排水管道設計優(yōu)化的遺傳與模擬退火混合算法研究.pdf

1、排水管道是城市市政建設的重要組成部分，其投資比例占整個排水系統(tǒng)投資的70％左右，一個中等規(guī)模的城市的排水管道的投資費用高達2億人民幣以上。因此，對排水管道進行優(yōu)化設計，降低工程投資費用，有非常重要的經濟意義。
　　 對一個城市而言，排水管道優(yōu)化一般包括兩個方面的內容，一個是管道線路布置的優(yōu)化，另外一個就是管道設計參數(shù)的優(yōu)化。根據(jù)排水管道水力計算公式，管道設計參數(shù)包括流量Q、管徑D、坡度I、流速V、充滿度h/D和埋深H。一旦選定了

2、管徑和坡度，其他的參數(shù)也能通過水力計算公式確定。對于某一設計管段，當排水管道的流量確定之后，滿足水力計算公式的管徑和埋深存在多種組合，所以本文主要選取了對管徑和埋深兩個參數(shù)進行組合優(yōu)化。
　　 為了探求排水管道最優(yōu)化設計的計算方法，國內外學者進行了大量的工作，并隨著系統(tǒng)分析方法、計算技術和電子計算機的發(fā)展，遺傳算法作為一種新的全局優(yōu)化搜索算法，因簡單易用，對很多優(yōu)化問題能夠較容易給出令人滿意的解，適用于并行分析處理和對目標函數(shù)與

3、約束條件沒有特殊要求等特點，在工程最優(yōu)化領域中展現(xiàn)出獨特魅力，但由于算法本身“易陷入局部極小”的缺陷，影響了優(yōu)化質量。為了克服遺傳算法的弊病，提高優(yōu)化設計的質量和效率，本文將具有更強魯棒性及對初值更低敏感度的模擬退火算法結合遺傳算法結合，使用遺傳與模擬退火混合算法對己定管線下的排水管道進行優(yōu)化設計。
　　 本論文基于遺傳與模擬退火混合算法和排水管道計算方法，針對管線布置已定情況下的排水管道優(yōu)化問題做了如下的工作：
　　

4、①通過分析遺傳算法與模擬退火算法理論，探討了遺傳算法與模擬退火算法的優(yōu)缺點，提出了將他們相結合的新算法——遺傳與模擬退火混合算法。
　　 ②通過排水管道系統(tǒng)設計優(yōu)化內容的研究，提出了將遺傳與模擬退火混合算法用于對排水管道系統(tǒng)的參數(shù)進行優(yōu)化，即選擇對管徑和埋深進行組合優(yōu)化實現(xiàn)排水管道相關參數(shù)的優(yōu)化。
　　 ③使用遺傳與模擬退火混合算法對重慶某小區(qū)的排水管道進行優(yōu)化設計，以管道造價為目標函數(shù)，建立了排水管道的優(yōu)化設計模型，并

5、結合遺傳與模擬退火混合算法對排水管道管徑與埋深進行組合優(yōu)化。通過與傳統(tǒng)算法所得出的管道參數(shù)組合進行比較，得出以下結論：滿足排水管道系統(tǒng)設計的一般約束條件，并利用新算法得到的管徑與埋深最優(yōu)組合下，整個排水管道系統(tǒng)工程的投資節(jié)省了約百分之十。
　　 通過選擇較小的設計流速和較大的設計充滿度，以及用不同的最大流速對不同的排水管徑進行設計可以得到更加合理的可行管徑集合，利用自然數(shù)編碼的遺傳與模擬退火混合算法的可行性較好，也為遺傳與模擬退