[發明專利]一種市政消火栓取水組合優化方法

在審

• 申請號: 202211267403.3
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115795997A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 龐愉文;朱偉峰;楊坤;趙欣;趙家曉;裴磊;聶軍
• 申請（專利權）人: 上海城市水資源開發利用國家工程中心有限公司;上海市消防救援總隊
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/28;G06Q10/04;G06Q50/26;G06N3/126;G06F111/04;G06F113/08;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 上海海鈞知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31330
• 代理人: 許蘭;姜波

1.一種市政消火栓取水組合優化方法，其特征在于，包括：

S1、建立一個消火栓取水組合優化模型的目標函數，所述目標函數為

其中，x_i為被選取的消火栓；n為消火栓個數，通過著火點火災規模和單個消火栓需水流量q確定；P(x_i)為模型中計算消火栓x_i工作時對應的節點壓力；Q(X)為可靠性，Q(X)越大供水可靠性越好；D(x_i)為計算消火栓與著火點的距離；M(X)為消火栓與火點的距離之和，M(X)越小，取水越便捷；

以供水可靠性和取水便捷性為目標，尋找發生火災時，保證供水可靠性的同時，距離火點最近的消火栓組合；

S2、確定約束條件，所述消火栓取水組合優化模型的約束條件為

P(x_i)＞H(q)

D(x_i)＜d_max

x_i≠x_j

滿足給水管網水力計算連續性方程及能量守恒方程

q_i+∑q_ij＝0

∑h_ij＝0

其中，H(q)為滿足單個消火栓需水流量所需的壓力；d_max為保障消防車有效取水的距離火場最大距離；消火栓組合中單個消火栓不能重復出現；滿足給水管網水力計算連續性方程，即管網節點流入/流出流量q_i與從其他管道流入/流出該節點的流量q_ij之和為0；滿足管網水力計算能量方程，即各環中水頭損失閉合差∑h_ij為0；

S3、以S1中的目標函數為目標，在滿足S2中的約束條件下，尋找滿足消火栓組合的最優解，即得到最優消火栓取水組合方案。

2.根據權利要求1所述的一種市政消火栓取水組合優化方法，其特征在于，利用給水管網水力模型計算軟件EPANET，求解連續性方程及能量守恒方程，計算消防工況下各節點的壓力情況。

3.根據權利要求2所述的一種市政消火栓取水組合優化方法，其特征在于，在EPANET軟件中，給水管網被模擬成相互連接的節點和管段，節點表示管段之間的連接節點、用戶節點、消火栓節點、或水池水庫，管段表示實際管道、或閥門；在給水管網水力模型中錄入各管道設備的基礎信息，并計算不同工況下的節點壓力及管道流量。

4.根據權利要求2所述的一種市政消火栓取水組合優化方法，其特征在于，還包括：所述目標函數為多目標函數，將兩個目標函數加權重之后再相加，轉換為單目標函數，以便求解。

5.根據權利要求4所述的一種市政消火栓取水組合優化方法，其特征在于，在Python或MATLAB中，利用線性規劃或遺傳算法對單目標函數求最值，同時通過Python或MATLAB調用給EPANET工具箱的編程接口，獲取消火栓組合、消火栓節點坐標，計算消火栓與火點的距離D(x_i)和消火栓啟用時的壓力P(x_i)。

6.根據權利要求1所述的一種市政消火栓取水組合優化方法，其特征在于，根據實際消防救援需求，消火栓距離火場最大距離d_max最優取500m，最大不超過1000m。

7.根據權利要求1所述的一種市政消火栓取水組合優化方法，其特征在于，每個消火栓只能連接一臺消防車，供一臺消防車取水一次。

8.根據權利要求1所述的一種市政消火栓取水組合優化方法，其特征在于，H(q)為滿足單個消火栓需水流量所需的壓力，其大小與消防車所需取水流量q、消火栓型號口徑、消火栓所連接的管道口徑相關，通過實驗擬合或查閱相關經驗公式確定，或根據GB50974-2014《消防給水及消火栓系統技術規范》水力最不利消火栓的供水壓力從地面算起不應小于0.10Mpa，即P(x_i)＞0.10Mpa。