JPH07182306A

JPH07182306A - 配管の流量・圧力シミュレーション装置

Info

Publication number: JPH07182306A
Application number: JP32703193A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Sawada; 和昌沢田; Toshihiro Seki; 敏弘関; Toshimori Muraki; 寿守村木
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Tokyo Gas Engineering Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Tokyo Gas Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-07-21

Abstract

(57)【要約】【目的】管網解析によりガスや水道水などの流体を供
給する配管の流量や圧力をシミュレーションする装置に
おいて、管網解析に必要な需要量の割り出しを容易にす
ること。【構成】配管網に流体需要量を割り振り管網解析を実
行することにより配管の流量・圧力を計算する配管の流
量・圧力シミュレーション装置において、流体供給量デ
ータを含む顧客データベースを記憶する記憶手段と、前
記顧客データベースの流体供給量データから配管の流体
需要量を演算する需要量演算手段とを設けるか、また
は、配管の口径データを含む設備データベースを記憶す
る記憶手段と、前記設備データベースに含まれる配管の
口径データから液体供給量を推定する推定手段と、前記
液体供給量から配管の流体需要量を決定する需要量決定
手段とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスや水道の供給圧力
を確認したり、需要量の増加に対してガスや水道水を供
給する配管の口径を決定する際に有用な配管の流量・圧
力シミュレーション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスや水道の供給事業者は需要者に対し
て常に必要な圧力で必要な流量を供給しなければならな
いので、供給圧力が安定しているかどうかを確認した
り、需要量の増加に対しては十分な口径の配管を設計す
る必要がある。ガスも水道水も圧縮流体か非圧縮流体か
の違いはあるものの、その流量と、配管の長さと、圧力
との間には流体力学上一定の関係があることが知られて
おり、実験科学的にも確認されている。

【０００３】ガスや水道の配管は通常網状に付設されて
いるので管網と呼ばれており、管網の特定位置における
圧力や特定配管の流量を求めるための管網解析技術が確
立されており、この管網解析技術を利用した流量・圧力
シミュレーション装置が開発されている。管網は複数の
ループを含む複雑な形状をしているために、管網解析に
あたっては非線形の多連立方程式を解かなければなら
ず、計算が極めて複雑で時間がかかる。この解決方法の
１つとして、古くよりハーディ・クロス法が知られてお
り、水道供給の分野では古くから管網解析に利用されて
いる。この方法によれば、管網中に任意のループを選定
し、ループの各節点（分岐点）における流体の流入量と
流出量は等しいという条件と、ループを１回りしたとき
の圧力降下が０であるという条件を満たすように、その
ループの任意の管路の流量を仮定して各管路の圧力降下
を計算し、矛盾が生じれば、流量の仮定を変更して計算
を繰り返し解析する。その結果管網中のすべてのループ
についてループを１回りしたときの圧力差が０になった
とき、各管路に流れる流量が正しい解であり、この流量
を用いて特定の節点の圧力を計算することができる。

【０００４】このハーディ・クロス法による管網解析の
欠点は、作業員がループを選定しなければならないこ
と、管路の流量を仮定することが難しいことである。わ
ずか１平方ｋｍの区域でもループの数が５０にも達する
ために、実際の計算にあたっては作業員の負担は膨大で
計算間違いも多くなる。

