CN115375201B - 城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法和系统 - Google Patents

城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及管廊风险评估技术领域，具体提供了一种城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法和系统，包括：构建城市地下综合管廊多灾种演化的静态结构模型；建立静态结构模型中的第一规则和第二规则；基于第一规则和第二规则，对静态结构模型进行多灾种事故演化，生成城市地下综合管廊的多灾种演化动态结果；根据城市地下综合管廊多灾种演化动态结果，生成城市地下综合管廊的多灾种动态风险地图，进而，为城市地下管廊关键风险源的精准管控提供支撑，为城市地下管廊规划设计、日常运维与应急决策提供定量化参考，对保障城市生命线系统的良好运行具有重要意义。

Description

城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法和系统
技术领域
本申请涉及管廊风险评估技术领域，特别涉及一种城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法和系统。
背景技术
随着城市化进程的不断加速和城市功能性、复杂性的日益升高，城市地下综合管廊这一高效利用地下空间资源的基础设施得到了广泛的推广应用。
在现有技术中，根据管道在不同火灾场景下的失效时间，实现对管廊管道事故多米诺效应的分析的方法，仅针对管廊内的火灾场景考虑其多米诺效应，未涵盖潜在的爆炸、坍塌、水淹等事故类型；或者，根据综合管廊内潜在灾害的演化规律构建贝叶斯网络模型，预测管廊各灾害发生的概率并评估管廊损失程度，但该方法以贝叶斯网络模型为核心，由于管廊事故案例不足导致其建模过程中主观性较强，而且，概率模型未考虑各种事故的物理效应计算。
因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供一种城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法，包括：构建所述城市地下综合管廊多灾种演化的静态结构模型；建立所述静态结构模型中的第一规则和第二规则；其中，所述第一规则为所述静态结构模型中各单元的单元行为与交互规则，所述第二规则为所述静态结构模型中各单元的单元破坏与失效规则；基于所述第一规则和所述第二规则，对所述静态结构模型进行多灾种事故演化，生成所述城市地下综合管廊的多灾种演化动态结果。
优选的，所述静态结构模型包括所述城市地下综合管廊各单元的单元类型、单元状态、单元属性、单元信息流；所述城市地下综合管廊包括：管线单元、墙体单元、支架单元、传感单元、灭火单元和环境单元；所述管线单元包括：燃气管线子单元、给水管线子单元、污水管线子单元、中水管线子单元、热力管线子单元、电力线缆子单元和通信线缆子单元。
优选的，所述第一规则包括所述静态结构模型中各单元的单元行为对其它单元的传递信息交互；其中，所述单元行为包括：所述燃气管线子单元的泄漏行为、喷射火行为；所述燃气管线子单元的爆炸行为；所述通信线缆子单元和所述电力线缆子单元的线缆火行为、所述传感单元的传感行为、所述墙体单元和所述支架单元的坍塌行为、所述灭火单元的灭火行为、所述环境单元的信息传递行为；所述第二规则包括物理破坏规则和故障失效规则，所述物理破坏规则为所述管线单元、所述墙体单元、所述支架单元在受到热辐射、超压时是否被破坏；所述故障失效规则为所述传感单元、所述灭火单元的故障失效概率。
优选的，按照公式：
Figure 307034DEST_PATH_IMAGE001
确定所述管线单元在接收热辐射时是否被破坏；其中，
Figure 630699DEST_PATH_IMAGE002
为失效时间，
Figure 144857DEST_PATH_IMAGE003
为受到 的热辐射量，
Figure 71224DEST_PATH_IMAGE004
为单个防火分区内所述管线单元的体积，
Figure 557701DEST_PATH_IMAGE005
为热辐射破坏概率单位值，
Figure 114584DEST_PATH_IMAGE006
为热辐射破坏概率；
Figure 912776DEST_PATH_IMAGE007
为积分变量；
按照公式：
Figure 783780DEST_PATH_IMAGE008
确定所述管线单元在受到超压时是否被破坏；其中，
Figure 187079DEST_PATH_IMAGE009
为超压破坏概率的单位值，
Figure 977181DEST_PATH_IMAGE010
为超压破坏概率，
Figure 465931DEST_PATH_IMAGE011
