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市政管网优化技术研究现状与趋势林焕生

发表时间：2020/9/15 来源：《基层建设》2020年第15期作者：林焕生

[导读] 摘要：市政管网体系建设是保障城市功能和居民生活正常运转的重要工程，随着城市居住人口规模和城市建设规模的不断扩大，对市政管网体系的建设要求也越来越高，进行城市管网体系的优化，能够有效提高管网体系的运作效率，促进城市更快的发展。

        深圳市天健坪山建设工程有限公司广东省深圳市 518118
        摘要：市政管网体系建设是保障城市功能和居民生活正常运转的重要工程，随着城市居住人口规模和城市建设规模的不断扩大，对市政管网体系的建设要求也越来越高，进行城市管网体系的优化，能够有效提高管网体系的运作效率，促进城市更快的发展。本文研究的城市管网优化技术主要针对城市供水管网进行优化，达到提高管网经济性和适用性的目的。通过管道的优化，为解决城市供水问题提供助力，推动我国市政管网优化技术的研究和发展。
        关键词：市政；管网；优化技术
        居民生活用水是一个城市能够正常运行和发展的基本要素，如果城市水供应体系无法得到保障，不仅会对居民的生活产生极大的困扰，同时，对整个城市的经济发展和宜居舒适度也会产生不利的影响。由此可见，一个运作良好的供水管网体系对于城市发展的重要性。管网优化技术通过对管网体系进行设计优化，提高其供水效率，从而达到提高管网经济性和适用性的目的。通过对城市管网优化技术发展和当前现状的研究，能够为城市管网体系的优化提供参考和借鉴，并且以此为基础，探究市政管网优化技术的发展趋势，为我国市政工程的发展提供方向。
        一、市政管网优化技术发展概述
        市政管网优化技术是指通过对管网体系进行设计优化，在满足城市中用水单元需求的基础上，能够以最低的成本，最便捷的路径进行水资源的供应，从而形成最佳管网体系。城市管网体系错综复杂，尤其是供水网络，需要保证城市中每一个用水单位能够获得充足的水资源。在此供水体系的计算中，需要考虑到不同用水单元对于水量的需求，以及用水高峰期的区别，参考水源供应和枢纽区域的分布情况，设计出最佳的供水方案。总体来说，管网优化技术涉及数学理论、经济学理论，同时还需要多种学科辅助。城市发展之初，由于规模小，管网体系的设计和优化往往依靠人工进行[1]。随着城市的发展，技术的进步，管网的优化可以利用计算机进行，不仅速度快，而且计算结果更加准确。
        从我国管网发展情况来看，管网优化技术的发展时间落后于西方发达国家20多年，不仅在管网设计方面存在不足，在管网优化理论体系和优化方式上也存在一定的差距。从发展过程来看，我国的管网优化技术主要经历了经典优化理论、启发式算法、多方法优化和计算机软件结合法等。在这个发展过程中，我国管网优化技术在逐渐的发展和进步，极大的推动了我国城市建设的进程，使其管网体系更加科学合理，为城市水资源供应提供更好的服务[2]。
        二、市政管网优化技术的研究现状
        （一）遗传算法的应用
        遗传算法属于启发式算法，是市政管网优化的纵向发展成果。这种管网优化技术主要是以生物遗传和进化作为依据，创造出来的一种全局性的管网优化算法。这种算法能够解决市政管网设计繁琐的问题，给管网的设计优化提供新的思路的方法。在这一算法的应用后，解决了管网优化中离散变量函数的优化问题，管网设计不需要在后期进行管径的调整[3]。而且这种算法与工程实际联系非常紧密，能够最大限度的通过计算优化解决工程实际问题，给管网的优化提供解决方案。使用遗传算法虽然解决了一些实际问题，但是也存在一定的缺点，例如，这种算法编码单调，遗传算子参数设置不通用等，给计算带来了一定的难度。
        （二）数学模型的应用
        数学模型是非常经典的管网优化技术，通过这一技术的应用，在一定程度上收敛了管网的布置。通过非线性模型，利用最小二乘法，对管网体系进行优化设计。随着这种算法的逐渐发展，在2003年建立了管网体系的优化改扩建模型，对于城市给水管道的发展提供了巨大帮助。这一模型可以在不影响原有城市管网体系供水的前提下，进行管网的改建和扩建，对原有的城市管网体系进行精简和优化，使其能够发挥出更好的使用效果[4]。数学模型法在城市管网优化中具有非常大的潜力，随着不同模型的建立和发展，管网的经济性、适用性、改造方式陆续被提出，对于管网的改造发展做出了巨大的贡献。

