生命线工程网络系统抗震可靠性分析方法综述

生命线工程系统地震反应分析的一个重要任务是计算系统的抗震可靠度,因此,寻找一种高效合适的系统可靠性分析方法至关重要.对生命线工程网络系统抗震可靠性分析中目前常用的几种算法进行了系统的比较、分析和综述.     

城市生命线系统的地震网络可靠性研究

震后生命线系统的网络可靠性对于灾后的应急救援和恢复至关重要,因此,评价城市生命线系统网络在一定地震强度下,网络系统保持连通的能力已成为研究生命线地震网络可靠性的重要内容。以经典的系统单元可靠性模型为基础,在众多的网络可靠性计算方法中根据方法实现的难易程度和计算效率,选择采用了不交化穷举集合法和有序二分决策图方法,比较研究了网络系统的可靠性问题,并与Monte Carlo方法进行了对照。此外,针对淮南市配水管网的实际案例,采用上述方法计算了相应的可靠度,计算结果表明,所提方法能够高效地应用于一般的工程实践,具有显著的实用意义。     

基于遗传算法的生命线工程网络抗震优化设计

进行网络抗震可靠性分析的目的,不仅在于定量评价生命线工程网络系统的抗震性能,更重要的是利用这种分析工具指导网络抗震性能的优化设计。以无向边权网络系统为分析对象,分别以管网造价和系统抗震可靠度作为优化目标和约束条件,建立网络系统拓扑优化模型,利用递推分解算法作为网络系统抗震可靠性分析工具,并引入系统单元的灵敏度分析,采用遗传算法求解网络系统的拓扑优化问题,从而发展了一类工程网络抗震优化设计方法。实例分析结果表明,网络系统拓扑结构与系统可靠度之间有显著的正相关关系。     

基于高维Gumbel Copula参数拟合估计的大型相依失效生命线网络地震动力可靠度计算

城市生命线网络的地震动力可靠度是生命线工程地震风险和抗震韧性评估的重要指标。城市生命线网络地震动力可靠度的计算方法包括以蒙特卡洛方法为代表的模拟方法和以推广的递推分解算法为代表的非模拟方法,因为后者能够给出生命线网络的主要失效模式,因而它比模拟方法更为先进。但是,由于存在高维Gumbel Copula参数无法估计的问题,目前推广的递推分解算法还不能计算大型生命线网络（组成生命线网络系统的结构或设备数目大于60）的地震动力可靠度。为解决这个问题,提出了高维Gumbel Copula参数的拟合估计公式,将其嵌入推广的递推分解算法,形成了大型生命线网络地震动力可靠度的计算方法。某实际220 kV变电站设备网络地震动力可靠度的计算和分析,说明了此方法的使用过程、适用范围和有效性。     

生命线工程网络抗震拓扑优化研究

介绍了基于连通可靠度分析的生命线工程网络和基于功能可靠度分析的供水管网抗震拓扑优化分析方法。以管网造价为优化目标,管网拓扑结构为优化参数,抗震连通可靠度为约束,建立了基于连通可靠度分析的生命线工程网络抗震拓扑优化模型。对于这样一个组合优化问题,采用现代优化算法-遗传算法来进行求解可以获得造价低且满足管网抗震可靠度要求的最优网络。改用抗震功能可靠度为约束,可以建立基于功能可靠度分析的供水管网的抗震拓扑优化模型,这一问题可以采用模拟退火算法来进行求解,实例分析表明模拟退火算法具有很好的效果。最后,利用模拟退火算法,对四川省都江堰市、绵竹市和德阳市供水管网进行了抗震拓扑优化改造分析,给出了三个城市供水管网的恢复重建方案。     

生命线工程抗震可靠性分析

本文对作者在生命线工程抗震可靠性分析的分析准则、单体结构可靠度算法、系统可靠性评估和基于系统可靠性分析的优化设计等诸方面所作的工作进行了综述。     

蚁群算法在生命线网络系统抗震拓扑优化中的应用

近年来,遗传算法和模拟退火算法已经应用于网络系统的抗震拓扑优化,蚁群算法也已经成功应用到多个组合优化问题中。首先论述了生命线网络系统抗震拓扑优化模型,然后介绍了网络抗震可靠度分析的最小路递推分解算法。通过对优化问题解形式的分析,采用二进制编码的蚁群算法对优化模型进行了求解。最后,结合实例分析,并与遗传算法和模拟退火算法的计算结果进行了对比。结果表明,蚁群算法可以作为一种新的工具进行网络系统的优化设计。     

