(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210801447.3 (22)申请日 2022.07.07 (71)申请人 中南建筑设计院股份有限公司 地址 430071 湖北省武汉市武昌区中南 二 路 (72)发明人 张慎　孟凡凯　王义凡　杨泽旺　 程明　辜文飞　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 钟锋　黄帅 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 多斗虹吸式屋面排水系统的设计方法及系 统 (57)摘要 本发明公开了一种多斗虹吸式屋面排水系 统的设计方法及系统， 该方法包括： S1、 基于BIM 软件平台建立整体 建筑屋面三维模 型， 建立虹吸 式排水系统各设备的BIM 数据库； S2、 对建筑屋面 进行分析； S3、 结合建筑屋面分析结果与当地水 文气象， 对 各汇水区域进行排水系统初步参数计 算分析； S4、 在BIM数据库中选取各排水设备， 并 且建立完整的排水系统BIM模型； S5、 将完整的排 水系统BIM模型转化为CFD网格模型并进行虹吸 数值仿真分析； S6、 判断排水系统是否满足评价 指标； 若是， 则输出结果； 若否， 则调用智能优化 算法进行排水系统方案迭代设计， 并重复步骤 S4‑S5， 直至满足既定虹吸式排水系统评价指标。 本发明为大跨建筑屋面虹吸排水系统性能和优 化分析提供新的技 术支撑。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 115270241 A 2022.11.01 CN 115270241 A 1.一种多斗虹吸式屋面 排水系统的设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 基于BIM软件平台建立整体建筑屋面三维模型， 对虹 吸式屋面雨水排水系统设备进 行搜集与整理， 建立虹吸式排水系统各设备的BIM数据库； S2、 对建筑屋面进行分析， 包括屋面 雨水径流分析与屋面汇水区域划分； S3、 结合建筑屋面分析结果与当地水文气象， 对各汇水区域进行排水系统初步参数计 算分析； S4、 依据排水系统初步参数计算分析结果， 在BIM数据库中选取各排水设备， 并且建立 完整的排水系统BIM模型； S5、 将完整的排水系统BIM模型转化为CFD网格模型并进行虹吸数值仿真分析， 分析内 容包括排水系统的整体性能与排水系统在各种工况 下的运行 过程； S6、 判断排水系统是否满足评价指标； 若是， 则输出结果； 若否， 则调用智能优化算法进 行排水系统方案迭代设计， 并重复步骤S4 ‑S5， 直至满足既定虹吸式排水系统评价指标。 2.根据权利要求1的多斗虹吸式屋面排水系统的设计方法， 其特征在于， BIM软件平台 包括Revit、 Rhi no和CATIA， CFD分析 软件包括xflow、 fluent和openfoam。 3.根据权利要求1的多斗虹吸式屋面排水系统 的设计方法， 其特征在于， 虹吸式屋面雨 水排水系统设备包括： 天沟、 虹吸式雨水斗、 无坡度雨水悬吊管、 雨水立管、 埋地管、 排出管 和管道接头， 建立的数据库包括： 各设备的三维模型及其型号、 尺寸、 设计泄流量和平均造 价。 4.根据权利要求1的多斗虹吸式屋面排水系统 的设计方法， 其特征在于， 屋面雨水径流 分析具体为： 在建筑屋面三维模型上随机取若干个点来模拟雨水， 选取的点覆盖屋面的所有部位且 具有适量密度； 以选取点为雨水初始 位置， 找到该点沿屋面曲面向下的向量， 模拟雨点受重 力作用下在屋面上行进的方向， 然后按照设置的雨水流动速度， 将该点朝着这一方向移动， 最后找到移动后的点在屋面 曲面上的最近点， 如果最近点的高度坐标小于初始点， 证明该 雨滴的确在向下流动， 则最近点为有效点， 否则则为无效点； 循环上述步骤直到收敛或达到 最大计算迭代次数， 将各初始 点与计算过程中的有效点连接成曲线， 即可得到径流曲线， 实 现屋面曲面的径流分析。 