【转载】建筑给排水的三维展开图

摘　要：　经过多年工程设计的实践，提出了三维展开图绘图方法，以取代传统的轴测图，即保留原轴测图的高度坐标Z轴并设立了包括XY平面的M坐标，视其为展开性坐标轴和具有一个最小单位度量且与其成45°角的Y0轴。三维展开图可以满足设计文件要求的深度，减少绘图工作量，提高设计效率和质量，是一种新的绘图法。
　　关键词：　建筑给排水；　设计；　三维展开图
　　中图分类号：TU204　　文献标识码：C　　文章编号：1000-4602(1999)10-0033-04

　　在建筑给排水工程图中，通常用平面图表达各种卫生器具、给排水设备、立管、进出户管等在建筑平面中的位置，用系统图来表达它们在管道系统上的连接点位置(连接顺序、连接方式)及技术要求(管径、坡度、安装高度、设备的技术参数等)，并用轴测图来表达系统图的内容，用各种图例来区别管道类别。
　　但是，建筑工程的迅速发展导致了建筑给排水系统的多样化和复杂化，利用轴测图来绘制建筑给排水的系统图已难以实现。为此，从80年代末开始有些设计人员探索用二维展开图来表达高层建筑的给排水系统图，由于没有给二维展开图建立明确的坐标系及绘图方法，使系统图中管道标高的标注缺少载体，只能放在没有高度坐标的平面图中去完成，各种表达方法也因设计人员对二维展开图坐标系的理解不同而不能统一。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，全国各地兴建了许多具有各种消防和生活供水加压系统、分区系统的高层建筑，户型和体型丰富多变的住宅建筑(坡屋顶、跃层、退台、变层高)，以水处理和水循环为主要工艺的水上乐园等……，导致了建筑给排水系统的多样化和复杂化。然而，国内外大部分设计者基本上仍采用缺少高度坐标的流程图作为工艺施工图中的管道系统图，这种流程图缺乏对施工图阶段工艺管道系统设计深度和设计意图的表达能力。
　　三维展开图则不然，它对日益发展的建筑给排水的多样性、复杂性有极强的适应能力，对系统图所要求的设计深度有较强的表达能力，对设计质量有一定的控制能力。经多年设计实践证实，该法既能使水的系统图满足现行“建筑工程设计文件编制深度的规定”要求，又能减轻设计人员绘图工作量，提高工作效率，而且对具有一定复杂性和难度的各种给排水工程(建筑给排水、工业给排水、水处理工艺等)有极广泛的适用性。

1　三维展开图的特点

　　三维展开图所具有的三维空间形式是立足于确保“建筑工程设计文件编制深度的规定”要求，从平面图与系统图的对应性、互补性及设计深度要求出发，对轴测图坐标系中的六个要素(X、Y、Z三个方向的坐标及x、y、z三个变量)在系统图表达中所起的作用进行综合分析后重新组合成的一种特定的具有展开性能的三维空间形式(见图1C)。这种三维展开图的坐标系给各种技术数据的标注提供了足够的载体，充分满足了水系统图关于流量和压力设计的表达要求。
　　①　三维展开图纵向坐标定义为高度坐标，横向坐标定义为包含X、Y两个变量信息的平面M坐标。
　　在轴测图中，空间一个点是用X、Y、Z三个方向的坐标来确定，所以轴测图可以全方位地反映系统图所要表达的内容，并且使系统图中各种立管、横管、卫生器具、设备与它们在具有X、Y坐标轴的平面图中位置一一对应。
　　但是，在三维展开图中空间的一个点只能用X、Z两个方向的坐标确定。如何使展开图中的各种立管、横管、卫生器具、设备与它们在具有X、Y坐标轴的平面图中位置一一对应呢?可以把三维展开图中的横向坐标定义为包括X、Y两个变量信息的平面M坐标，在平面图中对三维展开图所需要表达的各种立管(穿楼板的立管，带横支管的立管)、卫生间、厨房、浴室、管井、设备用房、进出户管都编号，并和它们在三维展开图中的编号一致，使系统图中所表达各种立管、卫生器具、给排水设备、进出户管都带有X、Y两个变量的信息，从而增加了系统图和平面图之间的联系环节。

　　　

图1　平面图、轴测图、 三维展开图的坐标系　　

　　②　在三维展开图中保留了轴测图中Y轴的方向，取消了Y轴的度量大小。
　　在三维展开图中因缺少Y轴坐标，所以省略了管道前后方向的变化。在各种压力管道前后位置变化时无特殊要求的供水系统图中，这种省略可使系统图回避一些不必要的表达环节，更简明地表达出实质性内容——各种卫生器具、给排水设备、立管、进出户管在管道系统上的连接方式、连接顺序及技术要求，这是三维展开图对轴测图简化的一个最成功的地方，但也因此带来一些局部性的缺陷。因为在污水、废水等系统图中，若采用缺少Y轴坐标的展开图就无法表达出重力流管道系统中对各种水平转弯或连接管道的技术要求(清通方式、转弯或连接角度)；而在各种供水系统图中，有时为表达方便也有极个别地方需要表达管道的前后方向(例如水平成环的供水管网)。为此，有必要在三维展开图的二维空间中，对于不可回避的Y轴方向管段采用尽可能短的45°斜线表达，并设立了具有一个尽可能小的度量并与M坐标轴成45°的Y0轴，具有这个尽可能小的度量的线段也表示XY平面中与X轴或Y轴成任意角度的线段。把Y0轴的度量设定为一个尽可能小的度量的目的是：只需要Y0轴完成XY平面中(即水平面)线段水平相交的表达，而不希望因Y0轴的度量增加而削弱了M坐标轴对XY平面的展开性，并且规定Y0轴的尽可能小的度量为1/3～1/2层高，它反映了XY平面在M坐标轴上展开力度的变化。Y0坐标轴的设置不仅使水的系统图具有了空间的表达形式，而且使三维展开图和各种建筑剖面(包括水池、水箱)建立了吻合点(Y0=0时)，使三维展开图按建筑剖面展开的方法有了理论依据。
　　③　用汉语拼音字头表示管道的类别，同类系统的系统代号、立管代号、横管代号相同。
　　为了便于叙述在复杂系统中不同功能的横管，可以把同一系统中作用不同的横管用相同管道代号并标注不同的编号来区别，从而加强系统图内容的条理性和概念性，这是用图例表示管道类别时常常无法顾及的表达方法。
　　④　三维展开图中管道系统的布图方向。
　　在轴测图中我们规定管道系统的布图方向与平面图一致，但是在三维展开图中应使供水系统的管道布图方向与建筑物的主要剖面一致，并使各种设备用房：水泵房、水箱间、管井、减压阀室、热交换间等在剖面上定位，以增加系统图与平面图的对应性。把污水、废水、雨水系统的管道布图方向平行于出户管的方向。

