浅谈市政管网优化技术现状与趋势

■邝 莹 ■武汉市燃气热力工程有限公司，湖北 武汉 430000

市政管网优化是一门综合性的学科，不仅包括技术经济评价体系，相关的计算机功能、最优化数学理论。管网优化的主要目标是构建数学模型，采用最优化技术和理论，参照设计的最佳参数。首先要设计基础的工程方案，在优化工程施工建设和发展的基础上，达到最大的管网建设的经济效益。市政管网优化技术的发展主要包括:在市政管网优化过程中，可以采用经典的优化理论，主要包括线性和非线性规划法，动态规划法。在市政管网优化过程中，还包括多种启发性算法，可以进行纵向推进。其中经典的算法包括人工神经网络法、遗传算法。在市政管网优化中的横向混合方法主要有动态规划法，线性规划法，遗传算法等。管网优化主要采用分级优化的技术，逐渐从传统的算法演变到新型的算法。市政管网优化技术在市政建设中非常重要。

1 市政管网设计的现状

1.1 管网设计不合理

在城市化进程加快的过程中，市政管网的覆盖密集度也在增加，建设速度也在飞速加快。在此情况下，应该更新排水系统和原来的管网系统，加强二者之间的配合连接。但是，新系统的设计和配置存在很多问题。首先，主要是基础设施的规划和设计明显不合理，主要在重要城市建筑物的规划，重要道路工程管线的配套。其次，设计师在工程管线的设计中不合理，没有充分考虑到规划的合理性。只有结合现场的实际情况，才能科学设计综合管线。在规划管道的容量、管道坡度时，设计人员主要凭借经验进行设计和调整。但是设计人员的经验和能力都不足。最后，在设计方法上，很多工程技术人员一般采用图集、传统计算的模式进行计算，已经形成了一定的工作思路，影响了工作效率。

1.2 环境因素和材质质量导致的漏失现象

当前我国很多城市使用的市政管网都是在原来管网上的扩充，这样会影响到管网的稳定性。导致管网的管材老化、破旧。在很多城市建设中，很多本该退休的管网还在使用，如果对管网缺乏管理，就会出现管线压力过大，造成管网供水能力退化。

1.3 当前配置存在问题不能满足事故的需要

1.3.1 工程资料数据存在安全隐患

在建设城市管网时，如果施工人员不事先了解地下管线的情况，在工程施工中，就会出现道路路面压力过大，挤爆排水管道的现象。爆管后，很多管道系统部分功能已经退化，不能及时了解到排水量的变化。外界反而会先了解企业爆管的事故，不仅浪费了水资源，也影响了企业正常的营业活动。

1.3.2 管网污染问题

在南方的水厂管网的污染非常严重，特别是在夏季排涝期间，水源极度恶化，水质变差，已经变质到了一定的程度。如果在水源附近，水源都会被污染，那么就需要关闭供水的设施，及时挽救水质污染的问题。但是，关闭供水范围，只能实现大面积的停水，管网子系统的功能受到严重影响。

