合，可快速準確地提供多種工程設計方案供比較、選擇，對設計不當之處可及時判斷、修改，提高了輔助設計的水平和質(zhì)量。
　　關鍵詞：微機輔助設計；專家系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫；方案優(yōu)化
　　中圖分類號：TU991.02
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)04-0056-03

1 　開發(fā)思路和目標

1.1 充分體現(xiàn)設計思想
　　軟件的開發(fā)應充分體現(xiàn)設計者的思想，打破傳統(tǒng)軟件使用中設計者的被動地位，充分利用龐大的數(shù)據(jù)庫、圖形庫幫助完成靠人工較難完成的計算過程，能快速調(diào)用數(shù)據(jù)、圖形、參數(shù)而免去大量重復性的操作和處理，設計者得到的應是能充分體現(xiàn)其設計意圖與深度的圖紙 。?
1.2 與工程經(jīng)濟密切結(jié)合
　　一般工程設計中大都依賴設計規(guī)范，而對工程材料、設備的選用只有原則上的定性分析，缺乏第一手的定量數(shù)據(jù)，更談不上進一步地分析、綜合比較，雖然在技術(shù)上能夠滿足要求，但經(jīng)濟上未必最佳。將工程設計與工程概預算、經(jīng)濟分析、財務評價密切結(jié)合可使工程設計科學、合理，取得最佳的投資效益。
1.3　及時糾錯、修正，提高設計質(zhì)量
　　微機根據(jù)已建的設計參數(shù)庫跟蹤每一步工程設計的數(shù)據(jù)，對于超出設計規(guī)范范圍或規(guī)范禁止使用之處及時進行提示，由設計者進行調(diào)整，再由微機自動修改，可有效地保障設計出圖的準確率，提高工程設計質(zhì)量。?
1.4 多方案比較、優(yōu)化
　　系統(tǒng)在強大的計算功能和龐大的數(shù)據(jù)庫支持下完成單位工程設計的時間將大大縮短。在系統(tǒng)提示下設計者可建立更多的工程方案，而且可在短時間內(nèi)完成各種工程方案的設計和概算并 進行經(jīng)濟評價，從而通過設計者與微機進行綜合分析、判斷，選擇最合理的工程方案。?
1.5 眾多的輸出成果
　　一般輔助設計的輸出成果以圖紙為主，但開發(fā)的系統(tǒng)由于從工程計算、經(jīng)濟分析入手，因此設計成果不僅包括圖紙，同時還應有與圖紙密切相關的設計計算成果、工程概預算、二三類工程費用計算、主要設備表、主要材料表、方案技術(shù)經(jīng)濟分析、財務分析、成本計算、取定設計參數(shù)說明等。?
1.6 　徹底拋開設計手冊與標準圖
　　為支持該系統(tǒng)的正常運行，必須建立龐大的數(shù)據(jù)庫與圖形庫?！督o水排水設計手冊》中的有關內(nèi)容(如各種管材性能、水力計算表，水泵性能、技術(shù)參數(shù))，甚至各設備廠家不同設備的技術(shù)參數(shù)也應包括在這一系統(tǒng)中。工程設計中常用的圖形符號、國家標準圖集、通用圖集等可隨時調(diào)用、修改，方便快捷，真正做到能拋開設計手冊和標準圖集。?
1.7 廣泛的適用性
　　系統(tǒng)應可用于給水工程設計的各個階段，特別是在工程前期總體方案的論證過程中可發(fā)揮重要作用，可為項目建議書、可行性研究、初步設計階段提供技術(shù)經(jīng)濟分析、概預算及財務分析等資料，直至提供設計施工圖。?

2 　系統(tǒng)軟件功能的實現(xiàn)

