市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢探究

吳帆

摘 要：市政管網(wǎng)建設(shè)是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成內(nèi)容，其對于保障城市水資源的利用率及城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用，因而市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)是促進(jìn)其作用發(fā)揮的重要保障。該文基于我國當(dāng)前市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)狀，結(jié)合城市基礎(chǔ)建設(shè)的實(shí)際情況對市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：市政管網(wǎng) 優(yōu)化技術(shù) 現(xiàn)狀 趨勢

中圖分類號：TU990.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（a）-0074-01

1 市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展歷程

市政管網(wǎng)優(yōu)化是對計(jì)算機(jī)軟件、數(shù)學(xué)理論及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)等方面的綜合運(yùn)用，其根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)造模型而利用先進(jìn)的技術(shù)與理論，設(shè)計(jì)合理的工程實(shí)施方案，進(jìn)而為工程項(xiàng)目的施工與運(yùn)行提供科學(xué)的依據(jù)。我國對市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的研究大概在20世紀(jì)80年代，對于優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展歷程主要可以分為幾個(gè)階段：前期主要采用以線性或非線性、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等經(jīng)典優(yōu)化理論進(jìn)行市政管網(wǎng)的優(yōu)化；而后在市政管網(wǎng)優(yōu)化的縱向發(fā)展中，遺傳算法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等應(yīng)用廣泛；隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市政管網(wǎng)優(yōu)化逐漸向著多方法結(jié)合的橫向方向發(fā)展，包括對以上諸多方法的綜合應(yīng)用，并融合進(jìn)現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)軟件的技術(shù)。應(yīng)該說，市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)逐漸由傳統(tǒng)單一化向著先進(jìn)綜合化的方向發(fā)展。

2 市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的研究現(xiàn)狀

2.1 遺傳算法在市政管網(wǎng)優(yōu)化中的應(yīng)用

遺傳算法是在模擬自然生物遺傳與進(jìn)化過程的基礎(chǔ)上進(jìn)行全局搜索的方法。將其應(yīng)用于市政管網(wǎng)優(yōu)化的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，具有較大的必要性。市政管網(wǎng)優(yōu)化具有一定的復(fù)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(shù)時(shí)，不用對管徑進(jìn)行后期調(diào)整，能減少管網(wǎng)的投資，優(yōu)化管網(wǎng)布置。同時(shí)，遺傳算法可以明確內(nèi)編碼空間與問題空間，解決許多常規(guī)算法難以計(jì)算和解決的問題，因而具有更加的實(shí)用性和針對性。另外，通過遺傳算法可以為工作人員對管網(wǎng)優(yōu)化模型中存在的問題提供解決方法，最大程度的實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性及供水的安全穩(wěn)定性。

2.2 數(shù)學(xué)模型在市政管網(wǎng)優(yōu)化中的應(yīng)用

采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行市政管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是在非線性模型的基礎(chǔ)上借助最小二乘法而對管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，建立起自壓式樹狀管網(wǎng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。這一設(shè)計(jì)模型能夠在不影響水力模型的計(jì)算精度下對管網(wǎng)進(jìn)行簡化，同時(shí)通過采用水力平差模型還能對供水管網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而根據(jù)其平差結(jié)果進(jìn)行有針對性的調(diào)整，促進(jìn)管網(wǎng)鋪設(shè)方案的科學(xué)高效。當(dāng)前，建立數(shù)學(xué)模型的方法已在市政管網(wǎng)建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了較為理想的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

2.3 計(jì)算機(jī)技術(shù)在市政管網(wǎng)優(yōu)化中的應(yīng)用

在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)迅速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用的形勢下，計(jì)算機(jī)技術(shù)也在市政管網(wǎng)優(yōu)化中發(fā)揮出巨大的輔助作用。針對市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)主要為期提供了Auto CAD的操作平臺，在此平臺上提供HY-SZGXV4.0、Water CAD、理正給排水設(shè)計(jì)等市政管網(wǎng)設(shè)計(jì)軟件及給水系統(tǒng)優(yōu)化軟件。通過這些系統(tǒng)軟件，對市政管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了極大的便利與效果，提高了市政管網(wǎng)鋪設(shè)的效率，是未來市政管網(wǎng)建設(shè)工程技術(shù)的必然發(fā)展方向。

3 市政管網(wǎng)優(yōu)化中出現(xiàn)的問題與解決方法

3.1 管網(wǎng)系統(tǒng)布置的不合理問題

由于城市自來水加快普及，在管網(wǎng)布局與規(guī)劃缺乏科學(xué)性的情況下，新時(shí)期市政管網(wǎng)系統(tǒng)鋪設(shè)冗余、連接復(fù)雜的問題日益突顯。為了解決此問題，供水單位應(yīng)該根據(jù)供水區(qū)域的地形情況及用戶分布情況，結(jié)合城市建設(shè)規(guī)劃而進(jìn)行管網(wǎng)系統(tǒng)布置。在布置管網(wǎng)的過程中，要充分考慮經(jīng)濟(jì)成本，應(yīng)用遺傳算法盡量將管網(wǎng)布置成環(huán)狀或枝環(huán)狀，在節(jié)省工程造價(jià)的同時(shí)提高管網(wǎng)安全性。

