CN111444586B - 一种井巷和管廊中管线的自动布置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井巷和管廊中管线的自动布置方法及系统，所述方法包括如下步骤：建立待布置空间的拓扑结构；确定每种管线在建立的拓扑结构上的最佳布置线路，即，确定每种管线最优布局的子网；优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置；自动规化多层管线跨越交叉点的走线方式进行布置。通过建立标准的管件三维模型库以及待布置空间和管线的线框模型利用管线管件各自的位置和姿态进行组装，实现待布置空间、管件和管线自动建模。

Description

一种井巷和管廊中管线的自动布置方法及系统

技术领域

本发明涉及井巷工程和市政工程的智能设计和智能管理技术领域，一种井巷和管廊中管线的自动布置方法及系统。

背景技术

无论是矿山井巷工程中的管线，还是市政管廊中的管线都为誉为生命线，这些管线包括供水、排水、供风、乳化液、燃气、供暖、电力、通讯等，而且根据它们的用途、性质和危险级别的不同，它们在井巷或管廊中都有严格的上下要求，且不能出现交叉现象。一般的矿井和城区都有上千条井巷和管廊需要布置和敷设这些管线，而且每种管线对通过的井巷和管廊及其节点都有要求，这就使得井巷或管廊中的管线布置变得十分复杂。无论是综合管线设计，还是管理，用现在的人工方法不仅工程巨大，耗时耗力，更重要的是还得不到一个比较经济的、可靠的、满足负荷需要的最优方案。为此，迫切需要一种能够实现井巷和管廊中综合管线的自动布置方法，以便用数字方法和计算机解决这类复杂工程的设计和管理问题。

发明内容

针对无论是综合管线设计还是管理，用现在的人工方法不仅工程巨大，耗时耗力的问题，本发明提供一种井巷和管廊中管线的自动布置方法及系统。

本发明的技术方案是：

一方面，本发明技术方案提供一种井巷和管廊中管线的自动布置方法，包括如下步骤：

建立待布置空间的拓扑结构；

确定每种管线在建立的拓扑结构上的最佳布置线路，即，确定每种管线最优布局的子网；

优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置；

自动规化多层管线跨越交叉点的走线方式进行布置。

优选地，所述的步骤建立待布置空间的拓扑结构中，所述的待布置空间为由m个节点和n条分支组成的一个连通的空间形态；建立待布置空间的拓扑结构和空间属性，记为G＝(V，E)；

其中，V＝{V₁，V₂，…，V_m}为节点集，E＝{E₁，E₂，…，E_n}为分支集，V_i＝{n_i，x_i，y_i，z_i}(i＝1，2，…，m)节点V_i的拓扑和空间属性，n_i、x_i、y_i和z_i分别为V_i的编号、x坐标、y坐标和z坐标，E_j＝{s_j，f_j，l_j，w_j，h_j，z_j}(j＝1，2，…，n)为E_i的拓扑和空间属性，

s_j、f_j、l_j、w_j、h_j和z_j分别为E_j的始点号、终点号、长度、宽度、高度和断面形状，且始点号s_j和终点号f_j和对应的节点号n_i一致。

优选地，所述确定每种管线在建立的拓扑结构上的最佳布置线路，即，确定每种管线最优布局的子网的步骤包括：

确定每种管线在建立的拓扑结构中的一个源节点、必须要经过的节点子集和必须要经过的分支子集；

从源节点出发，经过所述的节点子集和所述的分支子集的所有节点和分支并便分支子集中各分支的长度之和最小，搜寻确定管线最优布局的子网。

优选地，所述的从源节点出发，经过所述的节点子集和所述的分支子集的所有节点和分支并使分支子集中各分支的长度之和最小，搜寻确定管线最优布局的子网的步骤中，对每一个节点V_i定义一个状态集S_i＝{m_i，d_i，e_i}，其中m_i＝N、T或P为V_i的标记状态，N代表未标记，T代表临时标记，P代表固定标记；d_i为开始节点到节点V_i的最佳路长，e_i为V_i获得标记时通过的最后一个分支的序号，搜寻确定管线最优布局的子网的步骤包括：