1.3.3 重视泄洪问题

泄洪问题在我国是一个严重的问题，因为随着天气变化，夏天突然强降水，一时间排水系统来不及排出所有的地下水，导致一些城市街道大面积积水，危害人们的生命和财产安全。

2 市政管网优化技术主要事项

2.1 优化排水管线的布局

首先，要设计一个科学、合理的管网系统，在布置管网时应按照城市规划的要求，充分考虑到管网的整体系统和原有体系的扩张。其次，在对管网施工时，要做好设计的工作，结合具体的工程情况。在铺设管网时，要考虑到排水地区的地形和地貌，仔细检查水源条件，调节池。还要注意周围环境对管网施工的影响，比如周边的河流，公路、铁路和地铁等交通设施对市政工程的影响。为了控制排水水压和水量，应该仔细检查管道的施工过程，对管网施工中出现的问题进行及时维护和检修。在维修的过程中，要尽量保持线路最短，节约管网的用料，也可以更加高效地完成工作。同时，需要注意，管网应该呈现环状或者枝状分布。最后，在管网施工过程中，应该考虑到城市的功能，如果城市功能升级，城市排水系统也要相应作出变化。因为我国的高层和超高层的建筑和大型城市综合建筑非常多，所以在进行设计管网时，要考虑到一些高层建筑的影响。例如，在高层建筑施工时，应该合理设置水系统的分区，不能简单地将水系统进行划分，建筑物高度如果太高，超过一定范围就要给水系统多进行几个分区，这有利于调节供水系统的压力。对于排水管道，以前使用的PVC 管道承受压力较小，压力过大容易造成管道的渗漏。因此，现在的管网施工中应该使用承压能力较强的塑料管、金属管或者是钢塑符合管。

2.2 改造现有管线，新建配套设施

首先要改造原来的旧管道。老旧的管道改造要在旧城改造的基础上进行，在排水管网的重点区域，实行故障排除计划，找到明显的漏洞和隐藏的漏洞，然后作出标记。应该做到严格处理明显的漏洞，严格防守隐藏的漏洞。只有放弃原有的老化的、漏损严重的管道，才能采用新的、安全的管道。首先要使用合格的建筑材料，才能保证管网施工的质量，只有对系统进行优化，才能优化工程的成本。使用合格的材料可以保证排水系统的质量。其次，应该按照管网工程设计和运行的要求，管材的质量应该要求非常高。最后，管道环境会影响到管网的综合处理工作。由于市政道路的建设，管网上层的土层变得很薄，或者是管道上方是车行道的，应该着重计算管线的深度。如果管线在这个区域埋设有很大困难，就要迁移管道。

2.3 市政管网的算法

主要包括三种算法:遗传算法、序列二次规矩法、神经网络优化算法。遗传算法是根据自然界中生物的遗传自然规律，创造出的一种全局性的搜索算法。因为管网优化设计过程非常复杂，遗传算法可以快速解决问题，这种算法可以有效解决变量函数的问题，更符合工程的实际情况。这种算法留有大量的内码空间和问题空间，可以从本质上解决平常算法解决不了的问题。这种算法最大的优势就是具有多种可行的方案，不仅可以实现管网的可靠性、经济性，还可以有效解决全局优化的问题。序列二次规划法是一种非线性方程，二次规划问题组成的方程可以采用迭代计算的方法进行求解。这种方法主要依靠KT 条件，变尺度、线性等有关手段结合起来，只有在极限的情况下才会使用迭代的序列。通过从不可行域向可行域的转换，可以有效解决很多难题。神经网络优化算法是建立在生物神经本质上的，采用的原理是人工神经网络中人工神经元，通过这些神经元可以互相连接，形成严密的计算结构。这个结构可以在生物神经系统中解决实际问题。该算法的亮点是通过存在于神经网络中神经元的配合，解决实际问题，稳定神经网络中的系统。

3 市政管网优化技术的发展趋势和前景

随着现代科学技术的发展，市政管网的构造比较复杂，突破了传统的管网适用性差、计算量的缺点。在未来的发展中，应该是充分结合以上几种算法。在对市政管网进行优化过程中，应该保证管网的可行性和经济效益。管网形式主要有两种:树状和环状。在实际操作中，应该大力使用可视化技术。促进市政管网技术的优化。

4 结束语

综上所述，市政管网优化是一门综合性的学科，不仅包括技术经济评价体系，相关的计算机功能、最优化数学理论。现在的市政管网设计存在管网设计不合理，环境因素和材质质量导致的漏失现象，当前配置存在问题不能满足事故的需要。市政管网优化技术主要事项有:优化排水管线的布局，改造现有管线，新建配套设施，优化市政管网的算法。在未来的发展中，应该是充分结合以上几种算法。在对市政管网进行优化过程中，应该保证管网的可行性和经济效益。

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