何亞南 (北京市大興縣市政工程設計所)
韓　飛 (北京市大興縣第一建筑工程公司)

　　在室外雨污水管網設計時，如何對方案草圖識別和存儲及在此基礎上的管網水力計算是兩個關鍵環節。根據多年的探索，筆者在微機圖形軟件包AUTOCAD R14版的平臺上開發了從方案到成果圖(包括計算書)的室外管網輔助設計軟件WPIPE，其中包括給水、熱力及雨污水等。以下以污水管網為例說明WPIPE的設計方法。?

1 方案草圖的識別和存儲模型

　　管網分為樹枝狀和環狀兩種，雨污水管網是典型的枝狀管網。對枝狀管網可定義如下：管網中任意兩點間有且只有一條聯通的路徑(見圖1)。

　　假設B點為排出口控制點，則相對的A點是這個管網中的最遠點，把這個管網模型看成是一棵樹，樹的節點即是檢查井，井間管線則把上下游兩個檢查井聯系在一起，B點為樹的根節。在圖論中，盡管樹的存儲結構方式有多種，但這些存儲結構或者增加存儲空間的開銷，或者某些算法低效。由于二叉樹結構的建立、遍歷訪問等算法十分成熟且高效，因此，在開發中采用二叉樹作為管網建模的存儲結構，從圖1中的A點出發，沿水流方向依次訪問下游節點，當碰到有分支的節點(如C點)時便沿分支進行回溯，當對該節點的所有分支都回溯完畢后，則進行下一個節點，直至訪問到根節點B為止。通過這一個遍歷的過程，便可完成管網的建模過程。在說明算法前約定構圖實體均為線(LINE)實體，且均在同一圖層(LAYER)上。任一條直線段都可通過起點坐標Ps和終點坐標Pt來定義，把Ps和Pt作為兩個結點，該直線則說明這兩個結點的前驅(或后繼)關系。結點可用下述結構來定義：
　　typedef struct node{?
　　　　float point［3］；　//　結點的坐標?
　　　　node ＊ Left；　//　指向結點的左子樹?
　　　　node ＊ right；　//　指向結點的右子樹?
　　}TNODE;?
　　利用這個結構建立的二叉樹鏈表可以準確地在計算機中存儲任何枝狀管網。?
　　實現算法的流程見圖2：

　　由圖2見這是將樹轉化為二叉樹的過程，通過上述方法得到的存儲結構又稱為孩子兄弟表示法。對這個樹的各個結點進行訪問，就可用各種現成的遍歷算法如前序、中序或后序遍歷。

2 管網計算

　　管網的連接關系在計算機中建立了以二叉樹為基礎的數學模型后，下一步即選擇合適的求解優化方法。本系統采用的方法是根據計算控制標高H_K0值來求出整個管道系統所有管段的管徑、坡度和埋深的組合，并在此基礎上通過費用函數求出管網系統的總造價，在實際工程，由用戶擇優采用。?
　　程序的計算方法如下：?
　　將干管、支管都考慮為計算管段，分別予以編號，從起始管開始依次向下游進行，當計算至多根管段銜接處時，便從銜接處上游的另一條管道的起始管段開始再行計算，直到銜接處所有上游管道都計算完畢后，再向下進行，直到整個系統計算完畢。
　　進行高程計算時，依據管道系統終點的管內底標高H_K0按下面的公式計算管道的平均坡度i_av，由平均坡度i_av的變化控制各計算管道的坡度，并進行管徑的選擇。
　　起始管段的平均坡度：
　　
?式中　H_m --- 最小覆土深度，m?
?　　　H_a --- 起始管段起端設計地面標高，m
?　　　L_i --- 各管段長度，m
?　　　D_z --- 上游管段管徑或匯合處最大管徑，m
?　　　H_z --- 上游管段終端管內底標高或匯合處最低的管內底標高，m
?　　　N --- 參與計算的管段數
?　　　K --- 計算管段的序號
?　　　D_max --- 系統可能的最大管徑，m
　　若水力計算求得的坡度不大于平均坡度i_av的某個變化范圍(0.8～1.2倍)，管徑可以采用。否則將管徑放大一號再行計算，直到滿足上述要求為止。?
　　整個計算流程如圖3：

?

　　計算后輸出的結果包括圖形、計算書等。其中圖形指把單線方案圖轉化為正式設計圖(如圖4)，

　　并且依據上下游關系在井與井之間和管線與管線之間按雙向鏈表的數據結構建立前驅和后繼的關聯，為下一步編輯操作打下數學基礎。如當用戶調整某一管段參數后，可按要求自動調整該管段上、下游或到指定管段之間的所有管段及井的參數。?

3 結束語

　　在系統的開發中針對枝狀管網圖形的識別及建模問題采用二叉樹結構，解決了管網關系的智能分析和存儲問題，在建立管網數據結構的基礎上通過不同的控制點高程值得到不同的管徑、埋深及造價的組合值，供用戶擇優選用。實現了由方案圖向施工圖的一次性自動轉化。排水管網優化設計的算法目前有很多，可視不同情況選用，以便多方案比較。其中管網建模算法和優化算法都具有可移植性。

參考文獻

　　1 朱戰立. 數據結構-使用C語言. 西安:西安交通大學出版社，1997?
　　2 重慶建筑大學. 排水工程:上冊. 北京：中國建筑工業出版社，1988?

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　　作者通訊處：102600 北京黃村林梭北路7號?
　　(收稿日期 1998-07-06)