S21：对于所有标记为P的节点，检查与标记为P的节点相连但标记为N的节点，若节点子集中的节点都被标记为P，并且分支子集中的分支都在某个标记为P的节点到源节点的标记通路中，跳转执行步骤S23；

若存在节点V_i已被标记为P，也存在分支E_p＝(V_i，V_j)∈E^k，且V_j的标记仍为N，则V_j标记为T，即S_j＝{m_j，d_j，e_j}＝{T，d_i+l_p，p}，令j0＝j，执行步骤S22；

若对于每个标记为N的节点V_j，找出满足下式的分支E_p：

并标记V_j为S_j＝{m_j，d_j，e_j}＝{T，d_i+l_p，p}，在所有标记为T的节点中找出节点j0，使得

j0＝arg min{d_j|S_j＝{T，d_j，p}}，执行步骤S22；

S22：把j0的状态标记改为P，其它状态为T的均改为N，跳转执行步骤S21；

S23：对于

中的节点和

中的分支，沿着标记各S_j＝{P，d_j，p_j}中的p_j倒追踪到源节点

所找出经过的所有节点和分支，得到初步子网G^k0；

S24：对初步子网G^k0进行改进，确定管线最优布局的子网。

优选地，所述的步骤S24中，对初步子网进行改进的方法包括：

A)初步子网G^k0中，若能找出两节点(V_i，V_j)不在子网G^k0中的最短路P_ij，要求在P_ij中除了V_i和V_j之外没有G^k0中的点，使P_ij与G^k0构成圈C_ij，且该最短路的长度d_ij小于圈中最长的某个分支E_k∈E\E^k的长度d_k，则调转B)；否则跳转C)；

B)用最短路P_ij代替E_k，构成新的子网G^k1，设置G^k0＝G^k1，转到A)；

C)得到管线最优布局的子网G^k＝G^k0。

优选地，所述优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置的步骤包括：

S31：对每种管线，从源节点出发，对该管线最优布局的子网中的每个分支都分别沿着左、右侧前进，每经过所述子网的一个交叉点时，记录其跨过G的管廊口数，逐步形成一个带节点计数器的二叉树；

S32：对二叉树进行优化搜索得到该管线在所述子网中的最优侧别布置方案。

优选地，所述优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置的步骤之后还包括步骤：

叠加每个分支的左右侧管线种类，进行计数。

优选地，所述自动规化多层管线跨越交叉点的走线方式进行布置的步骤之后还包括：

通过建立标准的管件三维模型库以及待布置空间和管线的线框模型利用管线管件各自的位置和姿态进行组装，实现待布置空间、管件和管线自动建模。

另一方面，本发明技术方案提供一种井巷和管廊中管线的自动布置系统，包括拓扑结构建立模块、最佳布置路线确认模块、优化模块、自动布置模块；

拓扑结构建立模块，用于建立待布置空间的拓扑结构；

最佳布置路线确认模块，用于确定每种管线在建立的拓扑结构上的最佳布置线路，即，确定每种管线最优布局的子网；

优化模块，用于优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置；

自动布置模块，用于自动规化多层管线跨越交叉点的走线方式进行布置。

优选地，该系统还包括处理模块、组装建模模块；

处理模块，用于优化模块输出优化的每种管线在子网中每个分支的侧别后，叠加每个分支的左右侧管线种类，进行计数；

组装建模模块，用于自动布置模块布置完成后，通过建立标准的管件三维模型库以及待布置空间和管线的线框模型利用管线管件各自的位置和姿态进行组装，实现待布置空间、管件和管线自动建模。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：用数字化模型描述了井巷和管廊中管线布线优化问题。对于不同用途的管线，给出了管线在井巷和管廊中布置路径的优化方法和步骤。以空跨的井巷和管廊交叉口最少为目标，用分枝定界确定管线在井巷和管廊中侧别选择问题。设计了多层管线按照上下顺序穿越井巷和管廊交叉点的数字化布置规则。给出了关系在管廊中的精确位置计算和建模技术。可以实现井巷和管廊中管线的优化设计和自动布置，为市政工程和矿山管线设计提供了一个有效的自动化手段。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1管线布置用例的管廊拓扑结构图。

