基于贝叶斯网络可靠度演进模型的城市雨水管网整体优化设计理论研究

当前，城市雨水管网多功能多组件设计以及可靠度设计的发展需求突出，排水系统动态仿真技术也日渐成熟，雨水管网优化设计的问题域和解决域发生了变化。为此，本项目以雨水管网系统可靠度为切入点，通过改进的贝叶斯网络，构建了雨水管网系统组件可靠度和系统可靠度的演进关系模型，据此来实现雨水管网组件协同配置和系统整体功能优化。首先，研究基于SWMM动态建模数据和马尔可夫链蒙特卡罗算法的贝叶斯网络模型参数学习方法；其次，研究动态对象贝叶斯网络，建立能兼容雨水管网多动态组件组合体的贝叶斯网络可靠度模型，以解决复杂雨水管网贝叶斯网络计算问题。最后，研究动态对象贝叶斯网络可靠度模型反演求解的分解－协调算法，实现基于系统可靠度的雨水管网组件协同配置。该设计理论既统筹系统整体目标，又考虑组件协同配置，可为城市雨水管网设计创新提供参考，并为城市雨水综合管理规划提供技术支撑，为统筹解决城市雨水管理问题提供可行的综合方案。

经过三年的研究，本课题应用贝叶斯网络构建了雨水管网系统可靠度演进模型，据此实现了雨水管网系统整体功能优化，达到了预期的研究目标。本课题成果主要包括三个部分：.（1）.基于系统风险（可靠度）的城市雨水管网设计方法.本成果以系统风险最小（或可靠度最大）作为城市雨水系统优化的目标和雨水系统组件配置的依据，确立了雨水管网设计优化的新框架，使得雨水系统设计更符合系统科学与工程原理。在此基础上，给出了我国《室外排水设计规范》修编的三阶段路线图：城市雨水管网系统模拟分析与设计校核、基于系统可靠度的城市雨水管网设计以及基于系统风险的城市雨水管网设计。.（2）.城市雨水管网贝叶斯网络可靠度演进模型的建模方法.根据设计状态雨水管网和贝叶斯网络在有向图方面的相似特性，充分利用贝叶斯网络的统计推断优势，提出了基于贝叶斯网络的雨水管网设计可靠度演进模型及其建模方法。本方法的重要性在于将贝叶斯网络模型引入到城市雨水管网系统优化设计过程中，而贝叶斯网络是当今最为先进的概率推理工具，使得雨水管网优化设计研究充分利用当前先进的优化理论和统计推理理论。此外，本建模方法中的条件概率计算利用了雨水管网动态模拟数据，使得雨水管网动态模拟工具不再仅仅局限于设计方案校核，拓展了动态建模工具在雨水管网设计的应用空间。.（3）基于贝叶斯网络可靠度演进模型的城市雨水系统组件配置方法.本课题通过贝叶斯网络可靠度演进模型作为优化工具，以系统可靠度作为优化目标，实现了雨水管网系统整体优化。本方法可为城市雨水系统规划和设计方案的谋划、优化和决策提供了重要依据。