基于性能设计方法论文（精选11篇）

基于性能设计方法论文 第1篇

近年来,随着贵州省交通基础设施建设投资力度的加大,公路桥梁建设取得了快速的发展,各种高墩大跨桥梁不断涌现。现行的公路桥梁抗震设计细则仅适用于跨度为150米以下的一般桥梁结构,因此对特殊的高墩大跨桥梁结构,探讨适当的抗震设计方显得相当重要。桥梁抗震的设计方法也是从地震灾害中不断总结经验,得到改进与发展,由起初的单一强度控制到强度、位移双标准控制,再到现在是多指标的结构性能控制,归纳起来,桥梁的抗震设计方法主要有基于强度设计、基于位移设计、基于性能的抗震设计、基于能量设计以及能力抗震设计方法。关于桥梁的抗震设计计算理论经历了静力理论、反应谱理论、动力理论等发展阶段,目前正在探索基于性能的抗震设计阶段。基于性能设计方法的概念在于根据灾害荷载的不确定性(发生时间、强度、作用持时等的变化)以及抗力的不确定性的特点对不同风险度水平的灾害荷载作用(地震等),将结构物设计成满足不同性能要求,保障结构物在整个运行期充分发挥性能,方便维护和改建,符合经济目的。而地震荷载作为一种偶然灾害荷载,其发生的强度、频度、时间和空间分布等均具有强烈的不确定性,正符合这样的一些特点。基于性能的设计方法是以预定的结构性能为目标的结构抗震设计方法,较以往抗震设计方法具有很大的灵活性,一经提出就受到国际地震工程界的普遍关注,并引发了对以基于承载力设计方法为主的抗震设计方法的反思。国内外众多的学者均投入了大量的精力对此进行了深入的研究。本文现就基于性能的桥梁抗震设计方法进行了探讨,只供参考。

1 基于性能的桥梁抗震设计方法讨论

“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准设防的抗震设计方法,是以保证生命安全为单一设防目标。尽管它可以做到在大震时主体结构可以避免倒塌以保证生命的安全,但仍可能导致在偶然地震作用下结构丧失正常的使用性能。正是基于这种情况,20世纪90年代,美国学者率先提出了基于性能的结构抗震概念(PBSD),引起了地震工程界极大的兴趣。重要公路干线是抗震救灾的生命线工程,担负着抗震救灾的重要作用,震后桥梁结构的使用性能是抗震救灾工作顺利进行的重要保障。以性能的抗震设计为基础在本质上可以说是整体的设计思想,它要求在不一样水平的作用之下,结构的性能要满足一组预期的性能目标。以性能的抗震设计为基础包括以下三点,其一,在确定地震危险时有具有科学性;第二,在不同概率地震的作用之下,结构的性能能力和破损的状态;第三,在设计的开始,我们应该知道结构的性能目标,同时经过设计,作用于地震之下的结构反应能满足预期的性能目标。

基于性能的抗震设计方法侧重的是“概念设计”,相比于“计算设计”,它有着更重要的作用。假如经过增加工程造价的方法来加强结构的抗震性能的话,从经济方面来看,明显是不可取的。例如桥梁结构通常做一些稍微的改进构造设计以及桥型的设计,我们就可以获得很好的抗震性能,这就要求桥梁设计者在桥梁方案的选择、桥梁结构支撑体系的布置等关键环节,要基于抗震设计的概念来达到桥梁的构造要求。比如上部结构和桥墩的连接形式是采用固结或用弹性连接,桥墩采用单柱式或多柱式,桥墩截面采用的形状等都显著的影响着桥梁的抗震性能。抗震设计要有两个程序:第一,应从概念上了解抗震性能,进而选择满意的结构抗震体系。第二,按照抗震设计的标准,对抗震能力进行探析检算,为了使其提高,还要做减隔震设计。我们一般使用延性设计与减隔震设计来确保结构的抗震能力。下面就对两者的概念做一个简单的介绍。

1.1 延性设计

在上面已经说到使用单纯的强度概念来设计抗震是不可取的。桥梁结构在地震的作用之下,可以通过结构本身的变形来耗能,进而满足抗震的目的,例如,在地震力作用之下,高大桥墩,墩底混凝土产生了塑性破坏,可是因为配置了很多的抗剪钢筋,因此桥墩不容易垮塌,另外,由于墩底的塑性铰而发生的转动,在一定程度上消散了地震的能量,达到保护主体结构的要求,延性设计的基本含义也就在于此。为了确保地震的破坏只是产生在特定的部位,同时也是能够控制的以及容易修复的,在抗震设计中就要侧重能力的设计,在桥梁的内部建立符合要求的强度级配。一般我们要选择合理的塑性铰位置并且进行认真详细的配筋设计,以便确保桥梁结构延性抗震能力和经济性。

比如对于具有高大桥墩的桥梁,出现塑性铰的位置通常在墩底和墩顶。为了保证结构的延性,比如欧洲规范对塑性铰区的配筋作了如下详细的规定:(1)箍筋纵向间距不大于纵向钢筋直径的6倍;(2)At/s≥∑Asfys/1.6fyt,其中,At是单肢箍筋截面面积,s是箍筋各肢间距,∑As是该肢箍筋约束的纵向钢筋面积之和,fys、fyt分别是箍筋和纵向钢筋的屈服强度。(3)对于矩形箍筋,箍筋(勾筋)各肢间距不大于核芯混凝土最小尺寸的1/3,而且不大于35cm,但不小于20cm。在墩底塑性铰区配筋的调整前后构造图,原设计塑性铰区域箍筋含箍率较低,不能满足结构的延性抗震要求。经过调整的配筋图能够在很大程度上完善结构的延性,进而保证了其抗震的性能。

1.2 减隔震设计

当结构受到诸如地震等动荷载产生的动力反应时,结构具备的动力性能的两个主要因素就是支撑条件与阻尼。大跨径桥梁结构本身的阻尼比通常是百分之二到百分之五,所以,结构耗散能量的水平不是很高。为了能够在很大程度上提高了机构的动力性能,以及以最少的投入获得最优的抗震性能,减隔震的设计办法是在桥梁结构的某些节点上设置支撑与阻尼装置,一般这些装置要达到以下几方面的要求:第一,为了延长结构的周期,减少地震力,要有特定柔度。第二,为了使支撑面处的变形降低,以使位移在设计允许的范围之内,要有耗能的能力。第三,在诸如制动力等正常的荷载作用下,为使机构不产生屈服以及有害的振动,要有特定的屈服力和刚度。另外,经常用到的装置有以下几种:第一,铅芯橡胶支撑装置。其原理是利用铅屈服后的低刚度把地面的振动频率以及在结构中的原有的振动频率隔绝断离。第二,滞后系统。是利用消能器的滞后效应来消散能量的装置。一般使用的是金属屈服型消能器,其优点是相对于主体结构来说,它有较小的屈服强度以及较大的刚度。所以,它要比其它构件先产生塑性变形,进而保护了主体结构。使用金属阻尼器时一般与橡胶支座组合在一起。第三,粘弹性消能装置。此装置主要应用在增大结构的消散能量和减少地震以及风所引起的动力反应。同时具有粘性与弹性。前者是和变形速度成一定比例而发生的力;后者是和变形性有一定比例而产生的力。此装置一般是由油阻尼器与弹性支撑装置组合而成的。第四,柔性支撑装置。此装置对结构没有消能的作用。例如滑板支座、滚轴以及球形支撑等。第五,缓冲装置。给结构运动供给特别的阻尼装置,其锁定力与速度方程和粘弹性消散能量的装置有相同之处。

2 小结

总之,桥梁抗震的设计方法也是从地震经验中得到不断的改进与发展的。基于性能的桥梁抗震设计方法是21世纪桥梁抗震设计的主要发展方向,设计者应从抗震概念设计和结构动力计算方法两个方面提高自己的专业能力,为桥梁的抗震减灾工作贡献自己的一份力量。

参考文献

[1]JTG/TB02-01-2008,公路桥梁抗震设计细则.北京:人民交通出版社,2008.

[2]占劲松,胡常福.汶川地震对桥梁抗震的思考[J].交通科技,2010.

[3]魏凯,袁万城,曹新建.组合结构桥梁抗震潜力及性能研究[J].工程力学,2010,(6).

[4]王克海,李茜.桥梁抗震的研究进展[J].工程力学,2007,(12).

基于性能设计方法论文 第2篇

一种基于人工免疫理论的性能监控与故障诊断方法

本文针对航空发动机故障样本获取比较困难等问题,提出了一种基于人工免疫理论的航空发动机性能监控与故障诊断方法.利用免疫系统的反面选择机理,并结合人工神经网络,确定发动机性能偏离正常值的程度(异常度),实现发动机性能趋势的监控.该方法能够灵敏、准确地反映发动机整体性能的.变化情况,提高发动机性能正常与否的识别率,并以此来发现发动机潜在早期故障,防止故障的扩大.通过对某型涡扇发动机进行监控,证明该方法确实有效.