图2针对图1的管线布局优化结果。

图3针对图2的管线侧别优选的分枝定界计算过程。

图4多层管线在同一管廊中的折返和跨侧布置方式。

图5多层管线通过三通和四通管廊交叉点的布置方式

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明技术方案提供一种井巷和管廊中管线的自动布置方法，包括如下步骤：

步骤11：建立待布置空间的拓扑结构；

步骤12：确定每种管线在建立的拓扑结构上的最佳布置线路，即，确定每种管线最优布局的子网；

步骤13：优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置；

步骤14：自动规化多层管线跨越交叉点的走线方式进行布置。

实施例二

本发明技术方案提供一种井巷和管廊中管线的自动布置方法，包括如下步骤：

步骤一：建立待布置空间的拓扑结构；所述的待布置空间包括井巷或管廊，本实施例中，待布置空间为管廊，假设需要布局管线的管廊由m各节点和n条分支组成一个连通的空间形态，建立管廊的拓扑结构和空间属性，记为G＝(V，E)，其中V＝{V₁，V₂，…，V_m}为节点集，E＝{E₁，E₂，…，E_n}为分支集，V_i＝{n_i，x_i，y_i，z_i}(i＝1，2，…，m)节点V_i的拓扑和空间属性，n_i、x_i、y_i和z_i分别为V_i的编号、x坐标、y坐标和z坐标，E_j＝{s_j，f_j，l_j，w_j，h_j，z_j}(j＝1，2，…，n)为E_i的拓扑和空间属性s_j、f_j、l_j、w_j、h_j和z_j分别为E_j的始点号、终点号、长度、宽度、高度和断面形状，而且始点号s_j和终点号f_j要和对应的节点号n_i一致，可取z_j＝″矩形″、″梯形″、″半圆拱形″、″三心拱形″、″圆形″、″马蹄形″或″切圆拱形″中的一种。

具体的，针对图1给出的管廊拓扑结构G＝(V，E)进行布局优化计算，由图1可知该网络由8个节点和14个分支组成，其中V＝{V₁，V₂，…，V₈}为节点集，E＝{E₁，E₂，…，E₁₄}为分支集，并有：