为最大静超压值。
优选的，所述基于所述第一规则和所述第二规则，对所述静态结构模型进行多灾种事故演化，生成所述城市地下综合管廊的多灾种演化动态结果，包括：根据预设的一个或多个初始事件，对所述静态结构模型中各单元的所述单元属性进行初始设定；其中，所述初始事件包含所述城市地下综合管廊内的所述管线单元及其位置和灾变时间；基于所述第一规则、所述第二规则，根据所述静态结构模型中各单元的所述单元属性进行初始设定，对所述静态结构模型持续进行蒙特卡洛模拟，输出所述城市地下综合管廊的所有多米诺效应事故场景并计算所述静态结构模型中各单元的损坏概率。
优选的，在所述生成所述城市地下综合管廊的多灾种演化动态结果之后，还包括：根据所述城市地下综合管廊多灾种演化动态结果，生成所述城市地下综合管廊的多灾种动态风险地图
优选的，所述根据所述城市地下综合管廊多灾种演化动态结果，生成所述城市地下综合管廊的多灾种动态风险地图，包括：基于MySQL数据库，根据得到的所述静态结构模型中各单元的损坏概率，对不同初始事件、不同时刻、不同所述管线单元的破坏概率进行计算，通过VUE框架显示界面生成所述城市地下综合管廊的多灾种动态风险地图。
本申请实施例还提供一种城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估系统，包括：模型构建模块，配置为构建所述城市地下综合管廊多灾种演化的静态结构模型；规则建立模块，配置为建立所述静态结构模型中的第一规则和第二规则；其中，所述第一规则为所述静态结构模型中各单元的单元行为与交互规则，所述第二规则为所述静态结构模型中各单元的单元破坏与失效规则；仿真推演模块，配置为基于所述第一规则和所述第二规则，对所述静态结构模型进行多灾种事故演化，生成所述城市地下综合管廊的多灾种演化动态结果。
有益效果：
本申请提供的城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估技术中，在构建的城市地下综合管廊多灾种演化的静态结构模型中，建立起各单元的单元行为与交互规则，以及各单元的单元破坏与失效规则，并基于建立的单元行为与交互规则、单元破坏与失效规则，对静态结构模型进行多灾种事故演化，生成城市地下综合管廊的多灾种动态结果；为城市地下管廊关键风险源的精准管控提供支撑，为城市地下管廊规划设计、日常运维与应急决策提供定量化参考，对保障城市生命线系统的良好运行具有重要意义。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法的流程示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的城市地下综合管廊中各单元之间的信息交互示意图；
图3为根据本申请的一些实施例提供的静态结构模型中管廊舱内燃气管线子单元的单元状态的状态转变示意图；
图4为根据本申请一具体实施例提供的六舱管廊的横截面示意图；
图5为图4实施例根据本申请的城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法得到的多灾种动态风险地图；
图6为根据本申请的一些实施例提供的一种城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
与传统的直埋管线相比，城市地下综合管廊集燃气、给水、电力、污水、热力、通信等多种管线于一体，能够极大地便利市政管线的日常维护和监管，减少外部环境对管线的影响，也可以避免“马路拉链”等现象。
但是，在管廊这一隐蔽且狭小的地下空间中集中敷设多种危险性管线，导致风险的高度集中，各种管线之间潜在的灾害耦合关系极易造成管廊多灾并发的情景。因此，开展综合管廊多灾种动态风险评估研究，对保障城市生命线系统的良好运行具有重要意义。
由于城市地下综合管廊是容纳多个子系统的复杂巨系统，包括管廊本体、各类管线、监控系统、传感系统、供电系统、灭火系统、通风系统等，因而，对于这样的复杂巨系统开展基于物理实验的事故研究成本高且危险性大。申请人研究发现，传统的数值模拟仿真多关注单一场景下的少数因素，忽略了管廊系统内部的涌现性行为交互。同时，现有的计算模型难以实现对于事故演化的动态评估，较少考虑事故演化过程中的不确定性，难以为事前风险预控和事后应急响应提供系统性的综合量化支持。
基于此，申请人提出了一种城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估技术，针对城市地下管廊内多种危险性管线的多类潜在事故及其影响构建计算模型，以自底向上的“涌现性”建模实现了各种管线、辅助设施及应急设备间相互作用的系统性仿真，最终计算生成包含管线动态损坏概率的管廊多灾种动态风险地图，为城市地下管廊关键风险源的精准管控提供支撑，为城市地下管廊规划设计、日常运维与应急决策提供定量化参考，对保障城市生命线系统的良好运行具有重要意义。