作 者：王威 侯胜利 作者单位：徐州空军学院刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(26)分类号：V2关键词：航空发动机 性能监控与故障诊断 人工免疫理论 反面选择算法 人工神经网络

基于性能的抗震设计 第3篇

关键词：抗震结构设计基于性能的抗震设计

0 引言

汶川地震、玉树地震和芦县地震使人们再次看到抗震结构设计的重要性，如何提高抗震性能又保证经济效益，是我们面临的一大问题。随着经济水平的提高，我国的超限高层建筑工程越来越多。这些工程在房屋高度、规则性等方面都不同水平地超过现行标准规范的适用范围，如何进行抗震设计缺少明确具体的目标、依据和手段，按照《全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会抗震设防专项审查办法》和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》等的要求，需要根据具体工程实际的情况，进行分析、研究，必要时还要进行试验，从而确定采取比标准规范更加有效的抗震措施，设计者的论证还需要超限额审查，以期保证结构的抗震安全性能，这就提出了基于性能的抗震设计。

1 传统的抗震设计方法局限性

按我国抗震规范进行抗震设计的建筑，其抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需要修理可继续使用，当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，即“小震小坏，中震可修，大震不倒”的多级设计思想，但其实质是以保证人的生命安全为原则的一级设计理论。其设计方法采用：小震不坏采用结构线弹性验算；中震可修及大震不倒采用加强结构构造措施及薄弱层弹塑性验算。这样设计的建筑物可以避免主体结构倒塌而保证人的生命，但地震所造成的正常使用功能的丧失和巨大的社会经济损失，很可能会大大超出社会和业主可接受的程度。纵观现行抗震理论和设计方法中存在的问题，可总结如下：①对损失的控制不力，对业主的要求难以满足；②结构性能概念不明确，设计透明度小；③结构性能标准缺乏灵活性；④结构性能目标实现过程的误区。

2 基于性能的抗震设计PBSD（Perform Based Seismic Design）

2.1 概念。近年来，地震工程学者从不同的角度致力于抗震设计原理与方法的完善，其中最引人注目的进展是以结构性能评价为基础的抗震设计理论（Performance2based Seismic Design Theory）和基于结构性能的地震工程学（Performance2based Seismic Engineering）

美国ASCE-41 SEI对PBSD 的定义，在分析和设计中采用弹性静力和弹塑时程分析，基于不同设防水准地震作用，达到不同的性能目标。来实现一系列的性能水准，不同的结构形式采用不同的性能水准，建议采用建筑物层间变形来定义结构和非结构构件的性能，而且ASCE-41SEI适合于设计方法从线性静力延伸到弹塑性时程分析与多级性能水准结构的分析，可以利用随机地震动概念提出了许多种性能目标。

美国ATC-40对PBSD的定义为“基于性能的抗震设计是指结构的设计准则由一系列可以实现的结构性能目标来表示，主要针对钢筋混凝土结构并且建议采用基于能力谱的设计原理”。显然，ATC-40建议使用能力谱方法对钢筋混凝土结构进行抗震设计。

基于性能的抗震设计使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展，业主设计者可选择所需的性能目标，提出满足性能要求的方案论证（结构体系、详细分析、必要的试验、抗震措施）来通过专门评估。

2.2 性能目标。建筑物抗震设计的性能目标指某一设定地震地面运动（如在给定年限内超越概率63%、10%和2%—3%的小震、中震和大震）下建筑的预期性能水准。根据图1及图2，可把结构的性能水平分为以下四个阶段：

接近倒塌（Collapse Prevention,简称CP）

生命安全（Life Safety,简称LS）

基本运行（Immediate Occupancy,简称IO）

充分运行阶段（Operational,简称OP）

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2.3 分析方法。①大震静力弹塑性，又称Push-over方法，在水平位移控制下推覆结构，按一定荷载分布形式施加水平荷载，施加竖向荷载后作为初始状态，建立弹塑性模型，从而得到薄弱层和能力需求曲线交点（能力点）。②中震弹性，采用弹性分析程序对结构进行设计，通过设定内力调整参数及组合系数。③小震弹性。0.90.750.60.

450.30.150。④大震动力弹塑性，建立弹塑性模型，进行时程分析后可得结构的内力及变形响应。在施加竖向荷载后作为初始状态，对结构施加地震波，基于性能的设计方法的关键在于结构弹塑性分析方法，而基于纤维模型的弹塑性时程分析方法是目前最可靠且效率高的方法之一，但塑性动力时程分析计算结果受到地震波以及构件恢复力和屈服模型的影响大，且计算分析工作繁琐，只是能准确而完整地得出结构在罕遇地震下的反应全过程，要尽量使构件恢复力模型符合构件的实际特性，在设计重要高层建筑结构采用该法时，注意好各方面问题。

在这里还要提一下时程分析法中选取地震波的问题：时程曲线从地方地震设计部门提供的人工模拟曲线及实际记录时程曲线中挑选。这些时程曲线分析后得到的小震下（63%超越概率）的基底剪力与规范振型反应谱产生的小震下的基底剪力作了比较，发现满足规JGJ3-2002 Section 3.3.5的要求，即单个时程分析计算基底剪力结果应大于反应谱法结果的65%，时程分析的基底剪力结果的平均值应大于反应普法结果的85%。

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3 结语

3.1 基于性能的抗震设计是国际上一种发展趋势，超限高层结构设计采用基于性能的抗震设计理念和方法是可行的，有利于技术进步和创新。基于性能的抗震设计理论可完善简化的规范设计、为规范设计的不同性能水准提供一个有效的选择、改进已有建筑的评估和翻新、改进和完善区域损失估算、提高历史地震斟察的适用性、提高地震工程研究的效率等。

3.2 要不断总结震害经验，针对新结构、新技术进行试验和理论研究，对计算方法要不断改进完善。

参考文献：

[1]夏支贤，马健，申俊昕，张焱，翟红丽.云南龙江特大桥保山岸锚碇应力分析[J].价值工程，2013(08).

[2]翟红丽，王进，王承格.高地震区高速公路无伸缩缝半整体式桥梁的抗震研究[J].价值工程，2013(08).

[3]黄春霞.多层砌体房屋震害及抗震措施[J].价值工程，2011(03)

[4]欧阳平.浅析住宅建筑的抗震施工技术及应用[J].价值工程，2012(32).

[5]欧阳平.现代建筑玻璃幕墙概述[J].番禺职业技术学院学报，2006(02).

[6]陈洁.简述桥梁结构抗震设计与设防措施[J].价值工程，2013(10).

作者简介：

闫怀青（1963-），男，山东人，现任广空珠海办事处主任，学士学位，研究方向为生态军营建设、工程设计等。

浅谈基于性能的抗震设计理论与方法 第4篇

关键词：基于性能,抗震设计,设防水准,性能水平,性能目标

目前, 我国抗震规范采取“三个水准、两个阶段”的设计。可以肯定的是, 按照现行抗震设计规范设计的建筑在地震中表现出良好的抗震性能[1]。虽然现行设计思想可以做到大震时主体结构不倒塌以保障生命安全, 但在中小震作用下结构可能丧失正常使用功能而造成巨大的经济损失。因此, 结构抗震设计必须从以往只注重结构安全向全面注重结构的性能、安全及经济等诸多方面发展[2], 而基于性能的抗震设计就是在这种背景下提出来的。

上世纪90年代初, 美国加州大学伯克利分校的J.P.Moehle提出了基于性能的抗震设计理论。虽然不同的组织和个人对基于性能的抗震设计的定义不完全相同, 但是基于性能的抗震设计思想是基本一致的, 即:在设计使用期内, 建筑结构遭受不同水准地震作用时, 应该达到相应的性能水准[3]。

1 基于性能的抗震设计的主要内容

基于性能的结构抗震设计包括确定抗震设防水准、明确划分抗震性能水平和抗震性能目标等三个方面的内容。

1.1 抗震设防水准

抗震设防水准是指在工程设计中如何根据客观的设防环境和已定的设防目标, 并考虑具体的社会经济条件来确定采用多大的设防参数, 或者说, 应选择烈度多大的地震作为防御的对象[4]。抗震设防水准是衡量结构抗震能力高低的综合尺度, 既取决于地震强弱的不同, 又取决于结构使用功能的不同。根据实际情况提出适当的抗震设防水准, 既能合理使用建设投资, 又能满足结构抗震安全的要求。

对于基于性能的结构抗震设计, 为了实现多级抗震设防水准, 控制结构在不同水准地震作用下的破坏状态, 需要在三水准的基础上进一步细化抗震设防水准。放眼21世纪委员会 (Vision 2000) 认为[5], 基于结构性能的设计理论追求能控制结构可能发生的所有地震波谱的破坏水准。Vision 2000中地震设防水准的划分如表1所示。

1.2 抗震性能水平

抗震性能水平是指地震发生后建筑物的状况, 即地震引起损失的一种标定 (包括人员伤亡、财产损失、建筑功能等状况) 。基于性能的抗震设计要求结构不仅要保证生命安全, 同时也要控制结构的破坏程度, 使经济损失控制在一定范围内。因此, 针对不同的抗震设防水准, 结构应该具有明确的性能水平。而性能水平的确定涉及到结构构件、非结构构件、内部设施及场地用途等多种因素, 应综合考虑给定破坏状态所引起的安全、经济和社会等方面的后果。在基于性能的结构抗震设计中, 抗震性能水平的划分如表2所示。

1.3 抗震性能目标

结构的性能目标是指相应于一定超越概率的地震作用, 结构所期望的最大破坏程度。在基于性能的结构抗震设计中, 确定合适的性能目标是基于性能的结构抗震设计的前提和基础。结构性能目标取得过高, 虽然可以保证结构有较高的安全性, 但是会大大增加投入;性能目标取得过低, 虽然可以降低结构造价, 但是会大大增加结构的使用风险。

SEAOC Vision 2000[5]建议将结构性能目标划分为3个等级, 即基本目标、重要目标和最高目标。基本目标是一般建筑的最低性能水准;重要目标是医院、公安消防、学校、通讯等重要建筑的最低性能水准;最高目标是含核材料等特别危险物质的特别重要建筑的最低性能水准。规范给出的性能目标是最低标准, 可以根据业主的要求采用更高的水准。结构的性能目标与抗震设防等级、抗震性能等级的关系如表3所示。

2 基于性能的抗震设计方法

目前, 基于性能的抗震设计方法主要有承载力设计方法、基于位移的设计方法和能量设计法等三种方法。承载力设计方法是各国规范普遍采用的方法, 这里不再赘述, 本文主要介绍后两种方法。

2.1 基于位移的设计方法

⑴直接基于位移的设计方法。该方法是先假定结构的整体侧移模式, 并按照结构动力学方法将实际的多自由度体系转化为等效单自由度体系, 确定等效单自由度体系结构的弹塑性地震位移反应, 再根据侧移模式反算出原多自由度体系各楼层的弹塑性地震位移反应, 验算其是否符合限值要求。该方法的关键在于, 如何将多自由度体系转化为等效的单自由度体系, 从而取得较高的计算精度。