一种通用的生命线工程网络事件空间聚类分析算法

网络事件空间聚类分析可发现供水、排水、燃气、电力等生命线工程爆管、漏损事件的高发区域。生命线工程事件由网络边约束,可抽象为网络事件。若不考虑网络拓扑关系,将产生网络事件空间聚类结果与实际分类不符的问题。基于事件网络距离,提出了一种通用的网络事件空间聚类方法,给出了核心概念的形式化定义以及算法描述,可广泛应用于生命线工程事件高发区域的发现,具有较强的实用性。并结合供水管网生命线工程爆管事件高发区域分析实例,给出算法参数的确定原则和范围,验证了所提出的算法的有效性。     

基于三角形算法的电力系统连通可靠性分析∗

为了研究电力系统的连通可靠性,介绍了网络连通性分析中常用的三种算法(图论法、模糊数学法、Warshall算法)及各自存在的问题。针对现有算法在求解传递闭包过程中未考虑对角线元素的问题,提出了基于 Warshall算法的假定算法。对此算法进行探讨后提出了可以避免偏差和考虑对角线元素处理的三角形算法,并进行推理及证明。基于川北地区 110 kV 发电站与变电站的可靠性,进行了电力系统连通可靠性的实例分析,对比验证了三角形算法的高效性。为大型网络系统连通可靠性分析提供了理论依据。     

生命线网络系统抗震拓扑优化的Benchmark模型

生命线系统拓扑优化问题的Benchmark模型是评测新型算法正确性和适用性的重要手段。基于此,首先以生命线网络系统抗震拓扑优化分析模型为背景,建立了该优化问题的三个Benchmark模型,并在Visual Compaq Fortran开发环境下,通过穷举法统计出解空间的所有网络,进而甄选出不同节点可靠度约束下的最优网络和若干次优网络,最后利用上述Benchmark模型对生命线网络系统抗震拓扑优化中的蚁群算法进行测试。结果表明,当网络规模较小时,蚁群算法能精确地搜索到最优解;当网络规模增大后,蚁群算法也能以较大概率搜索到最优解或次优解。     

基于蒙特卡洛模拟的城市道路网络地震易损性分析∗

城市道路网络是重要的生命线工程系统,其抗震性能直接影响城市震时人员逃生和震后救灾是否能够迅速开展。现阶段,地震工程学界已发展了完善的单一路段地震易损性分析方法,但对道路网络整体性态水平划分、破坏指标选取和地震易损性评价等问题尚无明确结果。基于此,利用二维平面网络统计特征量作为破坏评价指标,提出了一类城市道路网络地震易损性的评价方法,并利用蒙特卡洛模拟方法计算了实际城市路网的地震易损性矩阵。首先,给出了城市道路网络地震破坏模拟步骤,包括路网建模、空间变化地震动模拟和基于路段易损性函数的路网地震破坏模拟;然后,利用分支数量和最大分支直径作为指标,对城市道路网络性态水平进行了划分,给出了基于蒙特卡洛方法的路网地震易损性分析框架;最后,以河北省秦皇岛市为例,计算了城市道路网络的地震易损性矩阵。本文发展的城市路网地震易损性分析方法可为城市道路系统整体抗震安全性评价及优化设计提供参考。     

给定地震烈度下供水系统受灾程度分析

本文提出了供水系统在给定地震烈度下受灾程度的一种分析方法。给出了地震后生命线工程系统受灾程度的一个定义。文中利用不同地震烈度下地下管道的统计震害率,并通过经验判断,确定各供水节点之间管道破坏的数量.根据震后各地下管段接头或管体本身对三种不同破坏状态的隶属度,判断管道破坏的位置和破坏的状态。在进行供水系统流量分析的基础上,给出各供水节点的服务状态。最后根据系统受灾程度的定义,计算供水系统的受灾程度。本文既利用了震害统计资料,又综合应用了理论分析得到的对三种不同破坏状态的隶属度。较科学地给出了供水系统地震后受灾程度的分析方法。同时还给出了生命线工程抗震设计准则.     