如图1所示，该城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法，包括：
步骤S101、构建城市地下综合管廊多灾种演化的静态结构模型。
本申请中，根据城市地下综合管廊的基本特征构建城市地下综合管廊多灾种演化的静态结构模型。城市地下综合管廊的基本特征主要包括：城市地下综合管廊内敷设的燃气管线的种类、尺寸、数量等；城市地下综合管廊的墙体、支架结构；城市地下综合管廊中安装的各种对周边环境进行动态监测的传感器，以及灭火器在城市地下综合管廊内的布置位置、数量等。
本申请中，静态结构模型具有与城市地下综合管廊相对应的特征，各部分的结构、连接及特征参数均采用实际的采样样本。在静态结构模型中，具有与城市地下综合管廊中各组成基本特征对应的各类单元类型、状态、属性、以及信息流。具体的，静态结构模型包括城市地下综合管廊内各单元的单元类型、单元状态、单元属性、单元信息流。对城市地下综合管廊静态结构进行建模，主要是对各基本特征的单元类型、单元状态、单元属性、单元信息流分别进行建模。
其中，单元类型包括：管线单元、墙体单元、支架单元、传感单元、灭火单元和环境单元。在静态结构建模中的仿真模拟中，各单元的代码名称分别表示为{PI、WA、BR、SE、FE、EN}。而形成城市地下综合管廊灾变的主要单元——管线单元中主要包括燃气管线子单元、给水管线子单元、污水管线子单元、中水管线子单元、热力管线子单元、电力线缆子单元、通信线缆子单元，对应在静态结构建模中，对应的代码名称分别表示为{PIG、PIW、PIS、PIM、PIH、PIE、PIC}。
本申请中，燃气管线子单元的单元状态（PIGS）包括：正常、受热、泄漏、着火和爆炸，对应的状态名称分别表示为PIGS={N、H、L、F、EX}。给水管线子单元、污水管线子单元、中水管线子单元、热力管线子单元的状态主要包括：正常、受热、泄漏，对应的状态名称分别表示为PIWS={N、H、L}、PIMS={N、H、L}、PIHS={N、H、L}、PISS={N、H、L}。电力线缆和通信线缆子单元的单元状态主要包括：正常、受热、破坏和着火，对应状态名称分别表示为PIES={N、H、D、F}、PICS={N、H、D、F}；墙体单元、支架单元的单元状态包括：正常和坍塌，对应的状态名称分别表示为WAS={N、D}、BRS={N、D}；灭火单元、传感单元的单元状态主要包括：正常、动作、有效、失效，对应的状态名称分别表示为FES={N、A、E、F}、SES={N、A、E、F}。
本申请中，燃气管线子单元、给水管线子单元、污水管线子单元、中水管线子单元、热力管线子单元的单元属性主要包括：位置、管线材质、管径、管压、传输介质、受到的超压（本申请中，超压指超过标准大气压）、受到的热辐射、热辐射损伤阈值、超压损伤阈值和破坏概率参数；电力线缆子单元和通信线缆子单元的单元属性包括：位置、线缆材质、受到的超压、受到的热辐射、损伤阈值。
墙体单元的单元属性包括：位置、受到的超压、热辐射阻挡系数、超压阻挡系数和超压破坏阈值；支架单元的单元属性包括：位置、受到的超压、受到的热辐射、热辐射损伤阈值、超压破坏阈值和破坏概率参数；传感单元的单元属性包括：数量、失效概率、动作阈值；灭火单元的单元属性主要包括：数量、失效概率、有效性系数；环境单元的单元属性包括：各单元的位置坐标、单元状态。其中，热辐射损伤阈值、超压损伤阈值、破坏概率参数、失效概率、有效性系数等均为在静态结构模型预先设定的，以便于在蒙特卡洛模拟过程中与模拟生成值进行对比，以对各单元的单元行为产生的破坏进行判断。
在本申请城市地下综合管廊的静态结构模型中，对各单元的单元结构进行形式化 定义。其中，单元结构形式化定义为八元式：单元=<IM，OM，ST，AT，IA，OA，CO，BE>，IM，OM分别 表示输入信息集合和输出信息集合；ST和AT分别表示单元状态集合和单元属性集合；IA，OA 分别表示消息来源单元集合和输出目标单元集合；CO和BE分别表示控制规则集合和行为规 则集合。特别的，环境单元结构可形式化定义为二元式：单元=<IM，AT>。一般的，单元各集合 间的动作顺序规则可简单表示为：IA→IM
Figure 609467DEST_PATH_IMAGE012
CO→ST→BE→OM→OA。
本申请中，静态结构模型中的单元信息流建模，即为将各单元之间的交互方式统一用信息流来表示实际的城市地下综合管廊中各组成之间的信息、物质和能量的交换。其中，单元信息流形式化定义为六元式：MsgAg=<M1，M2，M3，M4，M5，M6>。特别的，环境单元与其它单元之间的交互信息流表示形式为四元式：MsgEnv=<M1，M2，M3，M7>，其中，M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7分别表示信息发出单元、信息接收单元、信息发出时间、信息类型、信息量值、信息持续时间、信息状态值。特别的，信息类型M4包括泄漏气体LG、热辐射HR、超压PA和电信号ES；信息量值M5表示对应的热辐射和超压量，其中，电信号的信息量值为0；信息持续时间M6为单元接受热辐射的时间，其中，超压和电信号的持续时间为0；当单元的接受信息集合IM中元素个数大于1时，根据信息发出的系统时间从小到大依次读取。