2　三维展开图的运用举例

2.1　表达高层建筑给排水系统
　　由于高层建筑各种供水系统都有其各自的加压系统，因而带来许多不带供水支管的输水干管，例如水池、水箱、换热间、减压阀室、报警阀室的进出水管。而各种供水系统的压力分区又使在建筑平面上处于相同位置的立管或横管因系统的分区要求而分别属于不同的分区。根据高层建筑给排水的这些基本规律，对各系统、立管、横管编号，方法如下：
　　①　同类系统的系统代号与管道代号相同。
　　②　供水系统的管道分一类管、二类管。一类管为不带供水支管的输水干管，其管用01、02…编号。二类管为带供水支管的输水管道，其管道用1、2…编号。
　　③　在有压力分区的供水系统中，二类立管的管道编号为该管道的平面位置号，下标号为竖向分区号。二类横管的管道编号同分区号。
　　④　污水系统的横管管道编号同其系统编号，详见表1。

表1　系统管道编号举例

　　

　　为了增加平面图与三维展开图的联系环节，在三维展开图中标注了各类卫生间、管井、设备用房在平面图中的编号，并使二类立管的管道编号尽量与其所在的管井编号一致。
2.2　表达户型复杂的多层住宅给排水系统
　　随着跃层、退台、变层高住宅的出现，常常使一栋五单元、六单元的住宅楼户型变化复杂，例如某项工程设计按厨房及各种卫生间在户内布置的位置不同，把户型归纳成16种。但是住宅的给排水有它自身的规律，即每户用水的房间都是厨房k，卫生间W；每户厨房虽然面积不同，但用水器具相同；各种卫生间虽然面积不同，卫生间内各种卫生器具的平面布置不同，但从卫生间内卫生器具的设置类型来分只有3种，即带四大件的卫生间Wa(淋浴、洗面盆、洗衣机、坐便)、带三大件的卫生间Wb(坐便、洗面盆、浴盆)、带二大件的卫生间Wc(坐便、洗面盆)。根据多层住宅给排水的这些基本规律，按户内给水支管从水表后与厨房及各类卫生间的连接顺序及管道铺设方式的不同，把16种户型的户内给水支管系统简化成5种；按各类卫生间内各种卫生器具与给排水支管的连接顺序不同，把11种面积和卫生器具布置不同的卫生间Wa简化成5种；7种面积和卫生器具布置不同的卫生间Wb简化成3种；5种面积和卫生器具布置不同的卫生间Wc简化为2种。这样就可以把住宅给水系统分成三个层次表达：
　　①　每个单元给水干管系统；
　　②　各种户型户内给水支管系统(以户内水表前的管道为给水干管，水表后的管道为户内给水支管)；
　　③　卫生间、厨房给水系统。
　　把住宅的污水分成二个层次表达——污水干管系统和卫生间、厨房污水系统。
　　虽然这种表达方法在平面图和系统图内除了要标注出穿楼板的给排水立管编号，还需加注户内带支管但不穿楼板的给水立管编号及各种户型和卫生间编号，但是大大简化了在轴侧图中变化复杂的16种户型的户内给水支管系统图和各种卫生间大样图，使系统图更加直观地反映了住宅给排水系统的内在规律性(见图2)。



图2　多层住宅给水系统

2.3　表达游乐池的管道系统
　　在图3中，利用滑道池的主要剖面作为管道系统的布图方向，使各种吸水口、泄水口、溢流回水口、进水口、大小循环管道与池底、水面的纵向关系一目了然，清楚地表达了池水逆循环的设计意图和各种滑道的水循环系统。三维展开图的这种表达效果是轴侧图及缺少管道标高的原理图都力所不能及的。



图3　滑道池管道流程图

3　结语

　　用三维展开图表达系统图内容和用汉语拼音字头表示管道类别，不仅使给排水工程图的设计深度符合国家现行《建筑工程设计文件编制深度的规定》，而且比用轴侧图表达系统图内容和用图例表示管道类别更能适应给排水系统的多样性和复杂性，更有利于表达各种系统的内在规律和概念性的设计思路。由于这种具有三维空间形式的展开图使水的系统图具有其应有的压力要素及设计深度，所以它对设计质量具有较强的控制力。
　　目前各种建筑给排水软件基本上还是以轴侧图表达系统图内容和用图例表达管道类别，因而常常束缚设计人员的设计思路，希望建筑给排水软件的编制能立足于提高设计人员设计思路的表达速度，增加软件对各种类型建筑给排水规律的适应能力，为改进建筑给排水工程图的表达方法开拓出更新的思路。