V₁＝{n₁，x₁，y₁，z₁}＝{1，0.12，1.02，0}

V₂＝{n₂，x₂，y₂，z₂}＝{2，0.79，0.36，0}

V₃＝{n₃，x₃，y₃，z₃}＝{3，0.78，1.78，0}

V₄＝{n₄，x₄，y₄，z₄}＝{4，1.46，0.34，0}

V₅＝{n₅，x₅，y₅，z₅}＝{5，1.47，1.79，0}

V₆＝{n₆，x₆，y₆，z₆}＝{6，2.05，1.36，0}

V₇＝{n₇，x₇，y₇，z₇}＝{7，2.15，1.28，0}

V₈＝{n₈，x₈，y₈，z₈}＝{8，2.88，1.06，0}

对于E_j＝{s_j，f_j，l_j，w_j，h_j，z_j}(j＝1，2，…，14)，取值如下：

E₁＝{1，2，10，4，3，″矩形″}

E₂＝{1，3，5，4，3，″矩形″}

E₃＝{2，4，20，4，3，″矩形″}

E₄＝{3，2，4，4，3，″矩形″}

E₅＝{3，4，5，4，3，″矩形″}

E₆＝{3，4，4，4，3，″矩形″}

E₇＝{3，5，3，4，3，″矩形″}

E₈＝{4，5，10，4，3，″矩形″}

E₉＝{4，6，8，4，3，″矩形″}

E₁₀＝{5，6，2，4，3，″矩形″}

E₁₁＝{5，7，4，4，3，″矩形″}

E₁₂＝{6，7，1，4，3，″矩形″}

E₁₃＝{6，8，3，4，3，″矩形″}

E₁₄＝{7，8，8，4，3，″矩形″}

步骤二：确定每种管线在建立的拓扑结构上的最佳布置线路，即，确定每种管线最优布局的子网；

假设在G上要布置L种管线，它们可能是供水、排水、通风、燃气、采暖、电力电缆、通讯电缆的一种或几种。假设对于第k种管线在G有一个源节点

以及必须要经过的节点子集合

和分支子集

我们给出一个寻第k种管线最优布局子网G^k＝(V^k，E^k)的搜索方法，使得G^k＝(V^k，E^k)从

出发，经过

和

的所有点和分支，并使E^k中各分支的长度之和最小。

对每一个节V_i定义一个状态集S_i＝{m_i，d_i，e_i}，其中m_i＝N、T或P为V_i的标记状态，N代表未标记，T代表临时标记，P代表固定标记；d_i为开始节点到节点V_i的最佳路长，e_i为V_i获得标记时通过的最后一个分支的序号。本实施例中，假设对第1种管线，即k＝1，并设开始节点

V^k＝{5，6，8}在图1中用★标出，E^k＝{4，6，11}在图中用x标出，即在优化过程中取分支4、6和11的长度为0；

S20：初始化状态机，置S_i＝{N，∞，0}(i＝1，2，…，8)，置S₁＝{m₁，d₁，e₁}＝{P，0，0}；

S21：对干所有标记为P的节点，检查与标记为P的节点相连但标记为N的节点，得到：情况1：若节点子集

中的节点都被标记为P，并且分支子集

中的分支都在某个标记为P的节点到源节点的标记通路中，跳转执行步骤S23；

情况2：若存在节点V_i已被标记为P，也存在分支E_p＝(V_i，V_j)∈E^k，且V_j的标记仍为N，则V_j标记为T，即S_j＝{m_j，d_j，e_j}＝{T，d_i+l_p，p}，令j0＝j，执行步骤S22；

情况3：若对于每个标记为N的节点V_j，找出满足下式的分支E_p：

并标记V_j为S_j＝{m_j，d_j，e_j}＝{T，d_i+l_p，p}，在所有标记为T的节点中找出节点j0，使得

j0＝arg min{d_j|S_j＝{T，d_j，p}}，执行步骤S22；

本实施例中，对于所有标记为P的节点，检查与标记为P的节点相连但标记为N的节点，得到节点2和节点3，它们都属于情况3；

对于节点2：S₂＝{m₂，d₂，e₂}＝{T，d₁+l₁，1}＝{T，10，1}

对于节点3：S₃＝{m₃，d₃，e₃}＝{T，d₁+l₂，2}＝{T，5，2}

由于d₃＝5＜d₂＝3所以取j0＝arg min{d_j|S_j＝{T，d_j，p}}＝3，执行步骤S22；

S22：把j0的状态标记改为P，其它状态为T的均改为N，置S₃＝{P，5，2}，S₂＝{N，10，1}跳转执行步骤S21；在这里，步骤S21：由于节点1和3的标记为P，能够处理的节点为2、4和5，但连接节点3和2的分支E₄∈E^k，所以取S₂＝{m₂，d₂，e₄}＝{T，d₃+0，4}＝{T，5，4}，j₀＝2，转步骤S22，在这里，步骤S22：置S₂＝{P，5，4}，跳转执行步骤S21，在这里步骤S21：由于节点2和3的标记为P，能够处理的节点为4和5，但连接节点3和4的分支E₆∈E^k，所以取S₄＝{m₄，d₄，e₆}＝{T，d₃+0，6}＝{T，5，6}，j₀＝4，转步骤S22，在这里，步骤S22：置S₆＝{P，5，6}，转步骤S21，在这里，步骤S21：由于节点3和4的标记为P，能够处理的节点为5和6，都属于情况1，并且

