劉紀龍

（四川大學建筑與環(huán)境學院，四川成都　610065）

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市政管網(wǎng)的研究現(xiàn)狀和趨勢

劉紀龍

（四川大學建筑與環(huán)境學院，四川成都610065）

摘要：市政管網(wǎng)建設是城市基礎設施建設的重要組成內(nèi)容，其對于保障城市水資源的利用率及城市經(jīng)濟的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用，因而市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)是促進其作用發(fā)揮的重要保障?；诋斍笆姓芫W(wǎng)的現(xiàn)狀和問題，結(jié)合城市建設的現(xiàn)狀對管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了探討。

關(guān)鍵詞：市政管網(wǎng)；遺傳算法；模擬退火算法

市政給排水管網(wǎng)也被稱為市政管網(wǎng)，市政管網(wǎng)包括城市給水管網(wǎng)和排水管網(wǎng)，在給排水系統(tǒng)中管網(wǎng)的投資很大，是城市的重要基礎設施，也是城市的命脈。它是保障人民生活發(fā)展、社會生產(chǎn)進行現(xiàn)代化建設不可缺少的物質(zhì)基礎，并已經(jīng)發(fā)展成為我國城市開發(fā)建設的中心問題和經(jīng)濟發(fā)展的制約因素之一。

1　市政管網(wǎng)的發(fā)展歷程

自從20世紀60年代Carmelita以及shake等人提出利用系統(tǒng)分析的方法，尤其是優(yōu)化算法進行給水管網(wǎng)設計的課題以來，前人在該領(lǐng)域已經(jīng)做了大量的研究和探索工作。研究者們建立了大量的管網(wǎng)優(yōu)化模型，在如何建立和求解管網(wǎng)優(yōu)化模型方面進行了一些探索。作為一個重要的科學分支，它一直受到人們的廣泛重視。并在諸多工程領(lǐng)域得到迅速推廣和應用，如優(yōu)化設計、系統(tǒng)最優(yōu)規(guī)劃、系統(tǒng)控制、人工智能、模式識別、生產(chǎn)調(diào)度和計算機工程等。實現(xiàn)生產(chǎn)過程的最優(yōu)化，對提高生產(chǎn)效率與效益、節(jié)省資源具有重要的作用。同時，優(yōu)化方法的理論研究對改進算法性能、拓寬算法應用領(lǐng)域、完善算法體系同樣具有重要作用。因此，優(yōu)化理論與算法的研究是一個同時具有理論意義和應用價值的重要課題。

2　市政管網(wǎng)的優(yōu)化現(xiàn)狀

經(jīng)過幾十年的發(fā)展和演變，我國市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)得到了一定的進步，其優(yōu)化技術(shù)越來越成熟，相較于傳統(tǒng)的單一型技術(shù)而言，現(xiàn)在已經(jīng)越來越綜合化。

目前常用的智能優(yōu)化算法主要有遺傳算法、序列二次規(guī)劃法、模擬退火算法3種。

（1）遺傳算法。是模擬自然生物遺傳與進化過程的基礎上進行全局搜索的方法。將其應用于市政管網(wǎng)優(yōu)化的設計環(huán)節(jié)，具有較大的必要性。市政管網(wǎng)優(yōu)化具有一定的復雜性，遺傳算法能為其提供簡便的方式，在處理離散變量函數(shù)時，不用對管徑進行后期調(diào)整，能減少管網(wǎng)的投資，優(yōu)化管網(wǎng)布置。

（2）序列二次規(guī)劃法。此種方法主要就是利用Kuhn· Tucker最優(yōu)化條件形成的非線性方程，通過迭代計算法進行二次規(guī)劃問題的求解，也就是利用二次規(guī)劃序列求解過程代替原有求解過程。此種方法主要就是將KT條件、線性、二次近似、變尺度等方面進行結(jié)合。此種方法的迭代序列可以從不可行域逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭尚杏颍挥性跇O限的條件下，才可以達到完全制約，因此無法進行快速的求解。除此之外，在優(yōu)化過程中，迭代通常需要利用齒行法，因此，可以通過對射線步的修正，實現(xiàn)迭代點的制約。

（3）模擬退火算法。模擬退火算法的得來是基于對物理退火過程的分析，在算法的每一步，都產(chǎn)生一個組合的變化，然后對其費用進行評價。新的組合是在當前組合的鄰域內(nèi)隨機選擇的。組合的領(lǐng)域僅有一根管段管徑值與前一管徑不同，為高或者低一級規(guī)格。新的組合接受與否，取決于Metropolis標準。模擬退火算法也是一種隨機的搜索方法，它采用使目標函數(shù)值下降的策略來尋優(yōu)，它同時也接受目標函數(shù)值的隨機上升運動，即在一個限定的范圍內(nèi)接受惡化解（逆優(yōu)化解），因而避免了搜索過程陷入局部最優(yōu)解區(qū)域內(nèi)。