⑵能力谱法。能力谱法最早由Freeman等人提出, 后来Fajfar、Chopra等学者对其进行了改进。能力谱法以静力弹塑性分析 (Push-over) 为基础, 将静力弹塑性分析得到的加速度-位移曲线 (结构能力谱曲线) 和地震反应谱曲线转换成相同的格式, 求得两曲线相交点的位移 (称为目标位移) , 或采用图示的方法直观地评价结构的地震性能。目前该方法已成为基于性能的抗震设计方法中的一种主要方法。

⑶延性系数法。延性系数法的实质是通过建立构件的位移延性系数或截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系, 由约束箍筋来保证核心区混凝土达到要求的极限压应变, 从而使构件具有要求的延性系数。延性系数法侧重构造措施在结构抗震设计中的作用, 对构造措施进行定量分析, 并试图建立一个明确的塑性变形机构, 使结构在遭遇地震时按照预定的塑性变形方式进行反应。该方法无法反映结构真实的抗震能力, 在工程实践中较少应用。

2.2 能量设计法

能量设计法假设结构破坏的原因是地震输入的总能量, 地震对结构及其内部设施的破坏是由其输入的能量与结构所消耗的能量共同决定的。能量设计法能够直接估计结构的潜在破坏程度, 对结构的滞回特性以及结构的非线性要求概念清楚, 而且耗能元件的设置可以更好地控制损失。由于结构体系的复杂性, 因此结构滞回耗能的计算很大程度上依赖于构件单元恢复力模型的选取, 计算比较繁琐。

3 结论

基于性能的抗震设计代表着未来建筑结构抗震设计的发展趋势。由于基于性能的抗震设计的研究正处于起步阶段, 还存在许多亟待解决的问题, 如合理的抗震性能水平及性能目标的划分、地震反应位移谱的确定、结构弹塑性静力分析的改进等。随着各国对基于性能的抗震设计的不断深入研究, 这一理论将会得到迅速发展, 相信在不久的将来能够真正实现基于性能的抗震设计理念。

参考文献

[1]马宏旺, 吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题[J].同济大学学报, 2002, 30 (12) :1429-1434.

[2]李刚, 程耿东.基于性能的结构抗震设计——理论、方法与应用[M].北京:科学出版社, 2004.

[3]邹昀, 吕西林.基于结构性能的抗震设计理论与方法[J].工业建筑, 2006, 36:1-5.

[4]马玉宏, 谢礼立.考虑地震环境的设计常遇地震和罕遇地震的确定.建筑结构学报, 2000, 23 (1) :43-47.

基于性能设计方法论文 第5篇

关键词：超限高层建筑；抗震设计；抗震性能

引言

城市化进程的快速发展使超限高层建筑的数量与规模越来越大。我国的国土虽然辽阔，但是地质条件却相当的复杂而且经常会发生自然灾害，例如汶川地震、雅安地震等，所以建筑的抗震性能已经引起了人们的高度关注。起提高超限高层建筑抗震性能设计的水平必须从超限高层建筑发展的目标和判断标准方面入手，并根据建筑物的实际情况，采取有效的设计策略。

1. 分析超限高层建筑基于性能抗震的设计

1.1超限的定义

按照有关规定高层建筑是指10层以上的建筑，也包括超限高层的建筑。判断是否属于超限高层建筑的依据是根据其的高度和相关规定的限额来进行比较。比较的内容有高宽的超限比、竖向规则和平面规则的超限等三个方面。

1.2分析超限高层建筑基于性能抗震设计的思想内容

一直以来，世界各国指导高层建筑的抗震思想标准是“小型地震不会坏、中型地震可以修、大型地震不会倒”。经过时间和事实的证明，这种指导标准是最为合理的。但是，该思想只重视建筑物不倒的抗震性能，而忽视了大震对建筑物结构功能带来的影响，所以这也会造成严重的社会经济损失，因此，在超限高层建筑基于性能抗震的设计必须要重视。那么清楚基于性能建筑设计的原理是十分重要的，基于性能的建筑设计主要是以抗震为基础来指导整个建筑设计的，因此为了保证即使在地震作用下建筑结构体系的结构功能也不会发生改变，就需要规范好结构体系的布置设计、结构体系的使用和质量的把握几方面的内容。

1.3关于超限高层建筑抗震性能的水准

根据我国现行的规定，关于超限高层建筑抗震性能的水准有以下几方面的内容：一是，建筑结构的完整性在地震过后依然可以保持而且是不需要进行任何的修复就可以继续使用的；二是，建筑结构的完整性得到了保证，但是发生了轻微的裂缝，这种裂缝不会影响建筑物的安全使用，因此可以不用修复就可以继续使用；三是，保持了建筑重要结构的完整性，只需修复其他部位的裂缝就能再次使用；四是，建筑的重要结构发生了轻微的破损，而其他结构的破损程度达到了中等的程度，所以建筑物只需要少许的修复就可以再次使用；五是，建筑重要结构的破损达到了中等的程度，而其他结构的破损也达到了中等或以上的程度，建筑物必须要进行加固修复才能使用；六是，建筑重要结构的破损达到了中等或以上的程度，而其他结构的破损度非常严重，随未倒塌但是严重威胁人们的人身安全。

2.分析我国超限高层建筑基于性能抗震设计的缺陷

经济水平在一定程度上决定了国家科学技术的水平。在我国，受到经济水平的发展，在实际的建筑过程中，超限高层建筑基于性能抗震的设计还不能解决存在于建筑过程中的问题；而且，由于人们对建筑物功能的不同需求复杂化了超限高层建筑的设计，在对建筑结构进行可行性评估时是根据相关的试验来获取评估结果的，这样就会在实践操作中难以实施；由于时代的发展需要对每栋高层的建筑进行创新性的设计，这就增加了界定超限高层建筑抗震性能水平的难度，而且由于各种的原因，需要提高超限高层建筑的分析计算方法。所以，在超限高层建筑的设计中，基于性能的抗震设计是最为合理的。

3.基于性能抗震设计的方法

在实际设计中应用基于性能抗震的设计有两种方法：基于传统的设计方法和接基于位移进行设计。第一种方法在目前的建筑设计中应用最广泛，设计人员也比较熟悉。这种方法的设防指导原则是：小震不坏、中震可修、大震不倒。而设计的方法主要有：设计要根据处方形式或指令性的规定来进行；小震的弹性设计、概念设计和对部分结构进行大震变形的验算等。但是这种方法有明确的规则性和适用高度限制，存在较大的局限性，有时不能适应对新技术、新资料以及新结构体系的发展的适应性比较差。第二种方法虽然比较少用而且设计人员也没有完全掌握，但是就提供了可行的方法给实现高层结构设计，这对有技术的进步创新大有好处。这种方法的設防指导原则是：干预期的性能目标的提出要根据受震影响度和使用功能的类别来进行的，包括各种如结构与非结构的以及设施的具体性能；具体工程预期目标的最终选择是由业主来决定的。相比传统的设计方法，由于该设计方法采用的结构性能指标是结构位移，因此整个的设计过程完完全全地被改变了，设计的变量直接选择了目标位移，此位移的结构有效周期是通过设计位移来计算出来的，结构的有效刚度也是根据此依据来进行计算，这样就可以计算出此时结构基底的剪力，然后再来分析结构使配筋的设计更加具体化。

基于性能的抗震设计的优点有：可以具体量化三水准设防要求的性能目标及水准，在设计中，对性能水准判别的准则和性能目标的选用的实施要特别强调并要进行更加深入的论证分析。然而基于性能抗震的设计需要研究解决的问题仍比较多，尤其是在地震大小的确定性和计算模型及参数的正确性的问题。但是，值得肯定的是，由于技术的进步和深入的研究必定会提高高层建筑的抗震性能的，那么超限高层建筑的安全性就得到有效的提高。

4.结论

由此可见，基于性能抗震设计的方法应用于超限高层建筑中是一个必然的发展趋势。在高层建筑的宽高度的有关规则中，限制性比较少，提高了超限高层建筑的设计的灵活性。因此，在今后较长的时期里，超限高层建筑结构基于性能的抗震设计都是高层结构抗震研究发展的方向。

参考文献：

[1]宫方武，玉琢. 浅谈高层建筑结构抗震设计[J]. 硅谷，2011，（10） .

[2]赵媛. 高层建筑的抗震设计及减灾措施[J]. 建筑，2010，（22） .

基于性能设计方法论文 第6篇

关键词：钢结构构件,当量时间,临界温度,耐火极限,性能化耐火设计

我国现行的钢结构耐火设计方法是依据现行规范采用标准耐火试验方法进行的处方式耐火设计。该设计方法简单、可操作性强,但未考虑具体房间的实际火灾环境,构件实有耐火极限的确定方法不够科学。在临界温度和耐火极限为控制参数的钢构件性能化耐火计算中,受火空间的温度模型采用的是标准时间温度曲线,直接用规范所规定的耐火极限作为构件的升温时间。采用标准时间升温曲线可以给结构耐火设计带来很大方便,但由于房间通风情况和火灾荷载密度的多变性,标准时间温度曲线有时与真实火灾环境下的升温曲线相差甚远。

为了更好地反映真实火灾对钢结构构件的破坏程度,而又保持标准时间温度曲线的实用性,提出通过当量时间将真实火灾与标准火灾联系起来。在进行耐火设计时,仍然采用基于标准时间温度曲线的设计方法及计算公式,但用当量时间来代替标准耐火时间,这样既可使设计计算简单,又考虑了构件所处房间的实际火灾环境。

1 当量时间

1.1 等面积当量时间tA

选取一定的基准温度300 ℃,以实际火灾升温曲线和标准火灾升温曲线所包含的面积相等为等代原则,标准升温曲线所对应的耐火时间称为等面积当量时间。该方法仅反映了标准火灾环境和实际火灾环境条件下火灾行为的状态量∫Tdt之间的等价关系,忽略了火灾环境对钢构件的破坏影响,未考虑火灾过程中不同时刻钢构件的温度水平。等面积当量时间如图1所示。

火灾荷载密度和通风系数对钢构件等面积当量时间的影响如图2和图3所示。由图可知,火灾荷载密度增大,等面积当量时间大幅增加;通风系数降低,等面积当量时间大幅增加。

日本的Kawagoe等研究推导的温度-时间曲线的等面积当量时间如式(1)所示。

tA=1.06qf(0.53/F)0.23 (1)

