Постановка проблемы оптимизации трасс линейных инженерных сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТРАСС ЛИНЕЙНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Пененко В.Д.

Саратовский государственный технический

университет имени Гагарина Ю.А.

Объектом исследования и оптимизации является линейная часть магистрального газопровода. Целью работы является определение оптимальной трассы газопровода с учетом охрану окружающей среды. Рассмотрены факторы, влияющие на строительство и способы определения генерального направления, изучены методы нахождения пути с наименьшей стоимостью по поверхности накопленной стоимости.

Ключевые слова: газопровод, материалоемкость, оптимизация, трасса, алгоритм Ли

THE TASK OF OPTIMIZING THE CHOICE OF THE PIPELINE ROUTE

Penenko V.D., Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

The object of research and optimization is the linear part of the main gas pipeline. The aim of the work is to determine the optimal pipeline route taking into account the environmental protection. Factors influencing the construction and methods of determining the general direction are considered, methods of finding the path with the least value over the surface of the accumulated value are studied.

Keywords: gas pipeline, material consumption, optimization, route, Lie algorithm

Российская газотранспортная система является одной из крупнейших в мире.

Ежегодно в мире добывается 3,5 триллиона кубометров газа, при этом в России - 640 миллиардов кубометров, 35 % из которых экспортируется.

Вот примерные цифры по годовой добыче газа на крупнейших месторождениях России:

· Уренгойское - 36,8 млрд м³ в год;

· Заполярное - 130 млрд м³ газа в год, самое мощное месторождение;

· Бованенково - 67,5 млрд м³ в год, основной экспортёр Европы;

· Штокмановское - 23,7 мдрд м³ в год;

· Ковыктинское - 25 млрд м³ в год;

· Сахалин 3 (Киринское, Южно-Киринское, Мынгинское) - около 18 млрд м³ в год.

Газовые сети достаточно капиталоемкие проекты. Сравнивая возможные виды транспортировки газа (автомобильный, железнодорожный, судоходный и трубопроводный транспорт) по основным параметрам (капитальные затраты, эксплуатационные затраты, грузоподъемность, сезонные ограничения, транспортировка в неблагоприятных условиях), применение газопроводов экономически выгодно.

Преимуществами трубопроводного транспорта газа являются:

- прокладка газопроводов в различных направлениях;

- всесезонная работа вне зависимости от природных воздействий;

- надёжность и простота эксплуатации;

- низкая транспортировочная себестоимость;

- сохранность продукта за счет герметизации трубы;

- меньшая материалоёмкость и капиталоёмкость;

- полная автоматизация операций по транспортировке.

Проектирование маршрута прокладки - это первый шаг в процессе планирования и строительства газопровода, который оказывает существенное влияние на эксплуатацию трубопровода и оптимизация этого процесса важна для минимизации финансовых потерь.

Для эффективного выбора трассировки газопровода следует спрогнозировать развитие уже существующих газовых сетей, разработать улучшенные методы и алгоритмы, а также использовать геоинформационные технологии.

Для достижения цели планируется: изучить литературные источники, имеющееся программное обеспечение и инструменты по предметной области, провести сравнительный анализ существующих алгоритмов построения оптимального расстояния.

В работе планируется рассмотреть построение маршрутов газопроводов на основе однокритериального подхода, как наиболее оптимального, так как при технико-экономическом обосновании самым важным критерием является стоимость.

Оптимизацию трассы газопровода между заданными точками возможно осуществить по различным критериям, при этом оптимальной будет считаться трасса, вдоль которой мы получаем максимальное или минимальное значение оценочного критерия, в качестве которого можно использовать минимум капитальных и эксплуатационных затрат или минимум приведенных затрат в сооружение и эксплуатацию газопровода. Дополнительными критериями являются: минимум металловложений; минимум трудовых затрат и минимальный срок сооружения газопровода.

Факторами, влияющими на стоимость строительства, являются:

- диаметр газопровода (с увеличением диаметра увеличивается металлоемкость);

- давление газа (чем выше давление в газопроводе, тем толще стенка трубы, что приводит к увеличению стоимости);

- природные условия;

- экономико-географические условия.

В настоящее время с технологическим прогрессом с каждым годом появляются всевозможные программы на ЭВМ для расчетов инженерных сооружений, усовершенствуются методики для нахождения оптимальных показателей. У любого метода есть свои недостатки и преимущества. Литературный поиск подразумевал под собой нахождение необходимой для анализа информации, в его ходе были найдены следующие методы определения оптимальной трасы газопровода:

- метод Л.А. Бабина и П.П. Бородавкина (метод среднестатистического коэффициента) [1];

- метод П.П. Бородавкина (усовершенствованный метод среднестатистического коэффициента) [8];

- поиск оптимальной траектории газопровода и кратных трасс газовых сетей между двумя точками на плане;

- выбор оптимальной трассы газопровода на прямоугольной сетке с диагоналями;

- метод наименьших квадратов [3, 4, 5];

- выбор оптимального варианта трассировки газопровода на основе карт стоимости основных влияющих факторов [2];

- метод оптимизации трассировки газовых сетей с применением генетических алгоритмов и др.

