空调风管系统计算与绘图一体化软件的开发

摘要：介绍了空调通风工程风管系统计算与绘图一体化软件的开发方法，包括计算与绘图的连接，数据的结构与传递，计算公式与系数的确定，水力计算与自动成图的流程。
　　建筑设备设计软件经过了单纯的计算软件阶段和单纯的绘图软件阶段，正在向着计算与绘图一体化方向发展。计算软件阶段是最初级的计算机辅助设计阶段。单纯的绘图软件虽然使得软件的实用性有所增强，绘图效率得到提高，但依然存在计算与绘图相分离、人工智能的因素太少、工作量大并容易出错等问题。本文以空调通风施工图绘制和计算最繁琐部分——风管系统为例，研究计算绘图一体化软件的开发方法。
　　1　空调通风风管平面图计算与绘图的连接
　　1.1　计算绘图连接方法
　　计算与绘图相分离的软件是这样工作的：根据管道的布置，先画一张系统草图，在草图上标注长度、局阻和风量等数据，然后按照这些数据，由计算程序进行水力计算，并打印出计算结果，再按管径数据绘出正式图、进行标注和统计设备材料。在此过程中具有许多重复性的操作，使得过程复杂繁琐。若能把绘图和计算结合在一起，由计算机绘制风管轴线之后自动查询管道长度、局阻信息并进行计算，然后将数据返回到图形上，就可以大大缩短设计周期、减轻设计者的工作量。
　　分析上述过程可以发现，如果利用计算机自动计算与绘图，在整个设计过程中，图形数据和计算数据的反复传递贯穿设计全过程。可以把系统布置的信息以文件形式传递给计算机，由计算机按既定的数学模型和数据结构，计算、分析、整理这些信息，然后把它转换成图形信息，调用自动绘图软件成图，从而实现计算与绘图的一体化，见图1。
　　

　　图1　计算绘图一体化工作过程与数据传递
　　本文选择AutoCAD嵌入式语言AutoLISP作为编程语言。AutoLISP语言具有数据文件功能，可以很容易地与其它高级语言联接起来，这样既能利用AutoLISP强大的绘图功能又能充分发挥高级语言的计算能力，还可以利用“ACAD.PGP”文件，把应用程序挂在菜单中执行。
　　1.2　数据结构及数据传递
　　在通风空调管道系统软件中，我们预定一个数据规则，按照这个规则采用AutoLISP语言来构造工程数据文件。风管平面数据表的格式可以采取下列形式：
　　(管段长度、管径、流量、流速、局部阻力系数……)

　　此表可以很清楚地描述出任意管段的特点。把若干个这样的表按着一定的顺序排列在一起，就构造出了一个动态的通风空调工程数据文件。
　　在通风空调软件中，生成的数据文件主要是用于进行水力计算和生成风管平面图，故不需要对数据进行大量的修改、频繁的检索和调用。由于每个数据文件都是由长度不同的单元数据及变长度字符串数组所组成，而且每组数据有严格的记录格式，所以我们对最不利环路的选择和水力计算中的数据文件，都采用了顺序文件的格式。
　　风管轴线完成后，在最不利环路和各支管管路选择时，采用人机交互的方法来得到数据文件，通过判断轴线上的节点类型(风口、弯头、三通、四通等)来得到关于最不利环路和各支管管路的管段类型、风量、管长等信息及各点的编号、位置、节点类型、角度等的节点数据信息，其格式分别如下：
　　管路数据文件(缺省文件名fg.dat)
　　(管路类型　节点编号　风量　角度)
　　节点数据文件(缺省文件名pi.dat)
　　(节点编号　节点位置　节点类型　角度)
　　在得到了以上两个数据文件之后，我们便可以进行风道的水力计算。从计算程序中，我们得到了一个关于管段(矩形管)的高度、宽度、阻力、全程阻力等的数据文件，其格式如下：
　　管道数据文件(缺省文件名fgg.dat)
　　(管段类型　编号　风量　管段高　管段宽　风速　段阻力　全程阻力)
　　数据文件生成后，把它传回到AutoCAD中，并读取节点数据文件，从而能够自动地生成全部图形，然后根据风量、阻力来选择风机或风机盘管等，自动进行管径标注、管道材料的统计以及生成材料表。
　2　风管的水力计算及局阻系数的确定
　　采用假定风速法，选择最不利环路，进行管道的水力计算。数学表达式如下：
　　Rmilhi=ΣRm(i-1)lh(i-1)
　　(1)
　　式中　Rmi——第i段支管的比摩阻;
　　Rm(i-1)——第i-1段支管的比摩阻;
　　lhi——第i段支管的换算长度;
　　lh(i-1)——第i-1段支管的换算长度。
　　根据当量长度法，有
　　lhi=li+ldi=li+0.410L0.609iv-0.504iΣζi