做給排水設(shè)計(jì)的朋友應(yīng)該都有同感方案階段畫圖可以很快但一到算流量、定管徑、選水泵、定坡度活兒就慢下來了。給排水工程計(jì)算的難點(diǎn)不在于單個(gè)公式有多難而在于它貫穿系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)錯(cuò)一步后面全跟著錯(cuò)。這個(gè)“給排水工程計(jì)算實(shí)例技巧匯總”想聊的就是這些日常必用的計(jì)算內(nèi)容——住宅給水設(shè)計(jì)秒流量怎么算、排水橫管坡度怎么定、化糞池容積怎么速估、水泵揚(yáng)程怎么選以及那些我在實(shí)際項(xiàng)目和審圖回復(fù)里踩過、也見過別人踩過的坑。適合正在做建筑給排水設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師、現(xiàn)場(chǎng)處理管道問題的施工技術(shù)人員以及準(zhǔn)備入行或備考的在校學(xué)生參考。1. 給排水計(jì)算到底在算什么剛?cè)胄械臅r(shí)候我以為給排水計(jì)算就是套公式。做了一陣子才明白公式只是殼真正要算的是“系統(tǒng)能不能在合理成本下滿足使用需求”。給水側(cè)要保證每個(gè)水龍頭在最不利時(shí)刻還有足夠壓力和流量排水側(cè)要保證污水能順暢排走不堵、不返味、不破壞水封。這兩條主線貫穿了所有計(jì)算。1.1 給水側(cè)流量—管徑—水頭損失給水系統(tǒng)的計(jì)算邏輯是一條清晰的鏈條先求出設(shè)計(jì)秒流量再根據(jù)流量和水力條件選管徑然后沿最不利環(huán)路把水頭損失加起來最后核對(duì)市政壓力夠不夠、水泵揚(yáng)程選多大。注意這里說的是“設(shè)計(jì)秒流量”不是“每小時(shí)平均用水量”也不是“所有龍頭同時(shí)開”。它是在一定保證率下系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大瞬時(shí)流量是一個(gè)概率意義上的峰值。這里有個(gè)生活化的類比市政供水就像早晚高峰的地鐵設(shè)計(jì)運(yùn)力不會(huì)按全市所有人同一分鐘出門來安排而是按某種概率分布下的峰值客流來確定。給水設(shè)計(jì)秒流量也一樣衛(wèi)生器具同時(shí)使用是有概率的規(guī)范公式本質(zhì)上就是這種概率模型的工程化表達(dá)。1.2 排水側(cè)流量—坡度—充滿度—通水能力排水系統(tǒng)計(jì)算的核心關(guān)注點(diǎn)跟給水完全不同。給水怕的是“壓力不夠”排水怕的是“排不出去”和“排得太快”。排不出去表現(xiàn)為倒灌、反溢排得太快表現(xiàn)為水封被吸破、管道被沖刷磨損。所以排水計(jì)算主要盯著四件事排水設(shè)計(jì)秒流量、橫管的坡度與充滿度、橫管內(nèi)的流速、立管的通水能力。設(shè)計(jì)秒流量決定管徑下限坡度與充滿度決定橫管能不能靠重力自流流速?zèng)Q定了管內(nèi)是否會(huì)積存污物立管通水能力則決定整個(gè)系統(tǒng)能不能安全轉(zhuǎn)輸上層來的水。1.3 算之前先做三個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作我見過不少新手拿到圖紙就開始套公式結(jié)果算到一半發(fā)現(xiàn)邊界條件不對(duì)全部返工。計(jì)算開始前我習(xí)慣先做三件事一是確定建筑類型和用水定額來源。住宅、辦公、商業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院用水定額差異很大。同一個(gè)宿舍樓是按住宅算還是按公共建筑算結(jié)論可能差出20%。定額出處要寫明是GB50015還是當(dāng)?shù)毓?jié)水辦發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn)這個(gè)在審圖時(shí)經(jīng)常被問到。二是拿到市政給排水條件。