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(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱　150090；2.哈爾濱市給水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)院，黑龍江哈爾濱150080)

　　摘　要：按照專家系統(tǒng)的開發(fā)思路對(duì)微機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能作了進(jìn)一步開發(fā)，通過(guò)各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和應(yīng)用使給水工程設(shè)計(jì)與工程經(jīng)濟(jì)密切結(jié)合，可快速準(zhǔn)確地提供多種工程設(shè)計(jì)方案供比較、選擇，對(duì)設(shè)計(jì)不當(dāng)之處可及時(shí)判斷、修改，提高了輔助設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。
　　關(guān)鍵詞：微機(jī)輔助設(shè)計(jì)；專家系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)；方案優(yōu)化
　　中圖分類號(hào)：TU991.02
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)04-0056-03

1 　開發(fā)思路和目標(biāo)

1.1 充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)思想
　　軟件的開發(fā)應(yīng)充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的思想，打破傳統(tǒng)軟件使用中設(shè)計(jì)者的被動(dòng)地位，充分利用龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形庫(kù)幫助完成靠人工較難完成的計(jì)算過(guò)程，能快速調(diào)用數(shù)據(jù)、圖形、參數(shù)而免去大量重復(fù)性的操作和處理，設(shè)計(jì)者得到的應(yīng)是能充分體現(xiàn)其設(shè)計(jì)意圖與深度的圖紙 。?
1.2 與工程經(jīng)濟(jì)密切結(jié)合
　　一般工程設(shè)計(jì)中大都依賴設(shè)計(jì)規(guī)范，而對(duì)工程材料、設(shè)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(jìn)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(jì)上未必最佳。將工程設(shè)計(jì)與工程概預(yù)算、經(jīng)濟(jì)分析、財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)密切結(jié)合可使工程設(shè)計(jì)科學(xué)、合理，取得最佳的投資效益。
1.3　及時(shí)糾錯(cuò)、修正，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量
　　微機(jī)根據(jù)已建的設(shè)計(jì)參數(shù)庫(kù)跟蹤每一步工程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，對(duì)于超出設(shè)計(jì)規(guī)范范圍或規(guī)范禁止使用之處及時(shí)進(jìn)行提示，由設(shè)計(jì)者進(jìn)行調(diào)整，再由微機(jī)自動(dòng)修改，可有效地保障設(shè)計(jì)出圖的準(zhǔn)確率，提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。?
1.4 多方案比較、優(yōu)化
　　系統(tǒng)在強(qiáng)大的計(jì)算功能和龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)支持下完成單位工程設(shè)計(jì)的時(shí)間將大大縮短。在系統(tǒng)提示下設(shè)計(jì)者可建立更多的工程方案，而且可在短時(shí)間內(nèi)完成各種工程方案的設(shè)計(jì)和概算并 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，從而通過(guò)設(shè)計(jì)者與微機(jī)進(jìn)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(shè)計(jì)的輸出成果以圖紙為主，但開發(fā)的系統(tǒng)由于從工程計(jì)算、經(jīng)濟(jì)分析入手，因此設(shè)計(jì)成果不僅包括圖紙，同時(shí)還應(yīng)有與圖紙密切相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算成果、工程概預(yù)算、二三類工程費(fèi)用計(jì)算、主要設(shè)備表、主要材料表、方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、財(cái)務(wù)分析、成本計(jì)算、取定設(shè)計(jì)參數(shù)說(shuō)明等。?
1.6 　徹底拋開設(shè)計(jì)手冊(cè)與標(biāo)準(zhǔn)圖
　　為支持該系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須建立龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)與圖形庫(kù)?！督o水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的有關(guān)內(nèi)容(如各種管材性能、水力計(jì)算表，水泵性能、技術(shù)參數(shù))，甚至各設(shè)備廠家不同設(shè)備的技術(shù)參數(shù)也應(yīng)包括在這一系統(tǒng)中。工程設(shè)計(jì)中常用的圖形符號(hào)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集、通用圖集等可隨時(shí)調(diào)用、修改，方便快捷，真正做到能拋開設(shè)計(jì)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)圖集。?
1.7 廣泛的適用性
　　系統(tǒng)應(yīng)可用于給水工程設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，特別是在工程前期總體方案的論證過(guò)程中可發(fā)揮重要作用，可為項(xiàng)目建議書、可行性研究、初步設(shè)計(jì)階段提供技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、概預(yù)算及財(cái)務(wù)分析等資料，直至提供設(shè)計(jì)施工圖。?

