(57)【要約】【課題】  圧力区分の異なる複数の導管網により階層的に構成される導管網群に対する導管網解析を迅速且つ簡便に一括して実行可能な導管網解析方法を提供する。【解決手段】  各導管網を構成する節点の節点情報、節点間を連絡する導管の導管情報、導管網間の接続個所に重畳して設定された複数の接続節点間を仮想的に連絡する仮想導管の仮想導管情報、及び、需要量情報を含む導管網データを用い、接続個所の少なくとも下流側の導管網に対して仮想導管を遮断状態にして定常解析を行う第１定常解析工程と、第１定常解析工程の定常解析結果に基づいて、接続個所の下流側の接続節点における供給量計算値を上流側の接続節点の需要量設定値に付加して新たな需要量を設定する導管網間負荷調整処理を実行する負荷調整工程と、接続個所の少なくとも上流側の導管網に対し、負荷調整工程で設定された需要量を反映して定常解析を行う第２定常解析工程を夫々実行する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧力区分に分類された複数の導管網により階層的に構成される導管網群によって搬送される流体の前記各導管網内における流体状態を、前記導管網群を規定する導管網データに基づいて定常解析する導管網解析方法であって、
前記導管網データとして、前記各導管網を構成する節点の節点情報、前記節点間を連絡する導管の導管情報、前記導管網間の接続個所に重畳して設定された複数の接続節点間を仮想的に連絡する仮想導管の仮想導管情報、及び、需要量情報を含んで構成されたデータを用い、
前記接続個所の少なくとも下流側の前記導管網に対して前記仮想導管を遮断状態にして定常解析を行う第１定常解析工程と、
前記第１定常解析工程の定常解析結果に基づいて、前記接続個所の下流側の前記導管網の前記接続節点における供給量計算値を上流側の前記導管網の前記接続節点の需要量設定値に付加して新たな需要量を設定する導管網間負荷調整処理を実行する負荷調整工程と、
前記接続個所の少なくとも上流側の前記導管網に対し、前記負荷調整工程で設定された需要量を反映して定常解析を行う第２定常解析工程と、
前記第２定常解析工程の定常解析結果に基づいて、前記接続個所において上流側の前記導管網の前記接続節点の圧力が、下流側の前記導管網の前記接続節点の圧力より低下している１次圧低下状態を検出した場合、前記接続個所の下流側の前記導管網に対し、下流側の圧力値として上流側の圧力値を使用して定常解析を行う第３定常解析工程と、
を有することを特徴とする導管網解析方法。
【請求項２】
前記各導管網に対する前記第１定常解析工程と前記第２定常解析工程の少なくとも何れか一方の定常解析工程の定常解析結果に対し、前記接続個所の下流側の前記接続節点における背圧の有無を検出し、
前記背圧が検出された前記接続節点に対して前記圧力指定を無効にした状態での定常解析を、前記背圧が検出されなくなるまで繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の導管網解析方法。
【請求項３】
前記仮想導管情報は、前記仮想導管に接続する前記接続節点に対して前記導管網間負荷調整処理を実行する実行順情報を有し、
前記負荷調整工程を、前記実行順情報に基づいて選択される前記仮想導管に接続する前記接続節点に対して実行することを特徴とする請求項１または２に記載の導管網解析方法。
【請求項４】
前記第１定常解析工程、前記第２定常解析工程、または、前記第３定常解析工程で得られた前記各節点の圧力計算値を、予め罫線データ及び文字データが入力済みの印字または表示出力用の表形式データの前記節点情報において前記節点毎に規定されている表座標位置に代入することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の導管網解析方法。
【請求項５】
前記第１定常解析工程、前記第２定常解析工程、または、前記第３定常解析工程で得られた前記各導管の流量計算値、流速計算値、または、区間通過時間を、予め罫線データ及び文字データが入力済みの印字または表示出力用の表形式データの前記導管情報において前記導管毎に規定されている表座標位置に代入することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の導管網解析方法。
【請求項６】
前記第１定常解析工程、前記第２定常解析工程、及び、前記第３定常解析工程において、前記節点情報において節点種別が昇圧機である前記節点の圧力または下流側の流量を、その節点の前記節点情報に従って設定して定常解析を実行することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の導管網解析システム。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の導管網解析方法で使用する前記導管網データを記憶した導管網データ記憶手段と、
前記導管網解析方法の前記第１定常解析工程、前記第２定常解析工程、前記第３定常解析工程、及び、前記負荷調整工程を各別に実行する処理手段と、
を備えてなることを特徴とする導管網解析システム。
【請求項８】
請求項１〜６の何れか１項に記載の導管網解析方法の前記第１定常解析工程、前記第２定常解析工程、前記第３定常解析工程、及び、前記負荷調整工程の各処理内容をコンピュータ上で実行するプログラムステップを備えてなることを特徴とする導管網解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の圧力区分に分類された複数の導管網により階層的に構成される導管網群によって搬送されるガス等の流体の各導管網内における圧力や流量等の流体状態を、導管網群を規定する導管網データに基づいて定常解析する導管網解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスや水道の供給事業者は顧客に対して常に安定な圧力で必要な流量を供給しなければならないので、供給圧力等の安定性をチェックする必要がある。特に、導管工事、ガス等の製造所の工事、導管網の特定個所での異常発生時における供給量の調整等、或いは、製造所における供給量の週間、月間、年間等での供給計画の策定等において、導管網内における圧力等の流体状態の確認が必要となる。
