論層次分析法在高層建筑供水設(shè)備選型中的應(yīng)用

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摘要：本文依據(jù)目前高層建筑各種給水方式特點，通過層次分析法對供水方式進行選擇，進而對供水設(shè)備進行選型，探討一種簡單有效的手段來確定高層建筑供水方式及供水設(shè)備的選擇，做到節(jié)省投資、提高設(shè)計效率，滿足使用功能。并對供水設(shè)備施工時需注意的要點進行了概述。

  關(guān)鍵詞：高層建筑；供水方式；層次分析法；選型；節(jié)能   1高層建筑供水形式簡介   目前所采用的高層建筑給水方式，一般為高位水箱式、氣壓罐式和變頻調(diào)速水泵式以及以上方式的綜合。根據(jù)供水形式的不同，供水設(shè)備分為以下幾種：   高位水箱式供水設(shè)備包括水泵和水箱。高位水箱主要用于貯存調(diào)節(jié)本區(qū)的用水量和穩(wěn)定水壓。水箱內(nèi)的水由設(shè)在泵房內(nèi)的離心水泵供給。   氣壓罐式的設(shè)備包括離心水泵和氣壓罐。其中氣壓罐為一鋼制密閉容器，供水時利用容器內(nèi)空氣的可壓縮性貯存和調(diào)節(jié)水量，并將罐內(nèi)貯水壓送到一定的幾何高度，從而實現(xiàn)無水箱供水。   變頻調(diào)速水泵式的給水方式，主要設(shè)備就是變頻泵，是一種將單片機技術(shù)、變頻技術(shù)和水泵相結(jié)合，通過變頻器電源改變頻率和電壓，以控制交流電動機的轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)水壓與流量可調(diào)的給水設(shè)備。由于變頻泵的流量與壓力可調(diào)，可取消高位水箱。其中，全自動變頻調(diào)速恒壓給水設(shè)備在高層建筑中的應(yīng)用更是取得了較好的效果，其由水泵機級、變頻控制柜（箱）、自動化儀表、管件及底座組成，有時還附設(shè)有氣壓水罐，用以改善零流量或小流量時的能量損耗和供水問題；包括型式有：GSBP、JSW、XBH-Ⅲ、JKS、AAR、GDS、SBT型。   2常用供水形式及其選型   在高層建筑給水系統(tǒng)設(shè)計中，確定經(jīng)濟合理、技術(shù)先進和供水安全可靠的給水方式，是高層建筑給水系統(tǒng)設(shè)計的核心；同時，確定供水形式也就是確定供水設(shè)備的選型，供水設(shè)備的選型對整個高層建筑的供水功效與節(jié)能有著不可估量的作用。   2.1常用供水形式   高層建筑給水系統(tǒng)的供水形式可概括為三種基本類型，八種形式。即高位水箱給水系統(tǒng)：有并聯(lián)水泵水箱給水式、串聯(lián)水泵水箱給水方式、減壓水箱給水方式和減壓閥給水方式四種形式；氣壓給水系統(tǒng)：包括并列氣壓給水裝置方式和氣壓給水裝置與減壓閥結(jié)合兩種形式；變頻泵給水系統(tǒng)：包括并列（即根據(jù)建筑的不同高度分區(qū)采用不同的水泵機組供水）和減壓閥（整個供水系統(tǒng)共用一組水泵，分區(qū)處設(shè)減壓閥）兩種形式。另外在實際設(shè)計中也出現(xiàn)了變頻調(diào)速水泵與高位水箱的聯(lián)合供水方式，由于其供水更加安全可靠，應(yīng)用有增多的情況，本文不做詳細論述。在已建的工程中八種供水方式均有采用，許多專家學(xué)者都在這方面做過研究，但某一建筑究竟采用何種供水方式迄今沒有一個確定的標(biāo)準，仍需要設(shè)計人員依據(jù)實際情況，通過計算擇優(yōu)選用。   2.2供水方式選擇   供水方式的選擇是一個綜合決策的問題，因為每一種供水方式都有各自的特點和適用條件。同時，每一建筑都因其建筑功能的不同，設(shè)計者和業(yè)主對供水方式所能達到的目標(biāo)的要求不盡相同，從而在供水方式選擇中需要考慮許多定量的和定性的因素，包括每種供水方式的設(shè)備占用建筑面積、設(shè)備投資情況、供水可靠性、能量消耗情況和管理難易程度。