淺談市政管網優化技術現狀與趨勢

■鄺 瑩 ■武漢市燃氣熱力工程有限公司，湖北 武漢 430000

市政管網優化是一門綜合性的學科，不僅包括技術經濟評價體系，相關的計算機功能、最優化數學理論。管網優化的主要目標是構建數學模型，采用最優化技術和理論，參照設計的最佳參數。首先要設計基礎的工程方案，在優化工程施工建設和發展的基礎上，達到最大的管網建設的經濟效益。市政管網優化技術的發展主要包括:在市政管網優化過程中，可以采用經典的優化理論，主要包括線性和非線性規劃法，動態規劃法。在市政管網優化過程中，還包括多種啟發性算法，可以進行縱向推進。其中經典的算法包括人工神經網絡法、遺傳算法。在市政管網優化中的橫向混合方法主要有動態規劃法，線性規劃法，遺傳算法等。管網優化主要采用分級優化的技術，逐漸從傳統的算法演變到新型的算法。市政管網優化技術在市政建設中非常重要。

1 市政管網設計的現狀

1.1 管網設計不合理

在城市化進程加快的過程中，市政管網的覆蓋密集度也在增加，建設速度也在飛速加快。在此情況下，應該更新排水系統和原來的管網系統，加強二者之間的配合連接。但是，新系統的設計和配置存在很多問題。首先，主要是基礎設施的規劃和設計明顯不合理，主要在重要城市建筑物的規劃，重要道路工程管線的配套。其次，設計師在工程管線的設計中不合理，沒有充分考慮到規劃的合理性。只有結合現場的實際情況，才能科學設計綜合管線。在規劃管道的容量、管道坡度時，設計人員主要憑借經驗進行設計和調整。但是設計人員的經驗和能力都不足。最后，在設計方法上，很多工程技術人員一般采用圖集、傳統計算的模式進行計算，已經形成了一定的工作思路，影響了工作效率。

1.2 環境因素和材質質量導致的漏失現象

當前我國很多城市使用的市政管網都是在原來管網上的擴充，這樣會影響到管網的穩定性。導致管網的管材老化、破舊。在很多城市建設中，很多本該退休的管網還在使用，如果對管網缺乏管理，就會出現管線壓力過大，造成管網供水能力退化。

1.3 當前配置存在問題不能滿足事故的需要

1.3.1 工程資料數據存在安全隱患

在建設城市管網時，如果施工人員不事先了解地下管線的情況，在工程施工中，就會出現道路路面壓力過大，擠爆排水管道的現象。爆管后，很多管道系統部分功能已經退化，不能及時了解到排水量的變化。外界反而會先了解企業爆管的事故，不僅浪費了水資源，也影響了企業正常的營業活動。

1.3.2 管網污染問題

在南方的水廠管網的污染非常嚴重，特別是在夏季排澇期間，水源極度惡化，水質變差，已經變質到了一定的程度。如果在水源附近，水源都會被污染，那么就需要關閉供水的設施，及時挽救水質污染的問題。但是，關閉供水范圍，只能實現大面積的停水，管網子系統的功能受到嚴重影響。