2 　系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 給水工程的水力計(jì)算
　　給水工程所涉及的計(jì)算項(xiàng)目包括：管線水頭損失計(jì)算、水泵Q-H和Q-η方程的建立、管線造價(jià)計(jì)算、管線經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算、供水管網(wǎng)平差計(jì)算、井群管網(wǎng)水力計(jì)算和輸水系統(tǒng)水力計(jì)算等，其計(jì)算理論已非常成熟。編程要達(dá)到的目標(biāo)是在工程設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行哪一步計(jì)算操作，只需點(diǎn)擊相應(yīng)的圖標(biāo)即可調(diào)出對(duì)應(yīng)的計(jì)算子程序進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可暫時(shí)存在適當(dāng)?shù)奈募?，可為制圖程序隨時(shí)調(diào)用。通過(guò)把這些計(jì)算成果引入地理信息系統(tǒng)或采用數(shù)字化地形圖可實(shí)現(xiàn)將水力計(jì)算成果的流量、水頭、水流方向等直接標(biāo)注于地形圖或設(shè)計(jì)圖上。?
　　該系統(tǒng)需將工程經(jīng)濟(jì)內(nèi)容融于每一部分計(jì)算之中，通過(guò)水泵效率方程管線造價(jià)公式的建立可為進(jìn)行給水工程的經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)建立基礎(chǔ)。各種材質(zhì)、口徑的管線造價(jià)加入程序后可直接 進(jìn)行管網(wǎng)的造價(jià)計(jì)算。對(duì)于大部分已建供水管網(wǎng)，因出廠水壓已定，故可對(duì)擬調(diào)整管段進(jìn)行管網(wǎng)造價(jià)估算以比較確定改造費(fèi)用最合理的管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)；對(duì)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(jì)算出運(yùn)行費(fèi)用，經(jīng)綜合后確定年費(fèi)用折算值，選出最佳的管網(wǎng)或輸水管線的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。?
2.2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析及評(píng)價(jià)
　　以往的工程設(shè)計(jì)軟件由于缺乏直接的材料、設(shè)備信息，在造價(jià)、材料種類、設(shè)備類型的選擇上多是根據(jù)設(shè)計(jì)者平時(shí)的認(rèn)識(shí)、積累和評(píng)價(jià)來(lái)作出選擇，或是由應(yīng)用軟件來(lái)推薦、指定。在材料、設(shè)備型號(hào)的選擇上，一般套用規(guī)范或推薦值，經(jīng)濟(jì)性能不一定最好。為此，該軟件特別引進(jìn)了概算系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者從多個(gè)可能的實(shí)施方案中進(jìn)行選擇后運(yùn)行概算系統(tǒng)即可得出工程造價(jià)，進(jìn)而可實(shí)施經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的結(jié)果再加上方案技術(shù)上的可行性，通過(guò)綜合、分析、判斷可選出最佳的工程設(shè)計(jì)方案。?
　　概預(yù)算系統(tǒng)作為經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，若與輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合則更加突出了專家系統(tǒng)的特點(diǎn)，當(dāng)然概預(yù)算系統(tǒng)中的價(jià)格信息宜經(jīng)常更新，特別是在做某個(gè)單項(xiàng)工程時(shí)應(yīng)保證所用材料價(jià)格的準(zhǔn)確。概預(yù)算系統(tǒng)同時(shí)也是一個(gè)材料、設(shè)備庫(kù)，其中包含了大量的信息(包括名稱、規(guī)格、型號(hào)、技術(shù)指標(biāo)、安裝費(fèi)用、輔助材料及產(chǎn)品價(jià)格信息)。利用該系統(tǒng)可生成單項(xiàng)工程的概算費(fèi)用，同時(shí)生成該工程的主要材料、設(shè)備表。?
　　進(jìn)行工程的可行性研究、初步設(shè)計(jì)等工作時(shí)，各單項(xiàng)工程預(yù)算完成后需將其匯總，再計(jì)算二、三類工程費(fèi)用，這可用EXCEL表的形式輸出以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，便于工程項(xiàng)目和使用者隨時(shí)更改，而且計(jì)算數(shù)據(jù)還可傳給財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)分析等其他子項(xiàng)。?
　　進(jìn)行輸配水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，以管線水力計(jì)算結(jié)果作為依據(jù)，加入管線造價(jià)進(jìn)行綜合分析，在首先達(dá)到設(shè)計(jì)要求、技術(shù)上可行的前提下，使用動(dòng)態(tài)分析法中的年費(fèi)用折算值法計(jì)算年費(fèi)用折算值，擇其最小為最經(jīng)濟(jì)方案。?