【０００５】そこで本出願人は特願平３−３０９１３１
号において、管網解析におけるループの選定と初期値の
決定を効率よく自動的に行う方法を提案している。この
方法においては、供給源から見かけの抵抗値を累積して
いくと、ループであれば必ず左右から累積抵抗値が求ま
ってぶつかる場所がある。この値は供給源からの累積値
であるから、その経路では最大の累積抵抗値となる。こ
の最大累積抵抗値が最小になるように調整し、その調整
した結果の最大累積抵抗値のパイプの数はループの数と
一致しているので、最大累積抵抗値のパイプをループの
指標とすることが可能になる。これを「ループ源パイ
プ」と呼んでいる。以上がループの選定原理である。こ
のループ源パイプの選定方法からして、ループ源パイプ
を流れる流体の量は最小値すなわち０であることが期待
される。そこで未定数としてループ源パイプの流量とす
るとともに、初期設定値を０とする。これが初期値設定
方法の原理である。ハーディ・クロス法は初期値が真の
値に近いほど計算時間が短くなる方法であるから、この
方法により管網解析の計算時間を短縮することができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した先願による管
網解析やそれ以前の管網解析においては、解析に必要な
流体の需要量をどのように求めていたかというと、経験
上から需要家１軒あたりの需要量を求めておき、それに
選定した配管から供給する需要家の軒数を掛けて需要量
とするとか、もっと大ざっぱには配管の単位管路長当た
りの需要量をあらかじめ算出しておき、それに実際の管
路長を掛けて需要量を求める方法などがとられていた
が、この作業でもかなり大変で時間が掛かるし、管網解
析の結果もかなり粗っぽいものになってしまうという問
題がある。

【０００７】ところで、最近では、地形などの地図情報
に、ガスや水道などの埋設管の情報を加えてデータベー
ス化して蓄えておき、管路の新設や増設あるいは管理、
緊急時の対応などを迅速かつ容易にするマッピングシス
テムが開発されている。このマッピングシステムに関連
して、電力会社、ガス会社、水道供給事業者などは顧客
情報をデータベース化して処理するコンピュータシステ
ムを所有している。

【０００８】また本発明者らは、ガスの供給管や水道の
給水管の口径とその管から供給されるガスや水道水の最
大需要量との間には相関関係があることを経験上知って
いる。

【０００９】本発明は上記の点に着目してなされたもの
で、管網解析によりガスや水道水などの流体を供給する
配管の流量や圧力をシミュレーションする装置におい
て、管網解析に必要な需要量の割り出しを容易にするこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、上記の目的を達成するために、配管に流体需要量を
割り振り管網解析を実行することにより配管の流量・圧
力を計算する配管の流量・圧力シミュレーション装置に
おいて、流体供給量データを含む顧客データベースを記
憶する記憶手段と、前記顧客データベースの流体供給量
データから配管の流体需要量を演算する需要量演算手段
とを設けた。

【００１１】本発明の別の態様によれば、上記の目的を
達成するために、配管網に流体需要量を割り振り管網解
析を実行することにより配管の流量・圧力を計算する配
管の流量・圧力シミュレーション装置において、配管の
口径データを含む設備データベースを記憶する記憶手段
と、前記設備データベースに含まれる配管の口径データ
から流体供給量を推定する推定手段と、前記流体供給量
から配管の流体需要量を決定する需要量決定手段とを設
けた。

【００１２】

【作用】本発明は以上の構成によって、顧客データベー
スの流体供給量データから演算した流体需要量または設
備データベースに含まれる配管の口径データから決定し
た流体需要量を用いてハーディ・クロス法などにより管
網解析を実行する。

【００１３】

【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は本発明による配管の流量・圧力シミ
ュレーション装置の一実施例の概略線図である。

【００１５】この流量・圧力シミュレーション装置は、
管網解析処理システム１と顧客データ処理システム２と
を通信回線３によって結合することによって構成されて
いる。この通信回線３はデジタル回線や無線回線などで
ある。

【００１６】管網解析処理システム１は、コンピュータ
１１、外部記憶装置１２、１３、検索出力用端末１４、
デジタイザ１５、タブレット１６、ディスプレイ１７、
ハ−ドコピー１８、静電プロッター１９などを有する。

【００１７】コンピュータ１１は、デジタイザ１５やタ
ブレット１６などの入力装置から入力された指令に応じ
て外部記憶装置１３に格納された地図データベースＡ内
の地図データをたとえばディスプレイ１７に表示させた
り、通信回線３を介して顧客データ処理システム２との
間でデータの通信を行うなどの処理を行う。

