管網(wǎng)模型的案例
【9月20-21日 武漢】Hanmmer高級培訓(xùn)班
可用于各種輸配水管道系統(tǒng)的水錘分析，包括長距離輸水管道、城市市政配水管網(wǎng)、多級泵站系統(tǒng)、調(diào)速泵系統(tǒng)、廠區(qū)管網(wǎng)、大流量工業(yè)水系統(tǒng)及水電站渦輪發(fā)電機組及管路的水錘分析。
HAMMER 為用戶提供了基于精確數(shù)值解的水力計算引擎和簡單易用的用戶界面與接口，能夠有效的辨識、管理、并減少和水錘有關(guān)的風(fēng)險。
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2) HAMMER for AutoCAD 版本，可以在 AutoCAD 環(huán)境中運行，最新版的 HAMMER 支持 AutoCAD2018，使用 CAD 圖來建立模型非常方便，非常適合設(shè)計院使用。
3) 全中文界面。中國用戶使用無語言障礙。
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5) 在國內(nèi)有數(shù)十個用戶，在國內(nèi)上百個實際工程中得到驗證。無論國際上還是國內(nèi)，是目前同類產(chǎn)品中市場占有率最高的水錘計算軟件。
使用 HAMMER 可以：
評估管道系統(tǒng)中的水錘風(fēng)險
制定經(jīng)濟(jì)的水擊控制解決方案
預(yù)防基礎(chǔ)設(shè)施與設(shè)備遭到破壞
減少建造、營運、操作、及維護(hù)的費用
為所有水擊保護(hù)設(shè)施建立模擬計算
將管道的損耗降到最低
模擬所有瞬時的情況
確保您的水力系統(tǒng)的壽命
為電力中斷作預(yù)準(zhǔn)備，將服務(wù)中斷干擾降至最低
降低電廠水輪機組的水擊危害
HAMMER 讓您可以應(yīng)用已有 AutoCAD 的圖形來自動建立管道水力模型，完全不需進(jìn)行耗時許久的管網(wǎng)模型建模。
展開 從汶川大地震到河南洪澇，論數(shù)字孿生對城市規(guī)劃與應(yīng)急救援的重要性
經(jīng)驗教訓(xùn)與未來城市管理
對本次河南洪澇災(zāi)害所取得的經(jīng)驗教訓(xùn)而言，未來城市管理可以利用“數(shù)字孿生”技術(shù)做如下事情：
1、創(chuàng)建洪災(zāi)適應(yīng)力模型
要創(chuàng)建數(shù)字孿生模型提高洪災(zāi)適應(yīng)力，需要將城市級別的實景建模、三維測繪和洪災(zāi)建模集成到一起。得出的洪災(zāi)適應(yīng)力模型可用于分析、模擬、可視化和信息交流。
首先，使用實景建模和三維測繪軟件，借助無人機拍攝的重疊影像和地面影像，輔以必要的激光掃描，可以生成高分辨率的城市級別三維實景模型。實景模型/格網(wǎng)信息按空間進(jìn)行了分類，這意味著網(wǎng)格化城市景觀中的各個建筑物、地塊和其他要素是與地表適用的GIS數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在一起的。這也就生成了原始的工程級別實景模型，該模型具有足夠的分辨率和可擴展性，可以放大某個區(qū)域并脫離網(wǎng)格直接執(zhí)行工程工作。關(guān)鍵的一點是，這一實景模型包括數(shù)字地形數(shù)據(jù)，這是所有水文模擬的基礎(chǔ)。
其次，通過為相關(guān)區(qū)域（無論是整座城市還是其中的一小部分）設(shè)置計算網(wǎng)格，可以創(chuàng)建洪災(zāi)適應(yīng)力模型。然后，使用洪災(zāi)模擬所用的數(shù)據(jù)填充此計算網(wǎng)格。數(shù)字地形數(shù)據(jù)可以從實景模型中直接獲取，為洪災(zāi)建模軟件提供精確的地表數(shù)據(jù)，并為查看洪災(zāi)模擬提供實景環(huán)境。實景模型還可用于識別街道、人行道、綠地、樹木和洪災(zāi)適應(yīng)力模型所需的其他信息。洪災(zāi)軟件使用數(shù)字模型來模擬一系列的水力和水文過程，包括降雨、滲入、地表徑流、渠道流量和地下水流量。此洪災(zāi)適應(yīng)力模型可與污水和雨水管網(wǎng)模型集成，動態(tài)模擬城市雨水水流和排水狀況，以及風(fēng)暴潮所引起的沿海地區(qū)洪澇情況。