【０００３】
ところで、ガスや上水を供給する導管は通常網状に敷設されていることから導管網と呼ばれており、従来から、導管網を節点及び節点間を連絡する導管を用いて表現し、定常状態でのガス等の流体の流れをコンピュータ・シミュレーションによって解析する導管網解析を行い、導管網内における圧力等の流体状態をチェックしている。導管網の各節点における圧力や流量を演算する種々のアルゴリズムが開発されており、このアルゴリズムに基づく導管網解析プログラムをパソコン等に搭載することで、特定の導管網における圧力シミュレーションを行うことができる。簡単な演算により導管網解析を可能とするアルゴリズムとして、例えばハーディ・クロス法が挙げられる。この種のアルゴリズムによれば、導管網中に任意のループを選定し、ループの各節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、ループにおける圧力降下が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導管の流量を仮定しながら各導管の圧力降下を計算することを繰り返し、最終的に導管網中の全てのループについて周回圧力差が実質的に０になったときの導管流量を最適解として、各節点の圧力や各導管の流量を算定することができる。ハーディ・クロス法等を用いた導管網解析手法については、例えば、下記の特許文献１や特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開平０８−１２９５６６号公報
【特許文献２】特開２００２−３７２２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
都市ガスの供給において、導管網を数段回の圧力区分に分類し、段階的に供給圧力を低下させながら、ガス製造所からガス需要家までのガス供給を行っている。従来の導管網解析では、圧力区分（形式的に同じ圧力区分内に分類されていても圧力差のある導管部分は別圧力区分と見做す）毎に、個別の導管網解析を行っていた。従って、従来の導管網解析では、例えば以下に示すケース等において、複数の圧力区分に跨って導管網解析を何度も繰り返す必要が生じる。
【０００５】
例えば、季節や顧客変動等により使用ガス流量に変動があったために、使用している圧力区分の解析値が必要圧力を下回り、それよりも高い圧力区分に供給ソースを設定して、その高圧側の供給ソースから低圧側の導管網へ供給をしなければならないような場合において、高い圧力区分の導管網に、低圧側の圧力低下の影響があるか否かの判定は、高い圧力区分の導管網に対して、導管網解析プログラムを立ち上げ、低い圧力区分の導管網での導管網解析結果に基づいた需要量（ガス使用量）を新たに設定し直して導管網解析を行わなければならず、作業が煩雑である上に、作業者が不慣れな場合に解析ミスの生じる可能性もある。
【０００６】
また、従来の導管網解析では、圧力区分の異なる導管網間の圧力調整を行うガバナ等を圧力指定節点とし、その解析値が設定値を上回る場合（背圧発生状態）、或いは、圧力指定節点の上流側圧力（入圧）の解析値が下流側圧力（出圧）の設定値を下回る場合（入圧低下状態）、解析結果を一旦出力して鳥瞰することにより該当する圧力指定節点を抽出し、それらが適正に計算されるように再設定して導管網解析を再度実行しなければならず、作業者の負担が大きかった。
【０００７】
更に、解析結果は文字の羅列であり、視覚的な導管網把握を行うには、予め用意した導管網の系統図に手作業で解析値を落とし込む必要があり、作業者の負担が大きかった。また、当該系統図への解析値の落とし込み作業をコンピュータプログラムによって自動的に行おうとすれば、導管網の構成自体が導管網の拡張や工事等により頻繁に変化するため、プログラムのメンテナンスに要する作業負担が増大するという問題も生じる。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、圧力区分の異なる複数の導管網により階層的に構成される導管網群に対する導管網解析を迅速且つ簡便に一括して実行可能な導管網解析方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る導管網解析方法は、複数の圧力区分に分類された複数の導管網により階層的に構成される導管網群によって搬送される流体の前記各導管網内における流体状態を、前記導管網群を規定する導管網データに基づいて定常解析する導管網解析方法であって、前記導管網データとして、前記各導管網を構成する節点の節点情報、前記節点間を連絡する導管の導管情報、前記導管網間の接続個所に重畳して設定された複数の接続節点間を仮想的に連絡する仮想導管の仮想導管情報、及び、需要量情報を含んで構成されたデータを用い、前記接続個所の少なくとも下流側の前記導管網に対して前記仮想導管を遮断状態にして定常解析を行う第１定常解析工程と、前記第１定常解析工程の定常解析結果に基づいて、前記接続個所の下流側の前記導管網の前記接続節点における供給量計算値を上流側の前記導管網の前記接続節点の需要量設定値に付加して新たな需要量を設定する導管網間負荷調整処理を実行する負荷調整工程と、前記接続個所の少なくとも上流側の前記導管網に対し、前記負荷調整工程で設定された需要量を反映して定常解析を行う第２定常解析工程と、前記第２定常解析工程の定常解析結果に基づいて、前記接続個所において上流側の前記導管網の前記接続節点の圧力が、下流側の前記導管網の前記接続節点の圧力より低下している１次圧低下状態を検出した場合、前記接続個所の下流側の前記導管網に対し、下流側の圧力値として上流側の圧力値を使用して定常解析を行う第３定常解析工程と、を有することを第１の特徴とする。
