JP5004509B2

JP5004509B2 - 配管の設計方法

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Publication number: JP5004509B2
Application number: JP2006159165A
Authority: JP
Inventors: 裕次岩野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-06-08
Also published as: JP2007328550A

Description

本発明は配管の設計方法に関し、特に既設の管路に新設の管路を接続する場合などに適用可能な配管の設計方法に関する。

上水道や下水道などの管路には規格化された管材や標準化された管材が一般的に用いられるので、これらの管路の配管設計に際しては、こうした管材すなわち配管要素部品についてのデータを記憶したデータベースとＣＡＤシステムとを組み合わせた配管設計システムが用いられている。たとえば特許文献１には、このようなデータベースとＣＡＤシステムとを利用して配管設計を行えるようにしたものが開示されている。

既設の管路に新設の管路を接続するための接続設計を行う場合において、既設配管と新設配管とで管路の敷設位置など配管条件が異なるときには、たとえば曲管などの異形管を複数用いるとともに、これらの異形管と複数の直管とを組み合わせて配管することが必要である。

たとえば図１０において、１１は既設管、１２は新設管で、これらの管１１、１２は、一端に受口１３を有するとともに他端に挿口１４を有した鋳鉄管によって構成され、地中に埋設された状態で配管されているものとする。１５は新設管１１から既設管１２への接続配管であるが、この接続配管１５は、新設管１２に接続される第１の曲管１６と、既設管１１に接続される直線配管１７と、この直線配管１７に接続される第２の曲管１８と、第１の曲管１６と第２の曲管１８との間に敷設される直管を構成する切り管１９とを有した構成である。接続配管１５を構成する各管１６、１７、１８、１９も、同様に、一端に受口１３を有するとともに他端に挿口１４を有した鋳鉄管によって構成される。

このような接続配管１５の設計を行う場合においては、たとえば図１０が平面図であるとして、新設管１１と既設管１２との埋設深さが同じであって二次元的な検討だけでよい場合でさえ、第１および第２の曲管１６、１８の仕様の選定や、切り管１９の長さの決定などの作業を、ＣＡＤシステム上で試行錯誤することが必要となる。また第２の曲管１８と直線配管１７との接続についても検討が必要である。

ましてや、新設管１１と既設管１２との埋設深さが異なる場合には、深さ方向のベクトルも加えた三次元方向の接続を考慮しながら、各管を所定の位置に配置しなければならず、配管の設計に多大な手間を要する。

すなわち、図１０に示す配管において、新設管１２と既設管１１の埋設深さが異なる場合にＣＡＤシステムを用いて設計する際には、たとえば以下の手順が必要となる。
１．第１および第２の曲管１６、１８の仕様を選定する。

２．曲管１６、１８の曲げ角に応じた切り管１９の長さを、新設管１２と既設管１１との埋設深さを考慮して算出する。切り管１９は、規定の長さの直管のたとえば挿口側を切断することによって、所要の長さにしたものである。

３．第１の曲管１６の敷設位置を決定して、その挿口１４を新設管１２に接続する。また、第１の曲管１６を回転させて、その受口１３が、既設管１１の埋設深さにあわせたベクトルの方向に向くようにする。

４．切り管１９の敷設位置を決定して、その挿口１４を第１の曲管１６の受口１３に接続する。
５．第２の曲管１８の敷設位置を決定して、その挿口１４を切り管１９に接続する。また、第２の曲管１８を回転させて、その受口１３が、既設管１１の延長線上にのるようにする。

６．第２の曲管１８と既設管１１とを直線配管１７によって接続する。
特開２００４−１９９５２７号公報

上記のように新設管１２と既設管１１との間に配管すべき適切な異形管（第１および第２の曲管１６、１８）と直管（切り管１９と直線配管１７）との組み合わせを決めるためには、これらの配管材料をＣＡＤ上に仮置きしたうえで、カット・アンド・トライを行うことが必要であり、非常な手間である。しかも、既設管１１と新管１２との間に高低差がある場合には、上記のように配管材料である曲管を回転させながら、あらかじめ計算しておいた長さの直管状の切り管を敷設するなど、複雑な操作が必要になる。

