基于代理指标的供水管网抗震改造优化

侯本伟; 程雪; 缪惠全; 韩俊艳; 吴珊

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20230209002

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基于代理指标的供水管网抗震改造优化

论文 | 更新时间：2024-09-07

- 基于代理指标的供水管网抗震改造优化
- Seismic Retrofit Optimization of Water Distribution System Based on Proxy Indicators
- 防灾减灾工程学报 2024年44卷第4期页码：839-848
- 作者机构：
  
  北京工业大学城市建设学部，北京 100124
- 作者简介：
  
  侯本伟（1984—），男，副教授。主要从事生命线地震工程研究。E-mail: benweihou@bjut.edu.cn
  吴珊（1963—），女，副教授。主要从事供排水管网模型优化与管理研究。E-mail: wushan@bjut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51978023)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20230209002
  中图分类号： P315.9;TU991.33
- 收稿：2023-02-09，
  
  修回：2023-04-09，
  
  纸质出版：2024-08-30
- 稿件说明：
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侯本伟,程雪,缪惠全等.基于代理指标的供水管网抗震改造优化[J].防灾减灾工程学报,2024,44(04):839-848.

HOU Benwei,CHENG Xue,MIAO Huiquan,et al.Seismic Retrofit Optimization of Water Distribution System Based on Proxy Indicators[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(04):839-848.
侯本伟,程雪,缪惠全等.基于代理指标的供水管网抗震改造优化[J].防灾减灾工程学报,2024,44(04):839-848. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230209002.

HOU Benwei,CHENG Xue,MIAO Huiquan,et al.Seismic Retrofit Optimization of Water Distribution System Based on Proxy Indicators[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(04):839-848. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230209002.

摘要

基于水力模型计算的管网供水量满足率（

SSIQ

）指标，是评估供水管网震后性能的常用指标。在供水管网抗震改造优化模型中，若采用

SSIQ

表示优化目标函数，优化求解需进行大量水力模型计算，计算耗时很长。为减小管网抗震改造优化模型的计算量，对节点流量韧性指标（

）进行了改进，增加了管道破坏漏水能量损失的影响项，提出了一种管网能量指标（Energy Resilience，

）表示震后管网性能；以

指标作为

SSIQ

的代理指标，用于量化抗震改造优化模型的目标函数。仅通过管道地震失效概率、管网震前正常运行工况的水力参数计算

指标，不必进行震后管网水力模型计算，以期提升优化模型计算效率。以供水管网震后性能最大化和改造费用最小化为目标，以管道抗震改造措施为优化变量，建立了管网抗震改造多目标优化模型，并比较了

指标、

指标以及两个拓扑代理指标的替代效果。案例管网应用结果表明，

指标与

SSIQ

指标相关系数呈现强相关性，基于

指标的优化方案与基于

SSIQ

指标的优化方案的差异小于3%，

指标优化模型计算时间不足

SSIQ

指标优化模型计算时间的1%。

Abstract

The system serviceability index of quantity (

SSIQ

)

calculated base

d on hydraulic models

is a widely used indicator to evaluate the post-seismic performance of water distribution systems (WDS). However

using

SSIQ

as the objective function in seismic retrofit optimization models for WDS requires extensive hydraulic calculations

leading to time-consuming computational burden. To reduce this burden

the node flow resilience (

) indicator was improved by incorporating the impact of pipeline breakage and leakage energy loss

and a network energy indicator

energy resilience (

)

was proposed to represent the post-seismic performance of WDS.

served as a proxy for

SSIQ

to quantify the objective function of a seismic retrofit optimization model. This indicator could be calculated without the need for post-seismic hydraulic model calculations

which was achieved by using only the seismic failure probability of pipelines and the hydraulic parameters of WDS under normal operations

thereby improving the computational efficiency of the optimization model. With the objectives of maximizing the post-seismic performance and minimizing the retrofit costs of WDS

a multi-objective optimization model for pipeline seismic retrofitting was established

with pipeline seismic retrofit measures as optimization variables. The performance of

and two topological proxy indicators were compared. Network application results in the case study indicated that

showed strong correlation with

SSIQ

with the difference between the optimization schemes based on

and that based on

SSIQ

being less than 3%. The computation time for the

optimization model was less than 1% of that for

SSIQ

optimization model.

关键词

Keywords

references

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