給水引入管的管徑、可用壓力排水出戶管的標(biāo)高、市政檢查井的接入標(biāo)高這些數(shù)據(jù)直接影響是否需要加壓、是否需要提升、出戶管怎么找坡度。沒有市政條件就開算等于在沙灘上蓋樓。三是拆計(jì)算單元。住宅按樓棟或分區(qū)分組公共建筑按樓層或功能區(qū)拆開再找最不利環(huán)路。最不利環(huán)路沒找準(zhǔn)后面所有管徑和水泵選型都有可能偏小或偏大。2. 給水系統(tǒng)計(jì)算實(shí)例從設(shè)計(jì)秒流量到水泵揚(yáng)程有了整體框架我用一個(gè)自己實(shí)際經(jīng)手的6層住宅項(xiàng)目來做完整演算。這類項(xiàng)目很典型難度適中但又會(huì)把設(shè)計(jì)秒流量、管徑、水頭損失、水泵揚(yáng)程這幾個(gè)關(guān)鍵計(jì)算全部串起來。2.1 住宅給水設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算實(shí)例項(xiàng)目情況是一棟6層住宅每層4戶共24戶一廚一衛(wèi)一陽臺(tái)洗衣機(jī)配置。每戶衛(wèi)生器具大致是洗滌盆1個(gè)、洗臉盆1個(gè)、坐便器1個(gè)、淋浴器1個(gè)、洗衣機(jī)水嘴1個(gè)。按照給水當(dāng)量表折算每戶給水當(dāng)量約為4.0總當(dāng)量N24×496。住宅建筑應(yīng)使用基于概率法的計(jì)算公式需要先確定每戶最大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率U0再根據(jù)U0查出同時(shí)出流概率U最后算出設(shè)計(jì)秒流量。我簡(jiǎn)化中間過程后得到的設(shè)計(jì)秒流量大概在1.4—1.5L/s。這里要特別提醒住宅類建筑不能圖省事套用公共建筑的那種“0.2α√N(yùn)kN”公式那會(huì)明顯放大結(jié)果。以前有個(gè)項(xiàng)目年輕同事用公共建筑公式算出來的流量到2.2L/s干管大了一號(hào)水泵也選大了不僅造價(jià)上去水泵還會(huì)長(zhǎng)期在低效區(qū)運(yùn)行。住宅該用概率法就用概率法規(guī)范給什么就用什么。2.2 管徑初選與流速控制設(shè)計(jì)秒流量算出來是1.5L/s下一步選管徑。管徑不是越大越好也不是越小越省。流速太高管道噪聲大、水錘風(fēng)險(xiǎn)高、能耗也高流速太低管材浪費(fèi)、占用管井空間經(jīng)濟(jì)性差。工程上常用的控制區(qū)間是支管流速0.6—1.0m/s干管流速0.8—1.5m/s瞬時(shí)工況不超過1.8m/s。我用流速倒推管徑如果選De50塑料管內(nèi)徑約42mm過流面積約0.00139m21.5L/s對(duì)應(yīng)流速約1.08m/s稍微偏高但在允許范圍適合做末端支管如果選De63管內(nèi)徑約54mm過流面積約0.00229m2流速約0.66m/s作為干管更穩(wěn)妥噪聲和富余水頭都更好。實(shí)際項(xiàng)目我就用了De63做給水干管De50及以下做支管效果不錯(cuò)。2.3 沿程水頭損失與水泵揚(yáng)程選型管徑定了接著算水頭損失。給水水頭損失分沿程損失和局部損失。以這段De63干管為例取最不利環(huán)路管段長(zhǎng)度約60m流量1.5L/s按水力計(jì)算表查得1000i約55mH2O/km也就是每米損失約0.055mH2O那么沿程損失就是0.055×603.3m。局部損失我習(xí)慣先按沿程損失的30%估算也就是約1.0m兩者相加總水頭損失約4.3m。要注意這個(gè)30%只適用于常規(guī)戶型、配件數(shù)量一般的情況如果閥門多、彎頭多、有倒流防止器或水表集中設(shè)置必須單獨(dú)逐項(xiàng)計(jì)算。然后算水泵揚(yáng)程。這個(gè)項(xiàng)目最不利點(diǎn)與泵出口的幾何高差約35m衛(wèi)生器具所需流出水頭按10m考慮再加上總水頭損失4.3m理論揚(yáng)程就是35104.349.3m。實(shí)際選泵我留了約10%的裕量取55m揚(yáng)程。