对于节点5：{d₃+l₇}＝min{d₃+l₇，d₄+l₈}＝min{8，15}

S₅＝{m₅，d₅，e₅}＝{T，d₃+l₇，7}＝{T，8，7}

对于节点6：S₆＝{m₆，d₆，e₆}＝{T，d₄+l₉，9}＝{T，13，9}

由于d₅＝8＜d₆＝13所以取j0＝arg min{d_j|S_j＝{T，d_j，p}}＝5，转步骤S22；在这里，步骤S2：置S₅＝{P，8，7}，S6＝{N，13，9}，跳转执行步骤S21；

…

如此循环，直到节点8被标记为P，这是就到了步骤S21中的情况1，转到步骤S23；

S23：对于

中的节点和

中的分支，沿着标记各S_j＝{P，d_j，p_j}中的p_j倒追踪到源节点

所找出经过的所有节点和分支，得到初步子网G^k0＝(V^k0，E^k0)；其中，V^k0＝{V₁，V₃，V₄，V₅，V₆，V₇，V₈}，E^k0＝{E₂，E₄，E₆，E₇，E₁₁，E₁₂，E₁₃}，结果如图2所示，在中图2用加粗的线表示E^k0。

S24：对初步子网G^k0进行改进，确定管线最优布局的子网。

由图2可以看出初步子网G^k0中搜索不到可以改进的环路，因此，G^k0就是最优的布线子网。即改进G^k＝G^k0。

步骤三：优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置；

对于图2给出管线的布局子网G^k，现在利用分枝定界法对管线在管廊中所走的侧别进行选择。

S31：对每种管线，从源节点出发，对该管线最优布局的子网中的每个分支都分别沿着左、右侧前进，每经过所述子网的一个交叉点时，记录其跨过G的管廊口数，逐步形成一个带节点计数器的二叉树；

从节点1出发，对G^k中的每个分支都要分别沿着左右侧前进，无论沿着左侧还是右侧前进时，每经过图G^k的一个交叉点时，都要记录其跨过G的管廊口数，这样就可逐步形成了一个带节点计数器的二叉树

见图3。

S32：对二叉树进行优化搜索得到该管线在所述子网中的最优侧别布置方案。

由图3可以看出用分枝定界法对二叉树

的搜索过程和终止时G^k中的最优侧别布置方案，即管线在分支2、7、11、12、13中都沿左侧布置，由于在过交叉点3时，要把管线进行两次分叉布置到分支4和6中，因此要分别跨过分支2和7两个管廊口。同样在过交叉点7，要由12的左侧跨到分支12的左侧，因此要跨过分支12的管廊口。由二叉树

可以看出最优的侧边方案只需跨过3各管廊口，即

其中，E^k＝{E₂，E₄，E₆，E₇，E₁₁，E₁₂，E₁₃}

C^k＝{C₂，C₄，C₆，C₇，C₁₁，C₁₂，C₁₃}＝{-1，1，-1，-1，-1，-1，-1}。

步骤四：叠加每个管廊分支的左右侧管线种类，进行计数；

根据不同的用途从上到下按照给定的规则进行排序。在此，我们可取从上到下依次为″通讯″、″数据″、″电力″、″压风″、″通风″、″供水″、″排水″、″供液″的排序规则。