【００１８】外部記憶装置１２は、管網解析を実行する
ためのプログラムが格納されたアプリケーションエリア
Ｂと管網解析に必要なデータや解析の途中で得られる結
果を一旦格納するためのワークエリアＣとを有してい
る。アプリケーションの内容は、管網のループ選定方
法、初期値決定方法、その後の管網計算などであるが、
その一例として本出願人の出願になる特願平３−３０９
１３１号で提案された方法がある。しかしコンピュータ
による管網解析の方法はこれに限られるものではない
し、本発明の要旨ではないので説明は省略する。

【００１９】もう１つの外部記憶装置１３には、縮尺１
／５００の国土基本図を約２７００枚分有し、この国土
基本図上にデジタイザ１５によって供給管などの図形デ
ータを書き込んだ形で保存した地図データベースＡが格
納されている。またこの地図データベースＡには図８に
示すような供給管の圧力、口径、属性データなどの設備
データが含まれている。

【００２０】検索出力用端末１４はたとえばパーソナル
コンピュータからなり、ディスプレイ１７上に表示され
た１枚の地図データのうち所望の部分を長方形で指定し
て設定領域を定める場合などに使用される。

【００２１】デジタイザ１５は、１枚の地図に対して供
給管などの図形データを書き込んだり、修正したりする
場合、この供給管の座標を指示するのに使用される。

【００２２】タブレット１６は外部記憶装置１３内の地
図データベースＡの図面番号を指示し、その結果指定し
た図面番号の地図がディスプレイ１７上に表示されると
その地図の設定領域内の管網中の圧力源などの節点を指
定する場合などに使用される。

【００２３】ハードコピー１８および静電プロッター１
９はディスプレイ１７上に表示されている地図を用紙上
に出力する。

【００２４】次に顧客データ処理システム２について説
明する。

【００２５】顧客データ処理システム２は、コンピュー
タ２１、キーボード２２、ディスプレイ２３、外部記憶
装置２４などを有する。コンピュータ２１は、キーボー
ド２２から顧客番号などが入力されると、外部記憶装置
２４内の顧客データベースＤからこの顧客番号を有する
顧客データを検索して、ディスプレイ２３に表示した
り、通信回線３を介して管網解析処理システム１に送信
したりする。

【００２６】外部記憶装置２４は顧客データベースＤお
よびテーブルＥを格納している。顧客データベースＤは
各顧客に関するデータであって、そのデータフォーマッ
トを図２に示す。

【００２７】顧客識別データとしての「顧客番号」、顧
客データとしての「住所」、「番地」、「名前」、「電
話番号」、「メータ番号」、「前々月メータ値」、「前
月メータ値」、「今月メータ値」などの情報からなる。

【００２８】テーブルＥは顧客番号と供給管番号との関
係を示すテーブルであり、図３はそのテーブルの一例で
ある。このテーブルにおいて、顧客Ａ１に供給管Ｂ１、
Ｂ２、Ｂ３が割り当てられているのは、たとえば工場な
どの顧客に３本の供給管が引かれている場合である。ま
た供給管Ｂ４に２人の顧客Ａ２、Ａ３が割り当てられて
いるのは、たとえばマンションなどの集合住宅において
１本の供給管に対して２人の顧客がいる場合である。

【００２９】次に本実施例による管網解析の動作を図４
に示すフローチャートに基づいて説明する。

【００３０】検索出力用端末１４により管網解析処理シ
ステム１を駆動すると、コンピュータ１１はどの地域の
地図を使用するかを操作員に聞く。操作員はタブレット
１６を用いて使用する地域の地図番号や町名、番地など
を入力する。コンピュータ１１は指定された地域の地図
データを地図データベースＡから抽出してディスプレイ
１７に表示する。

【００３１】次に、操作員は表示された地域のうち管網
解析しようとする地域をカバーする多角形の全頂点をタ
ブレット１６により指定する（Ｆ−１）。コンピュータ
１１はその多角形をディスプレイ１７に表示する。ここ
までは水道やガスの設備管理に用いられるいわゆるマッ
ピングシステムの通常機能である。