1.3.3 重視泄洪問題

泄洪問題在我國是一個嚴重的問題，因為隨著天氣變化，夏天突然強降水，一時間排水系統來不及排出所有的地下水，導致一些城市街道大面積積水，危害人們的生命和財產安全。

2 市政管網優化技術主要事項

2.1 優化排水管線的布局

首先，要設計一個科學、合理的管網系統，在布置管網時應按照城市規劃的要求，充分考慮到管網的整體系統和原有體系的擴張。其次，在對管網施工時，要做好設計的工作，結合具體的工程情況。在鋪設管網時，要考慮到排水地區的地形和地貌，仔細檢查水源條件，調節池。還要注意周圍環境對管網施工的影響，比如周邊的河流，公路、鐵路和地鐵等交通設施對市政工程的影響。為了控制排水水壓和水量，應該仔細檢查管道的施工過程，對管網施工中出現的問題進行及時維護和檢修。在維修的過程中，要盡量保持線路最短，節約管網的用料，也可以更加高效地完成工作。同時，需要注意，管網應該呈現環狀或者枝狀分布。最后，在管網施工過程中，應該考慮到城市的功能，如果城市功能升級，城市排水系統也要相應作出變化。因為我國的高層和超高層的建筑和大型城市綜合建筑非常多，所以在進行設計管網時，要考慮到一些高層建筑的影響。例如，在高層建筑施工時，應該合理設置水系統的分區，不能簡單地將水系統進行劃分，建筑物高度如果太高，超過一定范圍就要給水系統多進行幾個分區，這有利于調節供水系統的壓力。對于排水管道，以前使用的PVC 管道承受壓力較小，壓力過大容易造成管道的滲漏。因此，現在的管網施工中應該使用承壓能力較強的塑料管、金屬管或者是鋼塑符合管。

2.2 改造現有管線，新建配套設施

首先要改造原來的舊管道。老舊的管道改造要在舊城改造的基礎上進行，在排水管網的重點區域，實行故障排除計劃，找到明顯的漏洞和隱藏的漏洞，然后作出標記。應該做到嚴格處理明顯的漏洞，嚴格防守隱藏的漏洞。只有放棄原有的老化的、漏損嚴重的管道，才能采用新的、安全的管道。首先要使用合格的建筑材料，才能保證管網施工的質量，只有對系統進行優化，才能優化工程的成本。使用合格的材料可以保證排水系統的質量。其次，應該按照管網工程設計和運行的要求，管材的質量應該要求非常高。最后，管道環境會影響到管網的綜合處理工作。由于市政道路的建設，管網上層的土層變得很薄，或者是管道上方是車行道的，應該著重計算管線的深度。如果管線在這個區域埋設有很大困難，就要遷移管道。

2.3 市政管網的算法

主要包括三種算法:遺傳算法、序列二次規矩法、神經網絡優化算法。遺傳算法是根據自然界中生物的遺傳自然規律，創造出的一種全局性的搜索算法。因為管網優化設計過程非常復雜，遺傳算法可以快速解決問題，這種算法可以有效解決變量函數的問題，更符合工程的實際情況。這種算法留有大量的內碼空間和問題空間，可以從本質上解決平常算法解決不了的問題。這種算法最大的優勢就是具有多種可行的方案，不僅可以實現管網的可靠性、經濟性，還可以有效解決全局優化的問題。序列二次規劃法是一種非線性方程，二次規劃問題組成的方程可以采用迭代計算的方法進行求解。這種方法主要依靠KT 條件，變尺度、線性等有關手段結合起來，只有在極限的情況下才會使用迭代的序列。通過從不可行域向可行域的轉換，可以有效解決很多難題。神經網絡優化算法是建立在生物神經本質上的，采用的原理是人工神經網絡中人工神經元，通過這些神經元可以互相連接，形成嚴密的計算結構。這個結構可以在生物神經系統中解決實際問題。該算法的亮點是通過存在于神經網絡中神經元的配合，解決實際問題，穩定神經網絡中的系統。

3 市政管網優化技術的發展趨勢和前景

隨著現代科學技術的發展，市政管網的構造比較復雜，突破了傳統的管網適用性差、計算量的缺點。在未來的發展中，應該是充分結合以上幾種算法。在對市政管網進行優化過程中，應該保證管網的可行性和經濟效益。管網形式主要有兩種:樹狀和環狀。在實際操作中，應該大力使用可視化技術。促進市政管網技術的優化。

4 結束語

綜上所述，市政管網優化是一門綜合性的學科，不僅包括技術經濟評價體系，相關的計算機功能、最優化數學理論。現在的市政管網設計存在管網設計不合理，環境因素和材質質量導致的漏失現象，當前配置存在問題不能滿足事故的需要。市政管網優化技術主要事項有:優化排水管線的布局，改造現有管線，新建配套設施，優化市政管網的算法。在未來的發展中，應該是充分結合以上幾種算法。在對市政管網進行優化過程中，應該保證管網的可行性和經濟效益。

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