步骤五：自动规化多层管线跨越交叉点的走线方式进行布置；

本实施例中，自动规化多层管线跨越管廊交叉点的走线方式，并要求管廊的挑顶位置和挑顶影响面积最少，并确保上下级的管线不会空间交叉，并根据安全间距计算各种管线的高程。

(1)管线路径为

形式，多层管线沿管廊右侧从a到b，然后从b跨到左侧折返，这时让最下层管线在前，最上层管线在后，向上拐管廊顶部跨到左侧在顺序下拐再折返即可。图示效果见图4(a)。

(2)管线路径为a→b^→形式，多层管线沿管廊右侧从a到b，然后从b跨到左侧继续向前，这时让最下层管线在前，最上层管线在后，向上拐管廊顶部跨到左侧，在左侧最下层的管线可下拐在向前即可，从第二层向上，每层都要管廊的左侧上挑管窝跨越其下一层管线到超前位置下拐再前进即可。图示效果见图4(b)。

(3)管线路径为

形式，多层管线沿管廊右侧从a到b，在b处除了继续向前，还要分叉到d。这时，在b处先让最下层的管线通过三通到c并跨过管廊到d。这是可在b处的右侧设置上挑管窝，使得下层管线在前、上层管线在后向上到管窝，而后上面的每层都要从管窝跨越其下一层管线到超前位置下拐再前进到c，而且每层管线都要在管窝前或后加三通连到d。图示效果见图5(a)和5(d)。

(4)管线路径为a_→⊥_→b、

a→+→c

形式，都可用(1)、(2)、(3)以及上挑管窝、三通、弯管的组合形式进行布置。它们分别可用图5(b)、图5(c)、图5(e)、图5(b)、图5(e)、图5(f)的方式实现。

步骤六：通过建立标准的管件三维模型库以及待布置空间和管线的线框模型利用管线管件各自的位置和姿态进行组装，实现待布置空间、管件和管线自动建模；

利用管廊节点的底板坐标(x，y，z)、管廊的几何尺寸以及各管线的直径计算各种管线之间的安全间距计算各种管线管件的高度、帮距、方位和位置的姿态坐标。通过建立标准的标准管件三维模型库以及管廊和管线的线框模型，再利用它们各自的位置和姿态进行组装，就可实现管廊、管件和管线自动建模和可视化。

实施例二

本发明技术方案提供一种井巷和管廊中管线的自动布置系统，包括拓扑结构建立模块、最佳布置路线确认模块、优化模块、处理模块、自动布置模块、组装建模模块；

拓扑结构建立模块，用于建立待布置空间的拓扑结构；

最佳布置路线确认模块，用于确定每种管线在建立的拓扑结构上的最佳布置线路，即，确定每种管线最优布局的子网；

优化模块，用于优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置；

处理模块，用于优化模块输出优化的每种管线在子网中每个分支的侧别后，叠加每个分支的左右侧管线种类，进行计数；

自动布置模块，用于自动规化多层管线跨越交叉点的走线方式进行布置。

组装建模模块，用于自动布置模块布置完成后，通过建立标准的管件三维模型库以及待布置空间和管线的线框模型利用管线管件各自的位置和姿态进行组装，实现待布置空间、管件和管线自动建模。

该方法可以实现井巷和管廊中管线的优化设计和自动布置，为市政工程和矿山管线设计提供了一个有效的自动化手段。上述步骤中任意的变形、细化和非实质延伸都属于本发明的保护范围。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种井巷和管廊中管线的自动布置方法，其特征在于，包括如下步骤：

建立待布置空间的拓扑结构；

确定每种管线在建立的拓扑结构上的最佳布置线路，即，确定每种管线最优布局的子网；具体包括：确定每种管线在建立的拓扑结构中的一个源节点、必须要经过的节点子集和必须要经过的分支子集；从源节点出发，经过所述的节点子集和所述的分支子集的所有节点和分支并使分支子集中各分支的长度之和最小，搜寻确定管线最优布局的子网；其中，对每一个节点V_i定义一个状态集S_i＝{m_i，d_i，e_i}，其中m_i＝N、T或P为V_i的标记状态，N代表未标记，T代表临时标记，P代表固定标记；d_i为开始节点到节点V_i的最佳路长，e_i为V_i获得标记时通过的最后一个分支的序号，搜寻确定管线最优布局的子网的步骤包括：

