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(fù)雜網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(luò)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(luò)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(luò)間的依賴性問題,才能更準確地評估生命線網(wǎng)絡(luò)在災(zāi)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(luò)在災(zāi)害作用下的相關(guān)安全問題研究具有重要意義。生命線網(wǎng)絡(luò)規(guī)模巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、節(jié)點形式與材質(zhì)多樣和災(zāi)害風險程度差異性大等特點,分析生命線系統(tǒng)在災(zāi)害作用下的整體反應(yīng)規(guī)律,直接進行大范圍的試驗不現(xiàn)實,數(shù)值仿真技術(shù)是當今研究災(zāi)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(zāi)變模式、生命線網(wǎng)絡(luò)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(luò)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。基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)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(shè)施的節(jié)點集合,以及設(shè)施間的埋地輸油管線的有向邊集合所構(gòu)成的輸油網(wǎng)絡(luò);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(shè)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(gòu)成的輸電網(wǎng)絡(luò);不同網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的有向邊直接表示所連接節(jié)點的依賴關(guān)系;根據(jù)實際調(diào)查資料,構(gòu)建輸電網(wǎng)絡(luò)二次變電站與輸油網(wǎng)絡(luò)中各類節(jié)點構(gòu)建功能依賴節(jié)點對,將網(wǎng)絡(luò)間的依賴性程度表示為輸電網(wǎng)絡(luò)的二次變電站節(jié)點失效條件下輸油網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)節(jié)點失效的條件概率,并作為虛擬邊添加至輸油網(wǎng)絡(luò)和輸電網(wǎng)絡(luò)中,進而構(gòu)建涵蓋不同層次依賴性關(guān)系的生命線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。(2)基于小范圍蓄意破壞作用下生命線網(wǎng)絡(luò)的破壞特點,提出了一種模擬小范圍破壞作用的人為設(shè)定破壞衰減模型,從拓撲和資源流兩方面設(shè)計了反映生命線網(wǎng)絡(luò)性能變化的相對指標,并模擬了在網(wǎng)絡(luò)間不同功能依賴水平下目標生命線網(wǎng)絡(luò)的性能和易損性;基于設(shè)定破壞衰減模型,提出了識別生命線網(wǎng)絡(luò)關(guān)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(luò)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(guān)鍵性驗證,在網(wǎng)絡(luò)間功能依賴性水平大等于0.75水平下,目標節(jié)點的關(guān)鍵性數(shù)值模擬結(jié)果與實際結(jié)果基本吻合,不僅驗證了所設(shè)計的關(guān)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(luò)的影響規(guī)律,提出了一種模擬震害作用下生命線網(wǎng)絡(luò)在不同功能依賴水平下目標生命線網(wǎng)絡(luò)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(jié)果與該地震造成的生命線網(wǎng)絡(luò)實際損失基本吻合,驗證了所提出方法的可行性和科學(xué)性,說明所提出的方法具有較為可靠的生命線網(wǎng)絡(luò)震害損失預(yù)測能力;(4)提出并實現(xiàn)了一種基于等價網(wǎng)絡(luò)的生命線網(wǎng)絡(luò)可靠性計算方法,以幾類經(jīng)典的生命線網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(luò)的恢復(fù)力圖解Fig.1-1 Illustration of the lifeline resilience下，由依賴性所導(dǎo)致的破壞在生命線網(wǎng)絡(luò)中的傳播和美國國土安全部為代表的權(quán)威機構(gòu)制定了與之相關(guān)的劃，2013 年的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施保護計劃中把提升生命

生命線網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)力的評價Fig.1-2Evaluationofthelifelineresilience

- 19-圖 2-2 采油六廠生命線網(wǎng)絡(luò)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