给水设计秒流量研究和应用现状

肖 天 魏富鹏

西安工业大学建筑工程学院（710021）

0 前言

在建筑给水系统设计时，综合考虑卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、用水规律等各项因素，将用水高峰时段的最大瞬时给水流量作为给水设计秒流量。 设计秒流量实际是一个理论计算值。在一个给水系统中， 合理确定设计秒流量非常重要。 设计秒流量值过大，则会造成管网整体管径过大；若设计秒流量过小，则会出现不能满足用水高峰时段的水量需求。

1 秒流量研究方法

1.1 经验法

经验法早期在英国广泛使用，其主要用于仅设有少数卫生器具的建筑物。其原理是根据经验制订出常见的几种卫生器具的大概流量，然后将其相加得到给水系统的设计流量。 此方法虽使用简单快捷， 但是缺乏理论依据且不能用于系统的精确计算。

我国现行标准中关于宿舍 （设公用盥洗卫生间）、工企业的生活间、公共浴室、体育场馆、剧院、职工食堂等建筑的生活给水管道设计秒流量计算公式属于经验法，具体形式见式（1）:

式中：qg——计算管段的给水设计秒流量，L/S；q0——同类型的一个卫生器具给水额定流量，L/S；n0——同类型卫生器具数；b——卫生器具的同时给水百分数（%），见《建筑给水排水设计标准》（GB 50015—2019）。

1.2 平方根法

其基本形式为：qg=bN0.5。 平方根法较经验法取得了一定的进步，曾在德国、苏联广泛应用，但因其未考虑使用人数、使用频率对设计秒流量的影响而被逐渐淘汰。 1976 年苏联废除原平方根法计算公式，应用新的以概率法为基础的计算公式。 我国借鉴了苏联平方根法并一直沿用至今。

我国现行标准中关于宿舍 （居室内设卫生间）、旅馆、宾馆、酒店式公寓、医院、疗养院、幼儿园、养老院、办公楼、商场、图书馆、书店、客运站、航站楼、会展中心、中小学教学楼、公共厕所等建筑的生活给水设计秒流量计算公式见式（2），从公式形式来看，明显看出该公式属于平方根法:

式中:α—根据建筑物用途确定的系数，见《建筑给水排水设计标准》（GB 50015—2019）。

1.3 概率法

概率法最早由美国工程师亨特于1924 年提出，该理论认为，在一个给水系统中，人们何时使用何种卫生器具都可以看作是随机事件， 且这些事件之间相互没有影响，服从二项分布。 亨特创造性地提出了给水保证率Pm=99%， 认为n 个器具中同时使用数量超过m 个的概率小于1%。 据此理论便可以求得同时使用的卫生器具数量，最后根据卫生器具的额定流量及使用个数便可求得设计流量。 概率法的基础理论可靠，符合现实用水情况，考虑的客观因素较多，得到了较为广泛的应用[1]。 目前美国、日本、俄罗斯都已经应用了概率法。

2 概率法应用现状

2.1 国外应用现状

美国将亨特概率法进行了加工处理， 最终以卫生器具负荷单位数与系统设计流量关系图表的形式将其纳入规范，使得使用更为简便、快捷。 日本在美国将亨特概率法纳入规范后， 也将亨特概率法引进并纳入到规范中。

俄罗斯现行给水设计秒流量计算公式来源于绍宾斯基的研究成果。 绍宾斯基1966-1975 年对各类建筑物秒流量计算方法进行了大量研究， 总结出能够描述各种形式日用水量积分曲线的通用关系式。此方法虽然具有较强的通用性、考虑的影响因素多，但是计算难度较大。 为便于将此方法应用到工程实践， 苏联有关部门在1976 年将该方法简化得到了简便的设计秒流量计算公式。 设计秒流量计算公式随即在1976 年新版标准中得到了推广， 在之后的1985 版标准以及1998 版标准中也没有发生改动[2]。

2.2 国内应用现状

我国目前并没有实质性的以概率法为原理的秒流量计算方法，《建筑给水排水设计标准》（GB 50015—2019）中关于住宅建筑给水设计秒流量计算的方法沿用了 《建筑给水排水设计规范》（GB 50015—2003）版中的计算方法，其本质还是属于以概率法对平方根法的修正，并不是纯正的概率法[3]。

出于历史原因，澳门地区与大陆并没有使用统一的建筑给水排水规范，澳门地区现行的《澳门供排水规章》（法令49/96/M 号） 由葡萄牙文翻译而来。 此方法适用于澳门地区所有工程设计。 在《规章》中给出了卫生器具的“最低流量”及“累积流量-计算流量”曲线图。 此曲线的基础是概率法，考虑了卫生器具的同时出流概率。 在设计时，根据计算管段上的卫生器具得出最低流量之和即“累积流量”，再根据“累积流量”值查“累积流量-计算流量”曲线图得出“计算流量”即管段设计秒流量[4]。

2003 我国颁布 《建筑给水排水设计规范》（GB 50015—2003）。 对于住宅建筑给水设计秒流量的计算方法做了很大的调整，以概率法为基础，修正了原平方根法的不合理的部分。 对给水当量数小的配水支管，不会再出现“计算值大于该管段上按卫生器具给水额定流量累加所得流量值” 的不合理现象，使配水支管的流量分布合理化；对给水当量数足够大的配水干管，不会出现计算值小于最大时平均秒流量的不合理现象，使给水当量数大时，设计秒流量与最大时平均秒流量有了一个较平缓的接轨；此外还充分考虑了我国的具体情况，如用水定额、当量数、使用人数及使用时间。 此次修订为我国秒流量研究揭开了一个新的篇章，在此之后国内也有许多学者展开了以概率法为基础的秒流量计算研究。

陈和苗[5]以概率法研究了住宅类生活给水管道设计秒流量，综合考虑了多种影响用水因素并推导出了适用于住宅、居住区、医院、办公楼等建筑的公式，还分析了给水保证率、卫生器具使用频率对设计流量的影响。 结果表明概率法计算所得流量与实测流量具有较好的吻合性。

标准中对给水设计秒流量计算公式使用范围有着明确的规定。 经过研究发现部分公共建筑采用平方根法计算的结果与概率法计算的结果具有相似性。 杨学福[6]利用概率法计算了办公楼的给水设计秒流量，并将其计算结果与规范中平方根法所得计算值作了对比。 结果表明，办公楼建筑给水设计秒流量的计算方法可以参照住宅类建筑给水设计秒流量的计算方法。

卫生器具的使用概率决定着一定给水保证率下同时使用的卫生器具数量，对给水设计秒流量起决定性作用。 我国地域辽阔，用水习惯差异较大，实测每个地区卫生器具的使用概率不现实，只能根据已知的设计条件从理论上来确定该建筑物内卫生器具的使用概率。 王琛[7]在计算最大用水时卫生器具使用概率，对耗水量的计算引入了经验系数“α=0.6”， 在重新定义卫生器具的使用概率后推导出了使用概率法求解秒流量的计算公式，引入的系数为经验值，没有实测数据支撑，是否正确还需进一步研究。

3 结语

综合国内外研究现状，应用概率法研究建筑给水设计秒流量已成为主流趋势。 国外已经有了完备的给水秒流量计算体系，可以作为我国给水设计秒流量研究的参考，但是不能照搬。 建立我国以概率法为基础的给水设计秒流量计算体系是一个庞大而复杂的工程，虽然我国科研人员对给水设计秒流量公式的改进作了深入的研究，但是都主要停留在理论推导方面，未被实践检验，还需要大量的基础数据测试及研究。