2.1 給水工程的水力計算
　　給水工程所涉及的計算項目包括：管線水頭損失計算、水泵Q-H和Q-η方程的建立、管線造價計算、管線經(jīng)濟流速計算、供水管網(wǎng)平差計算、井群管網(wǎng)水力計算和輸水系統(tǒng)水力計算等，其計算理論已非常成熟。編程要達到的目標是在工程設計中需要進行哪一步計算操作，只需點擊相應的圖標即可調(diào)出對應的計算子程序進行計算，計算結(jié)果可暫時存在適當?shù)奈募?，可為制圖程序隨時調(diào)用。通過把這些計算成果引入地理信息系統(tǒng)或采用數(shù)字化地形圖可實現(xiàn)將水力計算成果的流量、水頭、水流方向等直接標注于地形圖或設計圖上。?
　　該系統(tǒng)需將工程經(jīng)濟內(nèi)容融于每一部分計算之中，通過水泵效率方程管線造價公式的建立可為進行給水工程的經(jīng)濟分析與評價建立基礎。各種材質(zhì)、口徑的管線造價加入程序后可直接 進行管網(wǎng)的造價計算。對于大部分已建供水管網(wǎng)，因出廠水壓已定，故可對擬調(diào)整管段進行管網(wǎng)造價估算以比較確定改造費用最合理的管網(wǎng)規(guī)劃設計；對于新規(guī)劃水廠，則可結(jié)合平差后所選水泵或泵站壓力計算出運行費用，經(jīng)綜合后確定年費用折算值，選出最佳的管網(wǎng)或輸水管線的規(guī)劃設計方案。?
2.2 經(jīng)濟技術(shù)分析及評價
　　以往的工程設計軟件由于缺乏直接的材料、設備信息，在造價、材料種類、設備類型的選擇上多是根據(jù)設計者平時的認識、積累和評價來作出選擇，或是由應用軟件來推薦、指定。在材料、設備型號的選擇上，一般套用規(guī)范或推薦值，經(jīng)濟性能不一定最好。為此，該軟件特別引進了概算系統(tǒng)，設計者從多個可能的實施方案中進行選擇后運行概算系統(tǒng)即可得出工程造價，進而可實施經(jīng)濟評價。經(jīng)濟評價的結(jié)果再加上方案技術(shù)上的可行性，通過綜合、分析、判斷可選出最佳的工程設計方案。?
　　概預算系統(tǒng)作為經(jīng)濟評價的基礎，若與輔助設計系統(tǒng)有機結(jié)合則更加突出了專家系統(tǒng)的特點，當然概預算系統(tǒng)中的價格信息宜經(jīng)常更新，特別是在做某個單項工程時應保證所用材料價格的準確。概預算系統(tǒng)同時也是一個材料、設備庫，其中包含了大量的信息(包括名稱、規(guī)格、型號、技術(shù)指標、安裝費用、輔助材料及產(chǎn)品價格信息)。利用該系統(tǒng)可生成單項工程的概算費用，同時生成該工程的主要材料、設備表。?
　　進行工程的可行性研究、初步設計等工作時，各單項工程預算完成后需將其匯總，再計算二、三類工程費用，這可用EXCEL表的形式輸出以簡化計算過程，便于工程項目和使用者隨時更改，而且計算數(shù)據(jù)還可傳給財務評價、經(jīng)濟分析等其他子項。?
　　進行輸配水系統(tǒng)的優(yōu)化設計時，以管線水力計算結(jié)果作為依據(jù)，加入管線造價進行綜合分析，在首先達到設計要求、技術(shù)上可行的前提下，使用動態(tài)分析法中的年費用折算值法計算年費用折算值，擇其最小為最經(jīng)濟方案。?
　　工程財務評價是工程設計前期一項重要的工作，是工程決策的重要依據(jù)。系統(tǒng)可完成“總成本費用計算表”等11個財務評價表格的生成，計算“盈虧平衡點”、“經(jīng)營成本”、“投資回收期”、“敏感性分析”等的分析、評價指標，迅速提供設計決策依據(jù)，形成可行性研究和初步設計文件。?
2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫
　　全面的數(shù)據(jù)庫資源是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的重要基礎，也使系統(tǒng)如虎添翼，數(shù)據(jù)庫的使用可使設計者基本擺脫必須經(jīng)常查閱工具書的麻煩，為工程設計提供了強有力的支持。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫基本分成如下幾類：?
　?、?主要設備材料庫包括各種水泵的主要參數(shù)，各種管材的主要參數(shù)(如質(zhì)量、阻力系數(shù))，其他設備材料的參數(shù)(如閥門、管件等設備的型號、性能、尺寸等)；?
　?、?主要圖形庫包括常用設計符號(如指北針、地圖符號等)，常用管件圖形(如三通、彎頭等)，常用節(jié)點圖(如管件連接等)，國標標準圖(如閥門井、法蘭等)；?
　?、?設計參數(shù)庫包括設計參數(shù)(如控制流速、間距)，經(jīng)濟參數(shù)(如電價、利率等)；?
　?、?工程概算庫包括工程概預算定額、費率表，其中概預算定額庫在定額費用的基礎上同時增加了主材的規(guī)格、型號、價格等參數(shù)。?
2.4 輔助設計繪圖
　　該系統(tǒng)可依據(jù)設計者的設計意圖由微機完成繁雜的計算和重復性的勞動。對于所生成圖紙的不滿意之處，設計者可及時更改。設計過程中只需隨時點擊相關的圖標，然后彈出相應的對話框即可完成不同的計算功能，待數(shù)據(jù)、圖形傳過來后自動生成圖紙。幾種類型的圖紙生成方式如下：?
　?、俟に噲D對話框中提示設計者選擇設備型號、閥門、管件型號及排列順序,微機自動調(diào)用相應的數(shù)據(jù)庫得出相應的關系與排列，調(diào)用圖形庫生成設計圖，自動調(diào)用尺寸參數(shù)得出相應數(shù)據(jù)，調(diào)用符號庫予以自動標注，由于生成的不是一個整體，不必炸開即可修改；?
　　②土建圖對于清水池、沉淀池之類的構(gòu)筑物，因其結(jié)構(gòu)相對比較簡單，由設計者選定基本的結(jié)構(gòu)形式后則可進入對話框進行計算，將計算結(jié)果進行標注后即可完成圖紙的生成(對于泵房、加氯間之類的建筑物，因受建筑風格的影響而不宜自動生成，宜采用其他軟件處理)；?
　?、酃芫€平面圖需調(diào)用數(shù)字化或掃描后的地形圖，設計者應進行管線的定線，結(jié)合高程情況進行節(jié)點的設計，設計中可調(diào)用管件圖形庫、典型節(jié)點庫進行節(jié)點復制等；?
　?、?管線縱斷圖在對話框中輸入基本的地面高程信息后，設計者通過確定基本的管道高程、坡度參數(shù)即可自動生成圖紙。?
　　工程設計中當需要調(diào)用圖庫中的資料時，只需像插入圖塊那樣簡單(有的需要縮放至合適大小或進行簡單的修改)，大大減少了重復繪制的工作，并且做到了字體、圖例規(guī)范統(tǒng)一，同時還可將更多的標準圖隨需要添加到圖庫中，為以后的設計提供便利條件。該系統(tǒng)的標準圖圖庫全部數(shù)字化(如閥門井、支墩、管件等標準圖)，當選擇某一管徑、標準、壓力等級后，標準圖中所標注字母的尺寸可全部成為設計尺寸，如設計需要可直接調(diào)用。該系統(tǒng)可將常用典型節(jié)點圖逐步繪制輸入到計算機中，并且以圖庫形式安裝到應用程序中，使管理、使用非常方便，減輕了設計者的工作負擔，有益于工程設計。

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　　收稿日期：2002-01-03