地下坑道暖通管线综合优化方法研究与设计

【摘要】： 地下坑道管线是地下坑道基础设施中的生命线,它承载着各种物质流、能源流和信息流,是地下坑道高效率,高质量运转的保证。管线综合工作的质量关系到整个地下坑道管网的安全性、可靠性,关系到工程的工期、建设成本、维护管理、使用效果以及能否适应工程管线种类、数量的发展要求等,是地下坑道规划设计工作的重要组成部分。传统的管线综合工作主要依靠设计者的经验手工进行设计,缺乏科学的理论分析和计算,综合成本高、周期长。本文的目的就是研究设计管线综合工作中最困难的暖通管线综合布局的方法。 首先,本文在对坑道系统和暖通管线介绍的基础上建立了地下坑道和管线的模型,以及布置管线时应遵循的性能约束和几何约束模型。并根据这些约束定义了优化求解的目标函数——广义的重叠面积,并详细描述了不同情况下重叠面积的计算方法。 然后通过对现行的暖通管线设计流程的分析,提出了简化分支坑道,在对主坑道进行横截面布局时综合考虑它的所有分支坑道内管线,然后将主坑道内的布局作为约束来限制分支坑道内管线的位置等改进思想,将暖通管线综合问题集中到在各坑道内进行截面布局的问题上。针对坑道和管线系统的特点,选用了改进的遗传算法,利用确定性采样选择、基于适应度值启发的算术交叉、非均匀变异构造遗传算子,采用适合局部搜索的模拟退火算法在分支坑道内无法消除冲突时重新对主坑道内管线布局进行调整,最后给出了管线综合布置的操作流程。 在文章的最后,采用MATLAB编程对一个算例进行了仿真运算,最后的结果表明,本文所设计的遗传算法切实可行,有较高的搜索效率,从而验证了本文的研究成果具有一定的理论和现实意义。 【关键词】：暖通管线 重叠面积 截面布局 遗传算法 模拟退火
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TU990.3
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 问题的提出8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 布局问题的建模方法9-11
• 1.2.2 布局问题求解算法11-14
• 1.3 论文的主要工作14-15
• 1.4 论文的组织结构15-16
• 第二章 地下坑道暖通管线综合设计问题建模16-32
• 2.1 地下坑道暖通管线系统16-18
• 2.1.1 地下坑道16-17
• 2.1.2 暖通管线的组成和布置原则17
• 2.1.3 暖通管线布置的主要约束17-18
• 2.2 布局实体建模18-20
• 2.2.1 坑道建模18-19
• 2.2.2 管线建模19-20
• 2.3 管线约束建模20-21
• 2.3.1 性能约束20
• 2.3.2 几何约束20-21
• 2.4 目标函数的求法21-31
• 2.4.1 概述21-22
• 2.4.2 管线之间的重叠面积22-24
• 2.4.3 管线与吊架之间的重叠面积24-25
• 2.4.4 管线与坑道之间的重叠面积25-30
• 2.4.5 管线与不可布置区域的重叠面积30
• 2.4.6 管线的重叠面积30-31
• 2.5 小结31-32
• 第三章 暖通管线设计策略的分析与改进32-36
• 3.1 地下坑道暖通管线设计策略分析32-33
• 3.2 地下坑道暖通管线设计策略改进33-35
• 3.2.1 坑道系统简化34
• 3.2.2 主要改进思想34-35
• 3.3 小结35-36
• 第四章 暖通管线综合算法设计36-44
• 4.1 引言36
• 4.2 遗传算法简介36-38
• 4.2.1 遗传算法的特点36-37
• 4.2.2 遗传算法的描述37
• 4.2.3 遗传算法的应用步骤37-38
• 4.3 基于遗传算法的截面布局38-42
• 4.3.1 编码38-39
• 4.3.2 适应度函数39
• 4.3.3 选择算子39-40
• 4.3.4 交叉算子40-41
• 4.3.5 变异算子41-42
• 4.4 基于模拟退火的迭代策略42-43
• 4.5 小结43-44
• 第五章 暖通管线综合算法仿真实现44-49
• 5.1 引言44
• 5.2 算法实现44-47
• 5.3 算例及结果47-48
• 5.4 小结48-49
• 第六章 总结与展望49-51
• 6.1 论文工作总结49
• 6.2 进一步研究展望49-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-55

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