劉志強¹，姜淑香¹，田林²，王建軍³
(1.天津大學 建筑工程學院，天津 300072；2.天津天保公用設(shè)施有限公司，天津 300456；
3.溫州市污水處理廠工程建設(shè)指揮部，浙江溫州 325000)

　　摘要：利用Excel電子報表軟件，自動計算水頭損失并統(tǒng)計出不同管徑、管材、管段的長度。講述了從公式的應(yīng)用到Excel內(nèi)部函數(shù)的編寫以及報表的具體制作和應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：建筑給水；管網(wǎng)計算；Excel
　　中圖分類號：TU991.62
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2000)12-0032-04

　　在工程設(shè)計中，建筑內(nèi)部給水管網(wǎng)的水力計算大部分是重復性的計算和查表工作，費時費力。隨著計算機的廣泛普及和微機使用者水平的不斷提高，很多設(shè)計人員已經(jīng)開始利用計算機進行管網(wǎng)計算。目前市場上有一些商業(yè)性的計算軟件，這些軟件一是價格較貴，二是使用起
來并不十分方便，為此有許多設(shè)計者自己動手編寫計算程序。利用Excel進行建筑內(nèi)部給水管網(wǎng)的水力計算，既方便又快捷，而且各個參數(shù)直接采用填表方式，與平時的設(shè)計習慣完全相同，使人感到親切和熟悉，一般的計算機使用者都能根據(jù)自己的設(shè)計習慣和特點，利用Excel設(shè)計出適合自己使用的計算表格。
　　在進行住宅、集體宿舍、旅館、賓館等建筑給水管網(wǎng)、消防系統(tǒng)、自噴系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)計算時，進入Excel畫面后，根據(jù)需要設(shè)計一個常用的設(shè)計計算表格，按規(guī)范將同一用水類型的建筑歸為一類。
　　首先作出表頭如圖1所示。表格中白底格為設(shè)計者寫入數(shù)據(jù)處；灰底格是計算機自動計算顯示處。計算時首先填入管段的各種衛(wèi)生器具數(shù)量，計算機立刻給出對應(yīng)管段的當量數(shù)和管段的設(shè)計秒流量；然后試填入管徑，計算機立刻給出對應(yīng)管段的流速和每米管長的沿程水頭損
失，如流速過大或過小則相應(yīng)放大或縮小管徑。下面分步介紹自動計算表格的設(shè)計。

　　1 計算管段衛(wèi)生器具給水當量總數(shù)

　　計算管段的衛(wèi)生器具給水當量總數(shù)
　　Ng=∑n_iN_i
　　式中　n_i——同類型衛(wèi)生器具數(shù)
　　　　　N_i——同一類型的一個衛(wèi)生器具給水當量數(shù)
　　當量總數(shù)公式的編寫方法是用鼠標單擊G7處，然后在如圖1所示的編輯欄內(nèi)輸入=SUM(0.5*B7+1.5*C7+1.0*D7+0.75*E7+1.0*F7)，輸完之后單擊編輯欄左側(cè)的等于號，待屏幕彈出對話框后再單擊確定按鈕，此時管段的當量計算公式編寫完畢。式中SUM()是求和公式；B7、C7、D7、E7、F7分別是低位水箱、浴盆、洗臉盆、淋浴器和洗滌盆數(shù)量；B7、C7、D7、E7、F7等前面的系數(shù)是與其對應(yīng)的一個衛(wèi)生器具的當量數(shù)。

　　2 設(shè)計秒流量

　　設(shè)計秒流量公式采用qg=0.2α（N_g）^0.5+kN_g
　　當q_g＞0.2N_g時取q_g=0.2N_g。
　　式中 α、k——根據(jù)建筑物的性質(zhì)確定的系數(shù)
　　　　　N_g——計算管段當量總數(shù)
　　　　　q_g——計算管段設(shè)計秒流量，m³/s
　　設(shè)計秒流量公式的編寫方法是用鼠標單擊H7處，然后在編輯欄內(nèi)輸入=IF(SQRT(G7)*0.2*V7+V7*G7＞G7*0.2，G7*0.2，SQRT(G7)*0.2*V7+V7*G7)，之后操作與1相同。式中IF（t₁，t₂，t₃）是條件判斷公式，t₁為真取t₂、假取t₃的結(jié)果。SQRT(t)是開方函數(shù)，即求t的開方。

