生命线工程震害对策的网络分析及实例

以某市供水管网为例,利用网络分析法对生命线工程进行分析,提出生命线工程中影响整个网络可靠性的关键元件,研究生命线工程的震害对策,提出已建城市生命线网络系统抗震加固的最优决策方案,以求用最小的投入达到最佳的减灾效益。结果表明,网络分析法能克服其它方法所带来的不完整性和人为因素大等诸多问题,也是生命线工程当前发展的必然趋势。     

1996年2月3日云南丽江7.0级地震丽江县城震害统计和损失评估

在丽江７．０级地震中，丽江县城大研镇遭受到８度地震破坏，死亡７７人，死亡率为万分之十二点五，房屋破坏，室内财产和生命线工程的直接经济损失总计为７．８６亿元，相当于丽江全县近两年的工农业总产值，在县城中，按８度抗震设防的砖混和钢筋混凝土结构的房屋建筑和生命线工程经受住了这次七级地震的考验，大多为基本完好和轻微损坏，而大量民族形式的穿斗木构架土坯围护墙房屋破坏较为严重，在重建家园中应采取抗震措施。     

新疆新源、和静交界M_S6.6地震生命线及重大工程震害特征分析

2012年6月30日新源、和静交界MS6.6地震较为显著的特点是多种生命线与重要工程出现了不同程度的破坏。为了给今后灾区恢复重建、规划发展提供科学可靠的数据,通过实地科学考察,归纳、介绍了灾区生命线与部分重大工程概况及其震害特征,并分析这些破坏产生的原因。由于震区的抗震设防烈度相当于本次地震的极震区烈度Ⅷ度,因此本次地震对生命线和重大工程总体的破坏相对较轻,主要的震害原因是高烈度的破坏和地震动引发的地震地质灾害。     

2004年12月26日印度尼西亚地震海啸灾害考察

印度洋地震海啸的灾害是严重的。本文介绍了印度尼西亚在这次地震海啸中的灾害情况，包括建筑物的破坏、生命线工程的破坏等。最后提出了几点建议。     

具有中介状态的生命线网络系统抗震可靠性分析

现有的生命线抗震可靠性分析多采用两元易损性假设，即假设单元和系统的工作状态仅有“连通”与“断开”两种，并以连通可靠度近似代替系统抗震可靠性。事实上，系统或单元的工作状态从“连通”与“断开”是渐变的，或者说从连通到不连通之间具有中介状态，通过建立生命线工程的震后工作状态判别准则，定义了“连通-中介-断开”三维可靠性向量。并在传统“连通—断开”模式下的网络系统可靠性评估方法的基础上，提出具有中介状态的生命线网络工程系统抗震可靠性评估方法。     

澜沧—耿马地震生命线工程及特殊构筑物震害

１９８８年１１月６日云南澜沧－耿马地震，作者对一些生命线工程和特殊构筑物进行了实地考察，并着重对一些道路、桥梁、水库、邮电和特殊构筑物在地震时遭受的破坏现象及破坏程度作了描述，在此基础上总结了一些经验和教训，为我们今后新建或扩建工程提供了一些参考依据。     

地震地质灾害对广州市部分城区工程环境的影响分析

通过震害预测研究,探明地震地质灾害源,应用地理信息系统掌握地震地质灾害源空问分布情况,分析其对工程环境的影响范围和影响程度,有助于政府制定防震减灾规划和城市建设与改造。针对广州市部分城区的地震地质灾害源、建筑物、生命线工程、地震次生灾害源的分布情况,应用基于GIS平台的防震减灾信息管理与地震应急辅助决策系统,分析了该区内地震地质灾害破坏对建筑物、生命线工程和地震次生灾害源的影响。结果表明,城市中的建筑物、生命线工程和地震次生灾害源不同程度地受到地震地质灾害的影响。     

鲁甸地震生命线工程震害特点及应急抢修

在现场调查的基础上,本文总结分析了鲁甸地震交通、通信和电力等三类生命线工程的震害特点及应急抢修情况。鲁甸地震是一次较典型的山区地震,地震地质灾害和强地震动共同作用是造成生命线工程破坏的主要原因。交通系统的主要震害是山体滑坡引起的道路中断,灾区属于高山峡谷地形,道路抢通困难。电力系统的小型水力发电站破坏严重,龙头山变电站的破坏直接导致其下级的2个变电站也断电。通信系统在本次地震中受的影响相对较小,恢复也较快。     

