摘要：燃气管网建设在优化城市能源结构，提高城市居民生活质量以及降低环境污染等方面发挥着至关重要的作用，即是一项非常重要的民生工作。传统的城市燃气管网通常依靠经验进行设计，导致城市燃气管网存在安全性、可靠性较低的问题，难以满足燃气用户对用气安全性、可靠新以及稳定性的要求，函待采取有效的措施进行优化。基于遗传算法的城市燃气管网优化设计方法，能够对城市燃气管网优化设计需要考虑的所有因素进行优化，能够显著的提高城市燃气管网设计的安全性、可靠性以及经济性。因此，文章针对城市燃气管网优化设计方法的研究具有非常重要的现实意义。
关键词：城市；燃气管网；优化设计；方法
随着社会经济的发展，居民对于生活燃气需求量持续提升，必须要在目前的设备基础上，对其进行优化设计，具体设计过程中要基于实际需求，对工程区域的资源分布进行深入分析，保证应用尽可能少的成本实现最优配置，促进方案设计科学性、经济性的提升
1优化设计原则
1.1自动化
为符合城镇发展中产生的实际需求来说，一定要站在现代化、自动化发展的视角进行研究，站在自动化的视角，对于燃气管网完成自动化控制。想要有效实现自动化控制，下一控制单元操作不能跳过上一控制单元的运行情况，因此对管网进行优化设计时，必须对其进行严格处理，比如，对各项参数进行计算和控制，促进设计方案技术含量的提升。特别是要着重分析操作单元运行参数，符合管网输送工艺要求的基础上，把整体费用看成是工作目标，对于调压站人气口流量、压缩机数量、调压站出气口流量等参数进行优化设计。
1.2目标化
对城镇燃气管网进行优化设计，必须要严格遵循目标化原则，也就是对其结构进行设计，必须站在不同的视角，对燃气管网运营、建设费用、结构运行稳定性等因素进行综合考虑，代替常规余量设计方法中忽略成本的做法。从原本的校对分析向目标优选进行转变，促进资源利用效率的提升。
1.3速度化
城镇燃气管网由于设计不当而产生泄露、火灾、爆炸等安全事故，不可避免会对居民、社会产生极其恶劣的影响，对企业的损失非常严重。所以，对燃气管网在设计过程中，一方面要确保其可以正常运行，符合基础功能需求，按照管网运行过程时存在的安全问题，在设计环节，对实践经验进行总结，建立一个能够快速反应、处理安全事故的制度。
2城市燃气管网优化设计需要考虑的因素分析
2.1城市燃气管网结构优化
随着城市燃气管网的优化设计的不断深人，对燃气管网结构优化设计的要求不断的提高，为了保证城市燃气管网结构能够满足市场需求，则应该选择性价比最高的材料，把管网结构优化转化成抽象的数值进行规划，不能仅仅的依靠传统的施工经验进行判断，这样能够有效的提高城市燃气管网结构优化水平。
2.2城市燃气管网管径的选择
燃气管网优化设计涉及的方面众多，其中燃气管网管径的优化，是一个非常复杂的问题，如果一个管段需要采用若干种管径，即使规模相对较小的管网工程，也需要处理复杂的几何级数，并且难以采用比较经济的方式选择合适的管径。传统城市管网管道的直径已经远远不能满足实际需求，则应该根据城市对燃气的实际需求，科学的选择管径，以便于更好的满足城市对燃气的需求。
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2.3城市燃气管网水力计算
城市燃气管网水力计算的数学模型可以归结为三个联立方程组，即回路方程、压降方程以及连续方程，回路方程指的是每一个基环的压力损失代数综合等于零;压降方程指的是管段压力损失和管段流量的关系;连续方程指的是流人阶段的流量和流出节点的流量相等。上述联立方程组的求解方法包括两种，即解节点方程法和解环方程法，城市燃气管网水利计算通常为多气源点，解节点方程法的节点压力计算结果更加准确，应用更加广泛。
3基于遗传算法的城市燃气管网优化设计方法探析
3.1遗传算法的概念
遗传算法是模拟生物学进化和自然选择的计算模型，通过模拟自然进化获得最优解的方法。遗传算法的原理表现为:假设一个能够代表问题可能潜在的解集，并将该解集作为一个种群，该种群包括经过基因编码的若干数目个体，遵循优胜劣汰、适者生存的原理，求解出更好的近似解，按照一定的目标函数与适配函数筛选适应程度高的个体，以此创建一个新种群，该种群包含了上代种群的所有特征信息，通过多次计算，能够显著的提高种群个体的适应度，最终选择适应度最高的个体。
3.2基于遗传算法的城市燃气管网优化设计方法
3.2.1基于遗传算法的城市燃气管网结构优化
城市燃气管网是根据气源以及用户地理位置决定的，以便于能够更好的满足燃气用户对燃气的实际需求，通过对市政要求以及地理条件进行分析，从多种管网结构设计方案中选择最佳的布局结构。传统的布局方式主要依靠经验进行，基于遗传算法的燃气管网结构设计，能够创建以管线长度最短为优化目标的数学模型，并且充分的考虑以下优化目标函数—管段配气功能、管网储备状况、管网造价等，通过创建该优化模型，能够设计出综合的优化模型，如压力储备能力低、造价低以及压力储备能力高、造价高的燃气管网结构。
3.2.2基于遗传算法的城市燃气管网管径优化
遗传算法在处理大批量问题方面具有一定的优势，同时还能够结合神经网络模糊控制算法和遗传算法，为城市燃气管网管径的选择和优化提供了新的思路。在进行管材与管径优化时，最合适的目标为方案的安全性和经济性，遗传算法对于管径优化的过程表现为:初始化、选择、交又以及突然变异。选择一种管道作为标准，并将其他管道转化成标准化的编辑数字，按照一定的顺序对上述编辑数字进行排序，采用随机的方式抽取若干编码数字，创建一个群体，并计算出上述群体的适应度，根据适应度的大小对各个群体进行排序，选择适应度高的群体创建新的组群，通过多次计算能够获得最优的方案，基于遗传算法的管材与管径优化方法比传统方法更加科学，根据实际状况对遗传算法进行优化，并设计合适的遗传算子、进化策略以及适应度函数等。
3.2.3基于遗传算法的城市燃气管网水力计算优化
上文所述的城市燃气管网水力计算重点考虑经济型，并不重视管网水力的可靠性。输气可靠性指的是燃气管网的输气能力在某段由于燃气泄漏导致输气停止的状况下，燃气管网依然能够满足用户用气需求的能力。在考虑城市燃气管网水力可靠性时，需要考虑到燃气管网的可靠性、风险性，而遗传算法在计算可靠性和风险性分析方面具有天然的优势，能够考虑全局获得最优解，这样能够有效的解决上述方法燃气管网水力计算可靠性较低的问题。
4结论
总而言之，城市燃气管网建设水平直接影响人民生活质量的提高以及社会的发展，在城市燃气管网优化设计时，应用基于遗传算法的优化设计方法，能够根据当地的实际状况，从安全、经济、技术等方面对城市燃气管网优化方案进行分析和比较，进而选择出最优的燃气管网优化设计方案。
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论文作者:林品振
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/19
标签：管网论文; 燃气论文; 城市论文; 算法论文; 优化设计论文; 方法论文; 方程论文; 《基层建设》2017年5期论文;