　　3 管段的計算管徑

　　給水管材的公稱直徑和計算管徑是不完全相同的，計算表格在計算流速和單位管長的沿程水頭損失時，采用的是管段的計算管徑，根據(jù)材質(zhì)和管徑的大小,由Excel自動確定管段的計算管徑。公式的編輯方法是用鼠標單擊J7處,然后在編輯欄內(nèi)輸入=IF(X7=0,IF(I7=15,14.75, IF(I7=20,20.25,IF(I7=25,26, IF(I7=32,34.75, IF(I7=40,I7,IF(I7=50,52,IF(I7=70,67,0))))))),　IF(X7=1, IF(I7=50,49, IF(I7=75,74, IF(I7=100,99,IF(I7=150,149,0)))),IF(I7=15,16.8,　IF(I7=20,21.8,IF(I7=25,28.8, IF(I7=32,36.8,IF(I7=40,46.8,IF(I7=50,59,0))))))))，之后操作與1相同。

　　4 流速

　　利用流量公式q_g=(πd²/4)υ推導出計算管段的流速公式υ＝4q_g/πd²。
　　式中 qg ——計算管段的設(shè)計秒流量，m³/s
　　　　　d——管段的計算管徑，m
　　　　　υ——管道內(nèi)的流速，m/s
　　從公式中可以看出流速由管段的計算管徑和設(shè)計秒流量求出。如流速偏大或偏小，可適當放大或縮小管徑，直到流速達到正常范圍值(例如，當設(shè)計秒流量qg=2.0L/s時，給定管徑DN32，求得流速υ=2.11m/s；流速過大，則放大管徑，取DN40，求得流速υ=1.59m/s符合要求，管徑不再改變)。流速公式的編寫方法是用鼠標單擊K7處，然后在編輯欄內(nèi)輸入=ROUNDUP(4000*H7/(3.14*J7*J7),2)，之后操作與1相同。式中ROUNDUP(t，2)是取數(shù)字t的小數(shù)部分位數(shù)的函數(shù)，數(shù)字2表示數(shù)字t小數(shù)點后保留兩位小數(shù)，并且小數(shù)點后第3位進行4舍5入。

　　5 水頭損失

　　① 鋼管和鑄鐵管的單位長度水頭損失，按下列公式計算：
　　當υ＜1.2 m/s時
　　i＝0.009 12υ2d1.3j(1+0.867υ)0.3
　　當υ≥1.2 m/s時，i＝0.010 7υ2d1.3j
　　② 塑料管的單位長度水頭損失，按下列公式計算：
　　i=0.000915·q_g^1.774/d_j^4.774
　　式中 υ ——管道內(nèi)的平均水流速度，m/s
　　　　　i——單位長度的沿程水頭損失，kPa/m
　　　　　d_j——管道計算內(nèi)徑，m
　　　　　q_g——計算管段的設(shè)計秒流量，m³/s
　　單位管長水頭損失計算公式的編寫方法是用鼠標單擊L7處，然后在編輯欄內(nèi)輸入=IF(OR(X7=0,X7=1),IF(K7<1.2, ROUNDUP(0.00912*K7*K7*POWER((1+0.867/K7)，0.3)/POWER(J7/1000,1.3),3)　,ROUNDUP(0.0107*K7*K7/POWER(J7/1000,1.3),2)), ROUNDUP(0.000915*POWER(H7/1000,1.744)/POWER(J7/1000,4.744),3))，之后操作與1相同。式中POWER(t，n)是求t的n次方的函數(shù)；OR(X7=0,X7=1)是或函數(shù)，即當X7=0或X7=1時此函數(shù)為真，否則為假。其他函數(shù)同前。在計算單位長度水頭損失i時首先判斷管材，如W列表內(nèi)是0，則選用鑄鐵和鋼管的公式，再進一步判斷流速υ是否＜1.2m/s，然后按響應(yīng)的公式進行計算；如W列表內(nèi)是1，則選用塑料管的公式進行計算。

