Технологические расчеты. 
Сетевой анализ в ГИС

Знание топологии сети позволяет найти ответы на многие вопросы. Но есть ряд задач, которые невозможно решить без учета физической сущности сетей.

Вот пример простой схемы тепловой сети с двумя источниками и двумя потребителями (рис. 4). Как определить, в какую сторону потечет вода по среднему участку? Найти ответ путем логического анализа топологии сети невозможно.

Рис. 4.

Решение зависит от многих факторов: напора на выходе каждого источника, гидравлических сопротивлений всех участков трубопроводов, тепловых и гидравлических параметров потребителей и т. д. Без физических расчетов, учитывающих технологию функционирования сети, тут обойтись уже нельзя.

Для каждого типа инженерных сетей существует множество методик своих технологических расчетов. Это электрические, гидравлические, теплогидравлические, прочностные расчеты, выходящие за рамки данного предмета. Важно то, что использование ГИС существенно облегчает и упрощает работу по созданию расчетной модели сети и вводу атрибутивных данных.

Расчетная модель и реальность

Следует отметить, что создаваемая для расчетов сеть все-таки является моделью, а не полной копией сети на местности.

Однолинейное представление участков.

В некоторых сетях участки содержат несколько параллельно идущих ниток. Так, в электрической трехфазной сети параллельно идут три фазы, или три фазы и ноль. В тепловых сетях, как правило, всегда рядом идут подающий и обратный трубопроводы, а могу быть трехтрубные и четырехтрубные сети. С точки зрения модели совсем не нужно рисовать рядом три провода или две трубы. Пользователь вводит участки сети в одну линию, а расчетная задача, если это необходимо, уже сама переводит внешнее представление сети во внутреннюю кодировку. Например, схема, приведенная на рис. 4, будет преобразована в памяти компьютера примерно к виду, показанному на рисунке 5:

Степень детализации при изображении сети.

Степень детализации при изображении сети, в зависимости от требований модели, может быть различна.

Например, в водопроводной сети могут присутствовать сотни задвижек. Их назначение — перекрывать те или иные участки сети. Но модель может быть построена так, что изображать задвижки не будет необходимости. Вместо задвижки можно просто «включать» и «отключать» сам участок, а физическое влияние задвижки можно учесть в атрибутах коэффициентом местного сопротивления.

Рис. 6.

Показанные на рисунке 6 схемы эквивалентны, но на второй схеме на три узла и три участка меньше. Когда таких «лишних» объектов тысячи и по ним нужно заносить десятки атрибутов, время ввода существенно замедляется.

Если в здании несколько абонентских узлов, то объектом «потребитель» можно описать каждый узел ввода отдельно. И в этой же сети можно описать целый квартал одним обобщенным потребителем рис. 7.

Рис. 7.

В жизни такого потребителя как квартал не существует, но именно такая генерализация позволяет быстро производить расчеты магистральных сетей, не разрисовывая распределительную сеть внутри квартала. Особенно это важно, когда магистральные и внутриквартальные сети находятся на балансе разных предприятий.

Точность и подробность изображения.

Геодезическая точность задания координат и обязательное наличие всех точек переломов на участках в некоторых расчетных задачах вообще не имеет большого значения. Например, повороты и изгибы проводника никак не влияют на силу протекающего в нем тока. Важна общая длина провода, которую можно задать как атрибут.

На рисунке 8 изображены два способа задания одного и того же участка тепловой сети. Верхний участок соединяет две камеры прямой линией. Нижний участок соединяет эти же две камеры, но линия выполнена с прорисовкой П-образных компенсаторов, которые по определенным законам влияют на гидравлическое сопротивление сети.

Рис. 8.

С точки зрения графа оба способа топологически корректны. Физические свойства компенсаторов для технологического расчета нужно учесть в обоих случаях, задав соответствующие атрибуты, так как подробность прорисовки никак не указывает на наличие физически значимых особенностей. В результате, инженер технолог, которому требуется просто посчитать сеть, выберет первый вариант, хотя геодезист будет его уверять, что сеть введена неверно.

По изложенным выше причинам множество объектов паспортизации и множество объектов расчетной модели одной и той же сети сильно не совпадают. Например, один расчетный участок может состоять из нескольких эксплуатационных. Попытка использовать инвентаризационные объекты в качестве объектов расчетной модели приводит к ее значительному и неоправданному усложнению.

Получается, что, с одной стороны, очень удобно, когда расчетный граф сети привязан к местности. С другой стороны, качественный с точки зрения геодезии и полный, с точки зрения паспортизации, ввод элементов сети, существенно отдаляет момент начала расчетов, ничего не добавляя к ним содержательно.

Поэтому, во многих организациях схема сети для паспортизации и технологическая схема для расчетов, ведутся параллельно, несмотря на проблему согласования нескольких представлений одной и той же сети, о которой говорилось выше.

Быстрый ввод упрощенной схемы сети позволяет инженерам быстро начать расчеты, а в дальнейшем, по мере надобности и при наличии свободных временных и людских ресурсов, ее уточнять.