生命线系统的震害耦联

在震害分析时，弧立地评价一个生命线系统的功能，不考虑与其它生命线系统间的耦联关系，可能会低估地震造成的损失。将地理信息系统（ＧＩＳ）与现有的震害预测方法结合起来，有利于推动新方法的研究。本文在ＧＩＳ环境下定义了网络失效率，提出了一种考虑不同生命线系统之间耦联关系的震害分析方法，给出了一个算例，并建议了相应的生产能力相关的震后应急抢修决策方案。     

生命线工程综合防灾规划决策方法研究与应用

在对生命线工程综合防灾规划编制的技术路线进行分析的基础上,引入了综合灾害指数的概念,提出了一种城市生命线工程综合防灾规划的决策方法,该方法利用综合灾害指数的计算来获得综合防灾规划的决策依据。在综合灾害指数的计算过程中,以给水工程综合防灾为例,采用层次分析法,得到10种灾害最终的评价权重;以地震灾害影响因素识别和地震灾害风险指标的计算为例给出潜在灾害的风险指标计算。最终以综合灾害指数为重要衡量标准,并结合生命线工程功能上的布局要求和系统的整体性要求来进行生命线工程的综合防灾规划。本方法在烟台市开发区生命线工程综合防灾规划中得到了实际应用,以期为我国其他城市的生命线工程综合防灾规划的编制提供借鉴。     

云南大姚6.1级地震中的生命线工程--震害及功能状态评述

介绍了云南省大姚6.1级地震中大姚县生命线工程的震害现象以及功能状态,初步给出了震害的成因,总结分析了在生命线工程抗震设计中应注意的一些问题.     

工程抗震和城市防灾新技术研究状况与发展方向

简要回顾了地震工程研究的发展历程,分析了工程结构抗震技术的现状和发展方向,对生命线工程和城市综合减灾以及提高城市防灾技术的研究和应用水平提出若干意见,并对单灾种防御到多灾害综合防御体系建设提出建议。     

软土地下建筑物的地震响应及动力可靠性分析

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析方法的基础上,引进可靠度理论,提出软土地下建筑物抗震稳定可靠性分析方法,对上海地铁一号线位于砂性土层及粘性土层这两种典型地质条件下的地铁车站及区间隧道的抗震稳定性进行了计算分析。计算中选用国内外6条强震地震记录曲线作为地震输入,计算分析内容包括:隧道、地铁车站、周围土体及注浆材料的动应力、孔隙水压力和震陷;地铁车站和周围土体的动力可靠度。所得结论可为软土地下建筑物抗震设计提供参考依据。     

宝鸡市抗震防灾规划梗概

抗震防灾规划是减轻地震灾害,指导城市规划、建设及管理的重要依据。本文扼要叙述了宝鸡市在震前、临震、震末、震后四个时期中抗震防灾工作的技术思路和主要原则,具体介绍了土地利用、工程抗震、避难疏散、生命线系统、防止次生灾害、应急与抢险救灾、抗震宣传与训练等规划的梗概,可供具有中强地震背景的其他中等城市参考。     

地震损失的预测方法

地震损失预测是一项涉及多种学科的综合性分析。本文给出一种分析方法,可用来确定当城市遭遇一定地震烈度时的可能损失和年平均损失期望值。文中叙述了建筑结构、生命线工程等各类损失预测方法,以及由此引起的间接损失问题,并给出估算人员伤亡的经验公式。最后,用本文方法预测安阳市在遭遇Ⅷ-Ⅸ度地震影响时的经济损失和人员伤亡数,为编制安阳市抗震防灾规划提供了依据。     

基于场景缩减法的供水管网抗震可靠性评估∗

供水管网抗震可靠性是在可能地的震烈度下管网的服务水平,目前大多数采用蒙特卡洛模拟产生数量庞大的震损样本进行估计,此方法给大型复杂管网抗震可靠性的评估带来极大工作量和超高时间成本。为了克服这些问题,提出了多爆管压降计算模型,并引入场景缩减方法以提高计算效率。首先,利用多爆管压降模型计算震损场景下节点水压。其次,利用系统聚类中类平均法对震损节点水压进行场景合并和分类。然后利用k‐medoids聚类对每一类选取中心点作为典型场景。最后,通过典型场景确定节点和系统可靠性指数。将某实际管网应用所提算法计算并与传统蒙特卡洛模拟结果进行对比。结果表明,基于线性估计多爆管压降模型是合理的,基于场景缩减法的可靠性评估是可行的,提高典型场景数量可降低评估误差。因此,该算法可在保证结果准确的同时提高计算效率。