【００１０】
上記第１の特徴の本発明に係る導管網解析方法によれば、先ず、異なる圧力区分（本発明では、形式的に同じ圧力区分に分類される導管網であっても、整圧器を介して圧力差を調整して接続される導管網も異なる圧力区分として扱う。）の導管網間の接続個所を複数の接続節点とその接続節点間を仮想的に連絡する仮想導管で規定することにより、複数の圧力区分に分類された複数の導管網により階層的に構成される導管網群を、接続節点を含む節点と仮想導管を含む導管の導管網データにより規定することができる。そして、かかる導管網データを用いることで、複数の圧力区分の導管網群に対して一括して導管網解析（定常解析）を実行できる。具体的には、第１定常解析工程では、仮想導管が遮断状態であり、その下流側の接続節点が流体の供給ソースとして働くため、解析結果として、各節点での圧力、各導管の流量（または、流速或いは区間通過時間）に加え、各供給ソースに対し、導管網内での需要量を賄う供給量（負の需要量）が算出される。各供給ソースの供給量は、下流側の接続節点に接続する仮想導管を除く導管から流れ出す流量（流れ込む流量は負値とする）の総和で算出される。次に、負荷調整工程では、第１定常解析工程で算出された下流側の接続節点における供給量計算値を、仮想導管を介して接続する上流側の導管網の接続節点の需要量設定値に付加することで、上流側の導管網の該接続節点における需要量が、その下流側に接続する導管網の解析結果を反映した需要量とすることができる。次に、第２定常解析工程で、負荷調整工程で設定された需要量を反映して定常解析を行うことで、仮想導管を介して接続される上流側と下流側の圧力区分の導管網について定常解析を一括して行える。同じ要領で、全ての仮想導管に対して第１定常解析工程、負荷調整工程、及び、第２定常解析工程を実行することで、全ての導管網を含む導管網群について定常解析を一括して行える。更に、第２定常解析工程で、負荷調整工程で設定された需要量を反映して定常解析を行った結果、仮想導管の上流側の接続節点の圧力（１次圧）が下流側の接続節点の圧力（２次圧）より低下している場合は、物理的に不適正な状態であり、そのまま定常解析を行っても適正な解析結果が得られないため、下流側の圧力値として上流側の圧力値を使用して第３定常解析工程を実行することで、当該不適正な状態を解消できる。従って、第３定常解析工程を実行した場合、第３定常解析工程の解析結果に基づいて、負荷調整工程、及び、第２定常解析工程を実行することで、１次圧低下状態を解消した適正な状態で複数の圧力区分に亘る導管網について定常解析を一括して行える。
【００１１】
更に、本発明に係る導管網解析方法は、上記第一の特徴に加えて、前記第１定常解析工程と前記第２定常解析工程の少なくとも何れか一方の定常解析工程の定常解析結果に対し、前記接続個所の下流側の前記接続節点における背圧の有無を検出し、前記背圧が検出された前記接続節点に対して前記圧力指定を無効にした状態での定常解析を、前記背圧が検出されなくなるまで繰り返すことを第２の特徴とする。ここで、背圧とは、上流側と下流側の導管網の接続個所において、下流側の接続節点の前記圧力指定を維持する場合にその接続節点の需要量が正値となり、当該接続個所で上流側から下流側への流体供給を妨げる不適正な圧力が発生している状態を意味する。つまり、背圧状態では、下流側の接続節点の圧力計算値が、設定値より高くなる。
【００１２】
上記第２の特徴によれば、全ての導管網は、少なくとも１回は第１定常解析工程または前記第２定常解析工程が実行されるため、各導管網内の下流側の接続節点における背圧の有無が確認され、更に、背圧の検出された接続節点に対しその圧力指定を無効にして背圧状態を是正した状態における新たな定常解析を行うことで、背圧状態となっている圧力指定に拘束されない適正な定常解析を行うことができる。
【００１３】
更に、本発明に係る導管網解析方法は、上記何れかの特徴に加えて、前記仮想導管情報は、前記仮想導管に接続する前記接続節点に対して前記導管網間負荷調整処理を実行する実行順情報を有し、前記負荷調整工程を、前記実行順情報に基づいて選択される前記仮想導管に接続する前記接続節点に対して実行することを第３の特徴とする。
【００１４】
上記第３の特徴によれば、圧力区分が３段階以上ある場合には、圧力区分の低い導管網から高い導管網に向けて、負荷調整工程における仮想導管を介した導管網間負荷調整処理を順番に実行することができ、下流側の圧力区分の解析結果を段階的に上流側に反映させることができる。結果として、圧力区分の段数に関係なく、複数の圧力区分の導管網からなる導管網群について定常解析を一括して行える。
【００１５】
更に、本発明に係る導管網解析方法は、上記何れかの特徴に加えて、前記第１定常解析工程、前記第２定常解析工程、または、前記第３定常解析工程で得られた前記各節点の圧力計算値を、予め罫線データ及び文字データが入力済みの印字または表示出力用の表形式データの前記節点情報において前記節点毎に規定されている表座標位置に代入することを第４の特徴とする。
【００１６】
上記第４の特徴によれば、表形式データの各節点の表座標位置を、表形式データを印字または表示した場合の各節点の相対的な位置関係が、実際の導管網群における各節点の地理的な相対位置関係とある程度類似するように設定しておくことで、表形式データを印字または表示するだけで、解析結果の圧力計算値を各節点に入力した模擬的な導管網系統図が簡易に得られる。
【００１７】
更に、本発明に係る導管網解析方法は、上記何れかの特徴に加えて、前記第１定常解析工程、前記第２定常解析工程、または、前記第３定常解析工程で得られた前記各導管の流量計算値、流速計算値、または、区間通過時間を、予め罫線データ及び文字データが入力済みの印字または表示出力用の表形式データの前記導管情報において前記導管毎に規定されている表座標位置に代入することを第５の特徴とする。