そこで本発明は、このような課題を解決して、新設管と既設管などの一方の管路と他方の管路とを接続する配管の設計を容易に行えるようにするとともに、曲管を含むような複雑な接続配管の設計を前記管路の高低差をも考慮しながら容易に行えるようにすることを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、配管要素部品についてのデータを記憶したデータベースとＣＡＤシステムとを組み合わせた配管設計システムが、一方の管路と他方の管路との間を接続するための管路の配管設計を行う配管の設計方法であって、前記一方の管路と他方の管路との間に配置可能な複数の管によって構成される配管パターンが、配管設計システムが備える記憶手段に予め複数種類記憶され、配管設計システムが、前記一方の管路と他方の管路との敷設状況に対応した任意の配管パターンを配管設計システムが備える表示手段の画面に表示させて、前記配管パターンの中の１つの配管パターンをオペレータが選択可能な表示状態とし、前記オペレータによって前記配管パターンの中の１つの配管パターンが選択された際に、この選択した配管パターンの配管の詳細についての内容を前記表示手段の画面に表示させるとともにこの表示画面上で前記選択した配管パターンの配管の目的点及び口部を前記オペレータが指示可能な表示状態とし、前記オペレータによって前記配管の目的点及び口部が指示された際に、配管の目的点及び口部の座標を取得し、前記取得した配管の目的点及び口部の座標に基づき前記選択した配管パターンの開始高低差及びひねり幅を算出することで、前記一方の管路と他方の管路との間を接続するための配管パターンとこの配管パターンを構成する複数の管とについての各部の寸法や配管姿勢を決定するものである。

このようにすると、一方の管路と他方の管路との敷設状況に応じた適切な配管パターンとなる可能性を有する配管パターンを選択できる状態に表示させて、この中から最適な配管パターンをオペレータに選択させ、この選択した配管パターンの配管の詳細についての内容を前記表示手段の画面に表示させるとともにこの表示画面上で前記選択した配管パターンの配管の目的点及び口部を前記オペレータが指示可能な表示状態とし、前記オペレータによって前記配管の目的点及び口部が指示された際に、配管の目的点及び口部の座標を取得し、前記取得した配管の目的点及び口部の座標に基づき前記選択した配管パターンの開始高低差及びひねり幅を算出させるだけで、複雑な計算を行うことなしに、これら一方の管路と他方の管路との間を接続するための配管の設計を容易に行うことができる。また、配管パターンとこの配管パターンを構成する複数の管とについての仕様としての各部の寸法や配管姿勢に、管路の高低差を含ませることができるため、この管路の高低差をも考慮した設計をも容易に行うことができる。したがって本発明によると、配管設計者の設計時の補助ツールとして有用である。

本発明にもとづき図１０に示した接続配管１５と同じ配管の設計を行う方法について説明する。図１は、本発明にもとづき設計すべき配管を示し、この配管は、上記のように図１０のものと同じ構成である。

本発明においては、一方の管路を構成する既設管１１と、他方の管路を構成する新設管１２とを接続するための接続配管１５を、図１に示すように、配管区間Ａと、配管区間Ｂとに区分けする。配管区間Ａは、第１の曲管１６と、第２の曲管１８と、切り管１９とによって構成される。配管区間Ｂは、直線配管１７によって構成される。そして、配管区間Ａを構成する配管を、図２に示すようにパターン化し、図示のように複数のパターンをあらかじめ準備しておく。ここでは、Ａパターン〜Ｋパターンといった１１種類の配管パターンがあらかじめ準備されており、これらが必要に応じて設計画面に表示される。

設計者は、まず、接続管路１５すなわち配管区間Ａを接続するための開始管となる、新設管１２を指定する。そして設計者は、次に、配管区間Ａを構成する配管パターンを、図２に示される画面表示の中から選択する。図１に示される既設管１１と新設管１２との配管位置にもとづけば、図２において丸印で囲まれているように、Ｚ字形あるいはＳ字形の管路を構成するＦパターン〜Ｈパターンのいずれかを選択するのが好適である。

