市政排水计算机辅助多方案设计04613.doc
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1、全排列数组矩阵法排水工程多方案设计长春市市政工程设计研究院 郭高 提要 在排水工程设计中一般使用专业软件或电子表格来进行水利计算。由于这些软件只能按简单固定的格式进行计算,不能根据实际控制条件自行求解优化多种设计方案,方便地处理工程中出现的复杂的情况。本文提出全新的多参数、全排列数组矩阵解法,可以求解可能存在并且可行的所有方案。 本文对市政排水工程计算机辅助设计进行了分析讨论,针对水力计算、纵断图设计、工程量计算中存在的问题及设计难点提出了多参数控制及多方案设计模型并列举了相应的解决办法和技巧。关键词:市政排水、多方案设计,多参数控制、程序设计关键词:市政排水、多参数控制、矩阵求解多方案 引言
2、在排水工程设计中一般使用专业软件或电子表格来计算。由于这些软件只能按简单固定的格式进行计算,不能根据实际控制条件自行求解优化多种设计方案,方便地处理工程中出现的复杂的情况,使其适用性更好专业性更强。排水软件按设计步骤可分为水利计算、纵断绘图和工程量计算三个部分。一、水力计算模块的设置该模块的功能是在简明的菜单中输入必要的控制参数,并以适当的方计算,最后优选出最佳纵断设计方案。l、菜单水力计算模块的予模块,一般以菜单条的形式出现,其顺序按各子模块的工作顺序排列。当子模块数量较多时,应将模块按性质分类纳入二级子模块中。菜单如果条目众多纷乱繁杂,会让操作者茫然不知所措,即使软件功能再强大,其使用效果
3、也会大打折扣。为便于操作,对已经完成的作业(工序)打上标记“”进行跟踪。对下一步操作给予提示,是提高可操作性的作法之一。由于实际需要,有些输入项目即多又杂。为了简化菜单提高界面质量,应将诸参数进行归类,提取公因项,最后以多项选择框出现。如在管线特性项目中有8个子项:雨水污水圆图断面矩形断面正排(水从小桩号流到大桩号)反排长X宽(汇水面积以长X宽的形式表示)公顷(汇水面积)。这8项可按流体属性,流水断面、排水方向、汇水面积进行组合,能构成16种不同的形式。归类后采用二进制编码技术,用4项0/1选择即可实现用简单控制代替多项目菜单条。见图表(一)流质属性流水断面排水方向汇水区面积雨水/污水圆形/矩
4、形/长*宽/公顷2、控制参数在水力汁算过程中,只有提供充足的控制项目供选用,才能满足实际工程中出现的各种复杂情况的需要。就控制参数属性而言,可以分三类:与设计管线本身有关的参数。如:流质类别中的雨水、污水、流水断面、充满度。与汇水区有关的参数。如:汇水区间、重现期、径流系数、污水定额、人口密度。既设管。在市区地下既设管线纵横交错,首先要调查这些管线的位置、高程和类别,之后才能进行纵断设计(拉坡)。既设管分为两种:一是既设接入管一一与设计管线有连通关系,水体由既设管流入新设管,或由新设管流入既设管。其控制参数有接入点桩号,管径、高程、流量。二是既设交叉管一一在平面图上与新设管线有交叉关系的管线。
5、包括煤气,给水、排水、热力、电信、电力等。通常只要高程允许,排水管线应尽量避免与该类管线相干涉,或上跨或下穿。在两管交叉处其最小垂直净距应符合规范规定。因此既设交叉管的有关参数是重要的控制参数。它包括接入点桩号,管径,类别、高程,最小净距(上、下),尽管全面详尽地掌握地下既设管线的情况,有时会很困难,但是它会减少甚至避免由于地下管线情况不清,导致施工中发生碰管情况而不得不进行的设计变更或推翻原设计。3、水力计算方法在水力汁算中,管长计算法(或叫流量比较法)是最基本的方法之一。以管长计算法为基础可以发展出全值汁算法和多方案计算法。管长计算法从纵断图上看,起点为固定值巳知桩号及高程。终点为自由端经
6、计算后才能确定桩号及高程。具体方法是根据管径、坡度及充满度计算出流量值Q计,然后给出一管长试算值L,并计算出实际流量Q实,如Q实KQ计(K为小于l的系数)则使管长值增加L,再重新计算Q实,并重新比较,直至Q实满足要求。此时L值即为该管径、坡度、充满度下的管长值。见管长计算框图特点:I程序结构简单可靠,自动化程度低。调试方便,计算时间短。当起、终点距离较长,是几个管坡段之和时,需反复试算多次才能使沿途各点及终点参数值满足要求。因为管长值可以通过改变坡度输入值的方法加以调整,容易满足井距要求,所以管材利用率高,又因输入的坡度值是整数或有效位数不多的小数,因此有利于施工。对中间控制点控制能力弱。全值
7、计算法从纵断图上看,起、终点均为固定值(己知桩号、高程)求沿途各管段的管径、管长及坡度。在计算方法上是管长计算法的发展。其管径值依标准管口尺寸自小向大逐渐递增。初始坡度由起、终点高差与距离差之比确定=H/L。第一次试算结束后,将终点处的计算高程 H计与终点控制高程(输入值)H终相比较,如两值之差大于允许偏差H,则改变坡度值,变动方向由符号函数确定,经再次试算和比较,当两值之差满足偏差要求时计算完毕。其结构见图特点:I、自动化程度高,但结构较复杂,约束条件多,调试及计算时间较长。、当起终点距离较长时,管线由几段管相连接组成,可能出现管长值不合理(过短、或不是整井距)及坡度值过于碎小的情况,因此只
8、适用于规划及可研阶段,而不便于在施工图设计阶段使用。、对中间控制点控制能力强。可以将中间控制点依次做为终点输入。但是,当中间控制点较多时,会出现多种方案,这时调坡时间长,工效低。多方案计算以全值计算法为基础,利用计算机速度快,数据处理能力强的特点对诸方案进行全排列求解。这种方法自动化程度高,对人的(经验)依赖程度小。该计算方法的步骤是a、 输入各控制点的桩号、高程、管类及允许变动方式等参数。例:起终点及中间控制点的变动方式表。控制点类型变动方式变动带码意义起点、终点原值1最初给定的高程上升2设计高大于原值、数值由坡度定下降3设计高小于原值、数值由坡度定中间控制点放弃0取消该点原值1已知即设管底
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