S21：对于所有标记为P的节点，检查与标记为P的节点相连但标记为N的节点，若节点子集中的节点都被标记为P，并且分支子集中的分支都在某个标记为P的节点到源节点的标记通路中，跳转执行步骤S23；

若存在节点V_i已被标记为P，也存在分支E_p＝(V_i，V_j)∈E^k，且V_j的标记仍为N，则V_j标记为T，即S_j＝{m_j，d_j，e_j}＝{T，d_i+l_p，p}，令j0＝j，执行步骤S22；

若对于每个标记为N的节点V_j，找出满足下式的分支E_p：

并标记V_j为S_j＝{m_j，d_j，e_j}＝{T，d_i+l_p，p}，在所有标记为T的节点中找出节点j0，使得

j0＝argmin{d_j|S_j＝{T，d_j，p}}，执行步骤S22；

S22：把j0的状态标记改为P，其它状态为T的均改为N，跳转执行步骤S21；

S23：对于

中的节点和

中的分支，沿着标记各S_j＝{P，d_j，p_j}中的p_j倒追踪到源节点

所找出经过的所有节点和分支，得到初步子网G^k0；

S24：对初步子网G^k0进行改进，确定管线最优布局的子网；具体包括：A)初步子网G^k0中，若能找出两节点(V_i，V_j)不在子网G^k0中的最短路P_ij，要求在P_ij中除了V_i和V_j之外没有G^k0中的点，使P_ij与G^k0构成圈C_ij，且该最短路的长度d_ij小于圈中最长的某个分支E_k∈E\E^k的长度d_k，则跳转B)；否则跳转C)；B)用最短路P_ij代替E_k，构成新的子网G^k1，设置G^k0＝G^k1，转到A)；C)得到管线最优布局的子网G^k＝G^k0；

优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置；具体包括：S31：对每种管线，从源节点出发，对该管线最优布局的子网中的每个分支都分别沿着左、右侧前进，每经过所述子网的一个交叉点时，记录其跨过G的管廊口数，逐步形成一个带节点计数器的二叉树；S32：对二叉树进行优化搜索得到该管线在所述子网中的最优侧别布置方案；

自动规划多层管线跨越交叉点的走线方式进行布置。

2.根据权利要求1所述的井巷和管廊中管线的自动布置方法，其特征在于，所述的步骤建立待布置空间的拓扑结构中，所述的待布置空间为由m个节点和n条分支组成的一个连通的空间形态；建立待布置空间的拓扑结构和空间属性，记为G＝(V，E)；

其中，V＝{V₁，V₂，…，V_m}为节点集，E＝{E₁，E₂，…，E_n}为分支集，V_i＝{n_i，x_i，y_i，z_i}(i＝1，2，…，m)节点V_i的拓扑和空间属性，n_i、x_i、y_i和z_i分别为V_i的编号、x坐标、y坐标和z坐标，E_j＝{s_j，f_j，l_j，w_j，h_j，z_j}(j＝1，2，…，n)为E_i的拓扑和空间属性，s_j、f_j、l_j、w_j、h_j和z_j分别为E_j的始点号、终点号、长度、宽度、高度和断面形状，且始点号s_j和终点号f_j和对应的节点号n_i一致。

3.根据权利要求1所述的井巷和管廊中管线的自动布置方法，其特征在于，所述优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置的步骤之后还包括步骤：