【００１８】
上記第５の特徴によれば、表形式データの各節点の表座標位置を、表形式データを印字または表示した場合の各節点の相対的な位置関係が、実際の導管網群における各節点の地理的な相対位置関係とある程度類似するように設定しておくことで、表形式データを印字または表示するだけで、解析結果の流量計算値等を各導管に入力した模擬的な導管網系統図が簡易に得られる。
【００１９】
更に、本発明に係る導管網解析方法は、上記何れかの特徴に加えて、前記第１定常解析工程、前記第２定常解析工程、及び、前記第３定常解析工程において、前記節点情報において節点種別が昇圧機である前記節点の圧力または下流側の流量を、その節点の前記節点情報に従って設定して定常解析を実行することを第６の特徴とする。
【００２０】
上記第６の特徴によれば、導管網内に昇圧機が設けてある場合においても、その昇圧機が作動している状態を反映した適正な圧力状態での定常解析が可能となる。
【００２１】
更に、本発明に係る導管網解析システムは、上記第１乃至第６の何れかの特徴を有する本発明に係る導管網解析方法で使用する前記導管網データを記憶した導管網データ記憶手段と、前記導管網解析方法の前記第１定常解析工程、前記第２定常解析工程、前記第３定常解析工程、及び、前記負荷調整工程を各別に実行する処理手段と、を備えてなることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る導管網解析システムによれば、上記第１乃至第６の何れかの特徴の本発明に係る導管網解析方法を実行することができ、上記第１乃至第６の何れかの特徴による作用効果を奏することができ、複数の圧力区分に分類された複数の導管網により階層的に構成される導管網群について定常解析を一括して行える。
【００２３】
更に、本発明に係る導管網解析プログラムは、上記第１乃至第６の何れかの特徴を有する本発明に係る導管網解析方法の前記第１定常解析工程、前記第２定常解析工程、前記第３定常解析工程、及び、前記負荷調整工程の各処理内容をコンピュータ上で実行するプログラムステップを備えてなることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る導管網解析プログラムによれば、当該導管網解析プログラムをコンピュータにインストールすることで、上記第１乃至第６の何れかの特徴を有する本発明に係る導管網解析方法を当該コンピュータ上で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る導管網解析方法及びシステム（以下、適宜「本発明方法」及び「本発明システム」と称す。）の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
本発明システムは、複数の圧力区分に分類された複数の導管網により階層的に構成される導管網群によって搬送される流体（本実施形態では、都市ガスを想定する）の各導管網内における流体状態（各節点の圧力、各導管の流量、等）を、導管網群を規定する導管網データに基づいて定常解析する本発明方法をコンピュータ処理により実行する導管網解析システムである。本発明システム１は、図１に示すように、パーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータ２上に、導管網データを記憶した導管網データ記憶手段３と、後述する本発明方法の第１定常解析工程、第２定常解析工程、第３定常解析工程、負荷調整工程、及び、出力処理工程を各別に実行する処理手段４を備えて構成される。
【００２７】
処理手段４は、具体的には、第１定常解析工程、第２定常解析工程、第３定常解析工程、負荷調整工程、及び、出力処理工程の夫々をコンピュータ２のＣＰＵ（中央演算処理装置）上で実行可能なコンピュータプログラム（本発明に係る導管網解析プログラムに相当）を、コンピュータ２の記憶装置内にインストールしておき、当該プログラムを上記ＣＰＵ上で実行することによって実現される。尚、本実施形態では、処理手段４は、第１定常解析工程、第２定常解析工程、及び、第３定常解析工程の導管網解析では、ハーディ・クロス法を用い、輸送係数として、後述する中圧Ａ導管網を対象とする第１処理ではオリファント式を、後述する高圧導管網を対象とする第２処理ではパンハンドル（Ａ）式を、夫々用いて流量計算を行う。更に、高圧導管網を対象とする第２処理では、パンハンドル（Ａ）式は、中間乱流域、完全乱流域で使用式を変更する。
【００２８】
次に、本発明システム１及び本発明方法で使用される導管網データの構成について説明する。
【００２９】
先ず、本発明方法による導管網解析に対象となる導管網群について説明する。本実施形態では、高圧導管網と中圧Ａ導管網からなる２つの圧力大区分（大きな圧力区分）に跨る導管網群を想定する。また、高圧導管網と中圧Ａ導管網は、夫々に、各導管網内で整圧器を介して複数の圧力小区分（小さな圧力区分）に区分されている。仮に、高圧導管網は高圧側から「高圧ａ」、「高圧ｂ」、「高圧ｃ」の３段階の圧力小区分に区分され、中圧Ａ導管網は高圧側から「中圧Ａ１」、「中圧Ａ２」の２段階の圧力小区分に区分されているものとする。以下、特に断らない限り、圧力区分は「圧力小区分」を指すものとして使用する。また、各圧力区分には１または複数の相互に独立した導管網が存在するものとする。
【００３０】
また、図２に示すように、導管網群は、ガス製造所に接続する高圧ａ導管網の下流側に高圧ｂ導管網、高圧ｃ導管網、中圧Ａ１導管網、中圧Ａ２導管網の内の少なくとも高圧ｂ導管網が接続し、各高圧ｂ導管網の下流側に高圧ｃ導管網、中圧Ａ１導管網、中圧Ａ２導管網の内の少なくとも高圧ｃ導管網が接続し、各高圧ｃ導管網の下流側に中圧Ａ１導管網、中圧Ａ２導管網の内の少なくとも中圧Ａ１導管網が接続し、中圧Ａ１導管網の下流側に中圧Ａ２導管網が接続する。各圧力区分間の導管網の接続個所には、通常、上流側の１次圧と下流側の２次圧の圧力差を調整する整圧器が設けられ、高圧側の導管網と低圧側の導管網を連絡している。