數(shù)字孿生模型還可以結(jié)合與最新氣象數(shù)據(jù)、當(dāng)前水文條件和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)的運營狀況等相關(guān)的實時信息源。這些信息源可能包括最近的降雨量、當(dāng)前的河流流速、水泵的工作狀態(tài)等。此外，由于如今手機和社交媒體的普及率很高，甚至可以利用它們作為現(xiàn)場信息源，記錄當(dāng)?shù)亟值篮统毕珴q潮信息，用以支持與洪澇災(zāi)害相關(guān)的危機管理。
展開 陳珂，等：天然氣管道摻氫輸送對離心壓縮機氣動性能的影響
上述研究主要是采用一維簡化模型和相似理論方法對管道與壓縮機聯(lián)合工作系統(tǒng)建立管網(wǎng)模型，模型中氣體采用理想狀態(tài)氣體方程并對壓縮機模型進(jìn)行簡化，忽略摻氫后壓縮機內(nèi)部能量損失和性能變化。Meira等[11]擴展了美國航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）提出的沖擊損失理論，考慮到壓縮機內(nèi)部的單向可壓縮流，結(jié)合索阿韋-雷德利希-鄺氏（Soave-Redlich-Kwong，SRK）和貝內(nèi)迪克特-韋德-魯賓（Benedict-Webb-Rubin，BWR）兩種狀態(tài)方程對壓縮機模型進(jìn)行修正，該模型對于壓縮機摻氫后的性能預(yù)測更加準(zhǔn)確。
綜上，目前采用 CFD 軟件研究摻氫比例對天然氣管網(wǎng)性能的影響已較為普遍，但天然氣管道摻氫比對壓縮機性能影響的研究主要采用相似理論，這需要壓縮機流動完全相似；而天然氣摻氫會導(dǎo)致壓縮機工質(zhì)物性的變化，降低了摻氫后壓縮機的性能預(yù)測精度。因此，為了提高天然氣管道摻氫輸送的安全性和可靠性，深入探究天然氣摻氫后對離心壓縮機氣動性能和喘振裕度的影響尤為重要。根據(jù)現(xiàn)有川氣東送管道的GE PCL503 天然氣壓縮機實測工況數(shù)據(jù)[12-13]和搜集到的主要幾何尺寸，對其進(jìn)行三維數(shù)學(xué)建模，利用數(shù)值模擬手段分析了不同摻氫比、環(huán)境溫度下壓縮機內(nèi)部的三維流場，重點研究不同天然氣摻氫比對離心壓縮機氣動性能和喘振邊界的影響，以期為天然氣摻氫管網(wǎng)的安全運行、管網(wǎng)壓縮機的設(shè)計及選型提供理論指導(dǎo)。
1 模型建立
1.1
幾何模型
依據(jù)目前公開發(fā)表論文中的關(guān)于 GE PCL503 壓縮機各工況點實驗數(shù)據(jù)[12-13]和搜集到的主要幾何尺寸（表 1），采用 Concepts NREC 軟件對該壓縮機進(jìn)行一維氣動設(shè)計及三維幾何建模。
展開 實景三維，值得每一個測繪人重視的藍(lán)海
“
對此，郭仁忠做了進(jìn)一步闡釋：在城市規(guī)劃、城市建筑設(shè)計方面，機場、車站、房產(chǎn)項目、公園、高層建筑等都可以將規(guī)劃設(shè)計方案嵌入數(shù)字孿生城市模型中，可視化判研、定量化分析、虛擬化模擬方案的合理性。
“以工業(yè)園區(qū)選址為例，現(xiàn)在城市規(guī)模越來越大，通勤越來越遠(yuǎn)，交通越來越堵，在產(chǎn)業(yè)園的區(qū)位選擇決策過程中，如果系統(tǒng)地分析其潛在的就業(yè)人口結(jié)構(gòu)畫像、交通通勤壓力、物流便利程度、配套設(shè)施需求等，就可以更科學(xué)地做出決策。基于實景三維模型，我們可以集成融合各類城市數(shù)據(jù)，也就是地理信息界經(jīng)常講的城市時空大數(shù)據(jù)，進(jìn)行過去難以想象的極為復(fù)雜的分析，從而將城市建設(shè)得更宜居、更宜業(yè)、更低碳、更柔性。這樣的例子還有很多，比如，經(jīng)濟(jì)活動方面，一些休閑娛樂和公共服務(wù)場所需要數(shù)字化營銷，需要在線推介其真實三維場景，以吸引顧客；應(yīng)急管理中，人員如何疏散、緊急物資如何調(diào)配等……”
