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第1篇

【論文摘要】室內設計發展至今，早已突破了原有學科本位思想的束縛，把生態設計引入室內設計，擴展室內設計的內涵，將把室內設計推向更高的層次和境界。隨著計算機圖形學的飛速發展，虛擬現實成為當前國內外的一個研究熱點。本文圍繞面向對象的新型三維實體造型設計系統中的問題進行研究和探討，旨在為建立環保、廉價的經濟實用住房。

一、引言

當今社會隨著人民生活水平的提高，購房后一次裝修和舊房子再次裝修非常頻繁。現在裝修房屋，尤其是在二手房重新裝修中裝修師傅往往面臨著因為沒有水電裝修布線圖紙，對原來的水管布置，電路走線不清楚的問題，導致裝修時經常出現水管或電線損傷，給裝修帶來不必要的麻煩。所以為施工單位提供準確可靠的水電裝修布線信息，已成為一個迫切需要解決的問題。

二、新型室內設計系統研究的背景、目的和意義

國內也有一些公司致力于水電布線管理或施工軟件的開發，但大多數系統是2D或者2.5D的[1]。墻壁的水電布線縱橫交錯，用平面來表示并不充分，無法體現房屋布線后的三維整體狀態，沒有直觀的效果。目前國內市場施工常用的布線設計以平面布線圖處理為主，接近工程設計人員的實際，有很好的應用價值，但是開發者不是從房屋用戶角度出發的，房屋用戶對圖紙理解困難，安裝起來比較麻煩，而且不是三維的，無法給人一個房屋三維布線的立體感受，而且安裝工程中經常出現二維設計不直觀、設計圖紙不協調、施工圖設計階段圖紙綜合會審困難等問題。采用虛擬現實技術（Virtual Reality），Delphi面向對象編程技術，將隱藏的水電布線清晰、直觀地從三維角度呈現在用戶面前，并將裝修時的水電布線圖紙保留下來，每次裝修的時候可以打開、編輯、存儲。具備這樣功能的軟件，不僅適合裝修公司使用，還適合施工人員和屋主來使用，為他們提供很大的方便， 有著極大的市場潛力。

施工人員在裝修初期，建立房屋三維模型，選取具體施工的各個墻面，把水電安裝圖紙輸入電腦，并保存在數據庫中。再次裝修時，相關人員可以從數據庫中調出圖紙，以房屋三維的狀態顯示，做到水管的布置及電路的走線一目了然，然后根據本次裝修的具體情況，調出所需墻面，修改和編輯相對應的原施工圖紙，并再次保存到數據庫中。這樣不僅能幫助施工人員合理的安排好水管和電路的走向，還可以為再裝修留下可供參考的依據，再次裝修時房屋的水電分布心中有數。

三、房屋裝修水電布線的模型化與可視化

房屋是裝修時水電布線的幾何對象，同時也是建筑物的基礎。由房屋模型的數據結構可以知道，對于復雜的房屋，其實也是由許多簡單的部分組成的，每一部分都占據一定大小的空間范圍，而且房屋的每一個面都可能具有不同的顏色或紋理的屬性特征。其次，在大多數情況下，房屋模型是一個個的單體狀態存在的，例如一間房間是由幾個墻面和一個屋頂組成。因此，簡化房屋模型在三維繪制時可以減少幾何數據的容量提高三維顯示速度。房屋模型場景樹結構的建立根據三維目標模型的數據結構，可以分解為屋頂、墻面以及各個面的紋理數據。

房屋的可視化主要由房屋側面的可視化和復雜的房屋頂面的可視化構成。房屋側面主要是由一個個四邊形構成，可以用三角形組成的面片來表達。而對于房屋的頂面，一般是個復雜的多邊形結構，同時考慮到三角形是最基本的圖形，適合圖形的顯示，所以對房屋屋頂的多邊形分割為三角形進行可視化，對于復雜房屋屋頂需要設計算法實現[2]。

