变电站主接线系统抗震韧性多指标评估流程

为了量化评估变电站主接线系统的抗震韧性，充分考虑变电站的地震响应及修复过程的不确定性，提出变电站系统抗震韧性多指标评估流程，全面评估变电站系统抵御地震风险和震后功能恢复的能力.引入单元重要度概念，求解系统不同功能状态的最优恢复方案，基于时间步长推进方法，获得变电站系统在模拟破坏工况下的实时修复进程，得到主接线系统性能恢复曲线，计算对应的供电需求、冗余率、震后性能及修复速率等抗震韧性指标.以典型6进线10出线220/110/10 kV变电站作为实例进行抗震韧性定量评估，结果表明基于功能单元重要度概念的最优恢复方案能够有效减少系统恢复阶段达到最大功能状态所用时间.     

数据驱动的公路桥梁网络全寿命抗震韧性评估

首先,提出了综合考虑各种因素（网络拓扑结构、桥梁性能退化、地震动等）和不确定性的公路桥梁网络抗震韧性评估框架。然后,分析了网络拓扑结构、桥梁抗震性能和路段功能特点,建立了震后公路桥梁网络时变功能模拟方法。接着,提出了基于人工神经网络的公路桥梁地震易损性快速分析方法。最后,以美国旧金山地区公路桥梁网络为例,采用本文方法分析了地震发生前、后公路桥梁网络的功能变化,据此揭示了全寿命服役期内抗震韧性的演化规律。结果表明,本文建立的数据驱动易损性模型拟合优度可达0.73,可以代替需要大量动力时程分析的易损性分析方法,且公路桥梁网络抗震韧性评估结果准确可靠,可以为防灾减灾提供决策依据。     

城市道路交通系统抗震韧性研究进展

城市的抗震韧性建设已成为国际社会关注的重要议题。作为城市中最关键的基础设施系统之一,道路交通系统在历次大地震中均遭受严重的损坏甚至丧失功能,极大地阻碍震后应急救援和恢复重建工作的开展,造成巨额的间接损失和深远的社会影响。为此,如何有效评估潜在地震威胁下道路交通系统的抗震韧性水平,并提出科学合理的改进建议,对韧性城市的建设以及人类文明的可持续发展具有重要的理论意义和实用价值。本文首先介绍韧性城市理念的发展历程,以道路交通系统为主要研究对象,阐述抗震韧性的定义和内涵;然后,分别从道路交通系统的震后功能评估方法、抗震韧性评价指标、震后恢复策略和震前加固策略4个方面,系统性地总结现有研究的主要方法与成果,并指出当前研究的局限性;最后,对未来的研究趋势进行展望。     

中国特色韧性城市的经验探索与未来趋势——从唐山地震到汶川地震

城市作为人类生产生活的主要聚集区域，始终面临着地震、暴雨、台风等各类自然灾害的威胁，以系统的观点加强城市防灾减灾的研究，是土木工程学科所面临的重要课题。韧性城市作为近年来城市防灾减灾领域的新概念，是指城市面临各种自然灾害和人为冲击时，作为一个有机体能够保障居民基本生活的需求并迅速恢复其功能。该文以中国城市防灾减灾史中的2次标志性事件(唐山地震和汶川地震)为依据，通过对系列灾害调查报告的深入分析，以韧性城市的全新视角，详细梳理了2次灾害中城市破坏和恢复的全过程，进行了如下工作：1)从系统的层次重新定义了城市，界定韧性城市的基本概念和量化方式、基本维度和基本特征；2)明确城市灾后恢复的基本过程和功能恢复曲线；3)揭示城市灾后空间分布的异化现象与内在机理；4)讨论了城市生命线工程灾后恢复的基本过程和相互耦合现象；5)进一步明确未曾得到重视的特殊基础设施系统。该文不仅以事实为依据，系统总结了唐山地震和汶川地震中我国在城市防灾减灾领域的经验探索和巨大成就，同时亦可为未来建设有中国特色的韧性城市研究体系和实践体系，提供了有效借鉴。     

城市供水管道性态抗震设计方法

为了解决城市供水管道抗震设计较为落后的问题,提出基于性态的抗震设计方法进行研究分析,以城市供水管道抗震设防标准为出发点,以管道震害率、管道失效概率及震后供水量为衡量指标的管道性态水平划分方法,提出各类管道在不同设防地震下的性态目标,进而对不同分类管道管网的水力功能地震破坏影响进行分析.研究结果表明:基于性态的抗震设计方法能够更进一步识别供水管网的薄弱环节,为实现供水管道性态抗震设计提供初步思路.     