式中:qf为按地板面积计算的火灾荷载密度,MJ/m2;F为通风系数,undefined;AT为房间所有内表面面积,即房间6个壁面的面积(包括开口),m2;Aw为开口面积,m2;hw为洞口高度,m。

1.2 等温度当量时间te

两个同样的钢构件,同样的保护材料及厚度,分别采用标准时间温度曲线和实际温度曲线升温。实际房间火灾升温曲线上有一个温度峰值,置于火灾房间内的钢构件也必然有一个温度峰值,即钢构件的临界温度。在标准升温条件下钢构件的温度等于临界温度时所对应的升温持续时间,称为等温度当量时间。该方法反映了两种火灾环境对钢构件的破坏影响,以实际上考虑钢构件在两种火灾环境的极限承载力相等为等代原则。采用等温度当量时间进行耐火设计能更好地反映真实火灾对钢结构构件的破坏程度。等温度当量时间如图4所示。

1999年,武警部队学院屈立军教授以标准火灾和实际火灾两种受火条件下钢构件的临界温度相等为等代原则,通过修正影响当量时间的参数,采用数值方法和最小二乘法拟合钢构件等温度当量时间,如式(2)所示。

te=9+(16.434F2-4.223F+0.379 4)qT (2)

式中:qT为火灾荷载密度,按房间所有内表面面积计算。

2 钢结构构件性能化耐火计算

2.1 标准升温条件下的钢构件耐火计算

为建立钢结构构件实用耐火计算与设计方法,采用如下假定:

(1)火灾时钢构件周围环境的升温采用国际标准组织(ISO)推荐的标准升温曲线,如式(3)所示。

Tg=345lg(8t+1)+20 (3)

(2)钢构件内部的温度在各瞬时都是均匀分布的。

(3)钢构件为等截面构件,保护材料均匀覆盖钢构件表面。

(4)保护材料外表面的温度等于周围环境的平均温度,内表面的温度等于钢构件的温度。

(5)从周围环境通过保护材料传入的热量全部被保护材料和钢构件吸收,不计其他热损失。

(6)高温下钢结构的强度折减系数采用式(4)。

根据傅立叶导热定律和热平衡方程,通过对钢构件升温曲线进行拟合,可得到标准升温条件下钢构件的升温计算公式如式(5)所示。

undefined

在式(5)中,令α满足式(6)。

undefined (6)

α称为截面-材料综合系数,式(5)变为式(7)。

undefined (7)

在式(7)中,选定时间增量Δt,给定耐火时间t和构件的临界温度Tc,通过反复试算可解得对应的截面-材料综合系数,见表1。

由式(6)可解得钢构件在临界状态下的保护层厚度,见式(8)。

undefined (8)

式中:K=Cρ/(2Csρs)。

对于轻质保护层,ξ=0。由式(6)可计算轻质保护层厚度,见式(9)。

undefined (9)

对于湿性保护层厚度,钢构件的延迟升温时间tv=βρD2/(5λ),用t-tv代替原耐火时间t,从而按照式(8)或(9)计算湿性保护层厚度。

2.2 实际火灾条件下的钢构件耐火计算

(1)确定房间的火灾荷载密度qT和通风系数F。

(2)按式(1)或(2)计算当量时间te。

(3)进行内力分析,进而求出临界温度Tc。

(4)以te查表确定截面-材料综合系数α,求所需保护层厚度。

3 钢结构构件性能化耐火计算实例

某二级耐火等级钢结构厂房采用Q235简支钢梁,钢梁截面为工字型28a型钢(γx=1.05,Wx=508 cm3,f=215 N/mm2),计算跨度为6 m,梁跨中弯矩为80 kNm。厂房地板尺寸6 m12 m,门窗面积18 m2,室内净高4.2 m,门高3 m,窗高2 m。按地板折算的火灾荷载密度为1 840 MJ/m2。采用周边喷涂轻质干性防火保护涂料,构件的截面系数S/V=164 m-1,防火涂料导热系数λ=0.1 W/(m℃)。计算所需防火涂料保护层厚度。

(1)计算火灾荷载密度,可得qT=449MJ/m2。

(2)计算通风系数,得F=0.10.1 m1/2。

(3)计算等温度当量时间,得te=63.5min。

(4)计算临界温度Tc,可得临界应力αCRT=150N/m2,令σCRT=fyT,f=fy20,由式(4)得Tc=423.6℃。

(5)计算简支钢梁所需保护层厚度。按Tc=423.6℃,te=63.5min,按双向线性内插法计算,得α=853.6W/(m3℃),则D=19.2mm。

该钢结构厂房如失火烧尽可燃物,对钢梁的破坏作用相当于标准耐火试验持续约63.5 min,考虑了火灾荷载密度和通风系数对钢结构厂房钢梁耐火能力的影响。该钢梁喷涂19.2 mm厚的防火涂料,当该厂房失火轰燃后,可保证钢梁的温度不超过423.6 ℃,即钢梁能在实际火灾中保持稳定。二级耐火等级钢结构厂房简支钢梁按规范要求耐火极限应达到90 min,Tc=423.6 ℃,则α=552.5 W/(m3℃),D=29.7 mm。按照等温度当量时间计算钢梁防火涂料的保护层厚度,既安全,又经济。

4 结束语

钢构件的耐火设计当量时间法是一种兼有科学性和实用性的性能化设计方法。利用当量时间进行耐火设计有以下特点:

(1)不论是等面积当量时间还是等温度当量时间的计算,火灾荷载密度和通风系数都是主要的影响因素。

(2)采用等温度当量时间进行钢构件的耐火设计能更好地反映真实火灾对构件的破坏程度。

(3)考虑了火灾荷载密度、通风系数的影响因素,从构件的实际工作条件出发进行耐火设计,从而与实际情况更为接近。

(4)不必做构件的耐火试验,只需测定保护材料的热物理参数,即变过去的构件试验为材料试验,使试验工作大为简化并降低费用。测出某种保护材料的热参数后,它可同时满足各种受力状态的构件设计。对于今后出现的新的保护材料,仅需厂家提供该材料的热物理参数即可用于耐火设计。

参考文献

[1]屈立军.钢构件耐火保护层厚度计算[J].建筑技术开发,1994,21(6):22-25.

[2]屈立军.Ts-Te钢结构耐火设计方法[J].建筑技术开发,1995,28(3):18-20.

[3]屈立军.钢结构耐火设计的当量时间[J].火灾科学,1999,8(2):29-36.

[4]屈立军.建筑结构性能化耐火设计[M].廊坊:中国人民武装警察部队学院,2003.

基于性能设计方法论文 第7篇

关键词：消防,性能化设计,消防经济学

消防经济学研究的是消防投资的变化与所挽回的消防经济损失之间的关系, 由于我国对消防经济学的研究仍滞后于消防工程的发展, 目前在消防工程投资方面普遍存在两种错误倾向:一种是倾向于盲目增加投资, 使得消防工程造价过高, 偏离最佳的经济合理性指标, 造成投资的巨大浪费, 影响了火灾安全决策的科学性和合理性;另一种则是过渡压缩消防投资, 认为不发生火灾时, 所有的消防设施投入都是白费, 认为消防投资是一种非生产性的投入, 是一种没有必要的投资, 因而导致消防安全度得不到充分保证。理想的状态是投入的消防费用不太多, 而火灾危险又能控制在较低水平, 通过消防经济学的研究, 结合对建筑物性能化防火分析, 达到通过较小的消防投资额挽回较大的火灾损失这一目的。

1 工程概况及消防设计难点

某会展中心项目为大型双层展览建筑, 长229.25m, 宽112.5m, 高34.4m, 总建筑面积55 450m2, 设有室内消火栓、自动喷淋、自动报警、机械防排烟系统等消防设施。首层单个展厅长为105.5 m, 宽为52 m, 面积为5 486m2;二层单个展厅长126.25 m, 宽52 m, 面积为6 565m2。且首层和二层展厅通过靠外墙的挑空平台镂空部分相连接, 成为一个面积为12 051m2的防火分区, 超过了GB 50045-95《高层民用建筑防火规范》中第5.1.2条对防火分区面积的要求:“高层建筑内的商业营业厅、展览厅等, 当设有火灾自动报警系统和自动灭火系统, 且采用不燃烧或难燃烧材料装修时, 地上部分防火分区的允许最大建筑面积为4 000m2。”展厅内最远一点距安全出口的距离为52 m, 超过了《高层民用建筑设计防火规范》中第6.1.7条对展览厅疏散距离的要求:“高层建筑内的观众厅、展览厅、多功能厅、餐厅、营业厅和阅览室等, 其室内任何一点至最近的疏散出口的直线距离, 不宜超过30m。”

2 性能化分析

2.1 设定火灾场景

首先通过分析会展中心设计图纸, 设定火灾场景, 选取具有代表性的火灾场景用来分析并证明设计方案满足具体消防目标。共计设定6种火灾场景, 如图1所示。

假定一、二层展厅通过挑空平台连通不设任何防火分隔措施。对Ⅰ-Ⅵ种火源位置的火灾场景进行FDS数值模拟, 得出表1的结果。可以看出, 火灾在首层展厅角落, 远离挑空平台处发生时, 火灾蔓延扩散范围较广, 涉及疏散首层、二层的全部人员, 波及面最广, 危险来临时间最短, 根据东西两侧对称的结构布局, 选取首层东侧1号展厅远离挑空平台角落的展览物品设定假想火源具有代表性, 火源功率为20 MW。

2.2 设计防火分隔措施

根据建筑特点及实际工程情况, 对首层、二层展厅连通部分分隔措施进行设计;通过对可行的若干种防火分隔措施进行分析, 分析各种分隔措施的烟气扩散特性。各种防火分隔措施设计方案, 如表2所示。

2.3 人员安全疏散设计与分析

由于我国没有针对展览建筑的人员设定荷载取值, 参照日本《避难安全检证法》设定展厅的人员密度为2m2/人, 则首层东侧1#展厅和二层3#展厅的人员荷载分别为2 483人和2 555人。对会展中心的人员疏散部分采用SIMULEX疏散软件模拟计算人员疏散行动时间, 如表3所示。

