《基於火災風險的中小城鎮供水管網改造最佳化研究》是依託昆明理工大學，由杜坤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於火災風險的中小城鎮供水管網改造最佳化研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：杜坤
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國中小城鎮市政管網消防供水能力普遍不足，導致巨大火災隱患，而改造過程中往往會面臨兩個問題，一是因消防用水衝擊作用導致常規水力計算方法計算偏差問題，二是因實際消防需水量在時間、空間上的不確定性所導致的設計流量取值問題。針對上述問題，本項目首先開展了基於建築用水數值仿真的低壓供水管網節點流量-壓力曲線率定研究，在此基礎上套用PDA算法計算不同區域管網實際消防供給能力。然後，通過火災風險分析計算不同區域的實際消防需水量，構建潛在火災損失與消防供水不足量間函式關係，開展考慮消防“供-需”水量雙向不確定性下的潛在火災損失計算方法研究。最後，以麗江古鎮管網為套用對象，通過構建求解包含管網改造投資、水泵運行費用、節點水齡、火災損失期望及變異係數的多目標最佳化問題，使改造方案能有效降低潛在火災損失併兼顧供水水質安全。本項目為管網改造提供了一種基於火災風險的性能化設計方法，對最佳化消防資源配置具有積極意義。
結題摘要
我國中小城鎮發展迅速，但基礎設施建設普遍滯後，市政管網消防供水能力不足的問題尤為突出。本項目開展了基於火災風險的中小城鎮供水管網改造研究，包括消防時低壓供水管網水力計算、基於火災風險分析的麗江大研古鎮消防需水量計算、基於水力模型的市政管網消防供水能力評估、考慮潛在火災損失的管網多目標最佳化。取得成果包括：（1）通過構建建築配水管網水力模型、採用蒙特卡洛模擬用水器具隨機開啟，率定了低壓供水時流量-壓力關係式；（2）採用ISO法計算麗江大研古鎮不同片區重要建築物消防需水量，構建火災在建築水平方向和垂直方向蔓延的動態模型，得出火災動態蔓延時消防需水量隨時間變化曲線；（3）提出了一種新的基於牛頓疊代的市政管網消防供水能力評估算法，結合水力模型實現了市政管網消防供水能力評估；（4）提出考慮多火災場景的供水管網擇優排序差分最佳化算法，以管網造價作為目標函式，將不同火災場景下消防需水量轉換為約束條件，將所有管道作為決策變數構建最佳化問題並採用擇優排序差分算法求解，使管網改造方案不僅能滿足多火災場景下的消防需水要求且經濟上最優。 將上述研究成果套用於麗江市政管網消防供水能力評估及大研古鎮管網改造，得到如下結論：（1）對火災風險較大的城鎮管網改造，簡單地依據人口數確定消防設計流量會導致管網消防供水能力不足，應根據火災風險評估計算各片區實際消防需水量；（2）不應簡單套用管道經濟流速確定管網改造方案，而應將管網消防供水能力與區域實際消防需水量的匹配度作為主要評價指標；（3）管網中消防控制點通常為消防需水量大、地勢高的節點，這些節點在消防時水壓最快下降到10m。在管網改造時，主管應考慮向這些消防控制點敷設，這樣有利於提高管網整體消防供水能力。 項目資助培養碩士研究生4名、發表論文20篇、軟體著作2項。研究成果獲雲南省消防隊高度評價，可望形成“雲南省旅遊小鎮市政管網消防供水薄弱區域識別及最佳化改造”技術導則。