郭仁忠還特別提及地下空間建模的重要性。對智慧城市而言，只有室外的、露天的實景三維景觀是不夠的，除了室內(nèi)外，結(jié)構(gòu)化的地下建模，如燃?xì)狻⒆詠硭?em>管網(wǎng)也有信息化管理的需求。“城市地下管網(wǎng)的管理必須在三維模型中進(jìn)行，如有事故發(fā)生，需要在第一時間判斷故障的位置并采取應(yīng)急處置，如緊急關(guān)閉相關(guān)閥門，緊急疏散相關(guān)人員，數(shù)字化的管網(wǎng)模型不可或缺。所以，實景三維是貨真價實的新型基礎(chǔ)設(shè)施，它是社會治理信息化的重要支撐，沒有它，很多事很難管理、決策。”
有了實景三維的數(shù)字化城市模型，很多城市管理可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，甚至自動控制、自動預(yù)警，在城市中的使用場景非常多。國家測繪主管部門推動實景三維中國建設(shè)十分必要、十分及時，是一種主動擔(dān)當(dāng)和作為，且具有前瞻性。
“實現(xiàn)了對地上下、室內(nèi)外地理空間和實體對象的精細(xì)化、結(jié)構(gòu)化表達(dá)，就構(gòu)成了時空地理信息云平臺的基礎(chǔ)。”
展開 
桑樹勛，等：工程化CCUS全流程技術(shù)及其進(jìn)展
2.4 全流程技術(shù)形成機制
2.4.1 源匯匹配
CCUS源匯匹配的本質(zhì)是CCUS集群系統(tǒng)的總體規(guī)劃和運輸管網(wǎng)布局，是工程化CCUS全流程技術(shù)形成的關(guān)鍵機制之一。CCUS源匯匹配的內(nèi)涵：針對一個地區(qū)的CO2排放源地理位置分散、排放量各異，CO2利用和地質(zhì)封存匯的碳去除潛力、方式不同，源匯之間CO2運輸方式和運輸成本受區(qū)域地理條件、土地利用類型、河流、交通、人群密度等因素影響，通過科學(xué)構(gòu)建CCUS源匯匹配關(guān)系，降低 CO2運輸成本并實現(xiàn)CO2利用與地質(zhì)封存效果最大化。
目前，歐美國家針對CCUS集群運輸管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型開展了深入研究，開發(fā)出一批各具特色的源匯匹配決策支持系統(tǒng)并實現(xiàn)了工程應(yīng)用，具有代表性的模型和系統(tǒng)包括 GESTCO、GeoCapacity、SimCCS、InfraCCSARKAL-NL-UU 等。其中，GESTCO 項目開發(fā)了歐洲首個 CCUS 源匯匹配方法，其后續(xù)項目GeoCapacity的決策支持系統(tǒng)實現(xiàn)了多源多匯之間的匹配；SimCCS模型采用了預(yù)優(yōu)化思想規(guī)劃 CCS基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并允許 CO2運輸管道合并與分支；歐盟 委 員 會 聯(lián) 合 研 究 中 心（European commission's Joint Research Centre）開發(fā)了 InfraCCS 工具，已用于 歐 洲 CCS 基 礎(chǔ) 設(shè) 施 建 設(shè) ；BROER 等開 發(fā) 了MARKAL-NL-UU模型，用于規(guī)劃荷蘭CCS基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)藍(lán)圖。此外，還有用于美國西海岸地區(qū)碳封存項目的DSS模型、用于分析美國管網(wǎng)建設(shè)的NEMS模型、用于分析德國與英國 CO2管網(wǎng)建設(shè)的 CCTSMOD模型等。國內(nèi) CCUS 集群源匯匹配與運輸管網(wǎng)規(guī)劃的研究相對較少。鄭重開展了京津冀地區(qū) CCS源匯匹配研究，但所建立的模型僅允許源匯直接連接，沒有嚴(yán)格意義上的管網(wǎng)設(shè)計。
展開 壓力管道輸水灌溉優(yōu)化設(shè)計研究進(jìn)展（下）
（2）傳統(tǒng)優(yōu)化算法中關(guān)于管材和管件的經(jīng)濟(jì)模型普適性差。管材及管件費用是決定灌溉管道系統(tǒng)工程費用的主要因素，是管道系統(tǒng)優(yōu)化中確定目標(biāo)函數(shù)的主變量。由于管材的多樣性，目前建立的管徑與費用的經(jīng)濟(jì)模型僅僅反映某個類型管材當(dāng)前的市場情況，通用性差，當(dāng)管材類型、市場價格等發(fā)生變化后，就不能應(yīng)用，也就影響了管道系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果。