對某一具體建筑要選擇一相對較優(yōu)的供水方式，就必須協(xié)調(diào)這些因素。這就需要設(shè)計者得出各種供水形式在滿足以上各方面因素上的評價權(quán)數(shù)，以及業(yè)主對供水方式的具體要求。由于這些評價權(quán)重針對不同的建筑功能和不同的業(yè)主是不同的，不能簡單的從概念上進行量化，但對特定建筑在滿足各方面要求的條件下卻存在一種相對較優(yōu)的供水方式。   針對此種情況，本文將采用層次分析法進行給水方式選擇，在進行方案確定時既考慮每種供水方式的技術(shù)可行性又充分考慮業(yè)主意見和建筑功能特點。   2.3運用層次分析法進行供水方式的選擇   2.3.1層次分析法的原理   層次分析法是70年代由美國學(xué)者提出的，經(jīng)過多年來的發(fā)展現(xiàn)已成為較為成熟的方法。其基本原理是：將要評價系統(tǒng)的有關(guān)替代方案的各種要素分解成若干層次，并以同一層次的各種要素按照上一層要素為準則，進行兩兩判斷比較并計算出各要素的要重，根據(jù)綜合權(quán)重按最大權(quán)重原則確定最優(yōu)方案。它是在簡單加性加權(quán)法的基礎(chǔ)上推導(dǎo)得出的。   2.3.2給水方式選擇中層次分析法的簡介   在高層建筑給水方式評價中，為相對精確地比較不同給水方式的優(yōu)劣，必須對其不同側(cè)重點加以評價并得出綜合性結(jié)論，然后根據(jù)綜合性結(jié)論，確定其重要性，最后對各供水方式進行排序。因此，根據(jù)層次分析法的基本原理，按如下步驟對高層建筑的八種給水方式進行評價。   （1）建立層次結(jié)構(gòu)模型   根據(jù)所要達到的目標(biāo)及涉及的因素，建立層次結(jié)構(gòu)模型。在設(shè)計中綜合參考各方意見，主要考慮的因素為：所占建筑面積大小、設(shè)備投資大小、供水可靠性、能量消耗情況及管理方便程度。結(jié)構(gòu)模型的第一層為目標(biāo)層，即供水方式選擇A；第二層為準則層Z，作為選擇的依據(jù)；第三層為方案層F，即可供采用的供水方案。模型如圖1：   （2）構(gòu)造判斷矩形陣并求最大特征根和特征向量   由于層次結(jié)構(gòu)模型確定了上下層元素間隸屬關(guān)系，這樣就可針對上一層的準則構(gòu)造不同層次的兩兩判斷矩陣。若兩兩判斷矩陣設(shè)為（αij）n×n，則有αij＞0；αjj=αjj=   1，2，…，n   各層次具體判斷矩陣構(gòu)造方法是；   在給水方式綜合評價目標(biāo)層（A）下，根據(jù)各方式的特點例如所占建筑面積大小、設(shè)備投資大小、供水可靠性、能量消耗情況及管理方便程度等因素，兩兩比較斷面的重要性，性價比越高，其重要性越高，即占建筑面積小重要，供水可靠性高重要等等，如此類推，構(gòu)造該級別判斷矩陣（A-Z）。這里可引用1-9標(biāo)度對重要性判斷結(jié)果進行量化，標(biāo)度如表1。構(gòu)造（Z-F）判斷矩陣則是用八種給水方式的單因子指數(shù)的兩兩比值作為矩陣中元素。   判斷矩陣的最大特征值和特征向量采用幾何平均近似法（方根法）計算。其計算步驟為：   ①計算矩陣各行各元素乘積   （3）計算判斷矩陣一致性指標(biāo)，并檢驗其一致性   為檢驗矩陣的一致性，定義。當(dāng)完全一致時，CI=0。CI愈大，矩陣的一致性愈差。對1～9階矩陣，平均隨機一致性指標(biāo)RI見表2。   當(dāng)階數(shù)≤2時，矩陣總有完全一致性；當(dāng)階數(shù)＞2時，稱為矩陣的隨機一致性比例。當(dāng)CR＜0.10或在0.1左右時，矩陣具有滿意的一致性，否則需要重新調(diào)整矩陣。   （4）層次總排序   計算同一層次所有元素相對上一層次的相對重要性的權(quán)值稱為層次總排序。這一過程是從最高層次到最低層次逐層計進行。