本文是一篇工程管理论文，本研究借鉴了国内外研究者在相关领域的成果，结合具体管网实例，进行基于火灾风险的旅游城镇供水管网改造优化研究，主要工作及结论如下： （1）基于火灾风险的旅游城镇消防需水量计算研究。为得到更加符合火灾实际情况的消防需水量，本文基于现有研究成果，选用古斯塔夫法对某旅游城镇建筑进行火灾风险评估，得到 A 博物馆的 GR 为 0.95、IR 为 9.0，B 客栈的 GR 为1.04、IR 为 4.0，C 楼的 GR 为 2.00、IR 为 9.0，D 院的 GR 为 1.23、IR 为 8.0；进一步，根据火灾风险评估结果，在不同片区中选取典型着火建筑物，选取 ISO法对其进行消防需水量计算，得到 A 博物馆、B 客栈、C 楼和 D 院 4 个典型建筑物的实际消防需水量分别为 78.75L/s、78.75L/s、141.75L/s 和 94.5L/s。
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及研究意义
我国旅游城镇有大量布局紧凑、耐火等级低的木结构古建筑与客栈，人口密集，火灾隐患多，具有较高的火灾风险，其消防需水量大。近年来，我国旅游城镇发展迅速，但受历史条件制约，其基础设施建设普遍滞后，使得管网消防供水能力无法满足着火建筑实际消防需水要求。例如：2014 年云南香格里拉独克宗大火，虽有数千人参与灭火，但在火灾扑救过程中，消防队发现该区市政管网管径偏小、接近零压出流、消防供水能力严重不足，最终导致千年古城被毁，最终火灾损失及重建费用合计十三亿[1]。此外，住建部和国家发改委于 2012 年发布的《全国城镇供水设施改造与建设“十二五”规划及 2020 年远景目标》[2]提出：供水设施改造和建设规划项目总投资为 4100 亿元，其中新建和管网改造的投资占总投资的 65%左右，约为 2678 亿元。因此，对旅游城镇供水管网进行改造，提高管网消防供水能力使之与当前消防安全要求相适应，是解决公共安全风险防控和治理等问题的重要举措，在国家经济发展和社会稳定方面具有重要现实意义， 有必要予以重视。通过前期调研发现，现行技术标准及相关方法在供水管网设计改造方面存在以下 3 个问题：
（1）消防设计流量取值偏小的问题。据统计，我国城镇平均消防需水量约为 89L/s，大概是 70 万人口对应的消防设计流量，大型火灾的消防需水量可高达 150~450L/s[3]。再者，李冰可[4]的研究表明，由于中小城镇基础设施薄弱，其火灾规模、经济损失、人员伤亡往往超过大城市。由此可见，对旅游城镇供水管网进行改造，特别是对人口规模小于10 万、火灾风险和区域火灾风险差异都大的旅游城镇，如果简单的参照消规、按照人口数确定消防设计流量(一般为 15~35L/s)，会造成消防设计流量取值偏小的问题，导致管网消防供水能力严重不足。此外，我国消规规定的消防设计流量与发达国家相比，也存在取值偏小的问题，以 LJ 古镇为例，按照美国标准应取消防设计流量 44~63L/s，日本则高达 128L/s，而我国仅取 30 L/s[3]。
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1.2 国内外研究进展
1.2.1 古建筑火灾风险评估方法研究进展
适用于古建筑火灾风险评估的方法，按照不同的研究性质和研究手段，大致可以分成三种：定性分析法、半定量分析法以及定量分析法[6]。这三类方法又可细分为更多具体的方法，其中，最常用的是层次分析法、古斯塔夫法（Gustav 法）、模糊综合评价法、物元可拓分析法、Frame 法以及事故树分析法等。
GUSTAV A.等[7]（1972）开发了一种评估火灾风险的方法—GUSTAV 法，可以用来确定火灾中的财产损失，并采取相应的消防措施。
Liu 等[8]（2009）为解决建筑火灾安全属性的多指标性和不精确性给火灾安全等级量化带来的困难，提出了一种多层次的建筑火灾风险等级评价体系，建立了两级评价模型（模糊优选分类模型和线性加权平均模型）；采用该体系对某住宅火灾安全等级进行评定，并运用最大隶属度原理对评价结果进行对比分析。
游温娇等[9]（2017）在对古建筑进行实地调研的基础上，分析火灾影响因素事故树，根据 51 个指标确定了古建筑火灾风险评价指体系；建立评价体系的物元模型，并对各指标进行定量化、标准化赋值；得到评价建筑的火灾风险等级，并进一步验证该方法的有效性和先进性。
杨黎仁等[10]（2018）针对传统 Gustav 法的不足，根据不同种类建筑的火灾特点，对传统 Gustav 法作出相应改进，提出新的 Gustav 法，建立相应的火灾风险评估体系，并用实例证明改进 Gustav 法在火灾风险评估中的良好性能。
