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考虑寿命周期成本的灌区水工建筑物群维修计划优化

韩李明  
【摘要】: 灌区是我国实现农业现代化和国民经济持续发展的基础和保障,然而我国正在运行的大中型灌区大部分修建于上世纪五、六十年代,灌区的进一步发展存在着严重的困难。中国经济进入高速发展时期,各行业各部门大量地挤占农业用水,需要进一步开发水利资源,修建大批的水利工程,水资源的开发业已进入高成本阶段。本文将寿命周期成本(Life Cycle Cost,简称LCC)理论引入到灌区水利工程的维修管理领域,以混凝土结构的维修工法和维修对应的时间为决策变量,以结构在整个寿命周期内的总成本最低、耐用年数最长、劣化率最低为目标,用一定的优化方法对灌区建筑物群维修计划进行优化,在工程的安全性与经济性之间寻找合理的维修方案。针对工程运行的不同阶段,保证以最小的维修资金投入获得更好的工程性能和更长的使用寿命。优化得到的非劣解可以提供合理的维修方案达到节约成本的目的,也可以在资金投入不足的情况下,为发挥结构的最大性能提供相应的维修计划。 本文主要进行了以下几个方面的研究: (1)LCC理论在水利工程领域的应用及针对维修加固计划的实用分析模型研究。 (2)统计分析了灌区混凝土结构的主要病害,指出了灌区建筑物病害的主要特征;研究了结构的老化与不同病害产生的原因和机理。 (3)建立了以结构可靠度为评价准则的水工结构劣化评价指标体系,并应用灰色聚类分析方法、模糊可拓层次分析方法和模糊熵权层次分析方法对水工结构的劣化进行了评价。 (4)考虑到水工结构劣化过程具有一定的随机性,本文应用马尔科夫过程对水工混凝土结构的劣化工程进行分析与预测,奠定了LCC优化的基础。 (5)介绍了NSGA-Ⅱ算法的基本原理,在此基础上引进了改进的分组非劣排序选择遗传算法(GNSGA-Ⅱ),该算法继承了NSGA-Ⅱ算法原有的优点,为解决含有约束条件的有约束多目标优化问题提供了较好的寻优方法,使最终生成的非劣解更趋合理。 (6)建立了基于LCC分析的水工结构维修计划优化模型,并利用改进的分组非劣排序选择遗传算法(GNSGA-Ⅱ)对维修计划方案进行了优化。


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