　　6 管段的沿程水頭損失

　　管段沿程水頭損失是按hy=iL的公式計算的。
　　式中 h_y ——管段的沿程水頭損失，kPa
　　i——單位長度的沿程水頭損失，kPa/m
　　L——管段長度，m
　　管段沿程水頭損失計算公式的編寫方法是用鼠標單擊N7處，然后在編輯欄內(nèi)輸入=ROUNDUP(L7*M7，2)，之后操作與1相同。
　　管段沿程水頭損失累計等于當前管段的水頭損失加上該管段以前的水頭損失的累計值。其公式編寫方法是用鼠標單擊N7處，然后在編輯欄內(nèi)輸入=N7+O6，之后操作與1相同。

　　7 不同管徑管段長度的統(tǒng)計

　　為了統(tǒng)計不同管徑管材的用量，同時為概算人員提供準確的數(shù)據(jù)，計算表內(nèi)增加了不同管徑長度的統(tǒng)計，表內(nèi)將各管徑的管段分別統(tǒng)計，表中P列、Q列、R列、S列、T列、U列分別統(tǒng)計DN15、20、25、32、40、50的管徑。僅以統(tǒng)計管徑DN15的P列來說明具體的統(tǒng)計方法，在P7中首先判斷當前管徑是否等于15，如是，則P7中顯示其長度，否則顯示0。其他管徑長度的統(tǒng)計方法相同。不同管徑管段長度的統(tǒng)計公式編寫方法是用鼠標單擊P7處，然后在編輯欄內(nèi)輸入=IF(I7=15，M7，0)，之后操作與1相同。

　　8 不同建筑物參數(shù)的確定

　　系數(shù)α、k的值根據(jù)建筑物的用途確定，如表1所示。在自動計算表格的V列填入適當?shù)摩林担琖列內(nèi)自動計算出相應(yīng)的k值。k值的自動計算公式為=IF(OR(V7=1.05,V7=1.1),0.005,IF(V7=1.02, 0.0045,0))

　　9 不同管材的區(qū)分

　　當管徑和流量一定，選擇不同的管材其對應(yīng)的單位長度水頭損失不同。計算表格的X列用于區(qū)分管材，0表示鋼管，1表示鑄鐵管，2表示塑料管。

　　10 調(diào)整計算表格的計算管段的項數(shù)

　　通過前面幾項工作，計算表格已經(jīng)設(shè)計完成，如圖1所示，而在實際工程設(shè)計中每一次需計算的管段數(shù)是不同的。利用Excel編寫的計算表完全能夠滿足這一需求，表中計算的管段數(shù)可隨意調(diào)整。例如欲求9個管段的沿程水頭損失，調(diào)整方法是用鼠標單擊圖1所示表格左端的數(shù)字7，第7行馬上變黑，如圖2所示；然后用鼠標左鍵點住數(shù)字7右下腳處的小黑方塊，向下拖拽到數(shù)字15的下端，抬起左鍵，結(jié)果如圖3所示。

　　在計算表內(nèi)填入建筑物的參數(shù)和各計算管段的衛(wèi)生器具數(shù)量及管段的長度，并給出各管段的管徑，計算表就立刻計算出所需要的結(jié)果，見圖4。計算結(jié)果出來后，可將其粘貼到Word文件中對其整理。

　　11 計算表內(nèi)衛(wèi)生器具項數(shù)的增減

　　在計算表內(nèi)可以隨意減少或增加衛(wèi)生器具的數(shù)量。減少的方法是用鼠標單擊欲刪除衛(wèi)生器具所在列頂端的字符，此列背景色立刻變黑，然后用鼠標單擊下拉菜單[編輯]中的[刪除]選項，此列被刪除；增加的方法是用鼠標單擊欲增加列的后面一列頂端的字符，此列背景色立刻變黑，然后用鼠標單擊下拉菜單[插入]中的[列]選項，所單擊字符前面就增加了一列。無論是增加還是減少衛(wèi)生器具數(shù)量，計算表內(nèi)只改變當量總數(shù)計算公式中的相應(yīng)的項，其他各列的計算公式均不必修改。
　　有了自動計算表格，不但工作效率明顯提高，而且可以隨意對非計算管段進行校核計算，并統(tǒng)計出各管徑管材的用量。另外，也可以將兩種類型的建筑編成一個計算表格，只需要再加入判斷條件及函數(shù)即可。Excel中函數(shù)的調(diào)用可查閱下拉菜單[插入]中的[函數(shù)]選項。

　　參考文獻：
　　[1]王增長.建筑給水排水工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.
　　[2]李田，胡漢明.給水排水工程快速設(shè)計手冊5［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.

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收稿日期：2000-08-25