假設(shè)A層次所有要素排序結(jié)果分別為α1，α2，…αm，則可按表3的方法計算其下一層次Z中各要素對層次A而言總排序權(quán)值[2]。這里是計算在供水方式選擇中，各給水方式在各相應(yīng)目標(biāo)要求下相對于給水系統(tǒng)整體質(zhì)量狀況的排序，其結(jié)果也要進行一致性檢驗。   當(dāng)時，則認為層次總排序結(jié)果具有滿意一致性。   3層次分析法進行供水方式的選擇的應(yīng)用   現(xiàn)在以湖南某城市的一高層建筑給水系統(tǒng)設(shè)計的供水設(shè)備選型為例，根據(jù)層次分析法的基本原理，按如下步驟對該建筑可以選擇的供水方式進行分析，選出相對較優(yōu)的供水方式，進而確定供水設(shè)備。該建筑總高度105.6m，地下三層，地上23層，為高檔商務(wù)辦公樓，樓頂可以設(shè)高位水箱；業(yè)主要求供水可靠，管理維護方便、節(jié)能（運行能量消耗小）。按照業(yè)主的要求選擇適當(dāng)?shù)慕o水方式，在給水方式選擇上明確要考慮的因素及各因素相對權(quán)重，按層次分析法進行求解，步驟如下：   3.1建立層次結(jié)構(gòu)模型   根據(jù)所要達到的目標(biāo)及涉及的因素，建立層次結(jié)構(gòu)模型。在設(shè)計中綜合參考各方意見，主要考慮的因素為：所占建筑面積大小、設(shè)備投資大小、供水可靠性、能量消耗情況及管理方便程度。結(jié)構(gòu)模型的第一層為目標(biāo)層，即供水方式選擇A；第二層為準則層Z，作為選擇的依據(jù)；第三層為方案層F，即可供采用的供水方案。模型見2.3.2.1中的圖1供水方案綜合評價層次圖。   3.2構(gòu)造判斷矩陣   構(gòu)造判斷矩陣并計算各因素權(quán)重CR和進行一致性檢驗，在設(shè)計中參考業(yè)主及各相關(guān)方意見確定第二層對第一層的判斷矩陣權(quán)重因子，及對系統(tǒng)供水方式的要求權(quán)重；通過專家意見及設(shè)計人員的經(jīng)驗確定第三層對第二層各因子的權(quán)重，即每一供水形式在滿足各要求條件下的權(quán)重。對調(diào)查結(jié)果匯總并構(gòu)造判斷矩陣見表4~9：   3.3層析總排序及一致性檢驗   根據(jù)以上兩層的排序結(jié)果，構(gòu)成對總目標(biāo)的排序（見表10），計算權(quán)重CR并進行一致性檢驗，從而得到最終選擇。   綜上所述，該建筑的供水方式選擇F1方案，即高位水箱并列水泵供水方式。從排序中可看出各種供水方式在該建筑給水方式選擇中的優(yōu)先級別。在現(xiàn)實供水設(shè)備選擇中應(yīng)按實際情況決定，依據(jù)不同建筑的不同功能目標(biāo)，兼顧節(jié)省能源、節(jié)省資金，經(jīng)過計算確定。   4結(jié)束語   本文只是在高層建筑供水設(shè)備選型方面嘗試了新的方法，但在實際的高層建筑施工中，供水方式設(shè)計、設(shè)備選型等仍有許多工作要做。   但可以肯定的是，隨著高層建筑的日益增多和相關(guān)研究的深入，對高層建筑給水設(shè)備的優(yōu)化選型將越來越完善，從而更加能夠符合實際，起到節(jié)省能源、節(jié)省建設(shè)資金、保證使用功能的作用目的。   參考文獻：   [1]陳方肅.高層建筑給水排水設(shè)計手冊.長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1998.   [2]范瑾初.給水工程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.   [3]劉燦生.給水排水施工手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.   [4]曲禮孟.一種高層建筑施工供水的新的設(shè)備.建筑機械，1996，7：44~45.