非自然灾害下基础设施系统关联可靠性分析

摘要

城市基础设施系统作为一个复杂的巨系统，包括了电力、供水、燃气、热力、交通运输、通信等多个子系统，涉及到城市日常生产、生活的各个方面，系统的完善和可靠是城市不断发展的保障，直接决定着社会经济能否维持稳定的增长。 近年来，不断有如第三方施工等原因破坏城市基础设施系统，造成某一区域内的生产和生活受到影响的类似事故发生。因此，城市基础设施既为城市输送物质、能量与信息，是城市的“生命线”，但同时也是城市的“生病线。城市经济不断发展的同时也推动着基础设施系统结构和功能的完善，各子系统之间在功能上相互关联，相互依赖，某一子系统受损或崩溃将影响其他关联子系统的正常运行，进而在各子系统内部及子系统之间产生“多米诺骨牌”的连锁效应，加剧基础设施故障程度，从而直接威胁到国民生活秩序和社会的经济稳定。因此，针对城市基础设施各子系统间受关联关系的影响这一问题展开研究，分析各子系统间相互影响的程度以及系统的关联可靠性等方面的工作是很有必要的。对此，本文对城市基础设施系统的关联影响这一问题进行了如下的研究工作： （1）通过文献学习总结归纳目前国内外学者对于城市基础设施系统间存在的关联关系以及复杂网络模型的研究成果及不足，提出对非自然灾害下城市基础设施系统关联可靠性问题的研究。选择华中某市电力系统和供水系统作为研究对象，基于复杂网络理论，分别定义两个系统的简化规则，并以系统间的功能关联为主，以节点间欧式距离最近为原则建立电力--供水系统的关联模型，分别以复杂网络的最大连通子图和网络的相对效率两个指标衡量系统的可靠性。 （2）考虑到如第三方施工等非自然灾害情况可能会直接作用在城市基础设施系统的某一元件上，也可能直接破坏组成系统的线路，如输电线路、供水管段等，因此，分别对节点故障和边故障下的系统可靠性进行分析。结果表明，当电力系统或供水系统发生节点故障和边故障时，该系统的可靠性均会随着故障的范围扩大而降低，同时由于两个基础设施系统间存在功能上的关联，导致另一系统的可靠性也会随着初始关联系统故障程度的加重而出现不同幅度的下降，且在系统发生相同程度的故障时，以最大连通子图衡量的局部系统可靠性要略强于以相对效率衡量的系统全局可靠性。 （3）由于如第三方施工等非自然灾害对城市基础设施的直接作用可能同时影响一定范围内的各系统的元件或线路的正常工作，因此，用作用的影响范围表示偶然因素的作用强度，研究当以作用点为中心，一定半径范围内的组件同时失效时，系统的可靠性变化情况。 （4）定义节点效率并验证利用节点效率衡量系统节点的重要性这一方法的有效性和准确性，并对系统中的关联节点的效率进行分析，在此基础上提出以均衡节点效率和均衡节点度分布的方式来降低关键节点对关联基础设施系统可靠性的影响。在考虑成本约束的条件下，对城市关联基础设施系统的优化提出合理建议，以达到提高系统可靠性的目的，为城市基础设施系统的运营维护、抢险救援以及未来的改扩建等完善工作提供了有效的依据。

目录

第一个书签之前