CN102147830A - 给水管网优化设计方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种给水管网优化设计方法，包括：根据预设的给水管网设计数据和给水管网设计要求生成初始给水管网设计方案；根据对初始给水管网设计方案的水力学计算结果将初始给水管网设计方案更新为一级给水管网设计方案；根据对给水管网管径、管材的选择进行优化优化的结果将一级给水管网设计方案更新为二级给水管网设计方案；根据对给水管网的水质监测点进行优化计算的结果将二级给水管网设计方案更新为三级给水管网设计方案；根据三级给水管网设计方案进行给水管网的施工建设。本发明把管网水力学计算技术、管径管材联合优化技术和水质监测点优化选址技术三者有机地整合在一起，使给水管网的设计方案更加科学、可靠、符合工程实际。

Description

给水管网优化设计方法和系统

技术领域

本发明涉及给水管网优化设计技术领域，更为具体地，涉及一种给水管网优化设计方法和系统。

背景技术

给水系统是重要的城市基础设施之一。随着社会经济的快速发展，城镇化速度加快、人民生活水平提高，对市政给水系统的输水能力和输水可靠性也提出了更高的要求。

新建的住宅区和工业区需要配套建设经济可靠的给水管网；在大中城市，由于管道老化和运行管理不善，现有的管网系统漏损严重、爆管事故和饮用水污染事件的风险加大，需要更新管道和设备，提升运行管理水平；在县镇地区，原先的小范围孤立供水系统已不能满足水量和可靠性要求，需要新建水厂、增铺管道，实现多水源分区联片供水。因此，如何合理地设计供水管网络，科学地布设水质监测点，根据具体的环境及供水需求选择合适的管材和管径以节省投资，是技术经济领域的重要研究课题。

目前已分别有管网水力学计算和管径优化设计的软件平台。

管网水力学计算是给水管网设计中必要的验证步骤，美国环境保护总署国家风险管理研究所开发EPANET水力学计算引擎是一种开放式的水力学计算引擎，主要用于有压管网系统(包括水库、水泵、贮水池等)水力计算和水质分析。一般来说，管网水力学计算是在已知给水管网各用水点的用水量和高程，各水源地的供水压力，各管段的内径、水力粗糙度和长度的前提下，通过数值迭代方法，计算给水管网中各用水点的压力和各管段的流量。代表方法是Todini等提出的梯度算法。使用计算机进行管网水力学计算，可以将设计者从繁琐易错的手工计算方法中解放出来，更加专注于给水管网的组件和功能设计。

在市政供水系统的总投资中，购置和铺设供水管道的费用占据了很大的比例。管径优化设计技术是通过智能的搜索算法，自动生成若干管径的选择方案，分别输入到水力计算代码中计算；将每组方案计算结果和预先设定的设计压力要求进行比较，逐步淘汰不符合设计要求的方案和造价过高的方案；通过多次迭代循环，自动调整管径，最终获得工程造价最小且满足设计要求的方案。管径优化中所采用的代表方法是遗传算法，使用计算机进行管径管材联合优化设计，可以在短时间内迅速对大量待选方案进行评估比较，减少了设计人员用于调整管径管材的工作量。

但是上述软件平台存在以下缺点：

1、上述软件平台没有包括水质监测点的优化计算，实际工程中的监测点选址方法仍然依赖于工程人员的经验，缺乏系统全面的理论指导，管网污染事件发生时很难迅速发现和定位污染事件；

2、上述软件平台的管径优化设计中只能优化管径，不包含管材输入的选项，不能在不同厂商、不同材质、不同承压等级的管材之间选择出较佳的设计方案，不能满足实际工程中的需要；

3、上述软件平台没有将管网水力学计算技术、管径管材联合优化设计技术和水质监测点优化选址技术三者结合到一起，没有实现管网数据和优化计算数据的交互操作和共享，在实际工程中增加了应用的难度，增加了数据转换的工作量。

另一方面，水质监测点的优化选址是给水管网设计时的一个非常重要的环节，恰当的水质监测选址方案，对于管网污染事件发生时迅速发现和定位污染事件均具有重要的意义。

因此，需要提供一种将给水管网水力学计算技术、管径管材联合优化技术和水质监测点优化选址技术有机结合在一起的给水管网优化设计方案。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种集成了给水管网设计中的绘图、数据管理、水力计算、管径管材优化计算和水质监测点优化选址功能，能够方便地制定给水管网设计方案，快速准确地进行各项计算，清晰直观地呈现设计方案和计算的结果，为给水管网设计任务中节省工程投资，最大化资产使用效率提供了关键的技术支撑。

