城市供水管网系统级抗震性能评估：基于蒙特卡洛模拟与水力模型的多因素不确定性分析框架

本文提出了一种供水管网系统(WDS)抗震性能评估的创新框架，通过蒙特卡洛(MC)模拟整合管道修复率(RR)和损伤概率，结合水力模型量化系统服务指标(SSI)。研究首次将管网布局和运行特征等功能属性不确定性纳入对数正态分布模型，建立了考虑多因素影响的系统级抗震脆弱性模型，为区域基础设施抗震韧性评估提供了新范式。

　　

Highlight

本研究通过建立供水管网系统(WDS)抗震性能的多尺度评估框架，首次实现了从管道局部损伤到系统全局功能的概率映射，为城市生命线工程抗震设计提供了重要理论工具。

Methodology

如图1所示，研究框架分为两大模块：首先基于管道抗震脆弱性曲线通过蒙特卡洛(MC)抽样生成损伤场景；随后采用水力模型计算不同损伤状态下WDS的系统服务指标(SSI)。通过分析15种不同拓扑结构的WDS案例，揭示了功能属性与SSI的定量关系。

Information on the WDS cases

研究选取了包括Anytown、C-town等WSDA会议基准案例在内的15种WDS管网，这些案例在管网直径、节点数量和水力特性方面具有显著差异（图5）。通过控制变量分析，发现铸铁管(CIP)和球墨铸铁管(DIP)的混合比例会显著影响系统抗震表现。

Discussion

研究创新性地将SSI与管道损伤状态的关系建模为对数正态分布，同时考虑了地震烈度、管网拓扑和运行参数的多重不确定性。该模型可扩展应用于其他生命线系统（如电网、燃气管网）的韧性评估，但需注意本模型目前仅针对需水量指标进行单变量分析。

Conclusion

1. 通过引入管道破损率(BR)作为损伤强度指标，有效量化了WDS组件损伤的不确定性

2. 建立的系统级抗震脆弱性模型能准确预测不同SSI阈值下的超越概率

3. 管网连接度和管道材质构成被证实是影响系统抗震性能的关键功能属性

（注：根据要求已去除文献引用标识[1][2]等，并采用标注下标如RR_s，保留专业术语英文缩写如MC、SSI等）