對于建筑物和構筑物幾何對象的模型建立的方法，國內外對此有廣泛的研究，主要的研究重點是建筑物模型的自動或半自動的三維重建[3]，研究的主要內容是建筑物屋頂模型的自動提取與三維重建。這些研究主要重點都是集中在單個房屋模型的立體重建，對于三維模型的編輯與交互操作方面的研究存在一定的欠缺，如:模型的形狀改變、分析功能的開發等。

房屋表面幾何對象經過模型化后，以數字的形式存儲在計算機中，只有將其模型進行可視化，才能看到虛擬的房屋。必須采用計算機圖形學的知識，通過一定的算法，將房屋各模型通過計算機顯示出來，同時，通過有效的數據處理、LOD算法、多分辨率的圖像處理和逼真的紋理貼圖，來優化房屋三維模型系統[4]。

四、室內水電裝修布線的綜合布線系統

水電改造屬于裝修的隱蔽工程，也是裝修的前奏工程。因此，在裝修過程一定要考慮周全。具體在施工過程中也需嚴格把好質量關，以免留下遺憾。水電安裝的綜合布線系統是指將水線、電器等設備進行集中控制的電子系統。電路布線中，布線時線管盡量一根使用不要接頭，除特殊需要才截斷（比如長度小于2.8米），有底盒之間也是需要截斷的。另外從使用安全上講布線時線管內是一條線到底的，中間不能有接頭，一般照明和一般插座2.5m㎡就夠了，廚房電器和空調插座必須4mm2 （以上均為強電）。水路布線改造完后必須打壓測試，通過打壓測試后方可封槽進行下一工序。具體到水電布線三維模型圖上，首先考慮水電布線圖映射模型：

將水電布線圖映射到房屋三維模型上，用的是貼圖的方法。在房屋幾何對象模型表面逐個面進行水電線路繪制時，在二維編輯器上先做好圖像，然后進行貼圖，不僅可以節省繪制時間，同時可以增加模型的逼真性和現實性。貼圖是一個平面區域與指定的顏色或圖像區域之間的映射ξ:CR。因此，平面區域上每一個點都有自己的顏色值。由于貼圖只是離散的圖像表示，它只是記錄了一個顏色矩陣。因而為了取得正確的結果，必須建立顏色空間與幾何對象模型空間的正確的映射關系。

一般情況下通過仿射變換的方法建立二維的紋理數據（像素空間）與三維的物體空間（三維物方坐標系）之間的映射關系。對于三角形或四邊形只需要指定三個點之間的（（u）v），即可根據上述公式進行求解，從而得出矩陣中的各個系數的數值大小。

對于屬性數據的管理，在數字表面房屋三維模型中，可以把屬性數據分為貼圖數據和幾何模型的語意描述數據兩大類型。對于前一類數據使用屬性數據庫進行管理，至于屬性數據的查詢與更新通過對象的標識碼進行關聯。因為幾何模型中面片的屬性中保存了貼圖的名稱，因此在三維顯示時，能夠保證正確的貼圖映射結果。在三維虛擬現實系統中，貼圖是其最為成功的技術之一，其是通過將圖像粘貼于幾何表面來增強圖形的真實感，既能增加繪制真實感又不影響幾何圖形本身的幾何復雜度。

五、三維模型在實體設計中的理論意義和環保效應

房屋模型是三維的，而各個面上水電布線則在二維平面上進行，并將水電布線圖粘貼到房屋三維模型對應的面上，所以，系統必須解決人機交互和墻面拾取的問題。

但是房屋室內水電布線三維可視化的理論和應用的研究目前還處于研究與探索階段，一些實際的問題還需要解決，將三維建模和圖形圖像處理較好地結合在一起，使水電布線在三維表現上得到較好的體現，而且對于單面墻的布線也能很好地調用、編輯、修改與存儲，解決了三維建模和二維圖片在三維物體上拾取、貼圖、存儲的問題。

另外，作為環境的創造者的室內設計師，應在具體設計中充分體現環保，水電布線應充分考慮環保節能，其實是一個有機聯系的整體：光、色、水讓人們能綜合地感受室內環境，光照下界面和家具等是色彩和造型的依托“載體”，燈具、水管陳設又必須和空間尺度、界面風格相協調。