2.4 建筑物危险来临时间分析

火灾中的烟气层伴有一定热量、胶质、有害燃烧产物等, 是影响人员疏散行动与救援行动的主要障碍。在疏散过程中, 烟气层应保持在人群头部以上一定高度, 使人在疏散时不必从烟气中穿过或受到热烟气流的热辐射威胁。参照《基于建筑物防灾特性的消防安全综合评价, 东京消防厅消防局》 (平成13年3月) 中所述, 大空间建筑的烟气危险高度定义为Hd=He+0.1 Hc, 其中Hd为危险高度;He为人的平均身高, 在这里假定为1.6m;Hc为顶棚的高度。

惠州会展中心一层的顶棚高度为12.9m, 这里的危险高度是指烟气层能在人员疏散过程中保持在距人员脚平面2.9m以上的位置, 保守取3m为危险高度;惠州会展中心二层顶棚最高高度为18.4m, 则是距人员脚平面3.44m以上的位置, 保守取3.5m (标高19.5m) 为危险高度。

利用FDS对7种不同的防火分隔方案, 会展中心的烟气蔓延情况进行了模拟计算分析, 得出了各方案下整个建筑物的危险来临时间, 如表4所示。可见方案6的建筑物危险来临时间最长。

3 工程造价预算

根据业主提供的工程量清单, 利用工程造价预算软件对消防工程费用进行预算, 其组成部分如图2所示。

根据消防工程费用示意表中消防工程总费用的计算方式, 因分隔措施不同产生的消防工程费用不同, 对于其他区域的工程费用来说则相同, 经预算软件预算其他区域的消防工程费用为8 942 183元 (主要包含:室内消火栓系统、火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、机械防排烟系统、防火门、应急灯、安全疏散指示标志、灭火器、水泵房及消防控制中心设备等) 。

针对该项目设计的7种防火分隔方案, 分别采用工程造价预算软件对其工程量进行统计, 对防火分隔措施部分的工程造价进行计算。经过上述计算可得7种防火分隔方案分别所需的工程造价, 如表5所示。

4 结果分析

为了定量考察安全性能提升与消防投入之间的关系, 引入安全经济指数θ来表示在满足建筑本身安全的情况下, 消防投入的增加对于建筑安全性能的提升的程度, θ= (tH-tE) /b。式中:tH为危险来临时间;tE为人员安全疏散时间;工程造价为b元。可以看出, 安全余量低、工程造价高, 则安全经济性指数低, 说明单位投资额的安全回报值低;安全余量高、工程造价低, 则安全经济指数高, 说明单位投资额的安全回报值高, 也就可以简要概括为更经济划算。对于本建筑, 得到7种防火分隔方案下的安全余量δ, 如表6所示。从安全余量来看, 7种方案情况下人员均能够在危险来临之前安全疏散出会展中心的展厅, 均能满足安全的基本要求。其中方案6的安全余量最高, 方案7的安全余量最低。

将工程造价及安全经济性指数带入横纵坐标的坐标轴当中, 连接7种方案形成曲线, 如图3所示。从图3可以看出, 在满足基本安全要求的情况下, 随着安全投入的增加, 安全经济性指数逐步增加, 但是增加到一定阶段后, 安全经济性指数反而随之下降。说明消防投入并不是越大越好, 其消防投入存在一个最佳值。对于该会展中心, 方案6的消防投入是较为合适的。

5 结论

研究表明, 惠州会展中心在笔者设定的7种防火分隔措施下, 均能够保证人员的安全疏散, 在这7种设计方案中, 通过消防经济学原理的分析, 可得出以下结论:

(1) 无论是连通首层和二层防火分区, 还是设置各种规格的挡烟垂壁, 或设置不同位置的防火卷帘, 均能够满足设计影响范围最广的火灾场景在首层展厅发生火灾的情况下, 在危险来临前, 展厅内的人员能够安全疏散。

(2) 在7种防火分隔烟控措施方案中, 连通首层、二层的防火分区其安全性能最低, 在首层设置逐渐加宽的挡烟垂壁危险性降低, 在二层设置防火卷帘分隔一、二层防火分区较安全, 在首层设置防火卷帘分隔一、二层防火分区最安全。

(3) 在7种防火分隔烟控措施方案中, 连通首层、二层的防火分区其消防工程的施工费用最低, 在首层设置逐渐加宽的挡烟垂壁其消防工程的施工费用逐渐增加, 在二层设置防火卷帘分隔一、二层防火分区的消防工程施工费用较多, 在首层设置防火卷帘分隔一、二层防火分区其消防工程施工费用最高。

(4) 用危险来临时间与人员疏散时间差与消防工程施工费用的比值作为项目工程经济性的定义可以得出, 连通首层、二层的防火分区其经济性指数最低, 在首层设置逐渐加宽的挡烟垂壁经济性指数逐渐增加, 在首层设置防火卷帘分隔一、二层防火分区其经济性指数较高, 在二层设置防火卷帘分隔一、二层防火分区其经济性指数最高, 即该方案为7种方案中最经济安全的方案。

参考文献

[1]范维澄, 王清安, 姜冯辉, 等.火灾学简明教程[M].合肥:中国科学技术大学出版社, 1995.

[2]田玉敏.消防经济学[M].北京:化学工业出版社, 2007.

[3]GB 50045-95, 高层民用建筑设计防火规范[S].北京:中国计划出版社, 2005.

[4]吴松荣.运用经济策略调节火灾风险问题的思考[J].消防科学与技术, 2006, 25 (6) :813-815.

[5]田玉敏.灭火经济效益及资源合理配置的研究[J].消防科学与技术, 2008, 27 (11) :843-846.

基于性能设计方法论文 第8篇

关键词：公路路况,广义量化理论,模糊判决,灰色理论,指数模型

1 概论

公路路况性能评价是路面养护维修决策、道路经济分析的基础。路况性能评价模块根据收集的路面资料，判断目前路面状况是否满足交通要求，所得结果将作为采取养护或改建措施以及采取何种措施的依据。公路养护管理系统辅助决策的好坏，很大程度上取决于养护管理系统对路况性能的评价。公路路况性能评价的主要评价过程是以表征路段原有强度的当年路面强度指数(SSI)为主要判别基础，以所收集的历年维修、养护资料的统计规律反映出的道路实际状况为辅助判别，最终得出道路状况综合评价。

目前，对路况(路基及路面综合情况)评价模型研究较少，可以借鉴的是路面性能评价模型，其评价指针体系分综合指标评价和分项指标评价两大类;就评估方法来看，主要有系统分析法和回归模型法。这些方法在改造后均可引入到路况评价中，它们都各有优缺点，应结合实际情况选用合适的模型。事实上，由于作用负荷，在对原有路况进行评价时，许多影响因素及作用机理目前还不完全清楚，因而结构层性能的评价系统具有“灰色”特征，所以可以利用灰色聚类评估进行分析。鉴于公路路况的特点和目前的研究现状，本文使用层次分析法、灰色系统理论、以及指数法等数学模型及算法，提出了一种对公路路况综合评价的指数模型。

2 公路路况评价的指数模型

2.1 指数分析法

目前，指数概念广泛应用于许多领域，如：军事实力指数、国民经济指数、工商指数、税收指数等。为了适应公路路况综合评价的需要，国外从事公路路况研究的专家，在寻找新的科学方法时，创造性地将国民经济中的指数概念移植于公路路况评估，建立了一种新的公路路况综合评价方法，即杜佩-邓尼根指数法，很快推广到公路和其它的有关部门，至今仍在不断应用和发展之中。根据杜-邓指数法在国外的应用情况，该指数法具有很好的效果和指导作用，并得到了广泛的应用。

2.2 指数建模思想

根据军事能力指数模型，这里所述的公路路况综合指数在建模思想上赋予了新的含义：

1)采用二维综合，即纵向和横向同时综合，并采用统一衡量标准。

2)采用灰数白化的概念，量化定性指标。

3)基本模型采用模糊综合评判的思想，所不同的是，这里得到一个带有综合性的模糊指数，而不是一个评判矩阵。

4)采用性能指针法获得加权矩阵，采用广义量化原理获得评判矩阵 (或因子矩阵) ，以避免人为因素。指针法是以自己通过资料建模或实测而得到的资料为依据，并经过大量专家审查认可或经实测所得到的，由此所得或再经统计后得到的加权是可信的，不会出现人为的扯皮现象。广义量化是一种从社会学科转向自然学科，并且具有实用性的工程方法，强调量的相对大小，而不注重其绝对大小。

5)采用T.L.Saaty提出的层次分析法，构造一个由若干层次组成的物理模型。

综合以上的建模思想，可见这里的效能指数分析法具有以下特征：综合性、宏观性;相对性、可比性;周密性、可靠性;统一性;普适性。

2.3 广义量化原理

广义量化方法首先把传统量的概述推广成比数值更广的量的概念，即广义量指事物数量差异与性质差异的表征量，主要是寻找系统中诸要素的符号对应关系，并且把传统的量化数学方法推广到一般的推理规则集的变换。于是，广义量化方法就规划成广义量化符号集与广义演算符号集的各种不同变换规则的集合。不管是定量量或定性量，还是数学计算，以及逻辑命题演算，都可以转化成0或1的各种组合与变换，由已知信息 (定性或定量) 的输入，通过广义算法的变换，即可输出未知新命题的解答。广义量化方法的问世及其在各个领域中的应用，将改变人类研究自然、社会、科学、系统的传统观念和方法，不论是在理论上还在在应用方面都有着重要的意义。