根据本发明的一个方面，提供了一种给水管网优化设计方法，包括：

根据预设的给水管网设计数据和给水管网设计要求生成初始给水管网设计方案；

对所述初始给水管网设计方案模拟进行水力学计算，并根据计算结果和所述给水管网设计要求将所述初始给水管网设计方案更新为一级给水管网设计方案；

根据所述一级给水管网设计方案对所述给水管网管径、管材的选择进行优化，并根据所述管径、管材的优化选择结果将所述一级给水管网设计方案更新为二级给水管网设计方案；

根据所述二级给水管网设计方案对所述给水管网的水质监测点进行优化计算，以确定所述给水管网的水质监测点的布点方案，并根据所述水质监测点的布点方案将所述二级给水管网设计方案更新为三级给水管网设计方案；

根据所述三级给水管网设计方案进行给水管网的施工建设。

根据本发明的另一方面，提供了一种给水管网优化设计系统，包括：

初始设计方案生成单元，用于根据预设的给水管网设计数据和给水管网设计要求生成初始给水管网设计方案；

一级设计方案生成单元，用于对初始设计方案生成单元生成的初始给水管网设计方案模拟进行水力学计算，并根据计算结果和给水管网设计要求将初始给水管网设计方案更新为一级给水管网设计方案；

二级设计方案生成单元，用于根据一级设计方案生成单元生成的一级给水管网设计方案对所述给水管网管径、管材的选择进行优化，并根据管径、管材的优化选择结果将一级给水管网设计方案更新为二级给水管网设计方案；

三级设计方案生成单元，用于根据二级设计方案生成单元生成的二级给水管网设计方案对所述给水管网的水质监测点进行优化计算，以确定给水管网的水质监测点的布点方案，并根据水质监测点的布点方案将二级给水管网设计方案更新为三级给水管网设计方案；

设计方案实施单元，用于根据三级给水管网设计方案进行给水管网的施工管材调用和建设。

利用上述根据本发明的给水管网联合优化方法和系统，能够把管网水力学计算技术、管径管材联合优化设计技术和水质监测点优化选址技术三者有机地整合在一起，方便地实现管网数据和优化计算数据的交互操作和共享，并且使给水管网的设计方案更加科学、可靠、符合工程实际。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的给水管网优化设计方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的给水管网设计绘制软件的主界面示意图；

图3为根据本发明实施例的给水管网设计绘制流程示意图；

图4为根据本发明实施例的添加用水节点的界面示意图；

图5为根据本发明实施例的利用模拟水力学计算修正给水管网设计方案的流程示意图；

图6为根据本发明实施例的对给水管网设计方案进行管径管材联合优化的流程示意图；

图7是根据本发明实施例的对给水管网设计方案优化水质监测点布点方案的流程示意图；

图8是根据本发明实施例的估算给水管网设计方案的流程示意图；

图9为本发明给水管网优化设计方法中所应用的各数据处理模块间的组织关系示意图；

图10为根据本发明实施例中的平台软件使用流程示意图；

图11为根据本发明实施例的给水管网优化设计系统逻辑框图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

为了克服现有的给水管网设计中没有水质监测点的优化选择、不能将管材纳入优化选项等缺陷，本发明提供一种将给水管网水力学计算技术、管径管材联合优化技术和水质监测点优化选址技术有机结合在一起的给水管网优化设计方案。

本发明所采用的给水管网优化设计的原理如下：

首先绘制给水管网的组件及组件间的连接关系，并确定这些组件的水力学属性，以构建初始给水管网设计方案；然后使用EPANET引擎对初始给水管网设计方案进行初步水力计算；初步水力计算后根据管材厂商提供的每条管段上的可选管材列表，进行管径管材联合优化计算，从而确定实际工程中的每条管线的管材选择，减少工程总造价；在对初始给水管网设计方案进行管径管材的联合优化后，进一步进行水质监测点的优化计算，根据预设的布点数量，比较各种水质监测点布点方案的优劣，优化计算，从而确定水质监测点优化布点方案。