總之，水電布線是房屋使用的物質基礎之一，是“數字房屋”的重要組成部分，對其三維模型的可視化和空間分析的室內裝修水電設計研究具有十分重要的現實意義。

參考文獻

[1]嚴勇《地下管線的三維可視化研究》，武漢大學碩士學位論文，2003。

[2]李志林，朱慶著《數字高程模型》，武漢大學出版社，2001.7。

第2篇

關鍵詞：室內；給排水設計；管道鋪設；滲漏

引言

目前我國正處于經濟快速發展的階段，各地興起的建筑工程陸續交付使用，在建筑投入使用后經常出現一些質量問題，其中發生在給排水管道方面的問題頗多，究其原因大多與給排水設計有關，因此良好的室內給排水設計不僅是人們生活的基本需要，也是建筑質量安全的保障，為此本文從設計角度對室內給排水方面進行了研究，具體研究結果分析如下。

一、室內給排水管道鋪設要點分析

1.室內給排水立管的鋪設

傳統的室內給排水立管通常設計在室內墻角或者外墻陰角，在室內墻角的給排水立管容易影響室內的整體美觀，所以用戶通常會對其進行裝飾，將給排水立管隱藏；在外墻陰角的給排水立管容易受到環境的風化，影響管道的質量。針對傳統設計的問題，現代室內給排水立管鋪設在管道井中，雖然占用了一定的空間，并且施工和維修難度有所增加，但是提高了整體室內的環境質量，降低了水流噪聲，提高了管道的使用質量[1]。

2.室內給水支管鋪設

目前的室內給水支管通常選用塑料管道，這種管道的性價比高，安裝和使用方便，不過這種管道有熱穩定性差的缺點，因此給水管道應該采取埋墻暗設的設計，在施工過程中將地面和墻面上挖好管槽，將給水支管鋪設于管槽中，并且對管槽做一定的防水設計，最后對墻面和地面進行抹灰。在設計完成后要注意對管道的走向記錄清楚，以便日后維護和維修使用。

3.室內排水支管鋪設

室內排水支管主要集中于廚房和衛生間。在廚房中排水支管的鋪設可以采取樓板面上接入排水立管的設計，地漏可以選擇側墻式設計或者直接取消，將洗菜池的S彎道設計在樓板地面上，從而使排水支管不會占用廚房的下層空間。衛生間可以選擇下沉式設計，將整個地面下沉30cm，從而將排水支管鋪設在下沉的地面中，并且做好相關的防滲工作，避免在長期的使用中發生滲漏問題。

二、室內給水設計要點分析

1.增加給水管道控制閥門

室內用戶在長期用水過程中，難免發生漏水問題，或者需要進行給水管道的更改，如果用戶內沒有控制閥門，則需要關建筑給水的總閥門，對其他用戶的正常用水造成影響。因此為了便于日后使用的維護工作，要在給水管道上增加控制閥門，尤其是衛生間和廚房用水量較大的管道上，以便在維修時可以及時關閉閥門，避免大量漏水造成用戶的損失，同時也不會影響到其他用戶的用水需要。

2.給水管道的降噪措施

現代住宅中一廚兩衛的設計非常多，而且廚房和衛生間之間的給水管線較長，由于兩方面原因會導致給水管道的發出一定的噪音，一方面是管線較細，仍然為DN20管線，另一方面是管道壓力較大，尤其是低層建筑的水壓較大，使急速的水流在經過管道時容易引起顫動。所以對于給水管道的降噪設計方面，一方面可以選擇較粗的DN25管線，另一方面可以在低層用戶入戶時設置減壓裝置。