生命线工程的可靠性研究进展分析(Ⅱ)——国内电力系统的抗震可靠性

为了解国内电力系统的抗震可靠性研究现状,基于知识图谱分析软件CiteSpace分别对城市电力系统—城市电力系统抗震(可靠性)—城市电力系统抗震可靠性3个层次4个领域的发文量、发文作者、发文机构、期刊和关键词展开系统分析,梳理该领域的历史发展脉络,明确热点问题、核心团队以及研究主题。通过进一步分析研究主题,明确其研究现状和关键科学问题。研究表明：国内电力系统的抗震可靠性研究主要包括地震灾害、地震反应、易损性、可靠性4个方面;关键科学问题包括不同电力设备与设施的震害机理与抗震措施、电力系统不同元件地震易损性分析方法、变电站和城市电网系统的韧性评估方法与提升理论、以电网为核心的耦合基础设施系统的灾害传播机理与量化模型4个方面。     

生命线工程抗震可靠性分析

为了解决城市供水管道抗震设计较为落后的问题,提出基于性态的抗震设计方法进行研究分析,以城市供水管道抗震设防标准为出发点,以管道震害率、管道失效概率及震后供水量为衡量指标的管道性态水平划分方法,提出各类管道在不同设防地震下的性态目标,进而对不同分类管道管网的水力功能地震破坏影响进行分析.研究结果表明：基于性态的抗震设计方法能够更进一步识别供水管网的薄弱环节,为实现供水管道性态抗震设计提供初步思路.

     

区域电-气综合能源系统故障恢复与维修协调优化策略

极端灾害事件的频发严重威胁区域电-气综合能源系统(Regional Integrated Electricity-Natural Gas System, RIENGS)的安全可靠运行,协调故障恢复与维修策略可有效提升系统的韧性。针对深度耦合的RIENGS,文中提出一种面向韧性提升的灾中-灾后两阶段故障恢复与维修调度的协调优化策略。首先,在灾中第一阶段,建立RIENGS故障快速恢复模型,考虑负荷优先级和系统拓扑重构策略,在应急恢复阶段实现重要负荷的快速恢复;然后,在灾后第二阶段,以系统总负荷损失成本最小和维修时间最少为目标函数,建立RIENGS网络重构和维修调度优化模型,并将模型转化为混合整数二阶锥规划(Mixed-integer Second-Order Cone Programming, MISOCP)问题;最后,通过13节点配电网和7节点配气网进行算例分析,验证了所提方法在减少RIENGS负荷损失方面的有效性。     

在唐山地震中生命线系统的破坏及其恢复

为了解国内供水管网抗震可靠性的研究现状,基于CiteSpace软件分别对管线—供水管网—供水管网抗震或供水管网可靠性—供水管网抗震可靠性4个层次、涉及5个领域的文献逐层深入地展开量化分析,明确该领域的历史发展脉络、核心研究团队以及研究主题和未来的发展趋势. 研究结果表明：国内供水管网抗震可靠性的研究主题包括可靠性、地震反应、拓扑优化、水力分析、抗震性能5个方面. 该领域关键科学问题包含现役劣化管线的地震破坏机理、断层、液化等地震引起的场地大变形作用下管网破坏机理与抗震设计方法、不同漏损形式的地震破坏管网渗漏分析模型、震后管网水质污染机理和扩散模型、大型管网抗震韧性分析的高效通用性方法、基于既有管网的供水管网更新和优化设计方法6个方面.

     

城市燃气系统地震次生火灾研究

在单体建筑火灾发生率模型的基础上,根据燃气系统的特点,引入了不同燃气设备破坏等级对火灾的影响概率系数,建立了燃气系统地震次生火灾发生率的模型。利用该模型对武汉市燃气系统的火灾发生率进行了预测,并对火灾后果进行了数值分析。根据武汉市燃气系统调研和抗震评估的结果,分析得到了武汉市燃气系统在地震作用下次生火灾的概率及可能造成的灾害后果,为城市抗震防灾规划提供了依据。     

地震灾害下城市双层关联生命线网络易损性

以双层关联生命线网络为对象,建立生命线网络性能概率易损性仿真模型和关联单元震害和级联失效联合概率方法,形成地震灾害下双层关联生命线网络易损性研究框架,开展地震灾害下城市双层关联生命线网络性能的概率易损性分析. 在以华东某市电力和燃气关联网络为例的案例研究中,依据研究框架构建仿真流程,得到场景地震下双层关联生命线网络性能的概率易损性曲线. 结果显示,场景地震下,案例电力网络发生中度性能损失的概率较大,燃气网络发生重度性能损失的概率较大,燃气网络性能重度损失的概率随着关联强度的增强而明显增大. 电力网络和燃气网络均在单元抗震和网络布局上存在薄弱点,是2个网络发生性能损失的重要原因,应在后续规划中改进.     