流量按設(shè)計(jì)秒流量1.5L/s換算成5.4m3/h再乘1.2左右的波動(dòng)系數(shù)水泵選型按6.5m3/h、55m揚(yáng)程來選。為什么用1.2因?yàn)樽冾l泵要覆蓋小流量工況泵的流量選點(diǎn)最好落在Q—H曲線的高效段偏右側(cè)這樣才能應(yīng)對(duì)夜間小流量和白天高峰的寬幅變化。3. 排水系統(tǒng)計(jì)算實(shí)例坡度、充滿度與通水能力排水系統(tǒng)計(jì)算的實(shí)戰(zhàn)性更強(qiáng)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)條件比計(jì)算書更復(fù)雜。我最早做排水計(jì)算時(shí)以為只要管徑夠大就行后來被幾次返水、返味問題教育了才開始認(rèn)真理解坡度、充滿度和通水能力之間的關(guān)系。3.1 排水設(shè)計(jì)秒流量怎么定排水設(shè)計(jì)秒流量的思路跟給水不同。給水是“概率峰值”排水則是“最大器具排水流量其他器具的較小概率疊加”。因?yàn)榕潘骶卟惶赡茉谕凰查g把所有水都排空但一個(gè)蹲便器沖水時(shí)那個(gè)瞬時(shí)峰值是實(shí)實(shí)在在存在的。舉個(gè)例子某辦公樓層衛(wèi)生間設(shè)有蹲便器6個(gè)、小便斗4個(gè)、洗手盆4個(gè)。蹲便器一次沖洗流量約1.5—2.0L/s小便斗約0.2L/s洗手盆約0.25L/s。按規(guī)范公式計(jì)算排水設(shè)計(jì)秒流量大約在1.8L/s左右其中蹲便器貢獻(xiàn)了絕大部分。這意味著計(jì)算時(shí)千萬別把一堆小流量器具簡(jiǎn)單相加否則會(huì)把橫管和立管都放大現(xiàn)場(chǎng)坡度不好找還容易積污。3.2 橫管坡度、充滿度與最小流速排水橫管是靠重力流坡度就是它的動(dòng)力來源。坡度太小水流速度低雜質(zhì)容易沉積坡度太大流速過快會(huì)劇烈沖刷管壁噪聲大還容易在存水彎處把水封吸破。所以規(guī)范對(duì)不同管徑給了最小坡度和通用坡度工程上我常用下面的參考表管徑通用坡度最小坡度適用場(chǎng)景DN500.0250.012洗臉盆、洗滌盆支管DN750.0150.008淋浴間、小流量支管DN1000.0120.006坐便器、蹲便器支管及橫管DN1500.0070.005衛(wèi)生間干管、立管底部橫干管DN2000.0050.004出戶管、室外排水管坡度確定后還要校核流速。生活排水管道內(nèi)流速不宜小于0.6m/s否則雜質(zhì)懸不起來。還以剛才那個(gè)衛(wèi)生間橫管為例DN100管、坡度0.012按滿流狀態(tài)估算管內(nèi)流速約0.8m/s滿足要求。如果坡度降到0.006流速可能只有0.5m/s左右就有積垢風(fēng)險(xiǎn)這時(shí)候?qū)幙杉忧鍜呖谝膊荒苡舶哑露韧聣骸?.3 立管通水能力與通氣系統(tǒng)復(fù)核橫管算完再看立管。立管里的水流是氣水兩相流水在下落過程中會(huì)夾帶空氣如果流量超過立管通水能力就會(huì)形成水塞導(dǎo)致壓力波動(dòng)把下層衛(wèi)生器具的水封吸破。常規(guī)經(jīng)驗(yàn)是DN100普通伸頂通氣鑄鐵排水立管通水能力大約在3.5L/s左右塑料管因?yàn)閮?nèi)壁光滑略高一些但也不會(huì)超出太多。當(dāng)排水設(shè)計(jì)秒流量超過這個(gè)數(shù)時(shí)就得考慮放大管徑、設(shè)置專用通氣立管或者采用特殊單立管系統(tǒng)。這里最容易犯的錯(cuò)是只看“本層流量”。有一次我核查一個(gè)改造項(xiàng)目各層衛(wèi)生間單獨(dú)看流量都不大但六層累計(jì)到立管底部后DN100普通伸頂通氣立管已經(jīng)逼近極限。后來審圖意見也提了加了專用通氣立管才解決。所以立管復(fù)核一定要按累計(jì)流量算千萬不要只看本層。3.4 化糞池容積的工程速算室外排水里化糞池容積計(jì)算是甲方和施工方最喜歡問的問題“你這化糞池做多大幾號(hào)化糞池”快速估算的思路很簡(jiǎn)單化糞池有效容積主要由污水部分和污泥部分組成。