三、室內排水設計要點分析

1.排水管道的降噪設計

傳統的室內排水管道選擇鍍鋅鋼管，這種管道的耐腐蝕性能較差，使用若干年后容易發生漏水問題。針對這一問題，目前室內排水管道普遍采用了塑料管道，塑料管道具有耐腐蝕性強、質量輕、耐壓和施工方便等特點，不過一般UPVC材質的排水管道容易引起噪聲問題，如果排水管道的設計與臥室的距離不遠，則在環境安靜的夜晚，用戶可以明顯感覺到排水管道的噪音影響。因此在排水管道的降噪設計方面，不僅要將排水管道遠離用戶休息的臥室和客廳，而且要采用新型的防噪音材料塑料管道，當前應用的芯層發泡UPVC管道具有明顯的降噪效果，市場上一些新型的排水管道中添加了吸聲材料，降噪效果更好[2]。

2.地漏水封的設計

地漏水封的設計對用戶的身體健康有著重要的影響，所以在對地漏水封的設計時，一定要符合設計規范，設計規范要求地漏的位置應該在地面以下的5—10mm左右，并且地漏的水封深度要超過50mm。目前用戶在裝修房屋時已經對地漏的選擇予以重視，將傳統的塑料地漏更換為不銹鋼地漏，不過這種市面上的不銹鋼地漏深度往往只有30mm，并沒有達到設計規范的要求。如果地漏水封深度不夠時，在由于環境的影響出現正壓或者負壓時，很容易引起水封的破壞，例如在用戶打開抽油煙機后，會使地漏的水封受到破壞，臭氣進入室內。

3.坐便器的排水設計

當前市場上的坐便器型號非常多，不同的坐便器型號其排水口的位置不同，所以在坐便器的排水設計中要注意選擇恰當的排水口位置，以滿足不同用戶的需求。根據查閱資料統計顯示，在裝修前坐便器的排水口與墻面的距離在340mm左右最好，裝修后排水口與墻面的距離在310mm左右最好[3]。另外在設計中還應該考慮其他坐便器排水口的間距，從而使各種潔具的安裝不會受到影響。

4.排水管道中使用吸氣閥的設計

在排水管道的設計中，經常遇到排水立管無法穿越樓層以伸出屋面的問題，僅僅依靠增加排水管的直徑來提升排水效果，往往無法取得理想的效果，而且在排水過程中容易引起排水管道呈現負壓的狀態，破壞用戶的水封，對用戶造成影響。針對這個問題，可以在排水管道頂部中使用吸氣閥，從而在排水過程中出現負壓情況時，閥門自動開啟，在管道出現正壓的情況時，閥門自動關閉，這樣就可以解決管道負壓破壞水封的問題。

5.水表出戶的設計

水表在用戶的室內，不僅使抄表人員的工作強度增大，而且會對用戶的隱私和安全造成影響，所以用戶的水表最好設計在戶外。現階段水表出戶主要有三種形式。首先是遠傳水表，通過將信號線將水表和計算機相連，從而將水表信息及時反饋給計算機，可以及時、準確地獲得用戶的用水新型。其次是磁卡式水表用戶，在安裝了新型的磁卡水表后，用戶將預存有金額的磁卡插入水表后，自動扣除水費才可以繼續使用水資源。最后是將水表集中設置于建筑外的某一區域，便于集中式管理。這三種形式中前兩種的投資較大，但是更趨近于現代化發展，最后一種形式雖然投資較少，但是需要占用一定的空間，而且延長的管道會影響建筑的美觀。

6.空調冷凝水排放的設計

當前空調已經成為了基本的家用電器，在空調使用過程中會有冷凝水的排放，如果沒有設計專業的冷凝水排放管道，則會引起冷凝水的無序排放，對用戶造成一定的影響。所以在建筑排水設計時，也要考慮空調冷凝水的排放，在固定的位置預先留好空調板，并且設計統一的空調冷凝水排水管道，通過排水管道將空調冷凝水排放至雨排井。此外，為了用戶的安裝方便，還應該在排水管道上預留一定的三通，以便空調排水軟管的直接插入。

總結

室內給排水設計與人們的生活有緊密的練習，所以在室內給排水工程的施工之前，要注意對每一個環節進行研究，做出最佳的設計方案，從源頭上保證工程質量的問題。希望本文對此方面的研究，能夠促進室內給排水設計的進一步發展，使室內給排水系統能夠滿足現代生活的需要。