【００３１】
導管網解析用に各導管網は節点と２節点間を連絡する導管を用いて規定される。２つの異なる圧力区分の導管網を接続する接続個所は、高圧側と低圧側の各導管網の接続個所（整圧器の１次側と２次側に相当）に夫々個別の接続節点（節点の一種）を設け、これらの接続節点間を仮想導管で接続して構成する。
【００３２】
導管網データは、節点を規定する節点情報、導管を規定する導管情報、仮想導管を規定する仮想導管情報、及び、需要量情報を含んで構成される。尚、本実施形態では、需要量情報は節点毎の需要量として、節点情報内に含まれる。節点毎の需要量とは、その節点に接続する同じ導管網内の導管を経由して流れ出す流量を除いて、その節点及びその節点に含まれる導管網解析対象外の下位の導管網で消費される総ガス量として定義され、各節点における負荷（ガス消費量）に相当する。
【００３３】
節点情報は、図３に示すように、節点毎の属性情報を備えた節点リストファイルとして構成され、その属性情報として、節点番号、節点名称（未設定も可）、需要量、圧力（設定時は圧力指定節点として扱われる）、使用状態（使用または不使用）、節点種別（ホルダ、一般負荷、大口負荷、製造所、昇圧機、等）、圧力大区分（高圧または中圧Ａ）、解析値出力位置座標、等を備える。接続節点は、節点の一種として節点情報によって規定され、圧力指定節点に含まれる。尚、本実施形態では、節点情報は、負荷時間帯（例えば、ピーク時間帯、オフピーク時間帯、夜間、等）別に、異なる需要量、圧力、使用状態を設定可能となっており、負荷時間帯を指定することで、指定された負荷時間帯の節点情報を用いた導管網解析が実施される。
【００３４】
導管情報は、図４に示すように、導管毎の属性情報を備えた導管リストファイルとして構成され、その属性情報として、左右の各節点番号、導管種別（通常管または異径管）、管径、長さ、圧力大区分（高圧または中圧Ａ）、導管状態（連絡または切断）、解析値出力位置座標、等を備える。
【００３５】
仮想導管情報は、図５に示すように、仮想導管毎の属性情報を備えた仮想導管リストファイルとして構成され、その属性情報として、上流側及び下流側の各節点番号、導管種別、計算順序、使用状態（使用または不使用）、等を備える。仮想導管の導管種別は、上流側に接続する導管網の圧力区分（または圧力大区分）と下流側に接続する導管網の圧力区分（または圧力大区分）により規定される。計算順序は、後述する本発明方法の負荷調整工程での導管網間負荷調整処理の実行順を規定する実行順情報に該当する。
【００３６】
導管網データを記憶するための導管網データ記憶手段３には、導管網データ以外に、定常解析を例えばハーディ・クロス法を用いて実行する際の計算パラメータを規定する計算パラメータファイル、導管網解析終了時に作成される解析結果を格納する解析結果データファイル、解析結果を表形式出力するための表形式データファイル等が記憶される。計算パラメータファイルで規定される計算パラメータとしては、負荷時間帯、最大計算回数、ガス比重、負荷補正量、温度、表形式データファイル、導管解析値種別、収束条件等が想定される。負荷時間帯は、節点情報に設定されている需要量（負荷）が複数の時間帯別に選択可能に設定されている場合に、その時間帯を選択するためのパラメータである。
【００３７】
次に、処理手段４が、上記導管網データを使用して実行する第１定常解析工程、第２定常解析工程、第３定常解析工程、負荷調整工程、及び、出力処理工程の各工程について説明する。
【００３８】
本発明方法による高圧導管網（「高圧ａ」、「高圧ｂ」、「高圧ｃ」）と中圧Ａ導管網（「中圧Ａ１」、「中圧Ａ２」）の定常解析の一括計算は、中圧Ａ導管網を対象とする図６に示す手順の第１処理と、高圧導管網を対象とする図７に示す手順の第２処理で構成される。
【００３９】
図６に示すように、中圧Ａ導管網の定常解析が開始されると、処理手段４は、導管網データ記憶手段３から導管網データの中圧Ａ導管網に対する節点情報、導管情報、仮想導管情報を読み出し、中圧Ａ導管網の導管ツリーを作成する（ステップ＃１０）。また、処理手段４は、導管網データ記憶手段３から導管情報と計算パラメータファイルを読み出し、中圧Ａ導管網の導管ツリーの抵抗係数を設定する（ステップ＃１１）。更に、処理手段４は、導管網データ記憶手段３から読み出した節点情報に基づいて中圧Ａ導管網の各節点の需要量と圧力値を設定する（ステップ＃１２）。尚、ステップ＃１１とステップ＃１２の処理順序は入れ替わっても構わない。この時点では、中圧Ａ１導管網と中圧Ａ２導管網の間を接続する仮想導管は切断（遮断）状態である。尚、仮想導管が切断状態にあると、解析処理上、その両端の接続節点は互いに他方の接続節点における解析結果の影響を受けずに独立した状態となる。
【００４０】
処理手段４は、中圧Ａ１導管網と中圧Ａ２導管網に対して、仮想導管が切断状態で、夫々独立して、上記導管ツリーと設定値と計算パラメータを用いて導管網解析（第１定常解析工程に相当）を実行し（ステップ＃１３）、解析結果である各節点の圧力計算値と各導管の流量計算値を一時的に所定の記憶領域に記憶する（ステップ＃１４）。ここで、節点情報に基づいて圧力指定された接続節点等の圧力指定節点の当該圧力指定は有効である。次に、ステップ＃１３で得られた解析結果より、圧力指定された下流側の接続節点（中圧Ａ導管網に対する第１処理においては、下流側の中圧Ａ２導管網の接続節点（整圧器の２次側）が相当）の圧力設定値を維持した結果、当該接続節点の需要量が正値となるか否かを判定する（ステップ＃１５）。下流側の中圧Ａ２導管網の接続節点は、正常状態では計算上において供給ソースとして機能する必要があるため、その需要量は負値または０である必要がある。従って、下流側の中圧Ａ２導管網の接続節点の需要量が正値となった場合は、背圧状態と判定される。ステップ＃１５の判定において背圧状態と判定された場合、当該接続節点の圧力指定を無効にして強制的に圧力設定値を「０」とし（ステップ＃１６）、ステップ＃１３〜＃１６の処理を、全ての下流側の接続節点で背圧がなくなるまで繰り返す。