步骤S102、建立静态结构模型中的第一规则和第二规则。
其中，第一规则为静态结构模型中各单元的单元行为与交互规则，第二规则为静态结构模型中各单元的单元破坏与失效规则。
具体的，第一规则包括静态结构模型中各单元的单元行为对其它单元的传递信息交互。该单元行为主要包括：燃气管线子单元的泄漏行为、喷射火行为、爆炸行为；通信线缆子单元和电力线缆子单元的线缆火行为、传感单元（传感器）的传感行为、墙体单元和支架单元的坍塌行为、灭火单元（灭火系统）的灭火行为、环境单元的信息传递行为。
在本申请中，各单元之间的信息交互如图2所示，燃气管线子单元的泄漏行为、喷射火行为分别由公式（1）、公式（2）表示。公式（1）、公式（2）如下：
Figure 929590DEST_PATH_IMAGE013
（1）
Figure 93855DEST_PATH_IMAGE014
（2）
其中，
Figure 7585DEST_PATH_IMAGE015
为燃气管线子单元中气体泄漏速率；
Figure 17129DEST_PATH_IMAGE016
为气体泄漏系数，
Figure 457338DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 526925DEST_PATH_IMAGE018
为气 体泄漏时泄漏孔的孔口面积，
Figure 656512DEST_PATH_IMAGE019
为泄漏气体的密度，
Figure 532064DEST_PATH_IMAGE020
为分子量，
Figure 764462DEST_PATH_IMAGE021
为泄漏气体的绝热指 数，
Figure 208213DEST_PATH_IMAGE022
为泄漏气体的气体常数，
Figure 893272DEST_PATH_IMAGE023
为泄漏气体的温度；
Figure 306936DEST_PATH_IMAGE003
为热辐射强度，
Figure 331524DEST_PATH_IMAGE024
为辐射率，
Figure 8493DEST_PATH_IMAGE025
为热 源与目标点间的距离，
Figure 977586DEST_PATH_IMAGE026
为效率因子，
Figure 804727DEST_PATH_IMAGE027
为燃烧热。
燃气管线子单元的爆炸行为主要产生冲击波超压（最大静超压
Figure 74035DEST_PATH_IMAGE011
），其中，燃气管 线子单元的爆炸产生的超压基于流体力学软件FLACS建立的城市地下综合管廊燃气舱全尺 寸燃气爆炸数值模型，对综合管廊燃气舱内燃气爆炸进行模拟得到，并经过燃气舱内管线 及附属设施的小尺寸甲烷真实预混爆炸实验进行验证。
本申请中，传感单元（传感器）的传感行为、墙体单元和支架单元的坍塌行为、灭火单元（灭火系统）的灭火行为由相应的动作阈值和电信号传递规则表示。
本申请中，第二规则包括物理破坏规则和故障失效规则，物理破坏规则为管线单元、墙体单元、支架单元在受到热辐射、超压时是否被破坏；故障失效规则为传感单元、灭火单元的故障失效概率。
其中，按照公式（3）确定管线单元在接收热辐射时是否被破坏。公式（3）如下：
Figure 594009DEST_PATH_IMAGE028
………（3）
其中，
Figure 253660DEST_PATH_IMAGE002
为失效时间，
Figure 274706DEST_PATH_IMAGE003
为受到的热辐射量，
Figure 742727DEST_PATH_IMAGE004
为单个防火分区内管线单元的体 积，
Figure 761499DEST_PATH_IMAGE005
为热辐射破坏概率单位值，
Figure 970764DEST_PATH_IMAGE006
为热辐射破坏概率；
Figure 733183DEST_PATH_IMAGE029
为积分变量。
按照公式（4）确定管线单元在受到超压时是否被破坏。其中，公式（4）如下：
Figure 586870DEST_PATH_IMAGE030
……………（4）
其中，
Figure 307701DEST_PATH_IMAGE009
为超压破坏概率的单位值，
Figure 941945DEST_PATH_IMAGE010
为超压破坏概率，
Figure 180159DEST_PATH_IMAGE011
为最大静超压值。