3.2 市政管網(wǎng)漏失的問題

管網(wǎng)漏失問題是當(dāng)前市政管網(wǎng)中存在的普遍問題，管材質(zhì)量及施工管理的不足都是導(dǎo)致其問題產(chǎn)生的重要原因。因此，為了解決市政管網(wǎng)漏失的問題，應(yīng)該在其原因的基礎(chǔ)上進(jìn)行有針對性的解決。首先，供水單位要嚴(yán)把管材質(zhì)量關(guān)，選擇抗腐蝕強(qiáng)、質(zhì)量優(yōu)的抗老化管材，選擇柔性橡膠接口；對各附件進(jìn)行定期的檢查與更新。其次，在市政管網(wǎng)的設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)中，要依據(jù)原有的詳細(xì)資料精心設(shè)計(jì)其管網(wǎng)鋪設(shè)方案并制定施工計(jì)劃，施工人員則應(yīng)該在科學(xué)的施工方案下進(jìn)行施工，確保管基的平整結(jié)實(shí)，并在施工完成后進(jìn)行水壓試驗(yàn)，確保管網(wǎng)的性能。最后，在市政管網(wǎng)的管理工作方面，要建立健全的查漏檢查制度，建立現(xiàn)代化的管網(wǎng)資料數(shù)據(jù)庫，及時(shí)了解管網(wǎng)的漏失情況，并加強(qiáng)維修與維護(hù)，要重視對老舊管網(wǎng)的改造與更新工作，利用更換、噴涂及翻襯修復(fù)的多種方法確保管網(wǎng)的整體完整。

3.3 市政管網(wǎng)抗暴雨的強(qiáng)度問題

隨著近年暴雨的頻頻降臨，市政管網(wǎng)自身存在的不足及施工中存在的質(zhì)量問題，使得其抗暴雨強(qiáng)度逐漸變差，給人民的生活及城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來諸多消極影響。筆者認(rèn)為，應(yīng)該適當(dāng)增加管網(wǎng)的排水管道、出水口的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)。由此就要求政府應(yīng)加大管網(wǎng)建設(shè)資金，加強(qiáng)管線管理，加強(qiáng)雨水收集措施的實(shí)施，通過多種途徑保證管網(wǎng)建設(shè)的質(zhì)量。當(dāng)然，這需要在考慮當(dāng)?shù)亟涤炅?、市政管網(wǎng)排水能力及經(jīng)濟(jì)等要素下進(jìn)行切合實(shí)際的措施改進(jìn)。

4 市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展趨勢

市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展趨勢是在當(dāng)前市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)影響因素的復(fù)雜性基礎(chǔ)上，以改變傳統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)中的不足和缺陷，而充分利用以上算法輔助市政管網(wǎng)優(yōu)化，進(jìn)而想著更多元化的現(xiàn)代化方向發(fā)展。

4.1 積極拓展市政管網(wǎng)優(yōu)化領(lǐng)域

在我國城市化進(jìn)程加快發(fā)展的新形勢下，市政管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模也呈日益擴(kuò)大的趨勢不斷發(fā)展。然而，不同的地形及水源質(zhì)量差異、經(jīng)濟(jì)條件及技術(shù)條件差異也日益壯大的市政管網(wǎng)優(yōu)化工作帶來了難題。為此，筆者認(rèn)為應(yīng)該積極拓展拓展市政管網(wǎng)優(yōu)化領(lǐng)域。首先，要加強(qiáng)對市政管網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及可靠性分析，保證管網(wǎng)建設(shè)的作用與性能；其次，要加強(qiáng)新算法與舊算法的結(jié)合，促進(jìn)市政管網(wǎng)的優(yōu)化布置；最后，要加強(qiáng)管網(wǎng)的混合布置，如環(huán)狀、樹狀間的結(jié)合，最大程度的提高市政管網(wǎng)優(yōu)化布置的水平。

4.2 積極研發(fā)市政管網(wǎng)優(yōu)化軟件

在現(xiàn)代信息時(shí)代，一些信息技術(shù)已開始應(yīng)用于市政管網(wǎng)優(yōu)化工作上，并取得了相應(yīng)的成績，但可視化技術(shù)及優(yōu)化算法等技術(shù)卻還未真正的研發(fā)并應(yīng)用起來。未來的市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)，應(yīng)該在不同市政管網(wǎng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出更多的集成性、通用性自動(dòng)化軟件，諸如集成GIS等新型軟件都將是市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展方向。

5 結(jié)語

總之，在社會經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展壯大的背景下，我國市政管網(wǎng)優(yōu)化工作應(yīng)該借助科學(xué)技術(shù)的力量，大力加強(qiáng)創(chuàng)新與研發(fā)，不斷推進(jìn)新型的市政管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的誕生與應(yīng)用，促進(jìn)市政管網(wǎng)優(yōu)化的快速持續(xù)發(fā)展。

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