污水部分按服務(wù)人數(shù)、每人每日排水量和停留時(shí)間算污泥部分按每人每日污泥量和清掏周期算。簡(jiǎn)化公式可以寫成V V污水 V污泥V污水 N × q × t / (24 × 1000)V污泥 N × b × T / 1000其中N為服務(wù)人數(shù)q為每人每日排水量L/人·dt為污水停留時(shí)間hb為每人每日污泥量L/人·dT為清掏周期d。舉個(gè)例子某50戶小區(qū)每戶按3人算共150人。q取100L/人·d停留時(shí)間取12hb取0.7L/人·d清掏周期取180d。污水部分150×100×12/24/10007.5m3污泥部分150×0.7×180/100018.9m3總有效容積約26.4m3按規(guī)格取30m3也就是工程常說的2號(hào)化糞池左右。需要注意的是這只是快速判斷尺寸的方法具體做施工圖時(shí)還要按國(guó)標(biāo)圖集和當(dāng)?shù)丨h(huán)衛(wèi)部門要求考慮保守系數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸和保護(hù)深度。4. 幾個(gè)常見計(jì)算誤區(qū)與排查技巧計(jì)算做得多了我發(fā)現(xiàn)大部分返工都不是“不會(huì)算”而是“想當(dāng)然”。下面這幾個(gè)誤區(qū)我在自己圖紙和同事復(fù)核時(shí)反復(fù)遇到值得單獨(dú)寫出來。4.1 別把計(jì)算做成“精算”很多初學(xué)者喜歡把結(jié)果精確到小數(shù)點(diǎn)后三位覺得這樣才專業(yè)。但給排水計(jì)算本質(zhì)是概率模型用水定額、同時(shí)使用概率、小時(shí)變化系數(shù)每一個(gè)輸入?yún)?shù)本身都有不小的浮動(dòng)范圍。你把設(shè)計(jì)秒流量算到1.532L/s看起來嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)際上一棟樓的人怎么用水根本沒法精確到這種程度。我的習(xí)慣是計(jì)算結(jié)果用于工程判斷保留一位小數(shù)足夠。管徑選擇按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格靠檔水泵揚(yáng)程適當(dāng)往上靠一檔這才是工程師的做法而不是把精力耗在沒有意義的精度上。4.2 局部水頭損失不能一刀切“局部水頭損失按沿程30%”這句話流傳很廣但它只是一個(gè)粗略估算的經(jīng)驗(yàn)值。對(duì)普通住宅戶型、管路簡(jiǎn)單、彎頭閥門少的情況30%夠用但如果是水泵房、管井、地下車庫架空管線彎頭閥門密集局部損失占比可能到50%甚至更高。遇到這種情況建議把關(guān)鍵設(shè)備的水頭損失單獨(dú)查說明書。倒流防止器、水表、Y型過濾器這些東西樣本上都會(huì)標(biāo)注額定壓損。有一次項(xiàng)目泵房?jī)?nèi)倒流防止器和水表串聯(lián)兩個(gè)設(shè)備壓損加起來有5m水柱如果還按30%估算水泵揚(yáng)程直接差出一截。4.3 排水坡度不是越大越好不少人覺得排水管越斜越順暢其實(shí)不然。坡度太陡水流速度過快會(huì)形成一股水柱直沖而下反而把管內(nèi)的空氣往前擠造成壓力波動(dòng)吸破水封。另外高速水流攜帶沙粒雜質(zhì)的沖刷力很強(qiáng)管道底部磨損明顯噪聲也更刺耳。所以排水橫管設(shè)計(jì)不要一味加大坡度而是要在滿足最小流速的前提下盡量平緩、均勻。規(guī)范里那個(gè)“通用坡度”就是平衡了沖刷、噪聲、占用空間之后的結(jié)果除非現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)高確實(shí)緊張否則不要隨便突破。4.4 軟件的成果也要能自己復(fù)核現(xiàn)在很多人用Excel、鴻業(yè)、天正等做水力計(jì)算效率確實(shí)高但軟件只是把人工查表過程自動(dòng)化了前提條件是輸入?yún)?shù)必須正確。