參考文獻：

[1]鄭斌.對住宅室內給排水設計的探討[J].建筑與裝飾，2007，（10）：64

第3篇

關鍵詞：軟巖；隧洞設計及施工；交通洞；石門水電站

中圖分類號： TV554 文獻標識碼： A 文章編號：

1工程概況

呼圖壁石門水電站位于新疆維吾爾自治區呼圖壁縣的西南面，壩址區位于呼圖壁河中游河段。本工程是呼圖壁河中游河段河流規劃中的第三級水電站。水庫上游集水面積18811km2，多年平均流量14.4m3/s，水庫正常高蓄水位1240.0m，裝機容量95MW，庫容7751萬m3。壩址距縣城公路里程約81km，距烏魯木齊公路里程約151km，壩址上游約2.0 km處有國防公路通過，交通較為便利。

根據施工總布置，在壩址區左岸布置了2條交通洞，分別為壩頂交通洞，長847.46m；石門2#交通洞，長390m。

2場地建設條件

工程樞紐區域位于西干溝出口至右岸河灣地塊下游大平臺南端近2km河段。河谷地形受巖性控制，已建老壩上游河谷開闊，兩岸山體上部為陡峭崖壁，左岸河谷地形為不對稱“V”字型，左岸緩右岸陡，壩區右岸斜坡平均坡角35°～50°，壩區左岸1210m以下平均坡角30°～60°，以上為寬緩臺地。

壩頂交通洞及石門2#交通洞位置的選定，主要綜合考慮工程區域地形、地質情況，并與路線方案結合。按照“早進洞、晚出洞”的原則，盡量減少洞口邊仰坡的開挖，保證山體的穩定，保持原地形的植被坡面，力求洞門結構簡潔，并與洞口周圍環境協調一致。

壩頂交通洞起點樁號K3+530.16m，終點樁號K4+377.618m，全長847.46m；石門2#交通洞起點樁號K9+150m，終點樁號K9+540m，全長390m。如圖1所示。

圖1 石門壩頂交通洞平面布置圖

工程場區內出露侏羅系中統齊古組（J2q） 、上統喀拉扎組（J3k）及白堊系吐谷魯組第一層（K1tga）等內陸湖相碎屑沉積巖地層。第四系集中分布于老壩前兩岸中、下部及壩后河床，以沖積砂卵礫石及坡、崩積塊碎石為主。

石門水電站場內交通洞平均埋深為30～130m。穿越地層為J2q薄層、中厚層砂巖夾泥巖及粉砂質泥巖，J3k厚層巖屑砂巖、巨厚層狀礫巖，K1tga、K1tgb薄層、極薄層、中厚層粉砂質泥巖、泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖等。如圖2所示。

圖2 石門壩頂交通洞地質剖面圖

3交通洞圍巖的基本特征

3.1軟巖的基本概念

按照《公路工程地質勘察規范》（JTG C20-2011）的規定，軟巖和極軟巖，巖石單軸飽和抗壓強度極低，較軟巖為30MPa≥Rb﹥15Mpa，軟巖為15MPa≥Rb﹥5Mpa，而極軟巖則小于5Mpa，從巖體結構而言則多為松散、破碎。此種強度的巖體多出現于第三系和第四系地層，由于強度極低所以洞室開挖后受應力重新分布和施工過程中的擾動，巖體自穩能力差，易于塌方，所以巖體力學指標是評價隧道圍巖穩定的重要參數，經過統計石門場內交通洞軟巖段洞室約占30%。

3.2 交通洞圍巖力學性質

石門水電站場內交通洞圍巖力學性質見表1。由表1可知：J3k砂巖、礫巖飽和單軸抗壓強度在30～60MPa之間，軟化系數大于0.75，屬抗水性較好的中硬巖。而J2q泥巖、泥質砂巖類飽和單軸抗壓強度小于30MPa，軟化系數小于0.75，屬抗水性較差的軟巖類，因此抗風化能力差、遇水易軟化、失水易崩解。

