1、前言

随着全球疫情愈演愈烈，今年经济下行压力非常之大。根据以往经验，国家层面又到了拉动内需，开启基建狂魔的节奏了。近年来，随着“绿水青山就是金山银山”论点的提出，政府在环保方面的投入力度越来越大，对于城市水体污染的治理力度也越来越强，各地政府都相应建立了河长办，并且总河长一般都由区域的一/二把手兼任。

水体污染治理无非两个方面，一方面是截污，将污水应收尽收，避免其直接流入河道；另一方面，则是要做到对污水的有效处理。因此，完善截污管道和新建污水处理厂扩大污水处理容量将成为未来一段时间内治水的两项主要措施。这种情形给市政给排水专业的发展带来了契机，但也给很多“半路出家”从事市政给排水结构和岩土设计的人员带来了难题。

本文结合近些年来从事该领域设计的经验，介绍几款常用的设计软件，以期为尚徘徊在门外、无从下手的小伙伴提供一些借鉴。

2、入门基础性软件

市政给排水管线一般埋置于地下，随道路进行敷设。近些年来，一、二线城市的大型污水厂为充分有效利用城市空间，也从传统的地面建厂思路转变为全地埋模式。因此，岩土在整个设计中所占的比例越来越高，其重要性也越来越强，市政给排水设计和施工中遇到的问题也都主要是岩土问题。以下将依次介绍岩土和构筑物结构设计中几款常用的设计软件。

1、岩土类

（1）理正深基坑

理正深基坑作为一款专注于基坑设计的通用性软件，已有十多年的发展史，在业内具有较高的认可度。很多主要做结构设计的小伙伴可能也都了解这款软件，对这款软件也能很快上手。这款软件的操作界面简洁、配图简单易懂，所需参数类型简单、意义明确，大部分可根据勘察报告直接输入。

  

该款软件的特点是紧扣设计规范，对于规范中不同支护类型所规定的计算项目进行逐项验算，若验算不满足规范，由用户进行交互修改设计参数。目前版本可支持《建筑基坑支护技术规程》（国标），以及上海、浙江省、深圳、天津和湿陷性黄土地区的地方性标准。

理正深基坑分为单元计算和整体计算两种计算模块。单元计算适用于较为简单的基坑平面布置或者锚拉支护体系，在基坑设计中广泛应用。整体计算则适用于平面布置复杂的内支撑支护体系，计算原理是有限元分析。根据实际项目计算对比，由于整体计算考虑了支护体系的横向协同作用，单元计算的结果相较于整体计算结果偏大，更偏于保守设计。

目前，深基坑设计中常见软件尚有同济启明星，该款软件适用于上海及沿海的软土地区，软件计算进行了一定的优化，据说所计算得到的结果比较符合实际情形，但与规范的契合度不是很好。其实本人在工程中很少采用该款软件，所以这里就稍微涉及一下，可供小伙伴们结合实际工程进行选用。

（2）理正岩土计算

理正岩土计算软件中涉及的模块较多，市政给排水工程中常用的主要有挡土墙设计、地基处理计算和边坡稳定分析。

挡土墙计算的基本原理还是经典土力学那一套，先结合土层算出墙背主动和墙趾被动土压力，然后按照基本力学原理去验算基础的强度、墙体的抗倾覆、抗滑移稳定性等。由于铁路、公路和水利行业中对于具体安全系数和计算点有所区分，理正岩土计算中提供了上述3大行业可供选择，挡土墙根据具体类型又细分为了重力式、悬臂式、衡重式和卸荷板式等类型，用户可根据自己需求进行选择。

地基处理模块基于国标“地处规”进行计算，处理类型与规范基本一一对应。边坡稳定分析基于圆弧滑动条分法进行计算，根据行业的不同可选择不同的规范，圆弧划分时，根据是否考虑土条间的水平条间力，可选用瑞典条分法、简化Bishop法、和Janbu法。此模块可用于计算地层较为单一、可简化为二维问题的简单工程（二维的也可采用“理正边坡综合治理”，这款软件相比理正岩土来说可视化效果更佳，地层分界线可按用户要求生成），对于地层复杂、含有软弱滑裂面等边坡问题，建议采用有限元方法进行计算。