步骤S103、基于第一规则和第二规则，对静态结构模型进行多灾种事故演化，生成城市地下综合管廊的多灾种演化动态结构。
具体的，如图3所示，静态结构模型在进行多灾种事故演化时，在第一规则中，对于管线单元，当燃气管线子单元的单元状态为“L”时，气体泄漏速率根据公式（1）进行计算。通过调取属性集合AT中着火概率参数（PCF），静态结构模型中采用蒙特卡洛随机模拟方法在0到1之间生成一个随机数（Num），当PCF≥Num时，燃气管线子单元的状态由“L”转变为“F”；当PCF＜Num时，燃气管线子单元的状态为“L”，随后采用蒙特卡洛随机模拟方法逐时间步长生成随机数Num,直到满足PCF≥Num的T1时刻发生爆炸，管线状态由“L”转变为“EX”。
当燃气管线子单元的状态为“F”时，向其它单元传递热辐射信号HR，热辐射量值通 过热辐射模型（公式（2））计算得出；当燃气管线子单元的状态为“EX”时，向其它单元传递超 压信号PA。其中，超压信号为爆炸的最大静超压值
Figure 216248DEST_PATH_IMAGE011
。
当电力线缆子单元和通信线缆子单元的状态为“F”时，向其它单元传递热辐射信号HR，热辐射量值（线缆火的热辐射）基于FDS对管廊舱内线缆进行火灾模拟得到的模拟数据进行计算。
在第一规则中，对于传感单元，当传感单元的单元状态为“N”，且接收热辐射信息HR时，通过调取属性集合AT中的预先设定的动作阈值参数（THA），当热辐射量值I≥THA时,传感单元的单元状态由“N”转变为“A”，当热辐射量值I<THA时，传感单元的单元状态仍为“N”；当传感单元的单元状态为“E”时，向灭火单元传递电信号ES。
在第一规则中，对于灭火单元，当灭火单元的单元状态为“N”，且接收电信号ES时,灭火单元的单元状态由“N”转变为“A”，此外，灭火单元无法由物理效应直接进行状态转换，即灭火单元不会因爆炸而产生损坏；当灭火单元的单元状态为“E”时，可以减少所处舱室火源热辐射传递量值，热辐射减少量值由单元属性集合中的有效参数EFP决定，多个灭火单元可同时工作。
在第一规则中，对于墙体单元，当墙体单元的单元状态为“N”时，可以减少不同舱室之间热辐射传递量值和超压传递量值，热辐射和超压减少量值由属性集合中设定的墙体阻隔系数IH（受到热辐射时）和设定的墙体阻隔系数IP（受到超压时）决定；当墙体单元的单元状态为“D”时，向两侧支架单元传递坍塌信号TD，支架单元接收信号后，状态由“N”转变为“D”。
在第一规则中，对于支架单元，当支架单元的单元状态为“D”时，向所支撑的管线单元传递坍塌信号TD，管线单元坍塌后，其位置坐标发生改变，进而影响管线单元发出和接收热辐射的量值。
在本申请中，当管线单元、墙体单元、支架单元和灭火单元、传感单元的单元状态转变时，向环境单元传递信息MsgEnv=<M1，M2，M3，M7>，M7为同一系统时间的最终状态；环境单元接收信息，并记录各单元状态及状态转变的系统时间。
静态结构模型在进行多灾种事故演化时，在第二规则中，当燃气管线子单元、给水管线子单元、污水管线子单元、中水管线子单元、热力管线子单元、墙体单元和支架单元的单元状态为“N”，且首次接收热辐射信息HR时，调取属性集合AT中的预先设定的热辐射损伤阈值参数（THI），当热辐射量值I≥THI时，管线单元、墙体单元和支架单元的单元状态由“N”转变为“H”；当热辐射量值I＜THI时，管线单元、墙体单元和支架单元的单元状态仍为“N”,在下一次接收热辐射信息HR时，计算接收热辐射总量，并重新进行热辐射损伤判断。
当燃气管线子单元、给水管线子单元、污水管线子单元、中水管线子单元、热力管 线子单元的单元状态为“H”时，通过公式（3）中的第一个式子计算燃气管线子单元的失效时 间
Figure 107981DEST_PATH_IMAGE002
，当系统时间达到
Figure 167204DEST_PATH_IMAGE002
时，应用热辐射破坏概率模型（公式（3）中的后两个式子）确定 燃气管线子单元是否被破坏。
采用蒙特卡洛随机模拟方法在0到1之间生成一个随机数（Num），当热辐射破坏概 率
Figure 271426DEST_PATH_IMAGE031
时，管线单元的单元状态由“H”转变为“L”；当热辐射破坏概率
Figure 958759DEST_PATH_IMAGE032
时，管线单元的单元状态仍为“H”，在下一次接收热辐射时重新进行破坏判断。
当电力线缆子单元和通信线缆子单元的单元状态为“N”，且首次接收热辐射信息HR时，调取属性集合AT中的热辐射损伤阈值参数THI，当热辐射量值I≥THI时，通信线缆子单元、电力线缆子单元的单元状态由“N”转变为“F”；当热辐射量值I＜THI时，通信线缆子单元、电力线缆子单元的单元状态由“N”转变为“H”，在下一次接收热辐射时，计算接收的热辐射总量，并重新进行热辐射损伤判断。