3 公路路况评价的指数模型建立过程

3.1 确定公路路况评价的指标体系

在现行的《公路沥青路面养护技术规范》中，分项路况的评价内容包括路面破损状况、行驶质量、强度及抗滑性能，所用的指针分别对应为路面状况指数(PCI)、路面行驶质量指数(RQI)、路面强度系数(SSI)、路面抗滑系数(SFC或BPN);除上述指标外，还包括施工监理数据评分、地质雷达测试评分、瑞利波测试评分等等指标。建立公路路况的指数模型，目的在于求得对公路路况的综合评价。通过前面的分析可以将公路路况的综合评价可以归纳为：路面状况指数、路面行驶质量指数、路面强度系数、路面抗滑系数、其它五个方面的子层。为此，将公路路况的众多指标经聚类处理后，分为不同的层次，相同的层次又可分为若干个层次，实际情况要针对公路路况指标进行全面细致的分层。这样的层次模型可根据需要进行纵向和横向的延伸和扩展，即：所考虑的因素可增可减、模型可大可小，以适应不同的场合。

3.2 数学模型及算法

以上，我们得到了一个规格化的物理模型，即输入为参数、输出为指数的模型，由此可见，公路路况综合评价的计算是一个从下到上、从小到大、从局部到整体的计算过程。

首先，根据灰色理论将有关的定性指标量化(某些性能参数不能给出定量的指标，而只能给出定性的描述，如优、良、中、差)，以得到全部量化的指标集，则第i层第j个子能力指数Tij的隐表达式：

Tij=f (X1, X2, , Xn) , i, j∈ (1, 2, )

式中，(X1, X2，，Xn)为Tij对应的参数，f为一广义量化变化函数。

根据模糊综合评判和所述建模思想，综合评价指数的数学模型为：

式中：Tij为第i层第j个评价指数，当i=j=1时，T11为综合评价指数。

A軑为性能指针权行阵，表明各指标重要性的测度。实际中，为了避免人为因素，直接用系统实际达到的指针数值集组成权行阵。与其它系统相比较时，各对应元素必须先统一单位，然后去掉单位代入。这样，各系统被公平对待，建立同样的标准，无可非议。

各子层又可作为上一层的指标权阵, 以此类推。于是有:

(X1, X2, , Xn) ∈ (A1, A2, , An)

Ai为权行阵元素，i∈(1, 2，，n)。

[t]为广义量化评判矩阵或布尔因子矩阵，元素全由0, 1组成。其量化算法为：将各个指针分别定出m个等级，凡是达到某一等级标准的，其矩阵元素为1，达不到的则为，这正是广义量化的思想，只求相对大小，不求绝对大小，且各系统的规则统一，比模糊评判矩阵的计算要简单得多。

为标准权列阵，它表明每个指针等级得可能性和重要性，可由现行指标和技术的统计值得到。

4 结语

公路路况的指数模型是规格化的，也是简单的，但它是建立在多种数学基础上的，具有很强的扩展性和兼容性，在实用以上模型时，还有一项重要的工作要做，就是如何录取基础数据。另外该模型能以定量的数值表示评价的结果，从而能较完整地反映事物状况的综合水平，同时易于用计算机进行编程处理。

参考文献

[1]潘玉利主编.路面管理系统原理[M].北京:人民交通出版社, 1998.

基于性能设计方法论文 第9篇

J2EE是一套面向企业应用的体系结构。J2EE通过提供中间层集成框架来满足多种需求。在J2EE的多层开发体系中, 数据持久层随着应用系统开发规范的进步从小到大, 作用越来越被开发人员所重视。

Hibernate作为目前O/R映射领域中最受欢迎的数据持久化框架技术, 已经被越来越多的人应用到实际项目开发中。然而目前学术界对数据持久层的性能分析还没有系统的量化研究。通过性能测试工具, 在特定的测试实例中定量地分析每种性能优化措施对于数据持久层性能的提升效果, 对于将Hibernate技术应用于实际项目开发中有良好的理论指导和参考价值。

1 O/R映射与Hibernate的简介

1.1 O/R映射

O/R映射全称对象关系映射 (Object Relational Mapping, 简称ORM) , 是一种为了解决面向对象与关系数据库存在的互不匹配的现象的技术。简单的说, ORM是通过使用描述对象和数据库之间映射的元数据, 将java程序中的对象自动持久化到关系数据库中。本质上就是将数据从一种形式转换到另外一种形式。这也同时暗示着额外的执行开销;然而, 如果ORM作为一种中间件实现, 则会有很多机会做优化, 而这些在手写的持久层并不存在。更重要的是用于控制转换的元数据需要提供和管理;但是同样, 这些花费要比维护手写的方案要少;而且就算是遵守ODMG规范的对象数据库依然需要类级别的元数据。

O/R映射是随着面向对象的软件开发方法发展而产生的。面向对象的开发方法是当今企业级应用开发环境中的主流开发方法, 关系数据库是企业级应用环境中永久存放数据的主流数据存储系统。对象和关系数据是业务实体的两种表现形式, 业务实体在内存中表现为对象, 在数据库中表现为关系数据。内存中的对象之间存在关联和继承关系, 而在数据库中, 关系数据无法直接表达多对多关联和继承关系。因此, 对象-关系映射 (ORM) 系统一般以中间件的形式存在, 主要实现程序对象到关系数据库数据的映射。

O/R映射主要包括:类属性与数据表列的映射、类与数据表的映射、类间关系与键值的映射。常见的O/R映射方案有:Top Link (商业性) 、i Batis、Hibernate等。

1.2 Hibernate简介

Hibernate是一个面向Java环境的O/R映射数据库映射工具。Hibernate不仅仅管理Java类到数据库表的映射, 还提供数据查询和获取数据的方法, 可大幅度减少开发时人工使用SQL和JDBC处理数据的时间, 而只是对对象进行操作。Hibernate本质还是包装了JDBC来进行数据库操作的, 是对JDBC最高效的调用。Hibernate是轻量级的封装, 避免过多复杂的功能, 减轻程序员的负担。同时, 它也是一个开源的中间件, 提供开放的API, 用户可以自行扩充其功能。Hibernate在大多数主流的J2EE应用服务器的受管理环境中都可以良好运作, 也可以作为独立应用程序运行。

不同于其他软件框架常用的编译时代码生成技术, Hibernate利用运行时反射机制在运行时实现持久化一个对象的各种操作, 保证了源代码语句的简练和完全的面向对象风格, 降低了持久层实现与IDE开发工具间的耦合度。Hibernate的体系结构图如图1所示。

1.3 影响数据性能优化的因素

(1) 由于J2EE架构是多层的分布式架构, 会存在大量的数据访问和数据通信, 所以大量的数据访问和通信是影响数据性能优化的主要因数。

(2) 在数据库的操作中会频繁的对数据库进行建立和关闭, 这样会极大地降低系统的性能, 因此对于这样的连接往往成为系统数据性能优化的瓶颈。

(3) 相对于内存操作而言, 数据库调用是一个代价高昂的过程, 在典型企业级应用结构中, 数据库往往与应用服务器位于不同的物理服务器, 这也就意味着每次数据库访问都是一次远程调用, Socket的创建与销毁, 数据的打包拆包, 数据库执行查询指令及网络传输上的延时, 这些消耗都给系统整体性能造成了严重影响。

(4) 其他影响因素包括数据库的设计、数据库的查询、事务管理、数据分布、网络和操作系统等都会影响到数据性能的优化。

3 提升性能优化的相关措施

3.1 利用缓存机制提升性能优化

缓存是数据库数据在内存中的临时容器, 它包含了数据库表数据在内存中的临时拷贝, 位于数据库与应用程序之间, 其作用是为了降低应用程序对物理数据源访问的频率次数, 从而提高应用的运行性能。图2所示为缓存示意图。

持久层设计中, 往往需要考虑几个不同层次中的数据缓存策略。这些层次的划分标准针对不同情况有所差异, 一般而言, ORM的数据缓存应包含如下几个层次:事务级缓存 (Transaction Layer Cache) 、应用级/进程级缓存 (Application/Process Layer Cache) 、集群级缓存 (Cluster Layer Cache) 。

缓存是提高基于Hibernate数据持久层性能的关键因素。缓存经常被用于优化数据库的性能。缓存是通过提前把数据库中的数据保存起来, 来降低应用与数据库之间通信量的。数据持久层采用缓存技术来保存已经从数据库中检索出来的部分常用数据。客户端访问持久层时, 持久层将首先访问缓存, 如果能够命中则直接从缓存中提取数据, 否则再向数据库发送提取数据的指令。这种设计能够大幅度地提高数据访问速度。Hibernate提供了两级缓存, 如图3所示。

Hibernate提供的两种缓存, 第一种是Session的缓存, 又称为一级缓存。由于Session对象的生命周期通常对应一个数据库事务或者一个应用事务, 因此它的缓存是事务范围的缓存。第一级缓存是必需的, 不允许而且事实上也无法卸除。在第一级缓存中, 持久化类的每个实例都具有唯一的OID。

第二种缓存是Session Factory的缓存, 又可以分为两类:内置缓存和外置缓存。Session Factory的内置缓存和Session的缓存在实现方式上比较相似, 前者是Session Factory对象的一些集合属性包含的数据, 后者是指Session的一些集合属性包含的数据。Session Factory的内置缓存中存放了映射元数据和预定义SQL语句, 映射元数据是映射文件中数据的拷贝, 而预定义SQL语句是在Hibernate初始化阶段根据映射元数据推导出来, Session Factory的内置缓存是只读的, 应用程序不能修改缓存中的映射元数据和预定义SQL语句, 因此Session Factory不需要进行内置缓存与映射文件的同步。Session Factory的外置缓存是一个可配置的插件。在默认情况下, Session Factory不会启用这个插件。外置缓存的数据是数据库数据的拷贝, 外置缓存的介质可以是内存或者硬盘。Session Factory的外置缓存也被称为Hibernate的第二级缓存。由于Session Factory对象的生命周期和应用程序的整个过程对应, 因此第二级缓存是进程范围或者集群范围的缓存。二级缓存将由从属于本Session Factroy的所有Session实例共享, 因此有时成为Session Factory Level Cache。这个缓存中存放的对象的松散数据。第二级对象有可能出现并发问题, 因此需要采用适当的并发访问策略, 该策略为被缓存的数据提供了事务隔离级别。缓存适配器 (Cache Provider) 用于把具体的缓存实现软件与Hibernate集成。第二级缓存是可选的, 可以在每个类或每个集合的粒度上配置第二级缓存。Hibernate还为查询结果提供了一个查询缓存, 它依赖于第二级缓存。