В настоящее время методы выбора оптимального расположения трассы газопровода (на стадии проекта) разработаны достаточно хорошо, однако при этом трасса не должна выходить за пределы, определенные на стадии технико-экономического обоснования проекта. Сложность строительства магистрального газопровода заключается в основном в том, что разные участки трассы требуют разные конструктивные схемы, помимо этого нужно учитывать ряд факторов, таких как: защита окружающей среды; пересечение рек или других водных преград; приближение к автодорогам и населенным пунктам.

В книге Бородавкина П.П. и Березина В.Л. [1] наиболее полно представлена информация для изучения теории проектирования и строительства газопроводов, исследованы основные задачи проектирования в теоретическом плане, показано большое количество условий для цифровой модели, что позволяет оценивать условия строительства в различных климатических и географических зонах, осуществлять поиск с помощью программ ЭВМ.

Анализ показывает, что все исходные данные подразделяются на следующие две группы: данные, не зависящие от гидрогеологических, климатических и топографических характеристик местности, в которых будет осуществляться прокладка газопровода (начальная, промежуточные и конечная точки трубопровода, диаметр, количество транспортируемого газа и др.), и данные, определяемые этими условиями (количество и вид искусственных и естественных преград, количество населенных пунктов, питаемых от проектируемого газопровода, наличие линий электропередачи, качество сельхозугодий и пр.) [6].

Ввиду большого количества исходной информации, для нахождения оптимальной трассировки газопровода, следует ограничить область ее поиска, например, используя метод среднестатистического коэффициента развития траектории газопровода [1].

оптимизация линейный магистральный газопровод

Пример карты местности

Для разработки программы ЭВМ можно использовать алгоритм Ли или метод волнового алгоритма, заключающийся в поиске оптимального кратчайшего пути, избегая различные препятствия. Для удобства территорию (рисунок), по которой будет проходить газопровод, и представляющую массив размерностью M x N следует поделить на клетки, где каждая клетка может быть либо проходимой, либо непроходимой.

При этом в красных квадратах можно разместить непроходимые препятствия в виде рек, болот, зеленых насаждений, дорог и др. Необходимо задать координаты начальной А и конечной В точек трассы. Нашей задачей будет попасть из точки A в точку B кратчайшим путем. Методика может включать в себя не только точки начала и конца пути, но и дополнительные (вспомогательные) точки, подразумевающие расположение компрессорных станций (газораспределительных станций) или точек смены конструктивного решения.

Рассмотрев и проанализировав современные способы прокладки магистральных газовых сетей (например, метод среднестатистического коэффициента) и способы прокладки линейной части, мы пришли к выводу, что существующая практика выбора трассировки магистральных газопроводов, подразумевающая прокладку по прямой линии от начальной до конечной точки, не всегда является оптимальной и экономичной. Как показывает анализ, стоимость прокладки непротяженного, но сложного с точки зрения проведения строительно-монтажных работ газопровода очень часто превышает стоимость сооружения многокилометрового обхода возникающих на пути преград [7]. В этой связи при выборе трассировки газопровода следует учитывать все факторы, влияющие на стоимость прокладки [1].

Список литературы

1. Бородавкин П.П., Березин B.JI., Рудерман С.Ю. Выбор оптимальных трасс магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1974. 240 с.

2. Кузнецов И.С., Кузнецов Р.Н., Горских А.А. Поиск маршрута прокладки инженерных сетей с наименьшей стоимостью // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. 2009. № 4 (16). С. 31- 38.

3. Медведева О.Н. Моделирование и оптимизация межпоселковых систем газораспределения/Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: строительство и архитектура. 2012. № 28. С. 135-142.

4. Медведева О.Н. Рекомендации по выбору оптимальных параметров систем газоснабжения населенных пунктов//Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 515-519.

5. Медведева О.Н. Выбор трассировки газопровода на плане газоснабжаемой территории // Научный журнал строительства и архитектуры. 2010. № 3. С. 60-67.

6. Медведева О.Н. Оптимизация структуры распределения газового топлива // Вестник гражданских инженеров. 2009. № 4. С. 73-76.

7. Медведева О.Н., Жмуров А.В., Капустина М.А. Оптимизация межпоселкового транспорта газа//Техническое регулирование в транспортном строительстве. 2016. № 1 (15). С. 65-68.

8. Молочко А.В., Жучков П.С. Имитационное моделирование риска чрезвычайной ситуации при аварии на участке магистрального газопровода (на примере Петровского района Саратовской области) с использованием геоинформационных технологий // Изв. Сарат. Ун-та. Новая серия. Сер. Науки о Земле. 2011. Т. 11. Вып. 2. С. 20-27.

Размещено на Allbest.ru