（3）偏重管徑優(yōu)化，輕視管網(wǎng)布置形式。目前，壓力管道灌溉系統(tǒng)的管網(wǎng)布置優(yōu)化研究相對較少，實際地形在管道系統(tǒng)優(yōu)化模型中常常重視不夠。不僅管道的壓力水頭和灌溉管網(wǎng)的布置形式受實際地形的影響較大，整個管道管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方案也與實際地形密切相關(guān)。
（4）現(xiàn)有研究中多數(shù)優(yōu)化設(shè)計模型的構(gòu)建有待驗證與完善。在與工程實際相結(jié)合的壓力管道灌溉優(yōu)化設(shè)計過程中，如果選用的優(yōu)化模型過于簡單，那么只能對灌溉管網(wǎng)局部進(jìn)行優(yōu)化，將得不到滿意的總體優(yōu)化效果；如果選用過于復(fù)雜的優(yōu)化模型，不僅計算量較大，而且優(yōu)化過程較繁雜，工程設(shè)計人員掌握起來將相對困難，不利于其推廣應(yīng)用。因此，綜合考慮各種影響因素，采用可行的算法研究實用的優(yōu)化模型是當(dāng)前壓力管道灌溉工程優(yōu)化設(shè)計的重要內(nèi)容。
（5）壓力管道灌溉優(yōu)化設(shè)計軟件的研發(fā)水平有待提高。目前通用性強、應(yīng)用推廣程度高的優(yōu)化設(shè)計軟件比較缺乏，現(xiàn)有優(yōu)化設(shè)計軟件多存在人機界面不完善、功能不全面、可操作性較差、適應(yīng)性不強等缺陷。因此，對一種或幾種比較方便、實用的優(yōu)化設(shè)計軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究及推廣應(yīng)用是目前一項重要的研究內(nèi)容。
5.2 展望
鑒于國內(nèi)外壓力管道輸水灌溉技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其優(yōu)化設(shè)計中存在的問題，今后關(guān)于壓力管道輸水灌溉優(yōu)化設(shè)計的研究重點主要有以下幾個方面。
（1）合理確定約束條件。在壓力管道輸水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計中，需要針對高效節(jié)水灌溉的實際需求，建立實用的優(yōu)化模型，綜合考慮各種因素對模型求解的影響，以確定約束條件。
展開 壓力管道輸水灌溉優(yōu)化設(shè)計研究進(jìn)展（上）
王新坤等［45－46］則先是將模擬退火算法與多重群體遺傳算法相結(jié)合，建立了管道系統(tǒng)的樹狀管網(wǎng)優(yōu)化模型，以用于大型樹狀管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計；后來又設(shè)計出一種新的退火遺傳算法，除繼承退火模擬的局部尋優(yōu)能力外，還兼?zhèn)溥z傳算法的全局尋優(yōu)能力，大大地提高了求解結(jié)果的效率與精度。洪濤等［47］基于模擬退火遺傳算法，提出以造價最小為目標(biāo)函數(shù)，節(jié)點壓力為約束條件，標(biāo)準(zhǔn)管徑為決策變量的自壓微灌干管布設(shè)優(yōu)化模型。
目前模擬退火算法在圖象處理、路徑優(yōu)化、集成電路設(shè)計、工業(yè)優(yōu)化調(diào)度等方面應(yīng)用較多，在壓力管道灌溉系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計上應(yīng)用相對較少。由于該算法與以往的算法相比，具有描述簡單，使用靈活，運行效率高，較少受初始條件限制，適合并行計算等優(yōu)點，因此未來其在壓力管道灌溉系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用有較為廣闊的前景。
3.2.3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法的壓力管道輸水灌溉優(yōu)化設(shè)計研究進(jìn)展