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        （三）计算机技术的应用
        信息技术的发展给市政管网优化技术的发展和应用带来了新的可能。可以说，随着计算机技术的出现和发展，解决了各类管网优化所需要的庞大的计算工作，而且为不同管网优化技术的融合提供了平台。通过计算机技术，可以将不同市政管网优化方法在软件中进行模拟。正由于此，城市供水管道优化技术的软件开发也受到了人们的关注，这些软件的使用极大的缩短了管网优化设计的时间，而且具备更高的精准性，通过软件的建模和运算，能够为管网优化提供参考，进一步提高城市管网优化技术。例如，当前应用较为广泛的基于GIS的管网优化决策系统软件，能够在遗传算法的基础上，对其进行二次开发，进一步提高其应用价值。
        三、市政管网优化技术的发展趋势
        （一）优化技术的创新发展
        随着城市发展速度的提高，城市规模和发展方向都在不断的变化着，为了满足城市供水需求，市政管网优化技术也要随着城市发展进行创新。所以，市政管网优化技术的创新发展是未来发展的一大趋势[5]。通过技术的不断进步，能够更好的解决市场管网优化中，复杂地形、多元化发展需求和经济性能的需要，进一步促进城市供水管道体系的科学化改造。例如，当前遗传算法、人工神经网络法、数学模型法中存在的问题，都会随着技术的创新和进步被解决，使其更好的为市政管网的优化服务。
        （二）优化领域的拓展
        供水管网作为保证城市活力的基础工程，很多时候会受到地形因素、水源供应因素、经济因素等多方面的干扰。传统的管网优化技术算法往往具有单一性，只能解决单方面的问题，无法实现全局的优化，使供水体系能够适应各种复杂的地形和使用要求。在未来，随着城市管网优化技术的发展，拓展优化领域是必然的发展方向。城市管网通过领域的拓展，能够在保证经济性和实用性的基础上，进行不同适应性的改良和优化。通过环状管网、树状管网等不同形式的混合搭配，优化城市供水体系的设计和布置。
        （三）信息技术融合的深入研究
        信息技术是促进时代进步的重要推动力，在市政管网优化技术发展中，信息技术也发挥了决定性的作用。传统的市政管网优化方式只能依靠人力，在信息技术的应用下，极大的加快了优化技术的发展速度，更多的管网优化方式和优化策略被提出。不仅如此，计算机技术解决了大量的运算问题，不仅速度快，而且结果准确。在未来的市政管网优化技术发展中，计算机技术与管网优化技术的深度融合是必然的研究发展方向。通过对管网优化软件的开发，将不同的优化技术整合在一起，通过优势互补和开发创新，使管网优化更加科学合理。不仅如此，随着计算机技术的发展，管网优化软件将会实现更加方便智能的人机交互界面，最大程度上降低人员操作的难度，促进我国市场管网供水体系的发展和进步。
        结束语
        综上所述，供水管网体系对城市的发展非常重要。随着城市居住人口规模的扩大和城市规模的不断扩建，原城市供水网络在提高自身供水能力的同时，还需要与新建的管网进行连接，形成更加科学的管网体系，在保证城市供水的基础上，对管网进行整体优化，提高经济性和适用性，为我国城市化发展提供坚实的供水保障体系。
        参考文献
        [1]崔德亮,白彩芳,冯俊杰.如何优化配置市政给排水管网的管理方法[J].建筑工程技术与设计,2018,000(020):3350.
        [2]战一波,石优兴,李萍.浅析城市市政供水管网现状与优化配置[J].名城绘,2019(4):11-11.
        [3]胡水金.市政道路的雨污水管网施工关键技术分析[J].低碳世界,2018, 000(006):245-246.
        [4]路振玲.市政排水管网的现状与优化措施探讨[J].建筑工程技术与设计,2018,000(036):431.
        [5]杨冉.市政排水管网优化设计的方法研讨[J].建筑工程技术与设计, 2018,000(020):2441.