[发明专利]一种基于有向图逻辑模型和蒙特卡洛模拟的系统地震易损性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于有向图逻辑模型和蒙特卡洛模拟的系统地震易损性分析方法。该方法首先根据所要研究的系统中各组成部件的连通逻辑关系和系统功能实现路径在Simulink平台建立系统的有向图逻辑模型，确定各组成部件的地震易损性曲线参数并写入到已建立的系统有向图逻辑模型后，以系统能否实现其正常功能作为系统性能评价指标，利用蒙特卡洛模拟法结合部件层面的地震易损性曲线可以获得系统在不同地震动强度下的失效概率样本点，进而通过非线性拟合方式得到系统的地震易损性曲线，实现对系统层面的地震易损性分析。

技术领域

本发明涉及基础设施系统抗灾能力评估领域，尤其涉及一种基于有向图逻辑模型和蒙特卡洛模拟的系统地震易损性分析方法。

背景技术

电力系统、通讯系统、天然气管道、水网系统、交通系统等基础设施系统是实现现代化城市功能、对社会经济和生活运行起关键作用的基础性工程系统,也被形象地称为生命线工程系统，其系统安全性一直备受关注。

然而，近年来国内外震害经验表明基础设施系统在地震中易损性较高，一旦电力等基础设施系统在地震中遭受破坏，会严重危害人民生活及财产安全，给灾后重建工作带来巨大阻碍，并可能引发火灾、爆炸等次生灾害，导致社会功能的瘫痪。因此保障基础设施系统在地震作用下的安全对维系现代城市社会功能具有重要意义。

为了提升基础设施系统抵御地震风险的能力，首先需要对整个系统的抗震性能进行评估，即进行基础设施系统的地震易损性分析。一般的基础设施系统通常需要很多不同的设备或部件以实现系统功能，在部件层面的地震易损性评估方法已经趋于成熟，而目前对基础设施系统常采用的系统性分析方法，包括图论、二分法、故障树分析法、成功路径法和状态树分析法等，或者由于计算量大无法考虑所有设备，或者由于各组成部件间连接的复杂性难以寻找故障树割集或路集而求得解析解。进一步采用简化的数学模型方法可以减少计算量，但往往与实际系统的物理连通模型不符，影响评估精度。

发明内容

鉴于以上背景技术提及因素，本发明提供一种基于有向图逻辑模型和蒙特卡洛模拟的系统地震易损性分析方法，该方法基于系统中各个部件的连通逻辑关系和功能实现路径，建立整个系统的有向图逻辑模型，以系统能否实现其正常功能作为系统性能评价指标，利用蒙特卡洛模拟法结合部件层面的地震易损性曲线以实现对系统层面的地震易损性分析。

本发明要解决的技术问题是：克服现有系统分析方法的不足，提供一种基于蒙特卡洛模拟的基础设施系统地震易损性分析方法。本发明通过建立系统有向图逻辑模型的方法充分考虑了实际工程系统中各个部件的连通逻辑关系和功能实现路径，避开了寻找故障树中最小割集或可靠度计算中路集的困难，结合部件层面的地震易损性曲线可以利用蒙特卡洛模拟快速而精确地求解系统的地震易损性。

本发明采用的技术方案为：

概括说，本发明公开了一种基于有向图逻辑模型和蒙特卡洛模拟的系统地震易损性分析方法。该方法首先根据所要研究的系统中各组成部件的连通逻辑关系和系统功能实现路径在Simulink平台建立系统的有向图逻辑模型，确定各组成部件的地震易损性曲线参数并写入到已建立的系统有向图逻辑模型后，以系统能否实现其正常功能作为系统性能评价指标，利用蒙特卡洛模拟法结合部件层面的地震易损性曲线可以获得系统在不同地震动强度下的失效概率样本点，进而通过非线性拟合方式得到系统的地震易损性曲线，实现对系统层面的地震易损性分析。

具体说，一种基于有向图逻辑模型和蒙特卡洛模拟的系统地震易损性分析方法，实现步骤如下：

步骤一：确定地震动的强度指标x和对系统进行易损性分析时相应地震动强度参数的取值范围(x_min,x_max)及计算步长Δx；

步骤二：根据系统中各组成部件的布置情况和相互连接关系在Matlab软件的Simulink平台建立系统的有向图逻辑模型；