基于层次分析法的住宅生活给水方式优化选择

基于层次分析法的住宅生活给水方式优化选择
魏天云
【摘要】建筑住宅生活给水方式的选择是一个十分复杂的综合性工程问题，首先介绍了住宅生活给水方式及其特点，然后应用经验法进行定性判断，最后应用9标度层次分析法进行定量选择，根据各种给水方式的综合评价指标排序结果，确定最优的给水方式，为工程技术人员合理选择给水方式提供参考依据。

%It is the very complex engineering problem to choose the residential life water-supply way. The way and characteristics of residential life water-supply were introduced. Empirical method was applied to judge quali⁃tatively. Analytic Hierarchy Process (AHP) used 9 scaling was applied to optimize the way of water-supply quan⁃titatively. The optimal water-supply way was determined according to the sorting result of comprehensive evalua⁃tion index. It could provide the reference to select the reasonable water-supply way for the engineers.
【期刊名称】《安阳工学院学报》
【年(卷),期】2016(015)004
【总页数】4页(P55-58)
【关键词】给水方式;选择;经验法;层次分析法
【作者】魏天云
【作者单位】福建船政交通职业学院道路工程系，福州350007
【正文语种】中文
【中图分类】TU82
D01：10.19329/ki.1673-2928.2016.04.017
建筑住宅生活给水方式的选择涉及的因素非常多，包括用户对水压、水量以及水质的要求，还需考虑工程造价、技术和管理等方面的条件，因此，它是一个十分复杂的综合性工程问题，是住宅生活给水系统设计的关键［1］，必须结合经验和理论应用科学、合理的分析，来正确选择给水方式。

住宅建设中，供水系统一般选择竖向分区，这使得室外管网压力能够得到充分的利用，且避免下层管道静水压力出现过大的现象。

供水方式可以划分为高位水箱式和无水箱式两大类。

其中减压阀式、减压水箱式、串联式以及并联式均属于高位水箱式，而变频调速泵并联供水方式以及气压设备并联供水方式属于无水箱式。

减压阀减压供水可以集中布置设备，而且水泵的数量得到有效减少，有利于维护保养；其次简化管线布置，降低成本；最后采用减压阀代替各分区减压水箱，占地面积少，容易安装，节约成本。

分区减压水箱供水方式可以集中设备的布置空间，减少水泵数量，便于维修保养，安装在各分区中的减压水箱主要是释放静水压力，所占容积不大。

分区水箱串联供水方式并不用高压水泵和高压管线，因为各个水箱所需的用水量只需要由相应的水泵来完成，所以，可以简化设备以及管道的布置，同时，可以根据各区的用水需求来设计各分区的水泵扬程，从而使水泵的效率获得了较大幅度的提高，运行动力费用较低，节能效果较明显。

分区水箱并联供水方式每个分区相互独立，互不影响，提高了供水的可靠性；水泵的布置较为集中，有利于维护管理，其运行动力成本不高，也是一种较为节能的供水方式。

变频调速泵并联供水方式可以不用安装水箱，占用建筑面积小；水泵集中布置，维护管理方便；消耗能源较少。

对于多层住宅建筑，其供水高度低于市政管网水压的，应尽量利用市政管网水压，以利于节能，若用水高峰期，出现水压不够的现象，可添置一个高位水箱。

住宅建筑小区的高层用水很难通过外管网压力获得满足，一般可以考虑设置供水水泵来进行解决。

据统计，供水水泵消耗的电量占据我国总用电量的大约26%，有
相当一部分被浪费了。

若泵在运行过程，其速度保持不变，则为恒速运行，这种泵比较耗能。

若泵在运行过程中，其运行速度可以随着泵的负荷发生变化的，为变速运行，即变速水泵，这种水泵比较节能。

并联分区的给水方式尤其适用于高层建筑，从节能角度考虑，分区时，市政管网水压线以下的楼层划分为低区，其供水由市政管网来提供，这样能够减少一部分的耗能［2-3］。

如果供水管网压力小于供水压力时，或者小区内的用水量出现不均匀的情况，可以考虑采用水泵和水箱联合给水的模式来解决。

为了使水泵能够在高效率区间运行，采用液压水位继电器来控制水泵的启停，即处于低水位时，水位继电器工作，水泵自动接通，若处于高水位时，水泵自动停止运行。

采用这种供水方式，供水安全可靠，并且水泵运行在高效状态，是最经济合理的。

为了能够更好地将定性分析与定量分析统一起来用于决策受多因素影响的问题，而产生了层次分析法，它是由美国的T·L·Saaty首先提出来的，主要适用于对问题按优劣次序进行排序［4-7］。

高层建筑的给水方式所受的影响因素比较多，因此也适合采用层次分析法进行优化选择。

建筑给水方式模型主要由三层构成，即目标层、准则层和方案层。

其中目标层是高层建筑给水方式；准则层根据调查主要包括设备成本、管理方便程度、占地面积、能量消耗以及供水可靠性，并且它们的重要性是依据专家以及客户的意见确定；常见的给水方式有八种，如表1所示，建筑给水方式层次模型如图1所示。

3.2构建判断矩阵
根据工程师的经验以及专家的建议，同时采用9标度方法来确定判断矩阵元素的
取值大小［8］，如表2～表7所示。

3.3一致性检验
一般采用特征值法判断矩阵的一致性：
公式中的CI表示一致性指标，λmax表示最大特征值，n表示的是因素的数量，即阶数。

平均随机一致性指标 RI可以由表8查得，一致性比例CR：
只有CR＜0.1，层次排序结果的一致性才能接受。

总排序一致性检验：
3.4计算结果及分析
本文应用层次分析法软件yaahp V.9.1进行求解计算，其主要结果如表9所示，其中最大特征值λmax由软件yaahp V.9.1求得；一致性指标CI根据公式（1）来求；RI的值可以由表8查得；一致性比例 CR由公式（2）来求；总排序一致性检验根据公式（5）可知，CR总=0.0214＜0.1，说明总排序结果也具有满意的一致性。

由表9可以看出，当考虑设备成本时，减压水箱供水方式与高位水箱减压阀供水方式是最好的；当考虑管理方便程度时，变频调速供水方式是最佳的；当考虑占地面积时，高位水箱并联供水方式是最佳的；当考虑能量消耗时，高位水箱串联或并联供水方式是最佳的；当考虑供水可靠性时，高位水箱并联供水方式、减压水箱供水方式与高位水箱减压阀供水方式是较好的。

由总排序结果可知，方式4的综合权重（0.1916）是最大的，即高位水箱减压阀供水方式可以作为优先考虑，其次是减压水箱供水方式、高位水箱并联供水方式、变频调速供水方式、高位水箱串联供水方式、气压罐供水方式。

1）根据住宅建筑常用的供水方式及特点，指出给水方式必须依据用户对水质、水压、水量和安全性的要求，并结合室外管网所能提供的水质水量和水压的情况进行综合确定。

2）利用9标度层次分析法优化建筑给水方式，得出采用高位水箱减压阀供水方式的综合权重（0.1916）最大，可以作为优先考虑的给水方式。

［1］魏天云.建筑给排水设计中的节水节能分析［J］.福建建材，2013（12）：
64-66.
［2］马艳丽.压力罐供水方式在农村小型供水工程中的应用［J］.水利与建筑工程
学报，2013（5）：110-113.
［3］刘德明.节能住宅给水系统分区和分区层数探讨［J］.给水排水，2009（1）：77-80.
［4］洪继华，宋依兰.层次分析法在水环境规划中的应用［J］.环境科学与技术，2000（1）：33-35.
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