图1示出了根据本发明实施例的给水管网优化设计方法的流程图。

如图1所示，本发明提供的给水管网优化设计方法包括如下步骤：

S110：根据预设的给水管网设计数据和给水管网设计要求生成初始给水管网设计方案；

S120：对初始给水管网设计方案模拟进行水力学计算，并根据计算结果和给水管网设计要求将初始给水管网设计方案更新为一级给水管网设计方案；

S130：根据一级给水管网设计方案对所述给水管网管径、管材的选择进行优化，并根据管径、管材的优化选择结果将一级给水管网设计方案更新为二级给水管网设计方案；

S140：根据二级给水管网设计方案对所述给水管网的水质监测点进行优化计算，以确定给水管网的水质监测点的布点方案，并根据水质监测点的布点方案将二级给水管网设计方案更新为三级给水管网设计方案；

S150：根据三级给水管网设计方案进行给水管网的施工建设。

并且，为了多方面掌控给水管网优化设计过程中的信息，便于设计方平衡设计的硬件要求和工程造价方面关系，在确定每一级给水管网设计方案后，还根据管材造价等信息估算给水管网在不同设计方案下的总造价。如图1中的步骤S160、S170、S180和S190所示，在确定初始、一级、二级和三级给水管网设计方案后，分别对所确定的给水管网设计方案进行总造价的估算。

在步骤S110根据预设的给水管网设计数据和给水管网设计要求生成初始给水管网设计方案的过程中，可以利用预先开发的给水管网设计绘制软件形成初始给水管网设计方案，将绘制给水管网所需要的节点、管线、水泵、阀门、水源等图元纳入绘制软件的图元列表，并定义属性、规格等参数信息，以便于开发人员通过调用图元、定义属性等操作灵活地绘制、修改给水管设计方案。其中预设的给水管网设计数据包括：背景地形图、用水点及每个用水点的设计用水量、管段及每条管段埋深、节点及每个节点高程、水源点及水源点供水压力等设计数据信息。

图2是本发明一个给水管网设计绘制软件实施例的主界面示意图。如图2所示，运行界面中包括以下内容：

主界面-用于显示当前正在编辑的部分管网；

画图工具栏-默认情况下为选择工具，这时只能进行图元的编辑操作。如果选择了其他工具(如画点工具、画管线工具、画水泵工具)则可以进行图元的创建操作；

地图缩放工具栏-包括放大、缩小、手型工具和全览按钮，用于主界面中的地图缩放和移动；

当前比例尺-显示当前主界面的地图比例尺；

显示控制面板-通过复选框的形式，用户可以选择在主界面上显示图元的哪些属性，例如管段的管径和节点的名称；其中某些属性如节点压力等必须经过水力计算才能显示，在计算前为灰色、计算后可见；

图元列表-所有管线、供水结点、泵站、水源、阀门、调蓄水池的分类列表，选中某个图元的名称后，主界面将以该图元为中心显示；

图元属性-选中图元的所有属性列表，可以在这里修改属性；

状态栏-左半边显示最近一次的用户操作，右半边显示各种图元的数量；如：管线25条、节点20个、水源2个等。

图3为本发明一个给水管网设计绘制流程实施例的示意图。如图3所示，

在绘制给水管网设计图之前，首先导入实施给水管网施工的背景地形图(步骤S301)；然后在背景地形图上绘制给水管网设计图(步骤S302)，其中包括：绘制用水点，输入设计用水量，绘制管段、节点，输入管段埋深、节点高程，绘制水源，输入水源供水压力等；最后，在给水管网设计图绘制完毕，保存管网设计图(步骤S303)。

具体地，作为示例，如果在每次新建项目的时候要求读入一张背景(地形)图，同时必须输入：该图的一个像素对应实际距离多少米。这样软件主界面可以根据缩放的情况来实时更新“当前比例尺”。

选择“画图工具栏”中的“画节点”工具，并在主界面上单击，即生成了节点，同时“图元属性表”被刷新，节点的可输入属性可以编辑；选择“画节点”工具，在主界面的节点上单击并拖动，可以即时更新节点的(x，y)坐标信息；菜单栏中有一项功能为：“快速批量添加节点”可以通过读一个简单的文本文件来批量生成节点，文本文件格式为：(编号，x坐标，y坐标，z坐标(也就是海拔))，其操作界面的示例参见图4。