【００４１】
全ての接続節点で背圧状態が解消された状態で、処理手段４は負荷調整工程を実行する（ステップ＃１７）。具体的には、背圧状態が解消された最終の定常解析結果に基づいて、各接続個所の下流側の接続節点における供給量計算値（負値の需要量）を夫々対応する上流側の接続節点の需要量設定値に付加して新たな需要量を設定する導管網間負荷調整処理を実行する。更に具体的には、例えば、下流側の接続節点における供給量計算値が１０（ｋＮｍ３／ｈ）で、上流側の接続節点における需要量設定値が２（ｋＮｍ３／ｈ）の場合、導管網間負荷調整処理後の上流側の接続節点における需要量設定値は１２（ｋＮｍ３／ｈ）となる。導管網間負荷調整処理により、各仮想導管は実質的に接続状態となる。
【００４２】
引き続き、同じ導管ツリーと導管網間負荷調整処理後の設定値に対して、同じ計算パラメータを用いて導管網解析（第２定常解析工程に相当）を実行し（ステップ＃１８）、解析結果である各節点の圧力計算値と各導管の流量計算値を一時的に所定の記憶領域に記憶する（ステップ＃１９）。次に、ステップ＃１８で得られた解析結果に基づいて、中圧Ａ１導管網と中圧Ａ２導管網の間の各接続個所の上流側の接続節点の圧力が、対応する下流側の接続節点の圧力より低下しているか否かを判定する（ステップ＃２０）。ステップ＃２０の判定において、上流側の接続節点の圧力が対応する下流側の接続節点の圧力より低下している１次圧低下状態（入圧低下状態と同じ）を検出した場合、１次圧低下状態の接続個所の下流側の接続節点の圧力設定値として上流側の圧力値を設定し（ステップ＃２１）、ステップ＃１８〜＃２１の処理を、全ての接続個所で１次圧低下状態がなくなるまで繰り返す。尚、ステップ＃１８〜＃２１の繰り返し処理の２回目以降のステップ＃１８の導管網解析が第３定常解析工程に相当する。
【００４３】
次に、処理手段４は、全ての中圧Ａ１導管網と中圧Ａ２導管網の間の接続個所で１次圧低下状態が解消された最終の解析結果に基づいて、高圧導管網と中圧Ａ導管網の間の接続個所における圧力指定された下流側の接続節点（高圧導管網に接続する中圧Ａ１導管網と中圧Ａ２導管網の接続節点（整圧器の２次側）が相当）の圧力設定値を維持した結果、当該接続節点の需要量が正値となるか否かを判定する（ステップ＃２２）。高圧導管網に接続する下流側の中圧Ａ１導管網と中圧Ａ２導管網の各接続節点計算上は供給ソースとして機能する必要があるため、その需要量は負値である必要がある。従って、下流側の中圧Ａ１導管網と中圧Ａ２導管網の接続節点の需要量が正値となった場合は、背圧状態と判定される。ステップ＃２２の判定において背圧状態と判定された場合、当該接続節点の圧力指定を無効にして強制的に圧力設定値を「０」とし（ステップ＃２３）、ステップ＃１８〜＃２３の処理を、高圧導管網に接続する全ての中圧Ａ導管網の接続節点で背圧がなくなるまで繰り返す。高圧導管網に接続する全ての中圧Ａ導管網の接続節点で背圧がなくなった状態で、中圧Ａ導管網の定常解析（第１処理）が終了する。
【００４４】
図７に示すように、中圧Ａ導管網の定常解析（第１処理）が終了すると、高圧導管網の定常解析（第２処理）が自動的に開始し、処理手段４は、導管網データ記憶手段３から導管網データの高圧導管網に対する節点情報、導管情報、仮想導管情報を読み出し、高圧導管網の導管ツリーを作成する（ステップ＃３０）。また、処理手段４は、導管網データ記憶手段３から導管情報と計算パラメータファイルを読み出し、高圧導管網の導管ツリーの抵抗係数セットを設定する（ステップ＃３１）。更に、処理手段４は、導管網データ記憶手段３から読み出した節点情報に基づいて高圧導管網の各節点の需要量と圧力値を設定する（ステップ＃３２）。尚、ステップ＃３１とステップ＃３２の処理順序は入れ替わっても構わない。この時点では、高圧導管網内の接続節点に接続する仮想導管は切断（遮断）状態である。
【００４５】
次に、処理手段４は、中圧Ａ導管網の定常解析（第１処理）で得られた解析結果に基づいて、高圧導管網と中圧Ａ導管網の間の接続個所に対する負荷調整工程を実行する（ステップ＃３３）。具体的には、第１処理の最終の定常解析結果に基づいて、中圧Ａ導管網との各接続個所の下流側（中圧Ａ導管網側）の接続節点における供給量計算値（負値の需要量）を夫々対応する上流側（高圧導管網側）の接続節点の需要量設定値に付加して新たな需要量を設定する導管網間負荷調整処理を実行する。導管網間負荷調整処理の具体的要領は、中圧Ａ導管網の定常解析におけるものと同じである。尚、中圧Ａ導管網との各接続個所の抽出は、仮想導管情報に基づいて実行される。つまり、上流側圧力区分が高圧で下流側圧力区分が中圧Ａである導管種別の仮想導管に接続する節点より該当する接続節点の抽出が可能となる。この場合、該当する仮想導管の計算順序は「０」となっている。
【００４６】
処理手段４は、高圧ａ導管網と高圧ｂ導管網と高圧ｃ導管網に対して、各導管網間の仮想導管が切断状態で、夫々独立して、上記導管ツリーと設定値と計算パラメータを用いて導管網解析を実行し（ステップ＃３４）、解析結果である各節点の圧力計算値と各導管の流量計算値を一時的に所定の記憶領域に記憶する（ステップ＃３５）。尚、ステップ＃３４の導管網解析は、高圧導管網内の各導管網相互間の関係では第１定常解析工程に相当し、高圧導管網内の各導管網と下流側の中圧Ａ導管網との関係では第２定常解析工程に相当する。ここで、節点情報に基づいて圧力指定された接続節点等の圧力指定節点の当該圧力指定は有効である。次に、ステップ＃３４で得られた解析結果より、圧力指定された下流側の接続節点（高圧導管網に対する第２処理においては、下流側の高圧ｂ導管網と高圧ｃ導管網の接続節点（整圧器の２次側）が相当）の圧力設定値を維持した結果、当該接続節点の需要量が正値となるか否かを判定する（ステップ＃３６）。下流側の高圧ｂ導管網と高圧ｃ導管網の接続節点は、正常状態では計算上において供給ソースとして機能する必要があるため、その需要量は負値または０である必要がある。従って、下流側の高圧ｂ導管網と高圧ｃ導管網の接続節点の需要量が正値となった場合は、背圧状態と判定される。ステップ＃３６の判定において背圧状態と判定された場合、当該接続節点の圧力指定を無効にして強制的に圧力設定値を「０」とし（ステップ＃３７）、ステップ＃３４〜＃３７の処理を、全ての下流側の接続節点で背圧がなくなるまで繰り返す。