3　市政管網(wǎng)中的問題和解決方法

（1）市政管網(wǎng)抗暴雨強度問題。隨著近年暴雨的頻頻降臨，市政管網(wǎng)自身存在的不足及施工中存在的質(zhì)量問題，使得其抗暴雨強度逐漸變差，給人民的生活及城市經(jīng)濟的發(fā)展帶來諸多消極影響。解決方法：適當增加管網(wǎng)的排水管道、出水口的標準系數(shù)。加強管線管理，加強雨水收集措施的實施，通過多種途徑保證管網(wǎng)建設的質(zhì)量，這需要政府加大管網(wǎng)投入資金。當然，這需要在考慮當?shù)亟涤炅?、市政管網(wǎng)排水能力及經(jīng)濟等要素下進行切合實際的措施改進。

（2）管網(wǎng)系統(tǒng)布置的不合理問題。由于城市自來水加快普及，在管網(wǎng)布局與規(guī)劃缺乏科學性的情況下，新時期市政管網(wǎng)系統(tǒng)鋪設冗余、連接復雜的問題日益突顯。解決方法：供水單位應該根據(jù)供水區(qū)域的地形情況及用戶分布情況，結(jié)合城市建設規(guī)劃而進行管網(wǎng)系統(tǒng)布置。

（3）市政管網(wǎng)漏失問題。管網(wǎng)漏失問題是當前市政管網(wǎng)中存在的普遍問題，管網(wǎng)質(zhì)量及施工管理的不足都是導致其問題產(chǎn)生的重要原因。解決方法：①供水單位要嚴把管材質(zhì)量關(guān)，選擇抗腐蝕強、質(zhì)量優(yōu)的抗老化管材，選擇柔性橡膠接口；對各附件進行定期的檢查與更新。②在管網(wǎng)鋪設方案上制定施工計劃，在施工完成后進行水壓實驗確保管網(wǎng)性能。

4　市政管網(wǎng)優(yōu)化的發(fā)展趨勢

市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展趨勢是在當前市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)影響因素的復雜性基礎上，以改變傳統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)中的不足和缺陷，而充分利用以上算法輔助市政管網(wǎng)優(yōu)化，進而想著更多元化的現(xiàn)代化方向發(fā)展。

（1）市政管網(wǎng)優(yōu)化是社會發(fā)展的必然趨勢。遺傳算法、模擬退火算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法等先進優(yōu)化技術(shù)得到了廣泛的應用，其不僅可以降低求解的難度，還可以有效增強計算的效率，已經(jīng)成為了市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢，一定要進行深入的分析與研究，保證其可以在市政管網(wǎng)優(yōu)化中得到全面的應用，促進市政管網(wǎng)優(yōu)化的進一步發(fā)展。

（2）市政管網(wǎng)優(yōu)化軟件的研發(fā)。目前，在市政管網(wǎng)優(yōu)化方面，已經(jīng)研發(fā)得到的軟件主要有Excel、CAD，而優(yōu)化算法技術(shù)、集成地理信息系統(tǒng)技術(shù)、可視化技術(shù)等市政管網(wǎng)優(yōu)化軟件正處在研究階段。

5　結(jié)語

總之，在社會經(jīng)濟日益發(fā)展壯大的背景下，我國市政管網(wǎng)優(yōu)化工作應該借助科學技術(shù)的力量，大力加強創(chuàng)新與研發(fā)，不斷推進新型的市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的誕生與應用，促進市政管網(wǎng)優(yōu)化的快速持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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The research status and trend of municipal pipe network

LIU Ji-long
（College of Architecture and Environment，Sichuan University，Chengdu，Sichuan 610065，China）

Abstract：Municipal pipe network construction is an important content of urban infrastructure construction.it has a crucial role in the security of urban water resources utilization and inthe development of urban economy，thus municipal pipe network optimization technology plays an important role in security.In this paper，based on the present situation and problems of the current municipal pipe network，discussed the development of pipe network optimization technology.

Key words：municipal pipe；genetic algorithm；simulated annealing algorithm

作者簡介：劉紀龍（1991-），男，碩士研究生，主要研究方向：污水處理、污水管網(wǎng)。

收稿日期：2016-01-16

中圖分類號：TU990.3

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）02-0047-02