叠加每个分支的左右侧管线种类，进行计数。

4.根据权利要求1所述的井巷和管廊中管线的自动布置方法，其特征在于，所述自动规划多层管线跨越交叉点的走线方式进行布置的步骤之后还包括：

通过建立标准的管件三维模型库以及待布置空间和管线的线框模型利用管线管件各自的位置和姿态进行组装，实现待布置空间、管件和管线自动建模。

5.一种井巷和管廊中管线的自动布置系统，其特征在于，包括拓扑结构建立模块、最佳布置路线确认模块、优化模块、自动布置模块；

拓扑结构建立模块，用于建立待布置空间的拓扑结构；

最佳布置路线确认模块，用于确定每种管线在建立的拓扑结构上的最佳布置线路，即，确定每种管线最优布局的子网；具体用于确定每种管线在建立的拓扑结构中的一个源节点、必须要经过的节点子集和必须要经过的分支子集；从源节点出发，经过所述的节点子集和所述的分支子集的所有节点和分支并使分支子集中各分支的长度之和最小，搜寻确定管线最优布局的子网；确定每种管线在建立的拓扑结构上的最佳布置线路，即，确定每种管线最优布局的子网；具体步骤包括：

S21：对于所有标记为P的节点，检查与标记为P的节点相连但标记为N的节点，若节点子集中的节点都被标记为P，并且分支子集中的分支都在某个标记为P的节点到源节点的标记通路中，跳转执行步骤S23；

若存在节点V_i已被标记为P，也存在分支E_p＝(V_i，V_j)∈E^k，且V_j的标记仍为N，则V_j标记为T，即S_j＝{m_j，d_j，e_j}＝{T，d_i+l_p，p}，令j0＝j，执行步骤S22；

若对于每个标记为N的节点V_j，找出满足下式的分支E_p：

并标记V_j为S_j＝{m_j，d_j，e_j}＝{T，d_i+l_p，p}，在所有标记为T的节点中找出节点j0，使得

j0＝argmin{d_j|S_j＝{T，d_j，p}}，执行步骤S22；

S22：把j0的状态标记改为P，其它状态为T的均改为N，跳转执行步骤S21；

S23：对于

中的节点和

中的分支，沿着标记各S_j＝{P，d_j，p_j}中的p_j倒追踪到源节点

所找出经过的所有节点和分支，得到初步子网G^k0；

S24：对初步子网G^k0进行改进，确定管线最优布局的子网；具体包括：A)初步子网G^k0中，若能找出两节点(V_i，V_j)不在子网G^k0中的最短路P_ij，要求在P_ij中除了V_i和V_j之外没有G^k0中的点，使P_ij与G^k0构成圈C_ij，且该最短路的长度d_ij小于圈中最长的某个分支E_k∈E\E^k的长度d_k，则跳转B)；否则跳转C)；B)用最短路P_ij代替E_k，构成新的子网G^k1，设置G^k0＝G^k1，转到A)；C)得到管线最优布局的子网G^k＝G^k0；

优化模块，用于优化每种管线在子网中每个分支的侧别来确定沿左侧还是沿右侧布置；具体用于对每种管线，从源节点出发，对该管线最优布局的子网中的每个分支都分别沿着左、右侧前进，每经过所述子网的一个交叉点时，记录其跨过G的管廊口数，逐步形成一个带节点计数器的二叉树；对二叉树进行优化搜索得到该管线在所述子网中的最优侧别布置方案；

自动布置模块，用于自动规划多层管线跨越交叉点的走线方式进行布置。

6.根据权利要求5所述的井巷和管廊中管线的自动布置系统，其特征在于，该系统还包括处理模块、组装建模模块；

处理模块，用于优化模块输出优化的每种管线在子网中每个分支的侧别后，叠加每个分支的左右侧管线种类，进行计数；

组装建模模块，用于自动布置模块布置完成后，通过建立标准的管件三维模型库以及待布置空间和管线的线框模型利用管线管件各自的位置和姿态进行组装，实现待布置空间、管件和管线自动建模。

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