选择“画图工具栏”中的“画管线”工具，在界面上单击。若单击点附近没有节点，则不做操作，若单击点附近有节点，则从该节点引出一条实线跟随鼠标移动，若管线绘制结束前点选了其他工具，则前面画的管线取消。

输入各组件属性。节点属性有：节点编号、节点名称、x和y坐标(在画点时自动生成)，z坐标(海拔)、节点设计用水量；水源属性有：水源名称、x和y坐标(自动生成)、z坐标(海拔)、水面相对水位。管线属性有：管线编号、管线名称、长度(自动计算)、管径、管道材质、管壁粗糙度。

其中，对于图元的创建、编辑和删除，在本发明的一个优选实施方式中，建立的管网模型中共有节点(junction)、管线(pipe)、水源(reservoir)、调蓄水池或高位水塔(tank)、泵站(pump)以及阀门(valve)六种图元，图元的属性信息包括可输入属性(可以编辑)和水力计算生成属性(不能编辑)两类。并且，调蓄水池或高位水塔是一类特殊的节点，除了拥有自己独特的一套属性以外，其他根节点的创建编辑功能相同(使用“画水池”工具，不需要批量添加功能)；水源也是一类特殊的节点，除了拥有自己独特的一套属性以外，其他根节点的创建编辑功能相同(使用“画水源”工具不需要批量添加功能)。

本发明在步骤S120中所采用的水力学计算技术为美国环境保护署风险管理研究所开发的开放式的EPANET水力学计算引擎，该EPANET水力学计算引擎主要用于有压管网系统(包括水库、水泵、清水池等)水力计算和水质分析，可以在已知给水管网各用水点的用水量和高程，各水源地的供水压力，各管段的内径、水力粗糙度和长度的前提下，通过数值迭代方法，计算给水管网中各用水点的压力和各管段的流量。在科研项目和商业软件中都有广泛的应用。

利用EPANET对初始给水管网设计方案模拟进行水力学计算，能够根据计算结果(如各用水点的压力、各管段的流量)对初始给水管网设计方案进行查错和修正，以使修正后的一级给水管网设计方案满足基本的设计需求。

图5为本发明中步骤S120的一个具体实施例的流程示意图。如图5所示，步骤S120的具体流程包括：

S121：将步骤S110中生成的初始给水管网设计方案转化为给水管网信息文件EPANET格式；

S122：调用EPANET对管网设计进行初步水力计算，若计算结果与设计要求有出入则收集初始给水管网设计方案中的错误信息；

S123：根据错误信息提示用户在初始给水管网设计方案上进行修正，得到一级给水管网设计方案；

S124：保存修正后的一级给水管网设计方案。

例如，水力计算前需要验证节点和管线的拓扑关系：节点(或水源)必须至少连在一条管线上，即不能有孤立节点；管线的两端必须有节点(或水源)；管线可以有交叉，且交叉处可以没有节点(对应实际中一条管线从另一管线下方穿过)。

此外，在水力计算前还需要验证节点和管线的拓扑关系，包括：节点(或水源或水库)必须至少连在一条管线上，即不能有孤立节点；管线的两端必须有节点(或水源或水库)；管线可以有交叉，且交叉处可以没有节点(对应实际中一条管线从另一管线下方穿过)；以保障所设计的给水管网整个网路方案的完整性。

本发明在步骤S130中所采用的管径、管材联合优化计算中使用了遗传算法。通过遗传算法(GA)反复计算、比较不同管径、管材组合的造价，智能地调整管网中的部分管径管材，从而得出造价较低的可行方案。遗传算法借鉴了自然界中的自然选择过程，使得求解过程中较好的个体(在本问题中为造价较低的管径、管材方案)得到保留和改进，从而可以逐渐逼近最优的个体。

使用遗传算法进行管径、管材的联合优化技术参见本申请人的另一发明专利申请(申请号：201110065539.1)在此不再赘述。在本发明中，采用管径、管材联合优化计算模块来确定每条管段上管径、管材的优选方案。图6为本发明中步骤S130的一个具体实施例的流程示意图。如图6所示，步骤S130的具体流程包括：