表1巖石力學性質室內試驗成果匯總表

3.3交通洞軟巖變形規律

根據監測結果，交通洞軟巖段洞室開挖后圍巖變形有以下特點。

（1）變形量值特別巨大，相當一部分觀測斷面的實測變形已經大大超過《錨桿噴射混凝土技術規范》(GB 50087-2001)規定的允許值，不完全符合巖石隧洞的變形特征。

（2）洞室開挖后，圍巖的流變變形明顯，砂巖約占全部變形的25%，泥巖約占55%。

（3）開挖斷面的大小對變形影響較大，當僅開挖上導洞時，變形較小；但當開挖下導洞時，隨開挖斷面擴大，變形迅速增大，尤其是兩側邊墻變形極快，對圍巖穩定不利。

（4）開挖進尺對圍巖變形影響很大，特別是下導洞開挖時，每開挖1m都會產生較大的變形，因此必須采取有效的控制措施。

4設計及施工主要措施

4.1 交通洞斷面設計

根據交通部《公路工程技術標準》(JTG B01-2003)、《公路隧道設計規范》(JTG D70-2004)及需滿足電站重大件運輸等要求，石門水電站場內交通洞建筑限界確定為7.0m×5.25m，襯砌后斷面為圓形，見圖3。

圖3交通洞凈空斷面設計

4.2交通洞初期支護、二次襯砌設計

石門水電站壩頂交通洞及石門2#交通洞按新奧法原理設計，采用復合式襯砌。初期支護由濕噴混凝土、錨桿和鋼拱架等組成。二次襯砌根據圍巖類別不同分別采用鋼筋混凝土或混凝土襯砌。

考慮到隧道跨度大、地質條件較復雜的特點，設計中充分運用新奧法來指導隧道的設計和施工。復合式襯砌的支護參數根據圍巖類別、工程地質和水文地質條件、地形及埋置深度、結構跨度和擬采用的施工方法等因素，按工程類比方法擬定;并運用有限元程序進行穩定分析。在施工過程中進行監控量測，并對量測信息進行處理、反饋，進一步調整支護參數。

石門壩頂交通洞共設計了3種襯砌型式，其中C5適用于Ⅴ級圍巖一般深埋段， C4適用于Ⅳ級圍巖一般深埋段，C3適用于Ⅲ級圍巖一般深埋段。

同時在Ⅴ級圍巖地段設置了增強早期支護的鋼支撐。C5型襯砌鋼支撐采用18工字鋼架，全環設置，鋼支撐間距為0.75m。設計中已考慮了圍巖預留變形量，其數值為5cm。圍巖級別變化處，圍巖較差段襯砌向圍巖較好段延伸5～10m。石門壩頂交通洞各類復合式襯砌主要支護參數和襯砌結構見表2。

表2 交通洞復合式襯砌結構參數

4.3現場設計原則

由于軟巖段洞室開挖后變形量大，空間效應與時間效應較為明顯，且地層形成復雜，巖性分布無一定規律，地層中含水量大小也無定數，設計工作必須采用動態設計的原則，根據變形規律確定開挖方式、開挖程序、開挖進尺、一次支護參數、永久襯砌參數與時機。為此采用了如下現場設計原則：

（1）根據施工圖階段提供的地質條件，沿線的地層、巖性和結構設計特點及運行要求，進行專門的安全監測設計，定期、適時開展監測工作，監測項目、監測布置也根據地質變化及時調整。

（2）現場設計代表根據監測結果及時調整洞室的開挖進尺，調整一次支護的參數。

（3）現場地質人員及時進行地質測繪，做出地質預報，遇有重大變化及時通知相關單位采取相應措施。

4.4 主要施工措施

石門水電站場內交通洞采用鉆孔爆破法施工，由于軟巖段洞室開挖后圍巖變形量值巨大，為保障安全施工，防止圍巖失穩和杜絕塌方事故，遵循“短進尺，強支護，快襯砌”的原則施工。

4.4.1開挖