【００３２】コンピュータ１１は多角形の中に入ってい
るすべての配管を抽出する（Ｆ−２）。続いて抽出した
配管に接続されたすべての供給管を検索し（Ｆ−３）、
各供給管の供給管番号を通信回線３を介して顧客データ
処理システム２に送る。

【００３３】顧客データ処理システム２では、コンピュ
ータ２１は外部記憶装置２４に格納されたテーブルＥ
（図３に示す）を参照して供給管番号から顧客番号を検
索する（Ｆ−４）。顧客番号がわかると、今度は外部記
憶装置２４に格納されている顧客データベースＤ（図２
に示す）を用いて次の数１および数２から各顧客ごとに
最大需要量を演算する（Ｆ−５）。

【００３４】

【数１】１か月の供給量（ｍ³ ）＝（今月メータ値）−
（前月メータ値）

【００３５】

【数２】最大需要量（ｍ³ ／時間）＝１か月の供給量／
係数（たとえば０．０２）顧客データ処理システム２のコンピュータ２１はこうし
て演算した最大需要量のデータを通信回線３を介して管
網解析処理システム１に送る（Ｆ−６）。管網解析処理
システム１はこのデータを受けると、コンピュータ１１
は配管の供給管取り出し位置に各需要量を設定する。供
給管取り出し位置を需要家ノードとして管網計算するこ
とも可能であるが、計算精度と費用の面から配管１００
ｍごとに１つの需要家ノードをまとめて扱うのが普通で
ある。

【００３６】計算すべき配管と配管に接続された供給管
の需要量が決定されると、その後は複雑な配管を管網と
し、さらにループを決定し（Ｆ−７）、管網を流れる初
期値流量を決定し（Ｆ−８）、ハーディ・クロス法によ
り計算する（Ｆ−９）。管網計算の方法については上述
した特願平３−３０９１３１号に記載されているので必
要であれば参照されたい。計算結果として、上記需要家
ノードでの圧力をディスプレイ１７に表示して終了す
る。こうして管網解析が行われ、管路の流量および圧力
のシミュレーションが可能になる。

【００３７】次に図５は本発明による配管の流量・圧力
シミュレーション装置のもう１つの実施例を示す。

【００３８】本発明者らがこれまでのガス供給管付設の
実績から得られたデータを分析してみると、供給管の口
径と最大需要量との間には図６に示すような傾向がある
ことが判明した。そこでこの実施例は、管網解析に必要
な需要量を供給管の口径に基づいて求めるものである。

【００３９】本実施例では経験上求めた図７に示すよう
な需要量データを用いる。

【００４０】さて、本実施例の流量・圧力シミュレーシ
ョン装置は、図５に示すように、コンピュータ１１、外
部記憶装置１２、１３、検索出力用端末１４、デジタイ
ザ１５、タブレット１６、ディスプレイ１７、ハードコ
ピー１８、静電プロッター１９を有する。図１に示した
実施例と違って顧客データ処理システムは必要でない
が、外部記憶装置１３ａには地図データベースＡの他
に、図７に示す供給管の口径と推定需要量との対応テー
ブルＧが格納されている。

【００４１】次に本実施例による管網解析の動作を図９
に示すフローチャートに基づいて説明する。

【００４２】管網解析すべき地域の指定（Ｐ−１）、地
域内の配管の抽出（Ｐ−２）、配管に接続される供給管
の検素（Ｐ−３）までの流れは図１に示した実施例の動
作都同じである。次にこの実施例では、外部記憶装置１
３に格納されている地図データベースＡのうちの設備デ
ータ（図８参照）を参照して供給管番号から各供給管の
口径を求め（Ｐ−４）、続いてテーブルＧ（図７参照）
を参照して供給管の推定需要量を求める（Ｐ−５）。こ
うして供給管の需要量が決まると、その後は複雑な配管
を管網とし、さらにループを決定し（Ｐ−６）、管網を
流れる初期値流量を決定して（Ｐ−７）、ハーディ・ク
ロス法により配管の需要家ノードでの圧力を計算し（Ｐ
−８）、ディスプレイ１７に表示することは図１の実施
例と同じである。