【００４７】
全ての接続節点で背圧状態が解消された状態で、処理手段４は、高圧ａ導管網と高圧ｂ導管網と高圧ｃ導管網の相互間の各接続個所の上流側の接続節点の圧力が、対応する下流側の接続節点の圧力より低下しているか否かを判定する（ステップ＃３８）。ステップ＃３８の判定において、上流側の接続節点の圧力が対応する下流側の接続節点の圧力より低下している１次圧低下状態を検出した場合、１次圧低下状態の接続個所の下流側の接続節点の圧力設定値として上流側の圧力値を設定し（ステップ＃３９）、ステップ＃３４〜＃３９の処理を、全ての接続個所で１次圧低下状態がなくなるまで繰り返す。尚、ステップ＃３４〜＃３９の繰り返し処理の２回目以降のステップ＃３４の導管網解析が第３定常解析工程に相当する。
【００４８】
次に、処理手段４は、高圧ａ導管網と高圧ｂ導管網と高圧ｃ導管網の相互間の全ての接続個所で１次圧低下状態が解消された最終の解析結果に基づいて、当該接続個所の仮想導管（上流側と下流側の圧力大区分ともに高圧である導管種別の仮想導管）で、計算順序が「１」以上で導管網間負荷調整処理が未処理の仮想導管の計算順序の最小の仮想導管を選択する（ステップ＃４０）。つまり、１回目のステップ＃４０では、計算順序が「１」の仮想導管が選択され、２回目のステップ＃４０では、計算順序が「２」の仮想導管が選択され、仮想導管の計算順序に従って、順番に選択される。
【００４９】
ステップ＃４０で計算順序が「ｎ」（ｎは自然数）の仮想導管が選択されると、選択された仮想導管に対して負荷調整工程を実行する（ステップ＃４１）。具体的には、選択された各接続個所の下流側の接続節点における供給量計算値（負値の需要量）を夫々対応する上流側の接続節点の需要量設定値に付加して新たな需要量を設定する導管網間負荷調整処理を実行する。導管網間負荷調整処理は、第１処理のステップ＃１７及び第２処理のステップ＃３３の負荷調整工程の処理と同じである。
【００５０】
計算順序「ｎ」の仮想導管に対する負荷調整工程を行った後に、ステップ＃３４〜＃３９の処理を、全ての接続個所で背圧及び１次圧低下状態がなくなるまで繰り返す。
【００５１】
高圧ａ導管網と高圧ｂ導管網と高圧ｃ導管網の相互間の全ての仮想導管が選択された状態では、ステップ＃４０の選択処理で選択される仮想導管がないため、第２処理は終了する。
【００５２】
処理手段４は、上記要領で、高圧導管網（「高圧ａ」、「高圧ｂ」、「高圧ｃ」）と中圧Ａ導管網（「中圧Ａ１」、「中圧Ａ２」）に対して第１処理と第２処理からなる定常解析の一括計算を実行すると、各導管網の解析値（各節点の圧力計算値と各導管の流量計算値、等）を解析結果データファイルに格納するとともに、表形式データファイルに出力する出力処理工程を実行する。
【００５３】
出力処理工程における解析値の表形式データファイルへの出力処理について説明する。表形式データファイルは、例えば、米国マイクロソフト社の「ＥＸＣＥＬ」等の表計算ソフトで生成される。表形式データファイルに記憶される表形式データは、予め、導管網解析の対象となる導管網群を構成する節点及び導管（仮想導管を含む）を表形式データの各セルのセル枠を可視表示するための罫線と文字データを用いて、例えば、図８に例示する要領で作成してあるものを利用する。
【００５４】
図８に示すように、各節点は、４行×４列（または、３行×４列）のセルを用い、１行×４列で１段を構成し、縦４段または３段で構成され、各段の上下左右に罫線が設けられている。各段には、４段の場合は、上から順に、節点名称、節点番号、需要量、圧力値が格納され、３段の場合（節点名称の設定されていない場合）は、上から順に、節点番号、需要量、圧力値が格納される。需要量は、導管網解析で使用される時間帯の需要量が節点情報に基づいて入力される。また、圧力値は、圧力指定節点については、背圧状態または１次圧低下状態が検出された接点を除いて節点情報で規定されている指定圧力が入力され、背圧状態または１次圧低下状態が検出された圧力指定接点及び一般負荷等の圧力指定されていない節点については、出力処理工程によって解析値（圧力計算値）が入力される。尚、各導管は、その左右両端に接続する節点の左右上下の何れかの罫線の中央付近間を、節点を構成しないセルのセル枠の一部を連続的に罫線表示することで視覚的に連絡して構成する。ここで、各節点の１段を複数列（例えば４列）で構成している理由は、縦方向に罫線表示された導管と節点の接続において、節点を表示する枠の上辺または下辺において複数の導管との接続を可能にし、１本の導管との接続においては、上辺または下辺の中央部に接点を配置できるようにするためである。また、各仮想導管も、同様の罫線表示により構成するが、使用する罫線の線種を変えて（例えば、破線を用いて）、通常の導管と区別している。また、圧力区分（圧力大区分）を区別するために、使用する罫線の線種（線の太さ）を変えている。
【００５５】
表形式データ上の各節点及び各導管の配置は、ある程度実際の導管網群の地理的配置を模擬しておくことで、表形式データをプリント出力、或いは、コンピュータの表示画面上に表示出力することにより、解析結果の圧力計算値や流量計算値を各節点及び各導管に入力した模擬的な導管網系統図が簡易に得られる。
【００５６】