一种生命线工程地震直接经济损失预测的改进算法——以水池和供水管网为例

生命线工程对区域内的经济和社会功能维系起到重要作用,一旦遭到地震破坏,将带来巨大的经济损失和诸多次生的负面影响。因此,生命线工程的地震损失评估工作是十分重要的。针对传统的生命线工程地震直接经济损失预测的计算方法时常会带来的缺乏区分度的问题,利用线性插值法,提出了一种改进公式。并以水池和供水管网为例,进行了计算和比对。证明了改进方法具有以下优点:能够克服传统方法缺乏区分度的问题,对某一地震破坏等级对应的震害指数的变化导致预测结果展现出足够的区分度;足够简便,不会带来过多的运算量上升;没有引入新的概念,能够较好地融入现有震害评估体系。     

生命线地震工程的发展与前瞻

系统地回顾了国内外生命线性震工程的研究和发展，总结了20多年来在生命线工程震害预测，直接和间接损失评估等方面的研究成果，简述了基中几种有代表性的分析方法；论述了当前我国生命线地震工程研究中存在的主要问题，并对今后研究中应综合考虑的因素进行了探讨。     

供电网络系统的可靠性分析

研究了生命线工程系统中供电网络系统的可靠性分析方法。在元件可靠性分析的基础上,进行供电网络系统工程地震可靠性分析,提出了供电网络系统功能失效分级及失效等级的判定方法,并建立了功能失效系数的概念,给出了供电网络系统功能失效系数的计算方法,从而实现了供电网络系统功能失效分析的定量化。     

生命线工程网络抗震可靠性算法研究

现代城市的迅速发展对生命线工程系统依赖性逐渐增强。地震后生命线工程系统的性能直接决定了灾后生活和生产的恢复以及抢险工作的进行,因此对生命线工程系统进行地震作用下的可靠性分析具有十分重要的意义。本文中主要介绍2种求解大型网络抗震可靠度算法———最小路递推分解算法和最小割递推分解算法。在此基础上,利用这2种算法对沈阳市供气系统进行了分析。研究结果表明,合理选择使用这2种算法可以有效的进行不同地震烈度条件下的大型生命线工程系统的可靠性分析。     

Multi‐scale system reliability analysis of lifeline networks under earthquake hazards

Recent earthquake events evidenced that damage of structural components in a lifeline network may cause prolonged disruption of lifeline services, which eventually results in significant socio‐economic losses in the affected area. Despite recent advances in network reliability analysis, the complexity of the problem and various uncertainties still make it a challenging task to evaluate the post‐hazard performance and connectivity of lifeline networks efficiently and accurately. In order to overcome such challenges and take advantage of merits of multi‐scale analysis, this paper develops a multi‐scale system reliability analysis method by integrating a network decomposition approach with the matrix‐based system reliability (MSR) method. In addition to facilitating system reliability analysis of large‐size networks, the multi‐scale approach enables optimizing the level of computational effort on subsystems; identifying the relative importance of components and subsystems at multiple scales; and providing a collaborative risk management framework. The MSR method is uniformly applied for system reliability analyses at both the lower‐scale (for link failure) and the higher‐scale (for system connectivity) to obtain the probability of general system events, various conditional probabilities, component importance measures, statistical correlation between subsystem failures and parameter sensitivities. The proposed multi‐scale analysis method is demonstrated by its application to a gas distribution network in Shelby County of Tennessee. A parametric study is performed to determine the number of segments during the lower‐scale MSR analysis of each pipeline based on the strength of the spatial correlation of seismic intensity. It is shown that the spatial correlation should be considered at both scales for accurate reliability evaluation. The proposed multi‐scale analysis approach provides an effective framework of risk assessment and decision support for lifeline networks under earthquake hazards. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

A recursive decomposition algorithm for network seismic reliability evaluation

A new probabilistic analytical approach to evaluate seismic system reliability of large lifeline systems is presented in this paper. The algorithm takes the shortest path from the source to the terminal of a node weight or edge weight network as decomposition policy, using the Boolean laws of set operation and probabilistic operation principal, a recursive decomposition process then could be constructed. For a general weight network, the modified Torrieri method (NTR/T method) is introduced to combine with the suggested algorithm. Therefore, the recursive decomposition algorithm may be applied to evaluate the seismic reliability of general lifeline systems. A series of case studies, including a practical district electric power network system and a large urban water supply system, show that the suggested algorithm supplies a useful probabilistic analysis means for the seismic reliability evaluation of large lifeline systems. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于DEA分析的生命线网络节点抗灾相对可靠度评估

