市政管網的研究現狀和趨勢

劉紀龍

（四川大學建筑與環境學院，四川成都　610065）

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市政管網的研究現狀和趨勢

劉紀龍

（四川大學建筑與環境學院，四川成都610065）

摘要：市政管網建設是城市基礎設施建設的重要組成內容，其對于保障城市水資源的利用率及城市經濟的發展具有至關重要的作用，因而市政管網優化技術是促進其作用發揮的重要保障。基于當前市政管網的現狀和問題，結合城市建設的現狀對管網優化技術的發展趨勢進行了探討。

關鍵詞：市政管網；遺傳算法；模擬退火算法

市政給排水管網也被稱為市政管網，市政管網包括城市給水管網和排水管網，在給排水系統中管網的投資很大，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展、社會生產進行現代化建設不可缺少的物質基礎，并已經發展成為我國城市開發建設的中心問題和經濟發展的制約因素之一。

1　市政管網的發展歷程

自從20世紀60年代Carmelita以及shake等人提出利用系統分析的方法，尤其是優化算法進行給水管網設計的課題以來，前人在該領域已經做了大量的研究和探索工作。研究者們建立了大量的管網優化模型，在如何建立和求解管網優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。并在諸多工程領域得到迅速推廣和應用，如優化設計、系統最優規劃、系統控制、人工智能、模式識別、生產調度和計算機工程等。實現生產過程的最優化，對提高生產效率與效益、節省資源具有重要的作用。同時，優化方法的理論研究對改進算法性能、拓寬算法應用領域、完善算法體系同樣具有重要作用。因此，優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　市政管網的優化現狀

經過幾十年的發展和演變，我國市政管網優化技術已經得到了一定的進步，其優化技術越來越成熟，相較于傳統的單一型技術而言，現在已經越來越綜合化。

目前常用的智能優化算法主要有遺傳算法、序列二次規劃法、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優化的設計環節，具有較大的必要性。市政管網優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時，不用對管徑進行后期調整，能減少管網的投資，優化管網布置。

（2）序列二次規劃法。此種方法主要就是利用Kuhn· Tucker最優化條件形成的非線性方程，通過迭代計算法進行二次規劃問題的求解，也就是利用二次規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合。此種方法的迭代序列可以從不可行域逐漸轉變為可行域，只有在極限的條件下，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隨機選擇的。組合的領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，它采用使目標函數值下降的策略來尋優，它同時也接受目標函數值的隨機上升運動，即在一個限定的范圍內接受惡化解（逆優化解），因而避免了搜索過程陷入局部最優解區域內。

3　市政管網中的問題和解決方法

（1）市政管網抗暴雨強度問題。隨著近年暴雨的頻頻降臨，市政管網自身存在的不足及施工中存在的質量問題，使得其抗暴雨強度逐漸變差，給人民的生活及城市經濟的發展帶來諸多消極影響。解決方法：適當增加管網的排水管道、出水口的標準系數。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建設的質量，這需要政府加大管網投入資金。當然，這需要在考慮當地降雨量、市政管網排水能力及經濟等要素下進行切合實際的措施改進。

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

（3）市政管網漏失問題。管網漏失問題是當前市政管網中存在的普遍問題，管網質量及施工管理的不足都是導致其問題產生的重要原因。解決方法：①供水單位要嚴把管材質量關，選擇抗腐蝕強、質量優的抗老化管材，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性能。

4　市政管網優化的發展趨勢

市政管網優化技術的發展趨勢是在當前市政管網優化技術影響因素的復雜性基礎上，以改變傳統管網優化技術中的不足和缺陷，而充分利用以上算法輔助市政管網優化，進而想著更多元化的現代化方向發展。

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

（2）市政管網優化軟件的研發。目前，在市政管網優化方面，已經研發得到的軟件主要有Excel、CAD，而優化算法技術、集成地理信息系統技術、可視化技術等市政管網優化軟件正處在研究階段。

5　結語

總之，在社會經濟日益發展壯大的背景下，我國市政管網優化工作應該借助科學技術的力量，大力加強創新與研發，不斷推進新型的市政管網優化技術的誕生與應用，促進市政管網優化的快速持續發展。

參考文獻

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［4］李祥立，鄒平華.基于模擬退火算法的供熱管網優化設計［J］.暖通空調，2005，（4）.

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。

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