S131：将步骤S120中生成的一级给水管网设计方案转化为管网信息文件EPANET格式；

S132：将EPANET格式的管网信息文件和厂商提供的可选管材的管径、材质和承压等级信息，输入到管径管材联合优化计算模块中；

S133：运行管径管材联合优化计算模块，得到每条管段上管径管材的优选方案；

S134：将优选方案显示在地图界面上，提示用户进行比较和调整；

S135：根据用户的调整生成得到二级给水管网设计方案并保存。

例如，设定算法各项参数，自动将界面上的管网设计图中组件信息导入至优化计算模块。优化计算运行在另一个线程中。算完以后，立即显示一个“管径优化计算结果表”，然后提示用户是否用优化以后的管径替换原来的管径。替换后，可以在主界面里看到计算的所有结果。

本发明在步骤S140中所采用的水质监测点优化算法为Lee等人提出的覆盖水量(Demand Coverage)法。覆盖水量指的是一组水质监测点布点方案在正常用水情况下所覆盖的用水水量大小，一个监测点的覆盖水量不仅包括了该点附近的用水量，还包括了该点上游的用水量。覆盖水量越大，则认为该水质监测布点方案越好。在本发明的一个具体实施方式中，采用水质监测点优化计算模块来实现对设计的给水管网中水质监测点的布点方案的确定。

图7为本发明中步骤S140的一个具体实施例的流程示意图，如图7所示，步骤S140的具体流程包括：

S141：将步骤S130中生成的二级给水管网设计方案转化为管网信息文件EPANET格式；

S142：将EPANET格式的管网信息文件输入到水质监测点优化计算模块中；

S143：运行水质监测点优化计算模块，得到给水管网内水质监测点的优化选址方案；

S144：根据上述水质监测点的优化选址方案，将二级给水管网设计方案更新为三级给水管网设计方案。

例如，需要在该给水管网中布置5个水质监测点，在水质监测点优化计算模块中输入水质监测点数5，自动将界面上的给水管网设计图中组件信息导入至水质监测点优化计算模块。在水质监测点优化计算模块中利用覆盖水量法计算最佳水质监测选址方案，算完之后，将确定的优化选址方案落实在原二级给水管网设计方案中，即生成包含有最佳水质监测点选址结果的三级给水管网设计方案。

在确定了三级给水管网设计方案后，就获得了符合设计施工要求、合理的管材管径调用数据以及水质监测布设点等施工中所需要的材料、位置等信息，在步骤S150中，就可以根据三级给水管设计方案中的数据信息进行每一管段的水管、连接件等组件的选择以及管网的施工建设了。

如前所述，步骤S160、S170、S180和S190中分别估算给水管网在不同设计方案(初始、一级、二级、三级)时的总造价的步骤是为了让设计人员根据设计方案的变化随时掌握工程造价，以便统筹规划。

图8为本发明中一个估算给水管网设计方案的实施例的流程示意图。如图8所示，根据给水管网估算总造价的过程具体包括：

S801：调用EPANET对给水管网设计方案进行水力计算，返回水力计算结果；

S802：根据水力计算结果调整给水管网设计方案，以使其满足设计要求；

S803：根据满足设计要求的给水管网设计方案和厂商提供的可选管材的管径、材质和承压等级信息为每一管段选择相应的管道；

S804：根据管段的管道选择，估算全部管网的总造价，生成给水管网的工程造价汇总表。

具体地，作为示例，在软件的界面上输入可选管材表，进行水力计算，水力计算之后能够获得现有设计方案下的各管道的流量信息、各节点的压力信息，将这些信息与给水管网的设计要求进行比较，确定当前的设计方案是否符合设计要求，如果不符合，则修改相关的设计参数以使其符合设计要求，最后将符合设计要求的给水管网设计方案更新到地图界面上；然后就可以根据该符合设计要求的给水管网设计方案在可选管材表中选择合适的管材，可选管材表用于储存管材厂商提供的可选管材信息，包括各种管材的内径、管道材质、边壁粗糙度、单位长度造价和管道承压等级信息；在管材和相应的连接件等组件选定之后，就可以根据所选组件的价格信息估算该给水管网的总造价了。

图9为本发明给水管网优化设计方法中所应用的各数据处理模块间的组织关系示意图。如图9所示，Node、Pipe和Source是Item的派生类，分别代表节点、管段和水源，用于存贮用户输入的水力学属性和空间位置属性；所有的组件信息即Item类的实例贮存在ItemPool中，通过地图界面进行访问、新建、修改和删除。