对于生命线工程网络系统而言,合理分析和评估其带有网络特征的节点可靠度,比只研究单体可靠度更具实际意义。基于数据包络分析法（Data Envelopment Analysis,DEA）有效性分析的思想,提出了生命线网络节点抗灾相对可靠度的概念。从生命线工程在灾害环境下着重体现出的系统性和网络性出发,考察网络中的节点所能实现的资源供给功能与其所在网络中的空间结构重要性是否匹配,即功能性相对于结构性的可靠度。选择节点资源实际需求量和管内水压作为DEA有效性分析的输入参数,结构重要性作为输出参数,并用网络中介中心性评价结构重要性,获得相应参数。通过实例分析,得出实例工程网络中各节点相应的DEA有效性分析结果,即相对可靠度,并通过对参数的权系数调整,得到了使非有效单元变为有效单元的调整值。该调整值可供优化及改进工程网络的技术性调整方案参考,相对可靠度也可作为评价工程网络系统性能的有益补充。     

基于模拟退火算法的供水管网抗震优化设计

本文以管网造价为优化目标,管网拓扑结构为优化参数,管网节点最低可靠度为约束条件,建立了供水管网抗震拓扑优化模型。在供水管网功能可靠性分析方法的基础上,结合单元概率重要度分析方法,利用模拟退火算法提出了供水管网的抗震拓扑优化方法,并对一典型供水管网进行了拓扑优化分析。分析表明,对于管网抗震拓扑优化这样一个组合优化问题,模拟退火算法提供了一类很好的途径,以此为基础进行供水管网抗震可靠性优化设计具有很好的效果。     

Reliability upgrading of lifeline networks for post-earthquake serviceability

Efficient procedures for reliability upgrading of existing lifeline networks for post-earthquake serviceability are presented. A simple method is developed to determine critical components of the network whose strengthening improves the network reliability for specified serviceability criteria. Measures of effectiveness of strengthening each component are also introduced. Based on critical components and measures of effectiveness, step-by-step upgrading procedures are proposed. Both connectivity and minimum-flow serviceability criteria may be specified. Two upgrading objectives considered are achieving a specified target reliability and reducing the total costs of upgrading plus expected losses due to failure of the lifeline. A hypothetical application to a water-distribution system in the San Francisco Bay Area illustrates the proposed method.     

珠江三角洲生命线工程网络的震害分析

对珠江三角洲地区生命线网络工程,在遭受本课题给定的４个震源地震袭击时所受到的震害进行了系统分析,预测其直接经济损失,并对网络工程的可靠性作了评估,此项成果可为制定防震对策提供基础依据。     

基于脆性理论的灾害作用下生命线系统耦联分析

一个城市或地区的承灾能力主要看其基础设施的承灾能力,其中最重要的一个部分就是生命线系统的承灾能力。在分析评价生命线系统承灾能力时,不仅要考察复杂性、均衡性和可靠性这些网络特征,还要考虑各子系统间的关联性。这种关联对生命线系统整体的承灾能力有削弱作用。根据复杂系统脆性理论的思想和脆性联系熵的方法,提出了用系统综合脆性联系熵来反映和评价生命线系统整体的关联特性,并通过判断各子系统间的相互影响关系,量化了生命线系统整体的易损性。经耦联关系分析和计算,灾害破坏下,从生命线系统相互作用来看,电力系统受其他子系统的影响最大;而由于供水系统的关键性和其影响方式的不确定性,灾后首先要恢复的是供水系统的工作或供给。证明了该方法为优化系统组织管理、控制灾后的修复工作和协调子系统间的关系提供了依据。     

输电塔-线体系抗震研究综述

输电线路肩负着输送与分配电力能源的重任,是重要的生命线工程,其可靠性直接影响国民生活与经济发展。近些年数据统计表明:在地震灾害作用下输电塔损坏甚至倒塌时有发生。从理论分析、数值模拟和试验研究三个方面系统介绍了现阶段国内外输电塔-线体系抗震研究的最新进展,总结了现阶段输电塔-线体系抗震研究的成果与不足,并对输电塔-线体系抗震需要进一步研究的问题进行了展望。