给水管网管径、管材联合优化方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种给水管网管径、管材联合优化方法，包括：S110：采用动态链接库封装给水管网管径、管材联合优化的核心函数，所述核心函数的数据结构包括可选管材表、节点约束表和管道选择表三个组成部分；S120：根据给水管网布设基础数学抽象出包括各管道的管径、材质和承压等级信息的抽象数据结构；S130：采用遗传算法对所述抽象数据结构进行优化，得到所述给水管网布设所需要的管径、管材优化数据；S140：根据所述给水管网布设所需要的管径、管材优化数据进行给水管网管径、管材的选择和施工。本发明专利技术实现了处理给水管网管径、材质和承压等级的联合优选问题。

Method and system for joint optimization of water supply pipe network pipe and pipe

The present invention provides a water supply pipe network, pipe diameter optimization method, including: S110: the core function of the dynamic link library package to the pipe network diameter, pipe joint optimization, the data structure of the core functions including optional pipe table, node constraint table and pipeline selection table is composed of three parts: according to S120; layout of water supply network based mathematical abstract data structure including the pipe diameter, material and bearing level information; S130: using genetic algorithm to optimize the abstract data structure, by optimizing the pipe diameter, the data of water supply network setting required; S140: according to the water supply pipe network layout required the diameter of pipe, optimization of data selection and the construction of pipe diameter, pipe networks. The invention realizes the joint optimization of the water supply pipe network, the diameter, the material and the pressure grade of the water supply pipe.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及城市给水系统的管网设计
，更为具体地，涉及一种用于给水 管网管径、材质和承压等级联合优化选择的方法。
技术介绍
给水系统是重要的城市基础设施之一。随着社会经济的快速发展，城镇化速度加 快、人民生活水平提高，对市政给水系统的输水能力和输水可靠性也提出了更高的要求。新建的住宅区和工业区需要配套建设经济可靠的给水管网；在大中城市，由于管 道老化和运行管理不善，现有的管网系统漏损严重、爆管事故和饮用水污染事件的风险加 大，需要更新管道和设备，提升运行管理水平；在县镇地区，原先的小范围孤立供水系统已 不能满足水量和可靠性要求，需要新建水厂、增铺管道，实现多水源分区联片供水。因此，如 何合理地选择给水管网的管材和管径以节省投资，是技术经济领域的重要研究课题。管径和管材优化选择的核心问题是在满足设计要求的前提下尽可能节约投资。设 计要求通常有以下几类(1)路线要求，即在优化管径和管材之前，各管线的走向已经预先确定，一般位于 城区的主要道路两侧；(2)压力要求，即管网中各用水点的压力必须位于给排水设计规范中规定的压力 区间，压力不足会造成高楼层用户用水困难，压力过大则浪费了能源，且增大了管网的漏损 率；(3)流速要求，即管网中各管道的流速必须大于最低允许流速，若流速过低则水的 更新过慢，增加了水质恶化的风险；(4)其他要求，例如，供水的主管道选用强度好的球墨铸铁管；重要供水区域采用 厚管壁的塑料管，而普通供水区域采用普通塑料管等。Bentley系统公司给水系统模拟软件Water GEMS V8i中的DarwinDesigner (达 尔文设计器)模块可以用于供水管网的管径优化，该模块采用的设计变量仅为各管道的管 径，不能处理管径管材的联合优化问题。该模块的程序流程图请参见图8，具体步骤包括 (1)确定可以选择的管径，将管径编码成计算机可以处理的格式；( 使用遗传算法对编码 后的管径进行调整，使用水力计算程序，对照设计要求，对管径选择结果进行评价；(3)反 复进行上述第2步，最终输出管径优选结果。但是采用这种技术优化管径，存在以下缺陷(1)只能优化管径，不能进行管径和管材的联合优化；(2)只能统一设置压力要求值，即管网中各用水点的压力必须位于同一个给定的 压力区间，不能对每个用水点的压力区间进行单独调整。由于这些缺陷，现有的管径优化技术很难真正应用到工程实践中，并且传统的编 码方法使得管道只能从一组不同的管径中选择，也大大限制了工程设计人员在实际工程应 用中的实用性和灵活性。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种可以从一组不同的管径、不同的管道材 料、不同的管道承压等级中选取，适用于管径和管材的联合优化方法和系统。