球墨铸铁管道新型抗震接口力学性能试验及数值模拟

有效的管线接口抗震措施是优化城市供水管网抗震性能和震后功能恢复能力的关键。为此,基于机械自锚设计和自变形补偿等思想,提出一种球墨铸铁管道新型自锚式抗震接口。开展普通承插式接口和新型抗震接口的轴向拉伸拟静力试验及抗震接口精细化三维有限元数值模拟,研究新型管道接口的抗拉承载能力、初始抗拉刚度、抗变形能力和极限破坏状态等力学特性。结果表明:0.2 MPa以内的水压变幅对普通承插式接口的轴向力学性能和破坏方式的影响不大,接口初始漏水至功能失效状态的过渡变形约为2.5 mm;新型自锚式抗震接口具备良好的承载能力和抵抗大变形能力,其抗拉力学性能曲线分为3个阶段,即胶圈受力阶段、卡环受力阶段和卡环失效破坏,其中,在卡环变形量为9 mm左右时,达到峰值承载力330 kN左右。     

城市燃气管网的震害分析及减灾对策

通过分析地震对城市燃气管网的破坏作用及其引发的次生灾害,给出了燃气管网的震害特征和主要影响因素,包括地震动强度、场地条件、管道特性等。有针对性地提出了相应的抗震减灾对策,包括加强燃气工程设施的抗震设计,对燃气管网实施腐蚀监测和剔旧更新,设置燃气紧急自动切断系统与分区域供气,开展受损管网故障排查与恢复供气,建立地震实时监测和震害快速分析系统,制定能反映震后真实情景模式的应急反应预案,建立城市燃气管网震害风险评价和模拟仿真系统等。     

供水管网地震漏损蒙特卡洛模拟分析

为研究供水管网在不同地震烈度下的漏损情况和水力特性,基于管道地震破坏评估模型和概率分析方法,对不同地震烈度下管线的破坏概率和渗漏状态进行了计算分析,引入折减系数对管段抗震可靠度分析方法进行改进,并与传统计算方法比较,验证了其合理性。发展了Monte Carlo模拟技术在供水管网流分析方面的应用,并考虑带渗漏和爆管两种出流方式。编制程序对一大型管网进行了模拟分析,给出了震后带漏损情况下管网的漏失率和破坏情况,结果与实际地震灾害情况相符。     

城市给水系统地震风险分析及震后供水

汶川地震导致重灾区绵竹市给水系统严重受损,供水中断数日后逐渐恢复供水,结合数次地震对供水系统震损统计和经验,总结了城市给水系统各组成部分主要的震损形式.以西部大城市地表水给水系统为例,对水源水库、输水管渠、净水厂及给水管网进行了地震脆弱性分析;针对汶川地震后应急供水经验,提出了临时应急供水和系统恢复供水技术措施;震后居民临时安置房建设及用水具有明显的特殊性,确定了给水及消防设计方案.     

自来水管网的可靠性分析与优化设计

以某科技园区自来水管网为例,分析研究了城市供水管网的可靠性和优化设计,提出了供水管网可靠性优化设计的数学模型．在确保供水管网系统可靠性的基础上建立优化模型,寻求最经济管径,从而建立最经济、最可靠的供水管网系统．对现有供水管网系统进行了优化,给出了优化设计方案．     

我国城市供水管网规划改扩建研究探析

供水管网规划改扩建是解决目前存在的供水管网严重老化、漏损率高、局部地区供水压力低、供水安全性差等问题的有效办法.合理地进行管网改扩建规划对节约投资、降低供水能耗、提高投资效益有重要意义,面对不同的供水需求,供水管网存在的问题越来越突出,亟需通过改扩建规划来解决.结合供水管网规划改扩建应用需求案例,通过展望多种供水管网规...     

基于管线对偶图模型的供水管网可靠性分析

为了利用复杂网络理论对供水管网进行结构测度和鲁棒性分析,提出一个新的管网模型——管线对偶图模型.该模型将顺序相连、无大角度转折的同口径同材质管段序列看作统一实体,即管线.将管线抽象为节点,两相交管线对应的节点用边相连,由此形成的无向图即为管线对偶图.使用这一模型对3个城市的供水管网进行结构测度,结果显示,管线对偶图具有明显的无标度特性.利用无标度网络鲁棒性分析方法中的模拟攻击方法,使用3种攻击策略进行实验.结果表明,管网在不同攻击策略下结构变化规律呈现较强的相似性,都会经过初始期、分裂期和崩溃期3个阶段;不同的攻击策略下供水管网进入分裂期和崩溃期的进程差异明显;基于节点度的攻击策略对管网的影响最大,基于节点介数中心性其次,随机攻击对管网的影响最小,高度连接的管线是供水管网中关键和脆弱的部分.对结构测度和模拟攻击的结果进行分析,发现谱隙和进入分裂期的去点率可作为衡量供水管网可靠性的重要指标.针对管线对偶图模型提出的可靠性分析方法可以用于指导供水管网的设计和运维.