在第二规则中，当燃气管线子单元、给水管线子单元、污水管线子单元、中水管线 子单元、热力管线子单元、墙体单元和支架单元的单元状态为“N”或“H”，且接收超压信息PA 时，调取属性集合AT中的超压阈值破坏参数THP，当
Figure 490235DEST_PATH_IMAGE033
时，管线状态仍为“N”或“H”； 当
Figure 505595DEST_PATH_IMAGE034
时，通过破坏概率模型（公式（4））判断管线单元是否被破坏。
采用蒙特卡洛随机模拟方法在0到1之间生成一个随机数（Num），当
Figure 475825DEST_PATH_IMAGE035
时，管线单元的单元状态由“N”或“H”转变为“L”；当
Figure 220927DEST_PATH_IMAGE036
时，管线单元的单元状态仍 为“N”或“H”，在下一次接收超压时重新进行超压破坏判断。
当墙体单元、支架单元、电力线缆子单元和通信线缆子单元的状态为“N”或“H”，且 接收超压信息PA时，调取属性集合AT中的差压破坏阈值参数THP，当
Figure 860987DEST_PATH_IMAGE037
时，墙体单 元、支架单元、电力线缆子单元和通信线缆子单元的单元状态由“N”或“H”转变为“D”；当
Figure 691540DEST_PATH_IMAGE038
时，墙体单元、支架单元、电力线缆子单元和通信线缆子单元的单元状态仍为 “N”或“H”，在下一次接收超压时重新进行超压破坏判断。
在第二规则中，当传感单元、灭火单元的单元状态为“A”时，调取属性集合AT中的 失效概率参数PFD，采用蒙特卡洛随机模拟方法在0到1之间生成一个随机数（Num），当
Figure 199882DEST_PATH_IMAGE039
时，传感单元（传感器）、灭火单元（灭火器）的单元状态由“A”转变为“F”；当
Figure 471594DEST_PATH_IMAGE040
时，传感单元（传感器）、灭火单元（灭火器）的单元状态由“A”转变为“E”。
本申请中，在对静态结构模型进行多灾种事故演化，生成城市地下综合管廊的多灾种演化动态结果时，根据预设的一个或多个初始事件，对静态结构模型中各单元的单元属性进行初始设定；然后，基于第一规则、第二规则，根据静态结构模型中各单元的单元属性进行初始设定，对静态结构模型持续进行蒙特卡洛模拟，输出城市地下综合管廊的多米诺效应事故场景并计算静态结构模型中各单元的损坏概率。
在一具体的例子中，基于图4所示的六舱管廊（燃气舱、综合舱、公共空间、污水舱、电力舱、雨水舱）横截面示意图，创建环境单元，属性包括管廊空间布局、单元初始化状态。其中，管廊空间布局包括燃气管线子单元401、给水管线子单元402、污水管线子单元403、中水管线子单元404、热力管线子单元405、电力线缆子单元406、通信线缆子单元407、墙体单元408、支架单元409。各单元的初始化状态均为“N”，每个舱室灭火设备的数量均为10，进行模拟仿真的初始事件为燃气管线子单元PIG在系统时间T0发生小孔泄漏，在系统时间T1发生爆炸。
在对静态结构模型进行多灾种事故演化时，首先从燃气舱爆炸开始，燃气管线子 单元01首先在T1时刻分别向墙体单元中的墙体418、支架单元传递信息MsgAg=<PIG，WA，T1， PA，P0，0>、MsgAg=<PIG，BR，T1，PA，Pw，0>；墙体单元和支架单元接收超压信息后，根据超压破 坏规则判断是否破坏，若
Figure 344872DEST_PATH_IMAGE041
时，墙体单元和支架单元的单元状态由“N”转变为 “D”；坍塌后的墙体向两侧正常状态的支架单元传递信息MsgAg=<WA，BR，T1，TD，0，0>，支架 单元接收信息后，单元状态由“N”转变为“D”；坍塌的支架单元向对应的支撑管线（不同的管 线单元由不同的支架单元进行支撑）传递信息MsgAg=<BR，PI，T1，TD，0，0>，坍塌的支架单元 对应的管线单元接收信息后，根据交互规则改变其位置坐标；状态转变的墙体单元和支架 单元分别向环境单元传递信息MsgEnv=<WA，EN，T1，D>、MsgEnv=<BR，EN，T1，D>。
同时，燃气管线子单元401在T1时刻也分别向给水管线子单元402、污水管线子单 元403、中水管线子单元404、热力管线子单元405、电力线缆子单元406、通信线缆子单元407 传递信息MsgAg=<PIG，M2，T1，PA，PRE，0>（M2= PIW、PIS、PIM、PIH、PIE、PIC），其中，PRE为墙体 阻隔后的超压量值，若燃气管线子单元与目标管线单元（给水管线子单元、污水管线子单 元、中水管线子单元、热力管线子单元）之间的墙体坍塌，则PRE=Ps，否则PRE=Ps*IP；给水管线 子单元、污水管线子单元、中水管线子单元、热力管线子单元接收超压信息后，根据超压破 坏模型判断是否泄漏，若概率值
Figure 725038DEST_PATH_IMAGE042