其中，PipeSizer类中包含管径管材联合优化计算的代码，调用一个GA(遗传算法)类进行优化，由于通常计算时间比较长，PipeSizer类还继承了QThread类，使得计算在独立的线程中运行。Senlctr类中包含了水源监测点优化的代码，也调用一个遗传算法类进行优化。根据待优化问题的不同，遗传算法具有不同的染色体结构和目标函数。

图10为根据本发明实施例中的平台软件使用流程示意图。如图10所示，应用本发明进行给水管网优化设计的流程包括：

绘制管网和导入数据-新建项目或是打开已有项目；读入背景图片；设定地图比例尺；绘制用水点、水源和管段；输入用水点、水源和管段的属性信息。

管网查错和修正-检查管网中是否有错误，如有错误检查绘制用水点、水源和管段步骤；如没有错误继续估算管网总造价、优化选管方案和设计水质监测点的布点方案。

估算管网总造价-模拟进行水力学计算，根据计算结果估算管网总造价。

优化选管方案-输入可选管材的管径、粗糙度和造价等信息；进行管径管材优化设计；更新管段属性信息；根据计算结果选择是否进一步修改设计方案，如果不继续修改设计方案则保存设计方案，如果续修改设计方案从绘制用水点、水源和管段步骤重新运行。

设计水质监测点的布点方案-输入可不知的监测点点数；进行监测点优化选址计算；在界面上显示选出的最优化监测点位置。

如上参照图1～图10描述了根据本发明的给水管网优化设计方法。本发明的上述给水管网优化设计方法，可以采用软件实现，也可以采用硬件实现，或采用软件和硬件组合的方式实现。

另一方面，本发明还提供了一种与上述方法相对应的给水管网优化设计系统，其系统逻辑框图如图11所示。

给水管网优化设计系统1100主要包括初始设计方案生成单元1110、一级设计方案生成单元1120、二级设计方案生成单元1130、三级设计方案生成单元1140、和设计方案实施单元1150，另外，还可以包括造价估算单元1160。

其中，初始设计方案生成单元1110，用于根据预设的给水管网设计数据和给水管网设计要求生成初始给水管网设计方案；

一级设计方案生成单元1120，用于对初始设计方案生成单元生成的初始给水管网设计方案模拟进行水力学计算，并根据计算结果和给水管网设计要求将初始给水管网设计方案更新为一级给水管网设计方案；

二级设计方案生成单元1130，用于根据一级设计方案生成单元生成的一级给水管网设计方案对所述给水管网管径、管材的选择进行优化，并根据管径、管材的优化选择结果将一级给水管网设计方案更新为二级给水管网设计方案；

三级设计方案生成单元1140，用于根据二级设计方案生成单元生成的二级给水管网设计方案对所述给水管网的水质监测点进行优化计算，以确定给水管网的水质监测点的布点方案，并根据水质监测点的布点方案将二级给水管网设计方案更新为三级给水管网设计方案；

设计方案实施单元1150，用于根据三级给水管网设计方案进行给水管网的施工管材调用和建设。

造价估算单元1160则分别与初始设计方案生成单元1110、一级设计方案生成单元1120、二级设计方案生成单元1130和三级始设计方案生成单元1140相连，用于估算给水管网在不同设计方案时的总造价。

经过以上对本发明实施方式的说明，可以看出，本发明提出的给水管网优化设计方法和系统，相对现有技术具有以下优点：

1、在优化设计平台中添加了水质监测点优化计算模块，读入平台中的管网设计基础数据，采用遗传算法对各种水质监测点选点方案下的可监测水量进行优化，生成的监测点选址方案相比于经验方法更加科学、可靠，便于在污染时间发生时迅速发现和定位；

2、在优化设计平台中采用了管径和管材联合、优化设计模块，可以输入厂商提供的不同材质和承压等级的管材信息，优化方案同时包括了管径和管材的选取，符合工程实际，便于在设计任务中采用；

3、将管网水力学计算技术、管径管材联合优化设计技术和水质监测点优化选址技术三者有机地整合在一起，可以方便地实现管网数据和优化计算数据的交互操作和共享，优化计算的结果可以清晰直观地展现在平台界面上，对于设计给水管网的工作具有很大的帮助。

如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的给水管网优化设计方法和系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的给水管网优化设计方法和系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (9)