5.根据权利要求4的多斗虹吸式屋面排水系统 的设计方法， 其特征在于， 屋面汇水区域 划分具体为： 依据屋面径流分析所得到的结果发现， 所有雨水点最终都聚集在屋面曲面上的某些部 位， 即为最终汇水位置， 结合雨水点的初始位置获取每个汇水位置具体对应的整个屋面 曲 面部分， 最后按照汇水位置与汇水面积 将屋面曲面划分为多个汇水区域。 6.根据权利要求1的多斗虹吸式屋面排水系统 的设计方法， 其特征在于， 排水系统初步 参数计算分析包括： 建筑屋面设计雨水流 量按下式计算： 式中， qy为设计雨水流量， qj为设计暴雨强度， Ψ为径流系数， Fw为汇水面积； 设计暴雨 强度按照当地或相邻地区暴 雨强度公式计算确定， 计算公式为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270241 A 2式中， P为设计重现期， t为降雨历时， A、 b、 c和n 为当地降雨 参数； 天沟初步设计按下列公式计算： Q＝Av 式中， Q为天沟设计排水量， A为水流有效断面面积， v为水流流速， R为水力半径， I为天 沟坡度， n 为天沟粗 糙度系数； 溢流口初步设计按下列公式计算： 式中， Q为溢流口设计流 量， b为溢流口宽度， h为溢流口高度， l 为重力加速度。 7.根据权利要求1的多斗虹吸式屋面 排水系统的设计方法， 其特 征在于， 步骤S4包括： 参考建筑屋面分析结果， 在对应的最终汇水位置自动布置天沟， 然后依据排水系统初 步参数计算分析结果， 确定天沟中的虹吸式雨水斗数量以及模型布置定位点， 通过定位点 和制定的各类管道连接规则自动生成管道定位中心线， 最后将对应的各设备模型依据各自 定位点或定位线 进行组装， 得到 完整的屋面 排水系统BIM模型。 8.根据权利要求1的多斗虹吸式屋面排水系统 的设计方法， 其特征在于， 虹吸数值仿真 分析包括： 将各汇水区域的屋面多斗虹 吸式排水系统BIM模型转换为CFD分析网格模型， 并进行基 于自由液面计算模型的雨水虹吸过程仿 真， 基于多种降雨强度工况精细化分析排水系统整 体性能， 根据CFD仿真结果可视化分析管道流速、 水头损失、 压力平衡过程以及最大负压位 置和数值， 为后续定量评价 排水系统性能指标提供量 化参考； 排水系统评价指标包括： 各 管道内的水流速度、 系统实际水头损失和系统最大负压值。 9.根据权利要求1的多斗虹吸式屋面排水系统 的设计方法， 其特征在于， 调用智能优化 算法进行排水系统方案迭代设计包括： 以排水系统整体性能最佳为优化目标， 以数据库中各设备型号为设计变量， 以屋面设 计雨水流 量为约束条件， 运用遗传算法或粒子群算法进行智能优化。 10.一种多斗虹吸式屋面 排水系统的设计系统， 其特 征在于， 包括： 模型建立模块， 用于基于BIM软件平台建立整体建筑屋面 三维模型； 数据库模块， 用于对虹吸式屋面雨水排水系统设备进行搜集与整理， 建立虹吸式排水 系统各设备的BIM数据库； 径流分析模块， 用于对建筑屋面进行分析， 包括屋面雨水径流分析与屋面汇水区域划 分； 初步计算模块， 用于结合建筑屋面分析结果与当地水文气象， 对各汇水区域进行排水 系统初步 参数计算分析； 方案生成模块， 用于依据排水系统初步参数计算分析结果， 在BIM数据库中选取各排水 设备， 并且建立完整的排水系统BIM模型；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270241 A 3