我遇到過用軟件算給水默認(rèn)的管壁粗糙度、局部阻力系數(shù)跟實(shí)際管材不一致結(jié)果水頭損失偏小導(dǎo)致管徑偏細(xì)。我建議自己搭一個(gè)簡(jiǎn)易水力計(jì)算表流量、管徑、流速、管長(zhǎng)、1000i、沿程損失、局部損失比例、累計(jì)損失一列排開。這樣至少有兩個(gè)好處一是審圖或甲方問你某個(gè)數(shù)字怎么來的你能當(dāng)場(chǎng)說清楚二是挑最不利環(huán)路手算一遍五分鐘就能抓出90%的低級(jí)錯(cuò)誤。別嫌這個(gè)動(dòng)作麻煩它救過我好幾個(gè)項(xiàng)目。5. 算完以后復(fù)核清單與交付經(jīng)驗(yàn)計(jì)算完成不代表工作結(jié)束。從計(jì)算書到圖紙落地中間還有一道最重要的“復(fù)核關(guān)”。這一關(guān)過好了圖紙到了現(xiàn)場(chǎng)才少出事。5.1 出圖前必查的五個(gè)點(diǎn)位我總結(jié)了五個(gè)必查位置每次出圖前對(duì)著過一遍最不利點(diǎn)復(fù)核。給水系統(tǒng)最遠(yuǎn)、最高那個(gè)用水點(diǎn)壓力夠不夠流量滿足不滿足很多人算到水泵揚(yáng)程就停了忘了末端龍頭實(shí)際出流情況。水泵工況點(diǎn)。選型曲線與計(jì)算工況是否匹配會(huì)不會(huì)落在高效區(qū)外變頻泵最小頻率下會(huì)不會(huì)超壓減壓閥設(shè)置。豎向分區(qū)后各分區(qū)最低層用水點(diǎn)壓力是否超過0.20MPa需要不需要減壓閥減壓閥本身的壓損有沒有計(jì)入總水頭損失排水出戶管與室外標(biāo)高。室內(nèi)出戶管底標(biāo)高與室外檢查井井底標(biāo)高能否順接坡度方向?qū)Σ粚?duì)有沒有反坡通氣系統(tǒng)。立管底部是否設(shè)置專用通氣或伸頂通氣橫干管末端是否設(shè)置了清掃口通氣立管與排水立管的連接方式是否正確5.2 計(jì)算書是一項(xiàng)容易被忽視的“交付物”很多設(shè)計(jì)師算完以后草稿紙一甩圖一出就認(rèn)為任務(wù)完成了。其實(shí)計(jì)算書是后期審圖、現(xiàn)場(chǎng)變更、運(yùn)營(yíng)維護(hù)最重要的依據(jù)。我習(xí)慣在計(jì)算書封面寫明建筑類型、用水定額出處、市政給水壓力與管徑、排水接口標(biāo)高、系統(tǒng)形式、計(jì)算依據(jù)規(guī)范版本。正文按系統(tǒng)分區(qū)整理把每個(gè)計(jì)算步驟的公式、參數(shù)、結(jié)果按固定模板列出。這樣做的直接好處是審圖意見下來時(shí)你翻目錄就能快速定位到對(duì)應(yīng)頁面不需要重新推導(dǎo)一遍。另一個(gè)隱性好處是過兩三年項(xiàng)目改造翻新原設(shè)計(jì)人可能換人了但只要計(jì)算書完整后續(xù)設(shè)計(jì)師很容易接上手。5.3 手算校驗(yàn)的小技巧最后分享一個(gè)我自己用的小技巧每次軟件計(jì)算完成后我不會(huì)直接采信結(jié)果而是找一條最不利環(huán)路從起點(diǎn)到終點(diǎn)快速手推一遍。不需要算得多精細(xì)流量取整、坡度取常用值算出管徑和揚(yáng)程大概范圍再跟軟件結(jié)果對(duì)比。如果兩者差異在10%以內(nèi)基本可以放心如果差異超過15%就要回頭檢查是不是哪里的輸入條件選錯(cuò)了。有一次我就是靠這個(gè)方法發(fā)現(xiàn)一個(gè)項(xiàng)目給水管徑差了整整一號(hào)原因是軟件里默認(rèn)的管道絕對(duì)粗糙度選成了舊鑄鐵管而現(xiàn)場(chǎng)用的是內(nèi)壁更光滑的PPR管水頭損失被高估了。把粗糙度改回塑料管之后管徑降回合理檔位省下了一截管材造價(jià)。做給排水計(jì)算真正值錢的不是套公式的速度而是對(duì)邊界條件和工程場(chǎng)景的理解。同一個(gè)流量放在住宅、辦公樓、醫(yī)院里處理方式完全不同。算完以后多想想閥門怎么放、坡度怎么找、管井怎么留、檢修口怎么設(shè)這套圖紙才算真正落地。