發(fā)布時間：2020-11-04 08:12

　　 交通、通信、供水、輸油、輸氣和輸電等生命線系統(tǒng)當代文明社會得以維持和發(fā)展的根本。滿足生命線系統(tǒng)功能飛速發(fā)展的需求和安全保障的重大需要,各生命線系統(tǒng)之間的空間和功能依賴性日益顯著,生命線系統(tǒng)呈現(xiàn)出復雜網(wǎng)絡體系的特點,各系統(tǒng)間功能上互助支持、制約和空間共存等耦聯(lián)效應尤為突出。在人為的或自然的破壞因素作用下,初始、單一的生命線節(jié)點破壞事件由于生命線網(wǎng)絡內(nèi)部及之間存在的不同層次的依賴性特征,極易產(chǎn)生更大區(qū)域網(wǎng)絡或整個生命線系統(tǒng)的級聯(lián)失效現(xiàn)象,如2001年“911”恐怖襲擊、2005年“卡特里娜颶風”、2008年“汶川地震”和2011年日本“311”地震等人為的或自然的破壞因素都印證了上述觀點。充分考慮生命線網(wǎng)絡間的依賴性問題,才能更準確地評估生命線網(wǎng)絡在災害因素下的性能和易損性,因此,基于依賴性視角,開展生命線網(wǎng)絡在災害作用下的相關安全問題研究具有重要意義。生命線網(wǎng)絡規(guī)模巨大、結構復雜、節(jié)點形式與材質(zhì)多樣和災害風險程度差異性大等特點,分析生命線系統(tǒng)在災害作用下的整體反應規(guī)律,直接進行大范圍的試驗不現(xiàn)實,數(shù)值仿真技術是當今研究災害作用下生命線系統(tǒng)相互依賴條件下的性態(tài)評估方法中的最重要手段之一,但有很多問題沒有較好解決,如生命線系統(tǒng)相互依賴條件下的災變模式、生命線網(wǎng)絡間不同層次依賴性的建立、初始破壞的蔓延機制和生命線網(wǎng)絡可靠性的快速計算等。本文對以上問題展開研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)本文以大慶油田基地的輸油系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)為研究對象�；�于復雜網(wǎng)絡模型將輸油系統(tǒng)抽象為包括集油站、聯(lián)合站和油庫等功能設施的節(jié)點集合,以及設施間的埋地輸油管線的有向邊集合所構成的輸油網(wǎng)絡;同理將將輸電系統(tǒng)抽象為由發(fā)電廠、一次變電站和二次變電站等設施的節(jié)點集合以及節(jié)點間的架空輸電線路的有向邊集合所構成的輸電網(wǎng)絡;不同網(wǎng)絡內(nèi)部的有向邊直接表示所連接節(jié)點的依賴關系;根據(jù)實際調(diào)查資料,構建輸電網(wǎng)絡二次變電站與輸油網(wǎng)絡中各類節(jié)點構建功能依賴節(jié)點對,將網(wǎng)絡間的依賴性程度表示為輸電網(wǎng)絡的二次變電站節(jié)點失效條件下輸油網(wǎng)絡對應節(jié)點失效的條件概率,并作為虛擬邊添加至輸油網(wǎng)絡和輸電網(wǎng)絡中,進而構建涵蓋不同層次依賴性關系的生命線網(wǎng)絡系統(tǒng)。(2)基于小范圍蓄意破壞作用下生命線網(wǎng)絡的破壞特點,提出了一種模擬小范圍破壞作用的人為設定破壞衰減模型,從拓撲和資源流兩方面設計了反映生命線網(wǎng)絡性能變化的相對指標,并模擬了在網(wǎng)絡間不同功能依賴水平下目標生命線網(wǎng)絡的性能和易損性;基于設定破壞衰減模型,提出了識別生命線網(wǎng)絡關鍵節(jié)點的方法,擴展了之前研究中通過移除單一生命線網(wǎng)絡要素(節(jié)點或邊)進行評價的思路,并以2005年林甸地震中失效的喇十四二次變電站進行了關鍵性驗證,在網(wǎng)絡間功能依賴性水平大等于0.75水平下,目標節(jié)點的關鍵性數(shù)值模擬結果與實際結果基本吻合,不僅驗證了所設計的關鍵性指標,而且驗證了本文方法的可行性。(3)以實際震害為例,研究了大范圍破壞作用對生命線網(wǎng)絡的影響規(guī)律,提出了一種模擬震害作用下生命線網(wǎng)絡在不同功能依賴水平下目標生命線網(wǎng)絡的性能和易損性的分析方法;并通過對2005年林甸地震的仿真模擬可知,模擬的震害損失結果與該地震造成的生命線網(wǎng)絡實際損失基本吻合,驗證了所提出方法的可行性和科學性,說明所提出的方法具有較為可靠的生命線網(wǎng)絡震害損失預測能力;(4)提出并實現(xiàn)了一種基于等價網(wǎng)絡的生命線網(wǎng)絡可靠性計算方法,以幾類經(jīng)典的生命線網(wǎng)絡為例進行了計算,并與其它經(jīng)典的可靠性計算方法進行對比,對于3×100型的格網(wǎng)形式網(wǎng)絡的兩端可靠性問題,計算耗時僅為28.04 s,而其它方法則不能計算,說明本方法的可行性和高效性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：P315.9;TM75;TE88
【部分圖文】：

圖 1-1 生命線網(wǎng)絡的恢復力圖解Fig.1-1 Illustration of the lifeline resilience下，由依賴性所導致的破壞在生命線網(wǎng)絡中的傳播和美國國土安全部為代表的權威機構制定了與之相關的劃，2013 年的關鍵基礎設施保護計劃中把提升生命

生命線網(wǎng)絡的恢復力的評價Fig.1-2Evaluationofthelifelineresilience

- 19-圖 2-2 采油六廠生命線網(wǎng)絡放大圖Fig.2-2 Local enlarged drawing of lifeline networks in the Sixth oil production plant
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本文編號：2869861