2、构筑物结构类

构筑物结构设计中，常用到理正结构工具箱和PKPM两种类型的软件。理正结构工具箱主要用于构件层面的计算，而PKPM主要用于整体结构层面的计算。

（1）理正结构工具箱

对于一般的水池和平面布置简单的低层构筑物可采用理正结构工具箱进行计算，除了传统的梁板柱墙、钢结构模块等，最新版本（版本号7.50）又增加了沉井模块、顶管模块、涵洞模块以及地铁模块。对于市政给排水结构设计，这款软件基本涵盖了方方面面的内容，使用率非常高，上手也很简单，新手可着重学习下。对于地铁模块，我想推荐使用同济曙光，这款算是地铁管片计算的鼻祖软件了。

（2）PKPM

对于层数较多的建构筑物、平面布置复杂的池体以及最近流行的全地埋污水厂，在进行整体指标计算以及各楼层的配筋设计时，需要用到PKPM软件。这款软件估计学结构的都耳闻过，里面涉及到的参数和调整相对较多，运用时要与高规、抗规进行联系，工程设计时可下载软件的使用说明，市场上也有一部分专门的学习教程书籍可供选择。

说到PKPM就不能不提盈建科，可能很多做多层/高层结构的朋友会觉得盈建科更香，其实如若不是受限于版权问题，我也会选择盈建科。不过PKPM从4.0版本以后就进行了大改版，目前最新的4.30版本软件界面已经和盈建科十分“类同”了，所以大家根据自己需求选用任一款都行。

3、几款有限元数值分析软件

对于形状或布置复杂、无法采用上述软件进行分析时，可采用有限元方法进行分析。有限元方法可考虑结构整体的刚度贡献，可尽量贴合结构的实际受力状态，能求出满足工程尺度需求的近似解。近些年，随着计算机技术的迅猛发展，数值分析方法在工程中得到广泛应用，原来的诸如“建模复杂、非线性收敛困难及计算耗时长”等缺点已得到根本性的改善。

岩土及结构工程中，运用较多的有限元分析软件主要有ANSYS和ABAQUS，这两款软件为通用性软件，可适用于各行各业。为了简化程序，降低用户的使用难度，各行业都研发出了适用于自己专业的有限元软件，比如Sap 2000、GeoStudio和Midas系列。Sap 2000主要应用于复杂结构的受力分析，GeoStudio则专注于岩土地质方面的计算分析，GeoStudio软件的边坡分析以及渗流分析模块尤其值得推荐。

近些年Midas系列软件由于操作界面简洁且容易上手，在工程实际中得到了广泛的应用。其中，Midas Gen主要用于结构分析（类似于Sap 2000），Midas Civil主要用于桥梁工程分析，Midas Gts主要用于岩土工程尤其是基坑工程的分析（类似于GeoStudio）。

 

对于有限元分析来说，选取合理的材料本构模型以及分析参数是实现准确模拟的前提，否则得到的分析结果不具有公信力和说服力，这一点尤其在岩土工程数值分析中应当予以充分的关注。

目前，各常用计算软件也在不断融合有限元分析的功能，如理正深基坑的整体计算模块、理正边坡综合治理以及PKPM墙体应力计算等都可实现不同程度的有限元分析功能。

4、写在最后

由于计算机技术的普及，各类计算分析软件极大地简化了设计人员的计算工作，但同时也带来了诸多的问题。通过工作中的对比，可以看出很多新生代工程师（包括学生）的理论基础明显弱于老一辈工程师，在应用软件时，很多人会抱着“软件随便算一算，能糊弄就糊弄过去”的危险想法。由于未能对照规范/规程的步骤一步一步地扎实计算，设计中会忽略很多参数的取值问题，总是得过且过。这些对于设计行业的发展都是极其不利的。

作为一名合格的工程设计人员，必须牢记软件只是个工具，使用过程中须明确各项参数、各项调整的具体含义，不能人云亦云，否则会逐渐由设计人员变成软件操作人员。

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