[發(fā)明專利]給水管網(wǎng)管徑、管材聯(lián)合優(yōu)化方法和系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110065539.1
• 申請(qǐng)日: 2011-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102117369A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉書(shū)明;劉文君;陳晉端;吳雪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及城市給水系統(tǒng)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種用于給水管網(wǎng)管徑、材質(zhì)和承壓等級(jí)聯(lián)合優(yōu)化選擇的方法。

背景技術(shù)

給水系統(tǒng)是重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施之一。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化速度加快、人民生活水平提高，對(duì)市政給水系統(tǒng)的輸水能力和輸水可靠性也提出了更高的要求。

新建的住宅區(qū)和工業(yè)區(qū)需要配套建設(shè)經(jīng)濟(jì)可靠的給水管網(wǎng)；在大中城市，由于管道老化和運(yùn)行管理不善，現(xiàn)有的管網(wǎng)系統(tǒng)漏損嚴(yán)重、爆管事故和飲用水污染事件的風(fēng)險(xiǎn)加大，需要更新管道和設(shè)備，提升運(yùn)行管理水平；在縣鎮(zhèn)地區(qū)，原先的小范圍孤立供水系統(tǒng)已不能滿足水量和可靠性要求，需要新建水廠、增鋪管道，實(shí)現(xiàn)多水源分區(qū)聯(lián)片供水。因此，如何合理地選擇給水管網(wǎng)的管材和管徑以節(jié)省投資，是技術(shù)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的重要研究課題。

管徑和管材優(yōu)化選擇的核心問(wèn)題是在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下盡可能節(jié)約投資。設(shè)計(jì)要求通常有以下幾類：

(1)路線要求，即在優(yōu)化管徑和管材之前，各管線的走向已經(jīng)預(yù)先確定，一般位于城區(qū)的主要道路兩側(cè)；

(2)壓力要求，即管網(wǎng)中各用水點(diǎn)的壓力必須位于給排水設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的壓力區(qū)間，壓力不足會(huì)造成高樓層用戶用水困難，壓力過(guò)大則浪費(fèi)了能源，且增大了管網(wǎng)的漏損率；

(3)流速要求，即管網(wǎng)中各管道的流速必須大于最低允許流速，若流速過(guò)低則水的更新過(guò)慢，增加了水質(zhì)惡化的風(fēng)險(xiǎn)；

(4)其他要求，例如，供水的主管道選用強(qiáng)度好的球墨鑄鐵管；重要供水區(qū)域采用厚管壁的塑料管，而普通供水區(qū)域采用普通塑料管等。

Bentley系統(tǒng)公司給水系統(tǒng)模擬軟件Water?GEMS?V8i中的DarwinDesigner(達(dá)爾文設(shè)計(jì)器)模塊可以用于供水管網(wǎng)的管徑優(yōu)化，該模塊采用的設(shè)計(jì)變量?jī)H為各管道的管徑，不能處理管徑管材的聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題。該模塊的程序流程圖請(qǐng)參見(jiàn)圖8，具體步驟包括：(1)確定可以選擇的管徑，將管徑編碼成計(jì)算機(jī)可以處理的格式；(2)使用遺傳算法對(duì)編碼后的管徑進(jìn)行調(diào)整，使用水力計(jì)算程序，對(duì)照設(shè)計(jì)要求，對(duì)管徑選擇結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)；(3)反復(fù)進(jìn)行上述第2步，最終輸出管徑優(yōu)選結(jié)果。

但是采用這種技術(shù)優(yōu)化管徑，存在以下缺陷：

(1)只能優(yōu)化管徑，不能進(jìn)行管徑和管材的聯(lián)合優(yōu)化；

(2)只能統(tǒng)一設(shè)置壓力要求值，即管網(wǎng)中各用水點(diǎn)的壓力必須位于同一個(gè)給定的壓力區(qū)間，不能對(duì)每個(gè)用水點(diǎn)的壓力區(qū)間進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。

由于這些缺陷，現(xiàn)有的管徑優(yōu)化技術(shù)很難真正應(yīng)用到工程實(shí)踐中，并且傳統(tǒng)的編碼方法使得管道只能從一組不同的管徑中選擇，也大大限制了工程設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工程應(yīng)用中的實(shí)用性和靈活性。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種可以從一組不同的管徑、不同的管道材料、不同的管道承壓等級(jí)中選取，適用于管徑和管材的聯(lián)合優(yōu)化方法和系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種給水管網(wǎng)管徑、管材聯(lián)合優(yōu)化方法，包括：

S110：采用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)封裝給水管網(wǎng)管徑、管材聯(lián)合優(yōu)化的核心函數(shù)，所述核心函數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括可選管材表、節(jié)點(diǎn)約束表和管道選擇表三個(gè)組成部分；

S120：根據(jù)給水管網(wǎng)布設(shè)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)抽象出包括各管道的管徑、材質(zhì)和承壓等級(jí)信息的抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所述布設(shè)基礎(chǔ)包括給水管網(wǎng)的管道布置圖、水源的位置和壓力、用水點(diǎn)的設(shè)計(jì)用水量以及每個(gè)用水點(diǎn)的允許壓力區(qū)間；

S130：采用遺傳算法對(duì)所述抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到所述給水管網(wǎng)布設(shè)所需要的管徑、管材優(yōu)化數(shù)據(jù)；

S140：根據(jù)所述給水管網(wǎng)布設(shè)所需要的管徑、管材優(yōu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行給水管網(wǎng)管徑、管材的選擇和施工。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種給水管網(wǎng)管徑、管材聯(lián)合優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

核心函數(shù)封裝單元，用于采用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)封裝給水管網(wǎng)管徑、管材聯(lián)合優(yōu)化的核心函數(shù)，所述核心函數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括可選管材表、節(jié)點(diǎn)約束表和管道選擇表三個(gè)組成部分；

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)抽象單元，用于根據(jù)給水管網(wǎng)布設(shè)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)抽象出包括各管道的管徑、材質(zhì)和承壓等級(jí)信息的抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所述布設(shè)基礎(chǔ)包括給水管網(wǎng)的管道布置圖、水源的位置和壓力、用水點(diǎn)的設(shè)計(jì)用水量以及每個(gè)用水點(diǎn)的允許壓力區(qū)間；

遺傳算法優(yōu)化單元，用于采用遺傳算法對(duì)所述抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到所述給水管網(wǎng)布設(shè)所需要的管徑、管材優(yōu)化數(shù)據(jù)；

優(yōu)化數(shù)據(jù)應(yīng)用單元，用于根據(jù)所述給水管網(wǎng)布設(shè)所需要的管徑、管材優(yōu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行給水管網(wǎng)管徑、管材的選擇和施工。