基于級(jí)聯(lián)失效的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)魯棒性評(píng)價(jià)研究

基于級(jí)聯(lián)失效的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)魯棒性評(píng)價(jià)研究基于級(jí)聯(lián)失效的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)魯棒性評(píng)價(jià)研究

摘要：城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的魯棒性是指管網(wǎng)系統(tǒng)在面對(duì)突發(fā)事件時(shí)的恢復(fù)能力。本研究以級(jí)聯(lián)失效理論為基礎(chǔ)，針對(duì)城市燃?xì)庀到y(tǒng)的實(shí)際情況，提出了一種新的魯棒性評(píng)價(jià)方法，該方法通過系統(tǒng)分析不同類型節(jié)點(diǎn)的重要程度及其相互關(guān)系，建立管網(wǎng)中斷級(jí)聯(lián)失效模型，為燃?xì)夤緲?gòu)建了一個(gè)管網(wǎng)魯棒性評(píng)價(jià)模型。通過實(shí)際數(shù)據(jù)模擬，最終得到了針對(duì)不同突發(fā)事件的魯棒性評(píng)估結(jié)果，并對(duì)所提出的方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，在考慮節(jié)點(diǎn)間耦合關(guān)系和節(jié)點(diǎn)特征的評(píng)估方法中，本文所提供的評(píng)估方法能夠比傳統(tǒng)評(píng)估方法更好地反映出管網(wǎng)系統(tǒng)魯棒性的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，級(jí)聯(lián)失效，魯棒性評(píng)價(jià)，節(jié)點(diǎn)特征，突發(fā)事件

1.引言

隨著城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的逐步完善，燃?xì)馐褂昧坎粩嘣黾?，管網(wǎng)系統(tǒng)面臨著越來越多的安全風(fēng)險(xiǎn)。而由于燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的特性，一旦發(fā)生受損，將對(duì)城市居民帶來嚴(yán)重的影響。比如，燃?xì)庾鳛橐环N重要的能源供應(yīng)，其供應(yīng)不穩(wěn)定或中斷將對(duì)城市居住和生產(chǎn)帶來極大的危害。因此，在城市管網(wǎng)系統(tǒng)中，評(píng)估和提高其魯棒性是至關(guān)重要的。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了許多管網(wǎng)魯棒性評(píng)估方法。但是，把復(fù)雜管網(wǎng)拆分成一個(gè)個(gè)單元進(jìn)行評(píng)估，難以應(yīng)對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)受損而引發(fā)的連鎖反應(yīng)問題。同時(shí)，大量的復(fù)雜計(jì)算也減緩了傳統(tǒng)方法的運(yùn)行速度。為了解決這些問題，本文采用級(jí)聯(lián)失效理論為基礎(chǔ)，提出了一種新的魯棒性評(píng)價(jià)方法。

2.級(jí)聯(lián)失效理論

級(jí)聯(lián)失效是指一個(gè)系統(tǒng)中發(fā)生的一次失效，可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致其他元素的失效而擴(kuò)散。由于其涉及到元素間相互影響和影響受損元素恢復(fù)的多樣性，因此對(duì)于元素間的級(jí)聯(lián)失效進(jìn)行分析，可以更好地理解和評(píng)估系統(tǒng)的魯棒性。

在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系也可以看作一種級(jí)聯(lián)失效。比如，一旦發(fā)生管道爆炸事故，不僅會(huì)影響到相鄰的管道，還會(huì)導(dǎo)致附近停車點(diǎn)的損毀、商家無法開業(yè)等問題，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。因此，我們?cè)诠芫W(wǎng)系統(tǒng)建模后，可以得到管網(wǎng)中的元素（節(jié)點(diǎn)）及其互相影響聯(lián)系（邊）。

3.建立管網(wǎng)魯棒性評(píng)價(jià)模型

基于管網(wǎng)中存在的信息不對(duì)稱性和復(fù)雜性，我們借鑒了網(wǎng)絡(luò)科學(xué)中的節(jié)點(diǎn)特征概念，并結(jié)合管網(wǎng)實(shí)際情況，將系統(tǒng)模型中的節(jié)點(diǎn)分為三類：主干節(jié)點(diǎn)、支線節(jié)點(diǎn)和端節(jié)點(diǎn)，并分別從節(jié)點(diǎn)度和節(jié)點(diǎn)介數(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行特征分析。

主干節(jié)點(diǎn)：指在管網(wǎng)系統(tǒng)中連接度高的節(jié)點(diǎn)。其在級(jí)聯(lián)失效過程中具有更高的擴(kuò)散性，表明受損節(jié)點(diǎn)所在聯(lián)通子圖的重要程度大，造成的影響范圍也更廣。

支線節(jié)點(diǎn)：連接度相對(duì)較低的節(jié)點(diǎn)，其在級(jí)聯(lián)失效中，影響范圍以受損節(jié)點(diǎn)周圍節(jié)點(diǎn)為主，擴(kuò)散性也相對(duì)較弱。

端節(jié)點(diǎn)：指燃?xì)夤艿澜K端所處的節(jié)點(diǎn)，出現(xiàn)失效時(shí)對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)影響較小。

基于以上節(jié)點(diǎn)分類和特征分析，我們可以建立管網(wǎng)中斷級(jí)聯(lián)失效模型。該模型主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：

1）確定管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)類型及其特征參數(shù)；

2）構(gòu)建管網(wǎng)圖與鄰接矩陣；

3）確定管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)失效條件，并進(jìn)行級(jí)聯(lián)失效分析；

4）分析失效影響程度，確定管網(wǎng)中斷點(diǎn)；

5）多次迭代，得到整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)失效的級(jí)聯(lián)失效過程，計(jì)算出與系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的指標(biāo)；

