基于混合粒子群算法的供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、基于混合粒子群算法的供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)　　摘要：供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是多年來(lái)城市地下管網(wǎng)工程中的研究熱點(diǎn)。通過(guò)分析供熱管網(wǎng)的優(yōu)化模型，建立關(guān)于供熱管網(wǎng)的目標(biāo)函數(shù)即供熱管網(wǎng)投資費(fèi)用，根據(jù)供熱管網(wǎng)的目標(biāo)函數(shù)及約束條件建立適應(yīng)度函數(shù)。利用粒子群優(yōu)化算法對(duì)該非線性模型進(jìn)行求解，借鑒遺傳算法中變異操作的思想，設(shè)計(jì)基于遺傳算法的混合粒子群算法，尋求在水力約束條件下目標(biāo)函數(shù)的最小值。實(shí)例結(jié)果表明，將粒子群優(yōu)化算法應(yīng)用于供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以取得較好的優(yōu)化結(jié)果，并且充分的體現(xiàn)出粒子群算法的尋優(yōu)能力?！　￡P(guān)鍵詞：供熱管網(wǎng)；目標(biāo)函數(shù)；粒子群優(yōu)化算法；遺傳算法；水力約束條件　　中圖分類號(hào)：T

2、P311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　Abstract：Byanalyzingtheoptimizationmodelofheatsupplynetwork，aheatsupplynetworkobjectivefunction，i.e.，theheatsupplynetworkinvestmentcost，wasestablished，thenthefitnessfunctionwasestablishedonthebasisoftheobjectivefunctionandconstraintconditionsofheatsupplynetwork.Tosolvethis

3、nonlinearmodelwiththeparticleswarmoptimizationalgorithm，byusingtheideaofthemutationoperationofgeneticalgorithm，ahybridparticleswarmalgorithmbasedongeneticalgorithmwasdesigned，andtheminimumofobjectivefunctionwiththehydraulic9constraintwassought.Theresultsshowthattheapplicationoftheparti

4、cleswarmoptimizationalgorithmintheoptimizationdesignofheatsupplynetworkcanachievebetteroptimizationresults，andthesearchingcapabilityoftheparticleswarmalgorithmcanbefullyembodied.　　Keywords：heatsupplynetwork；objectivefunction；particleswarmoptimizationalgorithm；geneticalgorithm；hydraulic

5、constraints　　1引言　　取暖是保證我國(guó)寒冷區(qū)域基本生活必要條件之一。隨著我國(guó)城市供熱管網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，原有的供熱管網(wǎng)已不能完全滿足城市建設(shè)的需求，這就需要準(zhǔn)確地把握城市供熱管網(wǎng)的現(xiàn)狀，包括舊管線的維護(hù)管理、新管線的設(shè)計(jì)建設(shè)和新小區(qū)的管網(wǎng)規(guī)劃等[1]。目前，對(duì)于供熱管網(wǎng)的需求，我國(guó)已經(jīng)不滿足于規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，對(duì)于供熱管網(wǎng)的適用性、合理性以及熱能的有效以及充分的利用率也有了更高的需求?！　?duì)于傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且優(yōu)化設(shè)計(jì)方案也僅僅是考慮幾種不同的布置形式方案比較，并未考慮到同一種布置形式的不同設(shè)計(jì)的參數(shù)組合方案比較[2]。

6、隨著優(yōu)化方法的不斷完善，如何使用優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化水力參數(shù)，已經(jīng)成為供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)中非常重要的課題。9　　粒子群算法由于有精度高、容易實(shí)現(xiàn)、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)，引起學(xué)術(shù)界的重視，并且在應(yīng)用于實(shí)際的問(wèn)題中展示了優(yōu)越性[3]。通過(guò)研究粒子群優(yōu)化算法及遺傳算法，以供熱管網(wǎng)投資費(fèi)用作為目標(biāo)函數(shù)，建立供熱管網(wǎng)數(shù)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，并把粒子群算法應(yīng)用于這一模型?！　?供熱管網(wǎng)優(yōu)化模型　　2.1目標(biāo)函數(shù)　　管線是供熱系統(tǒng)的主要組成部分，供熱管材的選擇關(guān)系到整個(gè)供熱系統(tǒng)的可靠性和安全性[4]。在供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)目標(biāo)就是在滿足管網(wǎng)設(shè)計(jì)約束條件情況下，使供熱管網(wǎng)投資費(fèi)用即目標(biāo)函數(shù)C最小，

7、以保證經(jīng)濟(jì)性?？紤]到管徑、施工環(huán)境、地下水位以及地下及地上構(gòu)筑物等因素，需要考慮各節(jié)點(diǎn)的用水量及水壓，來(lái)確定根據(jù)管線上各管段的設(shè)計(jì)流量及水壓來(lái)確定管線干路和支路上流量及水壓[5]。供熱管網(wǎng)投資費(fèi)用由供熱管線造價(jià)、實(shí)施費(fèi)用、年折損值、水電的運(yùn)行費(fèi)用四部分組成。本文主要考慮粒子群優(yōu)化算法在供熱管線中的應(yīng)用，目標(biāo)函數(shù)包括管線造價(jià)和管線運(yùn)行費(fèi)用兩部分?！　∧繕?biāo)函數(shù)如下：　　2.2約束條件　　通常的情況下，在供熱管網(wǎng)中默認(rèn)水為不可壓縮的流體，密度恒定不變[6]。為了解決供熱管網(wǎng)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，即使供熱管網(wǎng)投資費(fèi)用在一定約束條件下獲得最優(yōu)解，需要在目標(biāo)函數(shù)基礎(chǔ)上加上約束