根据本专利技术的一个方面，提供了一种给水管网管径、管材联合优化方法，包括SllO 采用动态链接库封装给水管网管径、管材联合优化的核心函数，所述核心函 数的数据结构包括可选管材表、节点约束表和管道选择表三个组成部分；S120:根据给水管网布设基础数学抽象出包括各管道的管径、材质和承压等级信 息的抽象数据结构，所述布设基础包括给水管网的管道布置图、水源的位置和压力、用水点 的设计用水量以及每个用水点的允许压力区间；S130:采用遗传算法对所述抽象数据结构进行优化，得到所述给水管网布设所需 要的管径、管材优化数据；S140:根据所述给水管网布设所需要的管径、管材优化数据进行给水管网管径、管 材的选择和施工。根据本专利技术的另一方面，提供了一种给水管网管径、管材联合优化系统，包括核心函数封装单元，用于采用动态链接库封装给水管网管径、管材联合优化的核 心函数，所述核心函数的数据结构包括可选管材表、节点约束表和管道选择表三个组成部 分；数据结构抽象单元，用于根据给水管网布设基础数学抽象出包括各管道的管径、 材质和承压等级信息的抽象数据结构，所述布设基础包括给水管网的管道布置图、水源的 位置和压力、用水点的设计用水量以及每个用水点的允许压力区间；遗传算法优化单元，用于采用遗传算法对所述抽象数据结构进行优化，得到所述 给水管网布设所需要的管径、管材优化数据；优化数据应用单元，用于根据所述给水管网布设所需要的管径、管材优化数据进 行给水管网管径、管材的选择和施工。本专利技术所提供的给水管网管径、管材联合优化方法和系统，采用全新的编码方式 和用于储存设计方案的数据结构，解决了现有的优化方法中不符合工程实际、灵活性差和 计算速度慢的问题，实现了处理给水管网管径、材质和承压等级的联合优选问题，符合工程 实际，方便给水管网工程的设计人员在管径管材优化中使用。为了实现上述以及相关目的，本专利技术的一个或多个方面包括后面将详细说明并在 权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本专利技术的某些示例性方面。 然而，这些方面指示的仅仅是可使用本专利技术的原理的各种方式中的一些方式。此外，本专利技术 旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。附图说明通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本专利技术的更全面 理解，本专利技术的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中图1为根据本专利技术实施例的给水管网管径、管材联合优化方法的流程图；图2为根据本专利技术实施例的确定给水管网的布设基础的流程示意图3为本专利技术实施例中根据给水管网布设基础进行数学抽象的流程示意图；图4为本专利技术实施例中采用遗传算法对所述抽象数据结构进行优化的具体流程 示意图；图5为本专利技术实施例中重要数据结构的组织关系图；图6为本专利技术实施例中的遗传算法和目标函数执行流程图；图7为本专利技术实施例中给水管网管径、管材联合优化系统的逻辑结构示意图；图8为现有的给水管网管径优化流程示意图。在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。具体实施例方式以下将结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细描述。为了屏蔽不同开发工具的差异，并便于设计人员应用，本专利技术在具体的开发过 程中将给水管网管材、管径优化的核心函数封装成动态链接库，并且基于Visual Studio 平台，进一步将动态链接库中的核心函数封装成标准的C++语言接口，使其成为能够在 windows操作系统上独立运行的.exe文件，从而进行给水管网管径管材的联合优化。图1为根据本专利技术实施例的给水管网管径、管材联合优化方法的流程图。如图1所示，本专利技术所提供的给水管网管径、管材联合优化方法包括如下四个步 骤SllO 采用动态链接库封装给水管网管径、管材联合优化的核心函数，其中的核心 函数的数据结构包括可选管材表、节点约束表和管道选择表三个组成部分。由于现有的代表设计方案的数据结构仅有管道选择表，没有可选管材表和节点约 束表；并且管道选择表中仅储存了每个管线采用的管径大小，没有管材和承压等级的信息， 不能进行管径、材质和承压等级的联合优选优化。而本专利技术所采用的数据结构通过内置的 可选管材表，得到管径、材质和承压等级的信息，进行管径、材质和承压等级的联合优化。相比较于现有管径优化方法所使用的遗传算法，本专利技术这种核心函数修改了影响 整体优化方案的数据结构，对所使用的遗传算法进行了重新定义，使得遗传算法可以同时 用于管径、管材和管线承压等级的联合优化计算。在本专利技术的一个优选实施方式中，包括可选管材表、节点约束表和管道选择表三 个组成部本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种给水管网管径、管材联合优化方法，包括：Ｓ１１０：采用动态链接库封装给水管网管径、管材联合优化的核心函数，所述核心函数的数据结构包括可选管材表、节点约束表和管道选择表三个组成部分；Ｓ１２０：根据给水管网布设基础数学抽象出包括各管道的管径、材质和承压等级信息的抽象数据结构，所述布设基础包括给水管网的管道布置图、水源的位置和压力、用水点的设计用水量以及每个用水点的允许压力区间；Ｓ１３０：采用遗传算法对所述抽象数据结构进行优化，得到所述给水管网布设所需要的管径、管材优化数据；Ｓ１４０：根据所述给水管网布设所需要的管径、管材优化数据进行给水管网管径、管材的选择和施工。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书明，刘文君，陈晋端，吴雪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11