3.2 利用连接池技术提升性能优化

连接池技术:连接池是创建和管理一个连接的缓冲池的技术, 这些连接准备好被任何需要它们的线程使用。

数据库连接池负责分配、管理和释放数据库连接, 它允许应用程序重复使用一个现有的数据库连接, 而再不是重新建立一个;释放空闲时间超过最大空闲时间的数据库连接来避免因为没有释放数据库连接而引起的数据库连接遗漏。这项技术能明显提高对数据库操作的性能。

数据库连接池在初始化时将创建一定数量的数据库连接放到连接池中, 这些数据库连接的数量是由最小数据库连接数来设定的。无论这些数据库连接是否被使用, 连接池都将一直保证至少拥有这么多的连接数量。连接池的最大数据库连接数量限定了这个连接池能占有的最大连接数, 当应用程序向连接池请求的连接数超过最大连接数量时, 这些请求将被加入到等待队列中。图4为连接池的简易体系图。

应用程序连接数据库的时候, 每一次连接数据库都要建立一个连接, 用完后再释放。如果频繁的数据库操作, 就会导致性能很低。连接池的出现, 为开发过程提供了一个很好的管理平台。对于使用了Hibernate的Java应用, Hibernate对JDBC API进行了封装, Java应用可以完全通过Hibernate API来访问数据库。Java应用不会直接访问数据库连接池, 而是由Hibernate负责访问数据库连接池。Hibernate通过以下几种方式获得连接池:

(1) 使用默认的数据库连接池。Hibernate提供了默认的连接池实现, 如果在Hibernate的配置文件中没有明确配置任何连接池, Hibernate就会使用这个默认的连接池。

(2) 使用配制文件指定的数据库连接池。在受管理环境或者不受管理环境中, 都可以在配置文件中显式配置特定数据库连接池。Hibernate会负责构建这种连接池的实例, 然后通过它获得数据库连接。

(3) 在受管理环境中, 从容器中获得标准的数据源。在受管理环境中, 容器负责构造数据源, 在不受管理环境中, 有些Servlet容器, 如Tomcat, 也能负责构造数据源, 并能发它发布为JNDI资源, 因此Hibernate也能从Tomcat容器中获得数据源。

3.3 其他技术提升Hibernate性能

除了利用上述缓存和连接池技术来优化Hibernate的性能外, 常见的性能优化措施还有一下几项。

3.3.1 优化配置持久化类映射文件

(1) 合理选择主键生成策略

影响选择主键生成策略的因素有很多, 比如底层数据库的类型、主键的内部含义等。

(2) 优化配置持久化对象之间的关系

能否合理配置持久化对象之间的关系, 将显著影响软件的性能。在软件开发时, 不要将所有的一对多关系都配置成双向关系, 需根据实际情况而定。如果软件中只需要从一方映射到多方, 则只要建立从一方到多方的映射即可;如果软件中需要多方映射到一方, 则只建立从多方到一方的映射;只有两者都需要时, 才会建立一对多的双向关联。

3.3.2 优化批量增删改操作

在软件开发过程中, 经常会遇到批量操作数据的情况, 如果不能合理进行这些批量操作, 将对软件的性能产生重大的影响。

(1) 优化批量插入操作

批量插入数据时, 如果反复调用session实例的save () 方法, 保存持久化类实例到数据库中, 若插入记录的数量众多, 很可能会出现Out0f Memory Error异常。出现这种异常往往是由Hibernate缓存所致。因为Hibernate的一级缓存由Hibernate自己进行管理, 并且只存在于内存中, 而在通过save () 方法保存持久化类实例时, 并不是立即保存到数据库中, 而是保存在Hibernate的缓存中, 真正将持久化对象保存到数据库是在提交事务清理缓存的时候, 所以当插入海量的记录时, 如果反复调用save () 方法, 一定会出现内存溢出的情况。为了避免内存溢出的情况, 需要在调用save () 方法的同时, 阶段性地通过Session实例的clear () 或flush () 方法清空一级缓存, 将持久化对象同步保存到数据库中。

(2) 优化批量修改和删除操作

在Hibernate 2中, 如果需要对数据记录进行修改或删除, 必须先执行查询操作, 将所要修改或删除的记录加载到缓存中, 才能执行相应的操作, 但这种方式会占用大量内存, 还需多次执行UPDATE或DELETE语句。而在Hibernate3版本中, 提供了用于批量修改或删除记录的功能, 不必再加载到缓存中, 只需要执行一条UPDATE或DELETE语句即可。

(3) 采用合理的Session管理机制

通过Thread级的Session重用, 可以通过利用一级缓存中的已有数据, 避免无谓的数据库访问开销和临时对象的反复创建, 在系统中考虑追加这项特性, 或根据情况制定符合实际情况的Session管理策略, 可以提高持久层的性能。

(4) 使用延迟加载特征

对于无需立即加载的数据, 应通过延迟加载特性延迟加载, 以避免系统资源的无谓消耗。

4 Hibernate数据性能优化测试

4.1 测试环境

(1) 系统平台:华硕K43SV英特尔Core i7-2630QM@2.00GHz四核

(2) 操作系统:Windows 7旗舰版6 4位SP1 (Direct X 11)

(3) 数据库服务器:SQL Server 2005

(4) 测试工具:Junit

(5) 开发环境:My Eclipse+Sun JDK 1.6.0_31

4.2 测试步骤

本文的主要对比方法是使用session的flush () 方法和未适用flush () 方法, 其中对每种情况测试都至少不少于10条的插入记录, 利用一个简单的表 (stu) 来测试flush () 方法的使用。UML图如图5所示。

下面是具体的测试步骤:

(1) 在SQL Server 2005数据库中按照要求建立相应的字段, 不需要加入相应的数据, 在测试文件进行相应的插入数据。

(2) 按照Hibernate的使用步骤, 为数据库中的stu表的字段生成Stu.hbm.xml映射文件、Stu.java持久类和Stu.DAO类。

(3) 编写测试文件Hibernate Test.java来为数据库中的数据表添加数据, 该测试文件分成两种类型, 一种是有flush () 方法的测试类, 一种是没有flush () 方法的测试类, 测试采用批量插入的方式。

(4) 在测试的时候, 为了确保测试的真实性和科学性, 测试分成五组, 每组10次测试, 测试的数据量分布情况为:100、300、500、700、900、1000、2000、3000、4000、5000。

4.3 测试结果及分析

如表1所示为未加入flush () 方法的批量插入数据所使用的时间, 表2所示为加入flush () 方法的批量插入数据所使用的时间。

由表1和表2可以看出:

(1) 插入的数据量相对少的时候, 无论是那种方法, 所用的时间没有多大的差距, 只有当插入的数据来那个过大的时候, 所需要的时间会相对的增加。

(2) 加入flush () 方法与未加入flush () 方法比较可知, 数据量晓得时候变化量不是很大, 但是当数据量大的时候, 所用的时间明显存在差别, 加入flush () 方法要远远地优于未加入flush () 方法, 这样在性能上大大提升了。

5 结束语

对数据性能的优化不应该是等到系统出现问题时才进行, 而应该贯穿系统设计、开发和应月的整个过程。因此, 数据性能优化工作是一个多层次、多角度的循环往复的过程。当然不同优化方法的代价也不同, 因此, 针对不同的方法, 在实际系统中必须根据具情况进行适当的折衷。

参考文献

[1] 孙卫琴.精通Hibernate:Java对象持久化技术详解[M].北京:电子工业出版社2005.

[2] 宫生文, 王宁.Hibernate作为J2EE数据持久层的分析和研究[J].计算机与信息技术, 2006 (4) :40—42.

[3] 赵东波, 何源源.基于Hibernate的效率查询的研究和应用.科学技术与工程, 2007.

[4] 田辉, 王栋, 韩晓宏.Hibernate缓存技术研究[J].机械工程与自动化, 2007, (12) .

[5] 汪萌, 曲俊华.基于Hibernate技术的持久层解决方案及实现[J].计算机系统应用, 2010 (3) ;154-157.

[6] 苏华军.基于Hibernate的JAVA对象持久化技术[J].电脑知识与技, 2008 (29) :394-396.

[7] 王舜燕, 刘刚.基于Hibernate的持久层性能优[J].软件导刊, 2007 (1) :93—95.

基于性能设计方法论文 第10篇

1.系统背景

电信网管系统对于网元等网管元素能够实现自动化的管理。但是对于业务元素如电路,DDF/ODF连接等,电信网管系统无法把它们纳入管理范畴。这样就造成了两者的割裂:电信网络维护人员一方面要通过网管系统来获取网元等网管系统元素的运行信息,并通过人工的方法来和业务元素进行对应,从而获知业务元素的状态信息并及时进行调整。这种工作方式费时费力,且容易出错,需要得到改进。

另一方面,网管系统无法提供直观的告警和性能信息,维护人员无法进行传输告警和性能的综合分析工作。维护人员仍旧停留在故障处理阶段,犹如救火队员,而不是对传输网络性能进行分析提前消除安全隐患。

2.系统平台

本系统需要从电信网管系统获取网管数据。而该网管系统基于ACE +TAO构建。

2.1 ACE

ACE(自适配通信环境,Adaptive Communication Environment)是可以自由使用、开放源码的面向对象框架,在其中实现了许多用于并发通信软件的核心模式。ACE提供了一组丰富的可复用的C++ Wrapper Facade(包装外观)和框架组件,可跨越多种平台完成通用的通信软件任务,其中包括:事件多路分离和事件处理器分派、信号处理、服务初始化、进程间通信、共享内存管理、消息路由、分布式服务动态(重)配置、并发执行和同步,等等。

ACE的目标用户是高性能和实时通信服务和应用的开发者。它简化了使用进程间通信、事件多路分离、显式动态链接和并发的OO网络应用和服务的开发。此外,通过服务在运行时与应用的动态链接,ACE还使系统的配置和重配置得以自动化。