6）提供管網(wǎng)魯棒性評(píng)估結(jié)果。

4.案例分析

為驗(yàn)證評(píng)估模型的有效性，我們以北京市某天然氣公司管網(wǎng)為例，采用模型求解，得到該管網(wǎng)對(duì)不同突發(fā)事件的魯棒性評(píng)價(jià)結(jié)果。模擬突發(fā)事件主要包括管道爆炸、惡劣天氣、管路本身老化等多種情況。得到的評(píng)估結(jié)果表明，本文提出的管網(wǎng)魯棒性評(píng)價(jià)方法可有效分析城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性，并發(fā)現(xiàn)其主要弱點(diǎn)，為燃?xì)夤局贫ü芫W(wǎng)應(yīng)急措施提供了科學(xué)依據(jù)。

5.結(jié)論

本研究針對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的實(shí)際情況，提出了一種基于級(jí)聯(lián)失效的管網(wǎng)魯棒性評(píng)價(jià)方法。通過對(duì)節(jié)點(diǎn)特征及其相互關(guān)系的分析建模，可以更好地反映出管網(wǎng)系統(tǒng)魯棒性的特點(diǎn)。通過案例分析，證明本文所提出的方法更能夠適用于管網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性評(píng)估，并能夠指導(dǎo)燃?xì)夤局贫茖W(xué)應(yīng)急措施本文提出了一種基于級(jí)聯(lián)失效的管網(wǎng)魯棒性評(píng)價(jià)方法，并以北京市某天然氣公司管網(wǎng)為實(shí)例進(jìn)行了評(píng)估。該方法通過確定管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)類型及其特征參數(shù)、構(gòu)建管網(wǎng)圖與鄰接矩陣、確定管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)失效條件并進(jìn)行級(jí)聯(lián)失效分析、分析失效影響程度并確定管網(wǎng)中斷點(diǎn)等步驟，對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)魯棒性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過多次迭代，可以得到整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)失效的級(jí)聯(lián)失效過程，并計(jì)算出與系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的指標(biāo)。經(jīng)過驗(yàn)證，本文提出的方法可有效分析城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性，并為燃?xì)夤局贫ü芫W(wǎng)應(yīng)急措施提供了科學(xué)依據(jù)。該方法可以用于其他管網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性評(píng)估，并具有一定的推廣價(jià)值在實(shí)際應(yīng)用中，管網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性評(píng)估是非常重要的。除了上文提到的基于級(jí)聯(lián)失效的方法外，還有一些其他的評(píng)估方法可以使用。例如，基于模糊綜合評(píng)價(jià)模型的管網(wǎng)魯棒性評(píng)估方法，該方法通過建立模糊層次分析模型和模糊綜合評(píng)判模型，將各個(gè)因素的權(quán)重和貢獻(xiàn)度綜合考慮，得出管網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性分值。另外，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的管網(wǎng)魯棒性評(píng)估方法也是一種有效的方法。該方法通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，提高系統(tǒng)魯棒性。

在對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行魯棒性評(píng)估時(shí)，還需要考慮當(dāng)前環(huán)境下的氣象條件、安全防范措施等因素。例如，在遭受自然災(zāi)害或恐怖襲擊等情況下，管網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性評(píng)估應(yīng)該給予更高的重視。此外，管網(wǎng)系統(tǒng)的備件儲(chǔ)備量、緊急維護(hù)措施等應(yīng)急措施也需要考慮在內(nèi)，以確保系統(tǒng)能夠在關(guān)鍵時(shí)刻快速恢復(fù)正常運(yùn)行。

綜上所述，管網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性評(píng)估是管網(wǎng)管理的重要組成部分，通過科學(xué)有效的評(píng)估方法，可以提高管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，為城市居民提供更加可靠的服務(wù)。在未來的研究中，需要進(jìn)一步針對(duì)各種情況下的管網(wǎng)魯棒性評(píng)估方法進(jìn)行探索和研究，為城市燃?xì)庑袠I(yè)的持續(xù)健康發(fā)展提供更全面的保障另外，在進(jìn)行管網(wǎng)魯棒性評(píng)估時(shí)，還需要考慮到管道系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。一些結(jié)構(gòu)較為松散的管道系統(tǒng)，在遭受外界因素的影響時(shí)，其魯棒性會(huì)受到一定程度的影響。因此，在設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)時(shí)，需要遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊密，從而提高其魯棒性。此外，在管道的運(yùn)行過程中，也需要注意管道的維修和保養(yǎng)。對(duì)于老化、磨損等情況嚴(yán)重的管道，及時(shí)更換和維修也是確保管道系統(tǒng)魯棒性的關(guān)鍵之一。

針對(duì)不同類型的管道系統(tǒng)，魯棒性評(píng)估的方法也會(huì)略有差異。例如，對(duì)于液化天然氣（LNG）管道系統(tǒng)，需要考慮到其在極端氣候和地質(zhì)條件下的魯棒性。此外，對(duì)于輸送高壓氣體的管道系統(tǒng)，還需要關(guān)注其抗內(nèi)爆和外界影響的能力。

總之，管網(wǎng)魯棒性評(píng)估的重要性日益凸顯。在城市燃?xì)庑袠I(yè)中，管網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性評(píng)估不僅僅是為了保證安全運(yùn)行，更是為了保障公眾利益、確保城市的穩(wěn)定發(fā)展。因此，在今后的研究中，需要進(jìn)一步深化魯棒性評(píng)估方法，針對(duì)不同情況和不同類型的管道系統(tǒng)，提供更加全面和有效的評(píng)估手段，以確