陈磊等[11]（2018）介绍了 FRAME 法的基本原理，建立了建筑火灾风险评估体系；以实际案例为研究对象，计算潜在火灾风险、可接受水平和保护水平中各因子的数值，得到建筑火灾风险等级；找出影响建筑火灾风险的主要因素，综合评价结果和致灾因素，提出相应的整改和防护措施。
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第二章 基于火灾风险的旅游城镇消防需水量计算
2.1 旅游城镇火灾风险评估体系理论框架及模型
2.1.1 旅游城镇火灾风险评估的意义
古建筑火灾危险程度由不同的指标因素决定，火灾风险评估可以对这些指标因素进行定性或者定量描述。可见，古建筑火灾风险评估作为一门技术在建筑火灾安全管理中起到举足轻重的作用。运用科学、合理、系统的火灾风险评估方法，对将建、在建或已建的古建筑进行火灾风险评估，在古建筑火灾隐患、火灾发生概率、火灾影响程度以及消防安全管理等方面，做到掌控有度、决策科学、措施有效，最终实现降低火灾风险的目的，具有重大意义。古建筑火灾风险评估意义重大，可概括为以下几方面：
（1）完善火灾和消防工程体系，为城市消防规划提供现实依据。火灾的偶然性以及缺乏灾情信息资料，会造成火灾及消防体系完善度不够。通过构建火灾风险评估体系，火灾及消防体系不断完善，进一步指导城市消防规划。
（2）分析并了解各古城镇火灾风险状况，促进城市性能化设计的发展和进步。通过火灾风险评估，可对火灾中的各项指标因素进行分析、赋值和计算，明确各区域的各个因素对火灾风险状况的影响，进一步探究火灾风险随外界环境的变化规律，以指导城市性能化设计发展和进步。
（3）通过火灾风险评估，可得到相应最佳的火灾防控措施，以降低火灾发生的概率，减少火灾事故的各种损失。进行火灾风险评估最主要的目的就是：根据评估过程和结果，在风险防控和资金投入中寻找一个平衡点，得到最佳防火措施，进而降低火灾发生概率，减少火灾导致的人文损失、财产损失和生命损失等。
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2.2 消防需水量计算方法对比及选择
消防需水量是灭火所需的最小消防流量，对保证城镇消防安全具有重要现实意义。一开始消防需水量是根据城镇人口数对照“消规”来确定的，后来经过不断探索和研究，对消防需水量计算方法进行了修正，逐渐形成了以单体建筑为研究对象的消防需水量计算方法，主要包括 ISO 法、ISU 法以及 IITRI 法。
2.2.1 我国规范规定的消防用水量确定方法
表 2.5 同一时间内的火灾起数和一起火灾灭火设计流量取值
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第三章 基于水力模型的市政管网消防供水能力评估 ......................... 31
3.1 基本原理 ................................ 31
3.1.1 市政管网水力模型水力学基础 .............................. 31
3.1.2 消防供水能力评估的基本原理 ................................... 32
第四章 基于择优排序选择策略差分算法的供水管网优化 ................. 57
4.1 供水管网优化水力模型建立 .................................. 57
4.1.1 目标函数.............................. 57
4.1.2 约束条件...................................... 57
第五章 基于多消防工况的旅游城镇供水管网改造优化研究.............. 73
5.1 所提出的优化方法 .............................. 73
5.2 多消防工况下的约束条件设置 .............................. 74
5.3 案例分析 ............................... 75
第五章 基于多消防工况的旅游城镇供水管网改造优化研究
5.1 所提出的优化方法
如 1.1 节所述，对于火灾风险和区域火灾风险差异都大的旅游城镇（如 LJ 古镇），传统供水管网设计改造方法在消防设计流量取值、消防校核点选取以及管网设计方法等方面存在一定问题，忽略了实际火灾风险与不同区域消防需水量差异，所得管网消防供水能力远小于着火建筑实际消防需水量，且忽略支管的设计会导致管网造价偏高，最终使设计方案无法达到预期消防目的且不经济。针对该问题，笔者创新性地提出基于择优排序差分进化的多消防工