ここで、各節点の解析値（圧力計算値）を入力する入力セル（本実施形態では４段目のセル）のセル座標（表座標位置に相当）は、節点情報の解析値出力位置座標によって規定されているものを用いる。同様に、各導管の解析値（例えば、流量計算値）の入力する入力セルのセル座標（表座標位置に相当）は、導管情報の解析値出力位置座標によって規定されているものを用いる。各導管の解析値の入力セルは、導管を示す罫線の近傍のセルを利用する。
【００５７】
上記要領で作成された解析結果の出力先である表形式データファイル（解析値未入力の空ファイル）は、導管網データ記憶手段３に格納されているものの中からを、同じく導管網データ記憶手段３に格納されている計算パラメータファイルに規定されているものを読み出して利用する。
【００５８】
従って、処理手段４は、出力処理工程において、高圧導管網（「高圧ａ」、「高圧ｂ」、「高圧ｃ」）と中圧Ａ導管網（「中圧Ａ１」、「中圧Ａ２」）に対して第１処理と第２処理からなる定常解析の一括計算を実行すると、計算パラメータファイルに規定されている表形式データファイルを読み出し、更に、導管網データの節点情報の解析値出力位置座標によって規定されている節点毎のセル座標で指定される入力セルに対応する節点の圧力計算値を代入し、導管網データの導管情報の解析値出力位置座標によって規定されている導管毎のセル座標で指定される入力セルに対応する導管の流量計算値を代入する。流量計算値の入力は、図８に示すように、流量計算値の絶対値を入力し、その流れ方向を矢印で入力する。
【００５９】
以下に、別実施形態を説明する。
【００６０】
〈１〉上記実施形態では、導管網内に昇圧機を設けることができる。この場合、昇圧機は圧力指定節点の一種として扱うことができ、節点情報において、節点種別を昇圧機とし、その昇圧特性を指定圧力値により規定できる。
【００６１】
〈２〉上記実施形態では、導管網群を構成する導管として、個々の導管は１本の導管である場合を想定していた。定常解析に計算上は、各導管は１本の導管として扱うものの、実際の導管ツリーにおいて２つの節点間を連絡する導管は必ずしも１本の導管である必要はない。２つの節点間を連絡する導管が、管径または長さまたはその両方の異なる複数の管で構成されていても構わない。但し、この場合、定常解析を実行する前に、処理手段４が、２つの節点間を連絡する複数の導管を、導管網解析上等価な１本の導管に変換する統合処理を行い、変換処理後の導管を導管情報に登録するようにしても構わない。この統合処理において、処理前の各導管が間に１または複数の分岐点でない節点を有する直列導管であっても構わない。直列導管を含む場合は、統合処理によって導管数だけでなく、節点数も軽減されるため、定常解析処理の高速化が図れる。また、直列導管の中間節点に需要量（負荷）が設定されている場合は、所定の分配アルゴリズムにより、両端の節点に分配するようにしても構わない。
【００６２】
〈３〉上記実施形態では、導管網解析による各導管の解析値として流量を算出する場合を想定したが、各導管の解析値としては、流量に限定されるものではなく、例えば、計算パラメータの導管解析値種別によって規定される他の解析値を計算し、出力するようにしても構わない。ここで、導管解析値種別によって規定される他の解析値としては、流速や区間通過時間等が想定される。
【００６３】
〈４〉上記実施形態では、出力処理工程において解析結果を表形式データファイルに出力する場合を説明したが、これ以外に、所定のマンマシンインタフェースを用いて、コンピュータの表示画面上に表示された入力画面上から、例えば、背圧或いは１次圧低下状態を選択して、選択した状態の検出された節点に対する当該検出時の解析結果を、所定の出力画面に表示出力するようにするのも好ましい実施形態である。更に、節点或いは導管を個別に選択して、選択した節点或いは導管に対する解析結果を、所定の出力画面に表示出力するようにするのも好ましい実施形態である。
【００６４】
更には、出力処理工程において解析結果を表形式データファイルに出力する際に、解析値に対する上限或いは下限を指定し、当該上限或いは下限を逸脱した解析値の表示を他の解析値の表示と表示フォントや表示色により異ならせ、解析値に対する分析作業を容易にする工夫を施すようにしても構わない。
【００６５】
〈５〉上記実施形態では、本発明システム１の導管網解析となる導管網群として、都市ガス供給用の高圧導管網と中圧Ａ導管網からなる２つの圧力大区分に跨る導管網群を想定して説明したが、導管網群としては上記実施形態の構成及び用途（流体の種類）に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る導管網解析システムの一実施形態の機能構成を示すブロック構成図
【図２】本発明に係る導管網解析方法の対象となる導管網群の階層構成を説明する図
【図３】本発明に係る導管網解析方法で使用する導管網データの節点情報を備えた節点リストファイルの一例を示す図
【図４】本発明に係る導管網解析方法で使用する導管網データの導管情報を備えた導管リストファイルの一例を示す図
【図５】本発明に係る導管網解析方法で使用する導管網データの仮想導管情報を備えた仮想導管リストファイルの一例を示す図
【図６】本発明に係る導管網解析システムの一実施形態における中圧Ａ導管網を対象とする第１処理の手順を示すフローチャート
【図７】本発明に係る導管網解析システムの一実施形態における高圧導管網を対象とする第２処理の手順を示すフローチャート
【図８】本発明に係る導管網解析方法の出力処理工程における解析結果を表形式データに出力して作成される模擬的な導管網系統図の一部を示す図
【符号の説明】
【００６７】
１：  本発明に係る導管網解析システム
２：  コンピュータ
３：  導管網データ記憶手段
４：  処理手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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