，管线状态由“N”转变为“L”；电力线缆子单元、 通信线缆子单元接收超压信息后，根据超压破坏规则判断是否破坏，若量值PRE≥THP，电力 线缆子单元和通信线缆子单元的单元状态由“N”转变为“D”；状态转变的管线分别向环境单 元传递信息MsgEnv=<M1，EN，T1，L >（M1= PIW/PIS/PIM/PIH）、MsgEnv=<M1，EN，T1，D>（M1= PIE/PIC）。
在本申请中，在得到城市地下综合管廊多灾种演化动态结果后，还可以：根据城市地下综合管廊多灾种演化动态结果，生成城市地下综合管廊的多灾种动态风险地图。具体的，基于MySQL数据库，根据得到的静态结构模型中各单元的损坏概率，对不同初始事件、不同时刻、不同管线单元的破坏概率进行计算，通过VUE框架显示界面生成城市地下综合管廊的多灾种动态风险地图，如图5所示。
本申请中，以自底向上的“涌现性”建模，建立起各单元的单元行为与交互规则，以及各单元的单元破坏与失效规则，并基于建立的单元行为与交互规则、单元破坏与失效规则，对静态结构模型进行多灾种事故演化，实现了各种管线、辅助设施及应急设备间相互作用的系统性仿真，生成城市地下综合管廊的多灾种动态结果，进而，根据城市地下综合管廊多灾种演化动态结果，生成城市地下综合管廊的多灾种动态风险地图；为城市地下管廊关键风险源的精准管控提供支撑，为城市地下管廊规划设计、日常运维与应急决策提供定量化参考，对保障城市生命线系统的良好运行具有重要意义。
如图6所示，本申请提供的城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估系统，包括：模型构建模块601，配置为构建城市地下综合管廊多灾种演化的静态结构模型；规则建立模块602，配置为建立静态结构模型中的第一规则和第二规则；其中，第一规则为静态结构模型中各单元的单元行为与交互规则，第二规则为静态结构模型中各单元的单元破坏与失效规则；仿真推演模块603，配置为基于第一规则和第二规则，对静态结构模型进行多灾种事故演化，生成城市地下综合管廊的多灾种演化动态结果。
本申请实施例提供的城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估系统能够实现上述任一实施例的城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法的步骤、流程，并达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法，其特征在于，包括：
构建所述城市地下综合管廊多灾种演化的静态结构模型；其中，所述静态结构模型包括所述城市地下综合管廊各单元的单元类型、单元状态、单元属性、单元信息流；所述城市地下综合管廊包括：管线单元、墙体单元、支架单元、传感单元、灭火单元和环境单元；所述管线单元包括：燃气管线子单元、给水管线子单元、污水管线子单元、中水管线子单元、热力管线子单元、电力线缆子单元和通信线缆子单元；
建立所述静态结构模型中的第一规则和第二规则；其中，所述第一规则为所述静态结构模型中各单元的单元行为与交互规则，包括所述静态结构模型中各单元的单元行为对其它单元的传递信息交互，所述单元行为包括：所述燃气管线子单元的泄漏行为、喷射火行为；所述燃气管线子单元的爆炸行为；所述通信线缆子单元和所述电力线缆子单元的线缆火行为、所述传感单元的传感行为、所述墙体单元和所述支架单元的坍塌行为、所述灭火单元的灭火行为、所述环境单元的信息传递行为；所述第二规则为所述静态结构模型中各单元的单元破坏与失效规则，包括物理破坏规则和故障失效规则，所述物理破坏规则为所述管线单元、所述墙体单元、所述支架单元在受到热辐射、超压时是否被破坏；所述故障失效规则为所述传感单元、所述灭火单元的故障失效概率；
根据预设的一个或多个初始事件，对所述静态结构模型中各单元的所述单元属性进行初始设定；其中，所述初始事件包含所述城市地下综合管廊内的所述管线单元及其位置和灾变时间；
基于所述第一规则、所述第二规则，根据所述静态结构模型中各单元的所述单元属性进行初始设定，对所述静态结构模型中的各单元持续进行蒙特卡洛模拟，输出所述城市地下综合管廊的所有多米诺效应事故场景并计算所述静态结构模型中各单元的损坏概率；
其中，采用蒙特卡洛随机模拟方法在0到1之间生成一个随机数Num，当热辐射破坏概率
Figure DEST_PATH_IMAGE002
时，所述管线单元的单元状态由“受热”转变为“泄漏”；当热辐射破坏概率
Figure DEST_PATH_IMAGE004
时，所述管线单元的单元状态仍为“受热”，在下一次接收热辐射时重新进行破坏判断；
采用蒙特卡洛随机模拟方法在0到1之间生成一个随机数Num，当
Figure DEST_PATH_IMAGE006
时，所述管线单元的单元状态由“正常”或“受热”转变为“泄漏”；当