【００４３】ところで上記実施例のように、供給管の口
径から需要量を推定する方法は簡便であるが、本発明者
らがさらに現状を分析したところ、同じ口径の供給管で
あってもその付設地区の特性すなわち一種住宅か、二種
住宅か、商業地区か、工業地区かによって平均需要量が
多少異なっていることに気がついた。そこで供給管の付
設地区ごとに図１０に示すような地区特性係数をあらか
じめ定めて外部記憶装置１３にテーブルなどの形で格納
しておき、供給管の付設地区の種別を地図データベース
Ａから調べ、ステップ（Ｐ−５）においてテーブルＧか
ら求めた推定需要量に図１０の地区特性係数を乗算して
補正し、補正により得られる需要量を需要量データとし
て管網計算に用いることにより、より正確な流量・圧力
のシミュレーションができるようになる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流量・圧力のシミュレーションを行うための管網解析に
必要な流体の需要量を、すでに用意されている顧客デー
タベースから抽出するかまたは設備データに含まれる供
給管の口径から推定するようにしたので、従来に比べて
需要量の割り出し作業が簡単になり、しかも正確な需要
量が得られるので、管網計算したがって流量・圧力のシ
ミュレーションが簡単かつ正確にできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による配管の流量・圧力シミュレーショ
ン装置の一実施例の概略線図である。

【図２】顧客データベースＤのデータフォーマットを示
す。

【図３】顧客番号と供給管番号との関係を示すテーブル
Ｅを示す。

【図４】図１に示した実施例による管網解析の動作を示
すフローチャートである。

【図５】本発明による配管の流量・圧力シミュレーショ
ン装置のもう１つの実施例の概略線図である。

【図６】供給管の口径と最大需要量との関係を示す。

【図７】供給管の口径と推定需要量との関係を示すテー
ブルを示す。

【図８】設備データＦの一例を示す。

【図９】図５に示した実施例による管網解析の動作を示
すフローチャートである。

【図１０】地区の種別ごとの地区特性係数を示す。

【符号の説明】

１地図データ処理システム２顧客データ処理システム３通信回線１１、２１コンピュータ１２、１３、２４外部記憶装置１４検索・出力用端末１５デジタイザ１６タブレット１７、２３ディスプレイ１８ハードコピー１９静電プロッター２２キーボード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配管網に流体需要量を割り振り管網解析
を実行することにより配管の流量・圧力を計算する配管
の流量・圧力シミュレーション装置において、流体供給
量データを含む顧客データベースを記憶する記憶手段
と、前記顧客データベースの流体供給量データから配管
の流体需要量を演算する需要量演算手段とを設けたこと
を特徴とする配管の流量・圧力シミュレーション装置。
【請求項２】配管網に流体需要量を割り振り管網解析
を実行することにより配管の流量・圧力を計算する配管
の流量・圧力シミュレーション装置において、配管の口
径データを含む設備データベースを記憶する記憶手段
と、前記設備データベースに含まれる配管の口径データ
から流体供給量を推定する推定手段と、前記流体供給量
から配管の流体需要量を決定する需要量決定手段とを設
けたことを特徴とする配管の流量・圧力シミュレーショ
ン装置。
【請求項３】配管網が付設される地区を、同じ口径の
配管に対する平均流体供給量が異なる地区ごとに区分
し、各付設地区ごとの異なる地区特性係数を記憶する記
憶手段と、前記需要量決定手段により決定された各配管
の流体需要量に該配管が付設される地区の地区特性係数
を乗算して流体需要量を補正する需要量補正手段とを設
けた請求項２に記載の配管の流量・圧力シミュレーショ
ン装置。