王世军，张宏宇

(内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020)

目前，在利用PDMS三维设计软件自身功能进行供暖管道设计时，主要用于供暖系统的设备管道模型布置设计和检查碰撞，不能够进行管系水力计算。通常在PDMS平台之外进行水力计算工作，再根据计算结果手动修改调整模型。供暖系统管系错综复杂，若使三维模型与水力计算结果相一致，需要设计人员进行大量的手动重复修改模型工作，总体设计效率较低，且不能很好地保证最终模型的准确度和精细度。因此，有必要在PDMS平台上进行二次开发，使其可以实现水力计算功能，并自动调整模型，以提高工作效率和设计成果的精确度。

1 软件主要功能及框架

软件采用PDMS的PML(Programmable Macro Language)用户开发语言编写。该语言内置函数丰富，开发便捷，与PDMS无缝对接。开发软件主要功能需求：能够自动识别供暖管路系统模型并纠正连接错误；根据设定参数进行水力计算，并同步调整三维模型管径；输出水力计算书、设备材料统计报表等多种功能。

软件总体设计流程见图1。

图1 软件总体设计流程图

2 软件开发实现

2.1 管道模型连接检测及纠错

用户选择好初步建立的管道系统模型后，需要对管道连接信息进行检查，只有连接信息正确且完善的情况下才能进行水力计算。对管道进行连接完整性检查需要对管道整体进行遍历，采用递归的方式进行遍历,先遍历主干管道，遇见分支管道则暂停对主干的遍历，转而遍历分支管道，遍历完分支管道返回继续遍历主管道。其它部分要对管道进行遍历，也是采用同样的方式和算法。递归算法是把问题转化为规模缩小了的同类问题的子问题，对供暖管道整体进行遍历可以分解为对每个分支管道进行遍历，而一个分支管道又是一个完整的管道，所以采用递归算法对供暖管道进行遍历非常合适。

2.2 整体管系水力计算

根据检测出的供暖管系拓扑结构，按照管路系统经济比摩阻及接口资用压力条件，对整体管系进行水力计算，计算流程见图2。

图2 整体管系水力计算流程图

具体规则如下：

(1)与散热设备连接的管道分支的管径，根据与之直接连接的散热设备散热量进行水力计算确定。计算后，对应修改管道管径和散热设备接口管嘴口径。

(2)三通汇合处的管径由对三通下游所有的散热设备散热量进行水力计算确定。计算后，对应修改管道管径。

(3)管道中出现管径变化的管段，应添加相应的变径管件。

水力计算采用等温降法，参照《实用供热空调设计手册》方法。

2.3 水力平衡计算

对散热器管道拓扑结构整体进行水力计算后，各并联环路(不包括公用段)压力损失可能存在差额，规范要求相对差额不应大于15%。对于压力损失相对差额超过规定的并联环路，就需要进行水力平衡计算。水力平衡计算时，对与散热设备直接连接的各分支管(基层分支)不进行改动，只依据各个基层分支的信息对各并联环路主分支管道进行水力计算，计算采用的公式与整体水力计算一致。选择要调整并联环路分支，设定比摩阻限定值，使该分支与其它分支相对压力损失差额符合规范要求。阻力水力平衡计算流程见图3。

图3 水力平衡计算流程图

2.4 修改管道管径

通过水力计算可以计算出每个散热器设备所需要的管径以及管道汇总后的管径。遍历管道，从水力计算结果中读取管段对应的管径，然后修改管道管径，流程见图4。

图4 修改管道管径流程图

2.5 导出计水力算书和设备材料统计报表

将水力计算的结果输出到表格文件中，形成水力计算书。对供暖设备和管道材料进行统计，统计结果为可编辑的Excel表格，最终可以将统计结果文件转换为DWG格式，文件样式应与实际工程设计中的设备明细表和零件明细表一致。

3 软件应用

3.1 软件使用条件及主要功能

以散热器供暖系统水力计算为例，使用该模块前，确保散热器供暖系统设备和管道初步建模完成。即，管道走向及空间定位布置完成，管径可不做限定，可以采用一种管径或初步估算管径；管道与散热器连接完毕。

该模块主要功能为：对已初步建立的散热器供暖系统进行参数设置，包括：散热器散热量设置、水力计算参数设置；自动检测系统模型并纠正连接错误；对所选管路系统进行水力计算并同步自动调整模型；进行分支管路水力平衡分析计算；输出计算书。该功能模块的界面见图5。

图5 软件主要界面

3.2 初始参数设置及修改

3.2.1 散热器散热量设置

散热器散热量是单片散热器片的散热量，软件提供默认值设置，也就说该供暖系统默认情况下认为所有散热器片的散热量都是默认值。如果该散热器系统中存在特殊散热器片，即散热量不同的散热器片，可以通过“局部修改Q值”按钮的功能实现。

3.2.2 管系水力计算参数设置

在进行水力计算前用户还需设置供暖系统设计供回水温度、设计比摩阻限定值等参数。水的物理学参数在程序内置数据库中自动选择提取。

3.3 模型检测及纠错

用户在进行水力计算前，要保证管系模型连接完整并且正确。软件提供了模型自动检测及纠正功能。点击“模型检测及纠错”按钮，软件自动检测管道连接拓扑结构，并且在模型空间中高亮显示，自动列出缺少连接信息的管道及管件。

根据检测出的提示信息，用户选择哪一条连接缺失或错误信息，软件会自动定位到相应的三维模型，并且放大显示。用户根据缺失或错误连接的类型通过 “连接BRANCH”和“连接NOZZLE”来完善连接信息。检测纠错后的完整模型见图6。

3.4 管道系统整体水力计算

管系经过检测纠错系统确保无错误信息后，用户可以进行整体水力计算。点击“管道系统整体计算”按钮，软件自动完成所选关系的整体水力计算并同步修改模型中各段管道(及其所含所有管件)的管径。若供暖系统结构简单，不需要做分支水力平衡计算的，可以直接输出水力计算书。图7中，各段管线管径均已按计算结果调整。

管道口径变化处，软件自动增加变径，见图8。

图7 水力计算调整后的管系模型

图8 管径变化处自动增加变径

3.5 水力平衡计算

对于复杂管路系统，需要做分支水力平衡计算，先选择最不利管系，设定比摩阻限定值，点击“干管支管分开计算”。输出计算书，分析计算分支要达到水力平衡条件所需求的阻力。根据阻力需求，设置分支管平均比摩阻限定值，选择分支管进行水力计算，最终使其设计阻力达到要求阻力值，并输出各系统水力计算书。

3.6 设备材料统计

进入设备材料统计模块，该模块主要功能为：对设计内容中所包含的供暖设备、材料进行详细统计，包括设备材料规格型号参数、数量等，自动生成CSV格式报表，并按定制格式输出DWG格式出图文件。

4 结语

在PDMS三维平台下开发专门适用于供暖系统水力计算的软件，使供暖系统三维设计即具备合理布置、解决碰撞功能，又具备实时计算、同步修改模型功能，同时可输出水力计算书、材料统计报表。软件实现实时交互式信息双向反馈功能，解决了传统应用PDMS平台进行供暖系统三维设计时，仅用于布置建模，无法进行设计计算，在设计中后期手动重复性修改模型的工作量庞大等问题。