1.一种给水管网优化设计方法，包括以下步骤：

S110：根据预设的给水管网设计数据和给水管网设计要求生成初始给水管网设计方案；

S120：对所述初始给水管网设计方案模拟进行水力学计算，并根据计算结果和所述给水管网设计要求将所述初始给水管网设计方案更新为一级给水管网设计方案；

S130：根据所述一级给水管网设计方案对所述给水管网管径、管材的选择进行优化，并根据所述管径、管材的优化选择结果将所述一级给水管网设计方案更新为二级给水管网设计方案；

S140：根据所述二级给水管网设计方案对所述给水管网的水质监测点进行优化计算，以确定所述给水管网的水质监测点的布点方案，并根据所述水质监测点的布点方案将所述二级给水管网设计方案更新为三级给水管网设计方案；

S150：根据所述三级给水管网设计方案进行给水管网的施工建设。

2.如权利要求1所述的给水管网优化设计方法，其中，

在确定所述初始、一级、二级、三级给水管网设计方案后，分别估算所述给水管网在不同设计方案时的总造价的步骤。

3.如权利要求1所述的给水管网优化设计方法，其中，所述预设的给水管网设计数据包括：

背景地形图、用水点及每个用水点的设计用水量、管段及每条管段埋深、节点及每个节点高程、水源点及水源点供水压力。

4.如权利要求1所述的给水管网优化设计方法，其中，所述步骤S120进一步包括：

将所述初始给水管网设计方案转化为给水管网信息文件EPANET格式；

调用EPANET对所述EPANET格式的给水管网设计进行初步水力计算，若计算结果与设计要求有出入则收集初始给水管网设计方案中的错误信息；

根据所述错误信息提示用户在初始给水管网设计方案上进行修正，得到一级给水管网设计方案；

保存修正后的一级给水管网设计方案。

5.如权利要求1所述的给水管网优化设计方法，其中，所述步骤S130进一步包括：

将所述一级给水管网设计方案转化为管网信息文件EPANET格式；

将所述EPANET格式的管网信息文件和厂商提供的可选管材的管径、材质和承压等级信息，输入到管径管材联合优化计算模块中；

运行管径管材联合优化计算模块，得到每条管段上管径管材的优选方案；

将优选方案显示在地图界面上，提示用户进行比较和调整；

根据用户的调整生成得到二级给水管网设计方案并保存。

6.如权利要求1所述的给水管网优化设计方法，其中，所述步骤S140进一步包括：

将所述二级给水管网设计方案转化为管网信息文件EPANET格式；

将所述EPANET格式的管网信息文件输入到水质监测点优化计算模块中；

运行水质监测点优化计算模块，得到给水管网内水质监测点的优化选址方案；

根据所述水质监测点的优化选址方案，将所述二级给水管网设计方案更新为三级给水管网设计方案。

7.如权利要求6所述的给水管网优化设计方法，其中，

所述水质监测点优化计算模块采用覆盖水量法对所述给水管网内水质监测点进行优化选址。

8.一种给水管网优化设计系统，包括：

初始设计方案生成单元，用于根据预设的给水管网设计数据和给水管网设计要求生成初始给水管网设计方案；

一级设计方案生成单元，用于对初始设计方案生成单元生成的初始给水管网设计方案模拟进行水力学计算，并根据计算结果和给水管网设计要求将初始给水管网设计方案更新为一级给水管网设计方案；

二级设计方案生成单元，用于根据一级设计方案生成单元生成的一级给水管网设计方案对所述给水管网管径、管材的选择进行优化，并根据管径、管材的优化选择结果将一级给水管网设计方案更新为二级给水管网设计方案；

三级设计方案生成单元，用于根据二级设计方案生成单元生成的二级给水管网设计方案对所述给水管网的水质监测点进行优化计算，以确定给水管网的水质监测点的布点方案，并根据水质监测点的布点方案将二级给水管网设计方案更新为三级给水管网设计方案；

设计方案实施单元，用于根据三级给水管网设计方案进行给水管网的施工管材调用和建设。

9.如权利要求8所述的给水管网优化设计系统，还包括：

造价估算单元，分别与所述初始设计方案生成单元、一级设计方案生成单元、二级设计方案生成单元和三级始设计方案生成单元相连，用于估算给水管网在不同设计方案时的总造价。

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