このうち、Ｆパターンは、第１の曲管１６の受口と第２の曲管１８の挿口とを切り管１９としての甲切り管で接続したものであり、第１の曲管１６の挿口が新設管１２に接続されるとともに第２の曲管１８の受口が直線配管１７に接続される構成である。またＧパターンは、第１の曲管１６の挿口と第２の曲管１８の受口とを切り管１９としての甲切り管で接続したものであり、第１の曲管１６の受口が新設管１２に接続されるとともに第２の曲管１８の挿口が直線配管１７に接続される構成である。Ｈパターンは、第１の曲管１６の受口と第２の曲管１８の受口とを切り管１９としての乙切り管で接続したものであり、第１の曲管１６の挿口が新設管１２に接続されるとともに第２の曲管１８の挿口が直線配管１７に接続される構成である。なお、甲切り管とは、切り管１９であって一端に受口を有するとともに他端に挿口を有したものをいう。乙切り管とは、切り管１９であって両端に挿口を有するものをいう。

図１のものでは、新設管１２の端部には受口１３が形成されており、また既設管１１の端部、すなわち既設管１１に接続される直線配管１７の端部には挿口１４が形成されているため、それに対応して、図２からＦパターンを選択するのが適当である。

Ｆパターンを選択すると、次に、図３に示すように、このＦパターンの配管の詳細についての画面が表示される。ここで、２１はＦパターンの配管を構成する各管の仕様を指示するための欄である。また２２は、設計結果を表示する欄である。この欄２２には「目的点指示」ボタン２３が設けられている。このボタン２３を押下すると、Ｆパターンの配管の目的点すなわち既設管１１の位置をＣＡＤ上に指示することが可能である。そして、Ｆパターンの配管の口部の位置を指示することで、この配管の口部の座標と目的点の座標とを取得することが可能であり、これらの座標から、開始高低差とひねり幅とを算出して図３の画面に表示することができる。開始高低差とは、Ｆパターンの配管の口部と目的点との高低差を意味し、またひねり幅とは、Ｆパターンの配管の口部と目的点との水平方向に沿った位置の差を意味する。図３において、２４は開始高低差の表示部、２５はひねり幅の表示部である。これらによって、ここで用いるＦパターンの仕様すなわちその各部の寸法や配管姿勢などを決めることができる。また詳細には、第１の曲管１６と、第２の曲管１８と、切り管１９とについての仕様、すなわちこれらの管１６、１８、１９の配管姿勢や切り管１９の長さなどを決めることができる。なお、目的点の座標は、「目的点指示」ボタン２３による指示の結果から求めることができるほかに、埋設深さを含めて任意に設定することも可能である。

最後に図３の画面上の「ＯＫ」ボタン２６を押下することにより、図１における配管区間Ａの配管設計を自動的に行うことができる。さらに配管区間Ｂについても自動的に配管設計することができる。

図４は、このようにして設計を行った配管の例を示すものである。図の左下方向から配管を行い、図の右端にあるＩＰ．６を目的点として、図３の画面で指示を行うことにより、開始高低差とひねり幅とを自動的に算出して、第１および第２の曲管１６、１８と切り管１９との配管設計を行っている。また同時に直線配管１７の配管設計を行ったものである。

上述した開始高低差とひねり幅とは、幾何計算によって容易に求めることができる。このうち、開始高低差は、高さ方向に沿った配管開始点の位置と目的点の位置との差から、求めることができる。ひねり幅は、図５に示すように、開始点からの配管方向すなわちベクトル方向線２７と、このベクトル方向線２７に直交する線であって目的点を通る開始ベクトル直交線２８との交点２９を求め、この交点２９から目的点までの距離によって規定する。

次に、本発明にもとづき他の配管の設計を行う方法について説明する。ここでは、図６に示すように、既設管１１と新設管１２とをＴ字管３１の枝管３２によって接続する場合を例示する。新設管１２と既設管１１との間には、高低差３３が存在するものとする。ここでは、曲管を１つだけしか指定できないことを条件とした場合、したがって配管にひねり幅を持たせない場合について説明する。このため、枝管３２と既設管１１とは同一平面内に敷設するものとする。

まず、図７に示すように、図２に示したものと同じパターンから、図６の配管に適したものを選択する。曲管を一つだけ指定するものとしてＩパターン〜Ｋパターンのいずれかを選択するが、ここではＩパターンを選択する。

