市政管网的研究现状和趋势

刘纪龙

（四川大学建筑与环境学院，四川成都　610065）



市政管网的研究现状和趋势

刘纪龙

（四川大学建筑与环境学院，四川成都610065）

摘要：市政管网建设是城市基础设施建设的重要组成内容，其对于保障城市水资源的利用率及城市经济的发展具有至关重要的作用，因而市政管网优化技术是促进其作用发挥的重要保障。基于当前市政管网的现状和问题，结合城市建设的现状对管网优化技术的发展趋势进行了探讨。

关键词：市政管网；遗传算法；模拟退火算法

市政给排水管网也被称为市政管网，市政管网包括城市给水管网和排水管网，在给排水系统中管网的投资很大，是城市的重要基础设施，也是城市的命脉。它是保障人民生活发展、社会生产进行现代化建设不可缺少的物质基础，并已经发展成为我国城市开发建设的中心问题和经济发展的制约因素之一。

1　市政管网的发展历程

自从20世纪60年代Carmelita以及shake等人提出利用系统分析的方法，尤其是优化算法进行给水管网设计的课题以来，前人在该领域已经做了大量的研究和探索工作。研究者们建立了大量的管网优化模型，在如何建立和求解管网优化模型方面进行了一些探索。作为一个重要的科学分支，它一直受到人们的广泛重视。并在诸多工程领域得到迅速推广和应用，如优化设计、系统最优规划、系统控制、人工智能、模式识别、生产调度和计算机工程等。实现生产过程的最优化，对提高生产效率与效益、节省资源具有重要的作用。同时，优化方法的理论研究对改进算法性能、拓宽算法应用领域、完善算法体系同样具有重要作用。因此，优化理论与算法的研究是一个同时具有理论意义和应用价值的重要课题。

2　市政管网的优化现状

经过几十年的发展和演变，我国市政管网优化技术已经得到了一定的进步，其优化技术越来越成熟，相较于传统的单一型技术而言，现在已经越来越综合化。

目前常用的智能优化算法主要有遗传算法、序列二次规划法、模拟退火算法3种。

（1）遗传算法。是模拟自然生物遗传与进化过程的基础上进行全局搜索的方法。将其应用于市政管网优化的设计环节，具有较大的必要性。市政管网优化具有一定的复杂性，遗传算法能为其提供简便的方式，在处理离散变量函数时，不用对管径进行后期调整，能减少管网的投资，优化管网布置。

（2）序列二次规划法。此种方法主要就是利用Kuhn· Tucker最优化条件形成的非线性方程，通过迭代计算法进行二次规划问题的求解，也就是利用二次规划序列求解过程代替原有求解过程。此种方法主要就是将KT条件、线性、二次近似、变尺度等方面进行结合。此种方法的迭代序列可以从不可行域逐渐转变为可行域，只有在极限的条件下，才可以达到完全制约，因此无法进行快速的求解。除此之外，在优化过程中，迭代通常需要利用齿行法，因此，可以通过对射线步的修正，实现迭代点的制约。

（3）模拟退火算法。模拟退火算法的得来是基于对物理退火过程的分析，在算法的每一步，都产生一个组合的变化，然后对其费用进行评价。新的组合是在当前组合的邻域内随机选择的。组合的领域仅有一根管段管径值与前一管径不同，为高或者低一级规格。新的组合接受与否，取决于Metropolis标准。模拟退火算法也是一种随机的搜索方法，它采用使目标函数值下降的策略来寻优，它同时也接受目标函数值的随机上升运动，即在一个限定的范围内接受恶化解（逆优化解），因而避免了搜索过程陷入局部最优解区域内。

3　市政管网中的问题和解决方法

（1）市政管网抗暴雨强度问题。随着近年暴雨的频频降临，市政管网自身存在的不足及施工中存在的质量问题，使得其抗暴雨强度逐渐变差，给人民的生活及城市经济的发展带来诸多消极影响。解决方法：适当增加管网的排水管道、出水口的标准系数。加强管线管理，加强雨水收集措施的实施，通过多种途径保证管网建设的质量，这需要政府加大管网投入资金。当然，这需要在考虑当地降雨量、市政管网排水能力及经济等要素下进行切合实际的措施改进。

（2）管网系统布置的不合理问题。由于城市自来水加快普及，在管网布局与规划缺乏科学性的情况下，新时期市政管网系统铺设冗余、连接复杂的问题日益突显。解决方法：供水单位应该根据供水区域的地形情况及用户分布情况，结合城市建设规划而进行管网系统布置。

（3）市政管网漏失问题。管网漏失问题是当前市政管网中存在的普遍问题，管网质量及施工管理的不足都是导致其问题产生的重要原因。解决方法：①供水单位要严把管材质量关，选择抗腐蚀强、质量优的抗老化管材，选择柔性橡胶接口；对各附件进行定期的检查与更新。②在管网铺设方案上制定施工计划，在施工完成后进行水压实验确保管网性能。

4　市政管网优化的发展趋势

市政管网优化技术的发展趋势是在当前市政管网优化技术影响因素的复杂性基础上，以改变传统管网优化技术中的不足和缺陷，而充分利用以上算法辅助市政管网优化，进而想着更多元化的现代化方向发展。

（1）市政管网优化是社会发展的必然趋势。遗传算法、模拟退火算法、人工神经网络法等先进优化技术得到了广泛的应用，其不仅可以降低求解的难度，还可以有效增强计算的效率，已经成为了市政管网优化技术未来发展的主要趋势，一定要进行深入的分析与研究，保证其可以在市政管网优化中得到全面的应用，促进市政管网优化的进一步发展。

（2）市政管网优化软件的研发。目前，在市政管网优化方面，已经研发得到的软件主要有Excel、CAD，而优化算法技术、集成地理信息系统技术、可视化技术等市政管网优化软件正处在研究阶段。

5　结语

总之，在社会经济日益发展壮大的背景下，我国市政管网优化工作应该借助科学技术的力量，大力加强创新与研发，不断推进新型的市政管网优化技术的诞生与应用，促进市政管网优化的快速持续发展。

参考文献

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［2］王志美，陈传仁．遗传算法理论及其应用发展［J］.内蒙古石油化工，2006，（9）.

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［4］李祥立，邹平华.基于模拟退火算法的供热管网优化设计［J］.暖通空调，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

作者简介：刘纪龙（1991-），男，硕士研究生，主要研究方向：污水处理、污水管网。

收稿日期：2016-01-16

中图分类号：TU990.3

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）02-0047-02