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Networks）是受生物學(xué)啟發(fā)，對生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)機理和功能上進(jìn)行模擬與近似的一種智能算法。其主要思想是搭建傳統(tǒng)優(yōu)化過程中目標(biāo)函數(shù)及約束條件與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中非線性動力學(xué)系統(tǒng)的映射關(guān)系，根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的穩(wěn)定平衡態(tài)來確定優(yōu)化問題的最優(yōu)解。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在計算過程中采用非線性系統(tǒng)中動態(tài)演化原理和并行分布式計算方法，可對優(yōu)化問題進(jìn)行快速求解［48］。周榮敏等［49］基于Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型優(yōu)化算法，建立了一種自壓式樹狀管道系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型。陳磊等［50］利用BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)建立了宏觀狀態(tài)管道系統(tǒng)優(yōu)化模型，并采用自適應(yīng)遺傳算法來對BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。
展開 Dynsim? 介紹及其在過程動態(tài)分析中的應(yīng)用
火炬管網(wǎng)系統(tǒng) Dynsim能幫助計算火炬泄放管網(wǎng)系統(tǒng)的水力學(xué)，動態(tài)計算火炬管網(wǎng)背壓的變化，并能監(jiān)測管線流體是否達(dá)到臨界流。
【案例】火炬泄放管網(wǎng)
對一個氣體加工廠的火炬系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)模擬分析，觀察安全閥的動態(tài)行為。動態(tài)模型如圖18所示。模型包括三個泄放源（vessel）和三個安全閥以及相關(guān)的管線組成的泄放管網(wǎng)，一直到火炬點為止。為簡單起見三個安全閥全部用爆破片，即安全閥打開后不能自行關(guān)閉。
圖19和20分別表示泄放源的壓力和安全閥的背壓在泄放前后的動態(tài)變化圖。當(dāng)泄放源V1的壓力升高到安全閥的設(shè)定壓力時安全閥開啟，其背壓升高，同時其余沒有泄放的安全閥背壓同時升高。圖21表示泄放量的動態(tài)變化圖。
圖18－火炬泄放管網(wǎng)動態(tài)模型 圖19－泄放容器壓力的動態(tài) 圖20－安全閥背壓的動態(tài)
圖21－泄放量的動態(tài)
（5）危險和安全研究
Dynsim的一個最大的應(yīng)用領(lǐng)域是危險和安全的“what-If”分析。應(yīng)用Dynsim動態(tài)模型，工程師能對諸如“如果關(guān)閉反應(yīng)物的冷卻水將會怎樣？”、“如果該閥門打不開了將會怎樣？”等問題進(jìn)行分析，并能給出量化的答案，如過程如何響應(yīng)、對事故進(jìn)行處理的時間能有多少、該如何應(yīng)對等，以及如何防止事故的發(fā)生等。
Dynsim的特點：
Dynsim是一個完美的動態(tài)模擬工具。嚴(yán)格的、基于機理的設(shè)備模型確保了其準(zhǔn)確性
Dynsim基于機理的模型，包括嚴(yán)格的熱力學(xué)和流體力學(xué)模型，使動態(tài)過程模擬計算具有超群的魯棒性和準(zhǔn)確性。Dynsim運用魯棒的解決算法和快速的初始化功能，能嚴(yán)格處理即使是最復(fù)雜的工廠布局和系統(tǒng)。擴展性將節(jié)省了您在Dynsim上的投資 Dynsim的獨特功能使用戶能無縫地從工程設(shè)計階段的應(yīng)用擴展到如DCS系統(tǒng)校核、操作員培訓(xùn)系統(tǒng)（OTS）等不同階段，而且所有的應(yīng)用都在一個相同的平臺上！
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