図８は、図３と同様の、Ｉパターンの配管の詳細についての画面を示す。欄２１ではＩパターンの配管を構成する各管の仕様を指示する。欄２２には、図３の場合と同様に目的点の座標を得たうえで、設計結果が表示される。ここでは、図６に示すように、枝管３２に切り管３５を接続し、この切り管３５に曲管３６を接続し、この曲管３６と既設管１１とを直線配管３７で接続する。欄２２における「目的点指示」ボタン２３を押下すると、表示部２４に開始高低差の計算結果が表示される。この場合の開始高低差とは、新設管１２と既設管１１との高低差を意味する。

曲管３６を一つだけしか指定しないため、図９に示すように、この曲管３６の開口側のベクトルを、図６に示す既設管１１のベクトルに合わせるように、この曲管３６を位置決めする。図６に示すように既設管１１が新設管１２よりも高い位置において水平方向に敷設されている場合には、図９に示すように曲管３６を位置決めさせることになり、この場合に切り管３５は図示のように斜め方向に敷設されることになる。そこで、Ｔ字管３１をその枝管３２のベクトルが切り管３５のベクトルに一致するように回転させる。すると、枝管３２が、開始高低差の一部を占めることになる。ここでは、これを「直前材料の高さ」と称する。

図８に示すように、欄２１において曲管３６と切り管３５の仕様を指示し、そのうえで欄２２における「目的点指示」ボタン２３を押下すると、直前材料の高さの表示部３８にその高さの計算結果が表示される。また、図９に示すように、開始高低差と直前材料の高さとの差を求めることによって、切り管３５の長さを求めることができる。なお、前述のようにひねり幅は持たせないので、その計算は行わない。図６は、切り管３５の長さを決める前の状態を示しており、既設管１１よりも曲管３６の方が高い位置に存在している。

曲管３６の開口と既設管１１とは、直線配管３７で接続される。その設計は容易である。

本発明の設計方法を適用可能な管路の例を示す図である。図１の管路に適用可能な配管パターンの例を示す図である。図１の管路に適した特定の配管パターンの詳細についての画面例を示す図である。本発明の設計方法を適用した配管例を示す図である。本発明にもとづくひねり幅の計算方法を示す図である。本発明の設計方法を適用可能な管路の他の例を示す図である。図６の管路に適用可能な配管パターンの例を示す図である。図６の管路に適した特定の配管パターンの詳細についての画面例を示す図である。図６の管路におけるＴ字管の回転を説明する図である。従来の配管設計の手法の適用を受ける管路の例を示す図である。

符号の説明

１１既設管
１２新設管
１５接続配管
１６第１の曲管
１８第２の曲管
１９切り管
３１Ｔ字管
３２枝管
３５切り管
３６曲管

Claims

配管要素部品についてのデータを記憶したデータベースとＣＡＤシステムとを組み合わせた配管設計システムが、一方の管路と他方の管路との間を接続するための管路の配管設計を行う配管の設計方法であって、
前記一方の管路と他方の管路との間に配置可能な複数の管によって構成される配管パターンが、配管設計システムが備える記憶手段に予め複数種類記憶され、
配管設計システムが、
前記一方の管路と他方の管路との敷設状況に対応した任意の配管パターンを配管設計システムが備える表示手段の画面に表示させて、前記配管パターンの中の１つの配管パターンをオペレータが選択可能な表示状態とし、
前記オペレータによって前記配管パターンの中の１つの配管パターンが選択された際に、この選択した配管パターンの配管の詳細についての内容を前記表示手段の画面に表示させるとともにこの表示画面上で前記選択した配管パターンの配管の目的点及び口部を前記オペレータが指示可能な表示状態とし、
前記オペレータによって前記配管の目的点及び口部が指示された際に、配管の目的点及び口部の座標を取得し、前記取得した配管の目的点及び口部の座標に基づき前記選択した配管パターンの開始高低差及びひねり幅を算出することで、
前記一方の管路と他方の管路との間を接続するための配管パターンとこの配管パターンを構成する複数の管とについての各部の寸法や配管姿勢を決定することを特徴とする配管の設計方法。