Figure DEST_PATH_IMAGE008
时，所述管线单元的单元状态仍为“正常”或“受热”，在下一次接收超压时重新进行超压破坏判断。
2.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法，其特征在于，
按照公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
确定所述管线单元在接收热辐射时是否被破坏；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为失效时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为受到的热辐射量，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为单个防火分区内所述管线单元的体积，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为热辐射破坏概率单位值，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为热辐射破坏概率；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为积分变量；
按照公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
确定所述管线单元在受到超压时是否被破坏；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为超压破坏概率的单位值，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为超压破坏概率，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为最大静超压值。
3.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法，其特征在于，在所述生成所述城市地下综合管廊的多灾种演化动态结果之后，还包括：根据所述城市地下综合管廊多灾种演化动态结果，生成所述城市地下综合管廊的多灾种动态风险地图。
4.根据权利要求3所述的城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估方法，其特征在于，所述根据所述城市地下综合管廊多灾种演化动态结果，生成所述城市地下综合管廊的多灾种动态风险地图，包括：
基于MySQL数据库，根据得到的所述静态结构模型中各单元的损坏概率，对不同初始事件、不同时刻、不同所述管线单元的破坏概率进行计算，通过VUE框架显示界面生成所述城市地下综合管廊的多灾种动态风险地图。
5.一种城市地下综合管廊多灾种演化动态风险评估系统，其特征在于，包括：
模型构建模块，配置为构建所述城市地下综合管廊多灾种演化的静态结构模型；其中，所述静态结构模型包括所述城市地下综合管廊各单元的单元类型、单元状态、单元属性、单元信息流；所述城市地下综合管廊包括：管线单元、墙体单元、支架单元、传感单元、灭火单元和环境单元；所述管线单元包括：燃气管线子单元、给水管线子单元、污水管线子单元、中水管线子单元、热力管线子单元、电力线缆子单元和通信线缆子单元；
规则建立模块，配置为建立所述静态结构模型中的第一规则和第二规则；其中，所述第一规则为所述静态结构模型中各单元的单元行为与交互规则，包括所述静态结构模型中各单元的单元行为对其它单元的传递信息交互，所述单元行为包括：所述燃气管线子单元的泄漏行为、喷射火行为；所述燃气管线子单元的爆炸行为；所述通信线缆子单元和所述电力线缆子单元的线缆火行为、所述传感单元的传感行为、所述墙体单元和所述支架单元的坍塌行为、所述灭火单元的灭火行为、所述环境单元的信息传递行为；所述第二规则为所述静态结构模型中各单元的单元破坏与失效规则，包括物理破坏规则和故障失效规则，所述物理破坏规则为所述管线单元、所述墙体单元、所述支架单元在受到热辐射、超压时是否被破坏；所述故障失效规则为所述传感单元、所述灭火单元的故障失效概率；
仿真推演模块，配置为根据预设的一个或多个初始事件，对所述静态结构模型中各单元的所述单元属性进行初始设定；其中，所述初始事件包含所述城市地下综合管廊内的所述管线单元及其位置和灾变时间；基于所述第一规则、所述第二规则，根据所述静态结构模型中各单元的所述单元属性进行初始设定，对所述静态结构模型中的各单元持续进行蒙特卡洛模拟，输出所述城市地下综合管廊的所有多米诺效应事故场景并计算所述静态结构模型中各单元的损坏概率。
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