　　工程財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)是工程設(shè)計(jì)前期一項(xiàng)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(fèi)用計(jì)算表”等11個(gè)財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)表格的生成，計(jì)算“盈虧平衡點(diǎn)”、“經(jīng)營(yíng)成本”、“投資回收期”、“敏感性分析”等的分析、評(píng)價(jià)指標(biāo)，迅速提供設(shè)計(jì)決策依據(jù)，形成可行性研究和初步設(shè)計(jì)文件。?
2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)
　　全面的數(shù)據(jù)庫(kù)資源是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)，也使系統(tǒng)如虎添翼，數(shù)據(jù)庫(kù)的使用可使設(shè)計(jì)者基本擺脫必須經(jīng)常查閱工具書的麻煩，為工程設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的支持。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)基本分成如下幾類：?
　?、?主要設(shè)備材料庫(kù)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(shè)備材料的參數(shù)(如閥門、管件等設(shè)備的型號(hào)、性能、尺寸等)；?
　?、?主要圖形庫(kù)包括常用設(shè)計(jì)符號(hào)(如指北針、地圖符號(hào)等)，常用管件圖形(如三通、彎頭等)，常用節(jié)點(diǎn)圖(如管件連接等)，國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)圖(如閥門井、法蘭等)；?
　　③ 設(shè)計(jì)參數(shù)庫(kù)包括設(shè)計(jì)參數(shù)(如控制流速、間距)，經(jīng)濟(jì)參數(shù)(如電價(jià)、利率等)；?
　?、?工程概算庫(kù)包括工程概預(yù)算定額、費(fèi)率表，其中概預(yù)算定額庫(kù)在定額費(fèi)用的基礎(chǔ)上同時(shí)增加了主材的規(guī)格、型號(hào)、價(jià)格等參數(shù)。?
2.4 輔助設(shè)計(jì)繪圖
　　該系統(tǒng)可依據(jù)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖由微機(jī)完成繁雜的計(jì)算和重復(fù)性的勞動(dòng)。對(duì)于所生成圖紙的不滿意之處，設(shè)計(jì)者可及時(shí)更改。設(shè)計(jì)過(guò)程中只需隨時(shí)點(diǎn)擊相關(guān)的圖標(biāo)，然后彈出相應(yīng)的對(duì)話框即可完成不同的計(jì)算功能，待數(shù)據(jù)、圖形傳過(guò)來(lái)后自動(dòng)生成圖紙。幾種類型的圖紙生成方式如下：?
　　①工藝圖對(duì)話框中提示設(shè)計(jì)者選擇設(shè)備型號(hào)、閥門、管件型號(hào)及排列順序,微機(jī)自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)得出相應(yīng)的關(guān)系與排列，調(diào)用圖形庫(kù)生成設(shè)計(jì)圖，自動(dòng)調(diào)用尺寸參數(shù)得出相應(yīng)數(shù)據(jù)，調(diào)用符號(hào)庫(kù)予以自動(dòng)標(biāo)注，由于生成的不是一個(gè)整體，不必炸開即可修改；?
　?、谕两▓D對(duì)于清水池、沉淀池之類的構(gòu)筑物，因其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，由設(shè)計(jì)者選定基本的結(jié)構(gòu)形式后則可進(jìn)入對(duì)話框進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行標(biāo)注后即可完成圖紙的生成(對(duì)于泵房、加氯間之類的建筑物，因受建筑風(fēng)格的影響而不宜自動(dòng)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(shè)計(jì)者應(yīng)進(jìn)行管線的定線，結(jié)合高程情況進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中可調(diào)用管件圖形庫(kù)、典型節(jié)點(diǎn)庫(kù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)復(fù)制等；?
　?、?管線縱斷圖在對(duì)話框中輸入基本的地面高程信息后，設(shè)計(jì)者通過(guò)確定基本的管道高程、坡度參數(shù)即可自動(dòng)生成圖紙。?
　　工程設(shè)計(jì)中當(dāng)需要調(diào)用圖庫(kù)中的資料時(shí)，只需像插入圖塊那樣簡(jiǎn)單(有的需要縮放至合適大小或進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改)，大大減少了重復(fù)繪制的工作，并且做到了字體、圖例規(guī)范統(tǒng)一，同時(shí)還可將更多的標(biāo)準(zhǔn)圖隨需要添加到圖庫(kù)中，為以后的設(shè)計(jì)提供便利條件。該系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)圖圖庫(kù)全部數(shù)字化(如閥門井、支墩、管件等標(biāo)準(zhǔn)圖)，當(dāng)選擇某一管徑、標(biāo)準(zhǔn)、壓力等級(jí)后，標(biāo)準(zhǔn)圖中所標(biāo)注字母的尺寸可全部成為設(shè)計(jì)尺寸，如設(shè)計(jì)需要可直接調(diào)用。該系統(tǒng)可將常用典型節(jié)點(diǎn)圖逐步繪制輸入到計(jì)算機(jī)中，并且以圖庫(kù)形式安裝到應(yīng)用程序中，使管理、使用非常方便，減輕了設(shè)計(jì)者的工作負(fù)擔(dān)，有益于工程設(shè)計(jì)。

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　　收稿日期：2002-01-03