在ACE组件的帮助下,很容易在一种OS平台上编写并发网络应用,然后快速地将它们移植到各种其他的OS平台上。而且,因为ACE是开放源码的自由软件,你无需担心被锁定在特定的操作系统平台或编译器上。ACE的设计使用了许多可提高软件质量的关键模式,这些质量因素包括通信软件灵活性、可扩展性、可复用性和模块性。ACE经仔细设计,支持广泛的应用服务质量(QoS)需求,包括延迟敏感应用的低响应等待时间、高带宽应用的高性能,以及实时应用的可预测性。

2.2 TAO

即使使用像ACE这样的通信框架,开发健壮、可扩展和高效的通信应用仍富有挑战性。

通过采用像CORBA、DCOM或Java RMI这样的高级分布式计算中间件,可以降低开发通信应用的复杂性。高级分布式计算中间件驻留在客户端和服务器之间,可自动完成分布式应用开发的许多麻烦而易错的方面。

The ACE ORB(TAO)给通信软件的开发者提供这些特性。TAO是使用ACE提供的框架组件和模式构建的CORBA实时实现,包含有网络接口、OS、通信协议和CORBA中间件组件等特性。TAO基于标准的OMG CORBA参考模型,并进行了增强的设计,以克服传统的用于高性能和实时应用的ORB的缺点。TAO像ACE一样,也是可自由使用的开放源码软件。

3.系统结构

本系统首先在TAO基础上构建tmf客户端,通过tmf服务器端访问传输网网管系统。Tmf客户端一方面通过corba总线获取性能信息,并存入数据库;一方面通过socket接受用户界面的指示并向用户发送告警信息。用户端以GIS的形式展现传输网的拓扑结构,并实时显示告警和性能数据。在用户端,用户通过导入excel表格来导入电路等业务元素的数据。这样,网管系统的性能告警数据就可以直接映射到业务元素上,给用户的业务处理带来极大的方便。

3.1 网管接口代理/服务

网管接口服务负责和传输网网管系统(EMS,Element Management System)交互,获取3方面的信息。首先是配置信息,包括网元设备、机盘、端口、保护组、纤芯连接、子网交叉连接、子网交叉连接路由等数据。然后是传输网告警信息,最后是传输网性能信息。接口服务采用TMF814协议与传输网网管系统通信。

网管接口代理是整个系统的核心部分。一方面,它通过CORBA总线与网管接口服务交互,获取配置、告警和性能信息,然后把它写入数据库(SQL Server 2000)。一方面,它通过UDP协议与客户端程序交互,接受用户的指令并向用户实时传送告警和性能信息。网管接口代理在TAO基础上采用C++语言实现。

网管接口代理与网管接口服务交互的类是TaoFiberhomeAgentObject,其核心代码如下:

class NETWORKAGENT_EXPORT TaoFiberhomeAgentObject {….

void getAllManagedElements(CSubnetWorkAttributeData *pSubnetwork,CAttributeDataList &entityAttributeDatas);

void getAllEquipments(const CAttributeData *meOrHolderName, CAttributeDataList &eqList);

void getAllPTPInME(const CMEAttributeData *meAttr, CAttributeDataList &ptpList);….}

TaoFiberhomeAgentObject封装了与网管接口服务交互的细节,包括TAO,CORBA等调用细节。它只向调用者提供简单明了的传输网信息。上述代码片段就是获取网元、终端节点的调用函数。

TaoFiberhomeAgentObject首先连接CORBA ORA,然后建立EMS会话过程、事件通道等资源。客户端程序通过SOCKET发过来的请求都传给了TaoFiberhomeAgentObject对象。

网管系统的管理对象,如网元均用类封装。

无论是网管接口代理还是网管接口服务对最终用户都是不可见的。

3.2客户端程序

客户端程序本身也是一个复杂的子系统。它主要由四大模块组成:

客户端程序是用户直接操作的部分。资源配置模块把网管代理模块传过来的网管系统信息通过地图以图形化的方式呈现出来。用户首先通过定制的Excel表格导入站点经度和纬度数据,然后为网元设备指派站点,这样就可以在地图上显示网元设备及其连接关系。客户端程序以站点为节点,纤芯连接为连接线段,组成系统网络拓扑图,利用地图显示控件呈现给用户。由于网元信息量大,系统采用分层方式显示系统网络拓扑。第一层,显示所有的骨干节点之间的纤芯连接。可以在图形上用鼠标点击特定纤芯连接,突出显示该纤芯连接所在的骨干环。可以基于骨干环显示延伸环和延伸段。

以站点为中心,客户端程序可以把传输网网管系统无法管理的资源,如ODF设备、DDF设备、杆路资源、管道资源等同网络拓扑图相关联,以便建立基于网络拓扑图的资源查询统计管理。客户端程序还可以在地图上形象的显示子网交叉连接的路由信息。

客户端程序按照电路资料模板导入业务电路资料。电路根据其两端的网元设备/端口名称与网管系统里的元素建立联系。这样当网元设备等网管元素发生告警,其影响的电路就一目了然。

客户端程序最重要的一个设计,就是告警规则的定义。为了防患于未然,客户端程序提供定义环路故障和故障比对规则的支持。用户通过设置公式和阈值,客户端程序能从海量的告警和性能数据中分拣出符合条件的数据并及时提供给维护人员,使其尽早去排除隐性的故障,从而保证传输网络的正常运行。

3.3 地图服务

由于有多个客户端程序,每个客户端程序都可以在地图上编辑传输网络拓扑。地图服务负责搜集各个客户端程序提交的编辑动作,并实时地向其他客户端程序传送,这样来保证每个客户端程序呈现完全相同的传输网络拓扑。当某个客户端程序增加/删除节点时,其他客户端程序能够马上在图形上显示出来。

4.结束语

本系统做为网管系统的外围系统,为传输网维护人员呈现了直观清晰的维护界面,扩展了网管系统的功能。综合利用了各种技术,包括CORBA,地理信息系统,数据库技术,ACE+TAO等等,在实际运行中获得了很好的效果。

参考文献:

[1].Schmidt D C, Kuhns F. An OverView of the Real-time CORBA Specification[J]. IEEE Computer,2000,33(6):56-63.

[2]. Signor R, Creamer J, Stegman M O;侯雪萍译.开放式数据库互连ODBC方案集粹.北京:电子工业出版社,1995. 12

[3]. http://www.microsoft.com/odbc/start.htm.1998.4

[4].邬伦等. 地理信息系统—原理、方法与应用[M] .北京:科学出版社,20011

一种基于迭代的性能监控及测试方法 第11篇

一种基于迭代的性能监控及测试方法。

2 技术领域

本发明所属技术领域为移动通信的业务支撑领域。

3 现有技术的技术方案

采用何种性能测试的方法。取决于业务需求、开发周期和应用程序的生命周期, 对于特定的应用, 需要选择相应的测试方法。目前市场上主要采用的是压力测试。

压力测试主要是验证系统的并发处理能力。一般是和服务器端建立大量的并发连接, 通过客户端的响应时间和服务器端的监测情况来判断系统是否达到了既定的并发能力指标。压力测试通过确定一个系统的瓶颈或者不能接收的性能点, 来获得系统能提供的最大的服务级别的测试。通俗地讲, 压力测试是为了发现在什么条件下系统变得不可接受。

4 现有技术的缺点及本申请提案要解决的技术问题

现有的一些测试方法及工具, 包括压力测试, 往往存在测试期间内系统响应良好, 但无法验证系统的长期稳定性和可靠性。

路遥知马力, 系统的有些问题是不能一下子就暴露出来的, 或者说是需要时间积累才能达到能够度量的程度。因为有些软件的问题只有在运行一天或一个星期甚至更长的时间才会暴露。这种问题一般是程序占用资源却不能及时释放而引起的。比如, 内存泄漏问题就是经过一段时间积累才会慢慢变得显著, 在运行初期却很难检测出来;还有客户端和服务器在负载运行一段时间后, 建立了大量的连接通路, 却不能有效地复用或及时释放。

基于此, 本文提出一种基于迭代的性能监控及测试方法, 通过首次测试、系统运行过程中的定时监控、迭代测试、及时更新并发用户数等方式, 保障系统的稳定、可靠性。

5 本申请提案的技术方案的详细阐述

本方案的性能监控和测试贯穿于系统的整个生命期, 观察系统的各种监控指标曲线, 预测系统的发展状况。响应时间是否有增长, 可用内存是否在减少, CPU利用率是否在上升等等都可以说明系统是否存在问题, 并通过及时迭代测试的方法, 验证对应时刻的系统性能是否满足需求。

5.1 实现流程

本方案的实现框图如图1所示, 参数说明:T1——可接受系统响应的最长时间;X1——CPU利用率极限值;X2——内存量的极限值;User Max——系统允许的最大并发用户数。

本方案的具体实现流程如下:

STEP1:首次测试, 可以采用常规的测试方法。两种主要测试场景, 一是并发用户量的测试;二是在高负荷情况下的测试, 利用长时间运行的方法。

STEP2:根据测试结果, 判断系统是否达到预期目标。

STEP3:如果没有达到预期目标, 比如并发用户数不满足原有系统规划, 则需对系统重新进行规划, 如扩容、优化等;

STEP4:如果到达预期目标, 则至少说明在测试时间点, 系统已符合规划目标。根据测试结果及实际情况设置4个关键参数。

STEP5:根据系统允许的最大并发用户数User Max, 实时控制系统的并发用户数。

STEP6:根据设置定时触发监控调度。可根据时间情况进行设置, 如晚上0点;系统运行前期监控调度频率可以稍大, 随着系统的运行, 监控频率加密。

STEP7:通过扫描监控时间段内的系统日志, 判断系统响应时间是否大于可接受的时间T1;CPU的使用率是否大于CPU的极限值;内存量是否小于极限值。

STEP8:如果以上异常情况, 均不存在, 则结束此次监控。

STEP9:若以上3个系统参数有1个出现异常, 则调用迭代测试进度, 重新对系统性能进行测试。

STEP10:对当前系统性能进行迭代测试。在满足3个系统参数的情况下, 重新计算系统允许的最大并发用户数。

STEP11:判断当前系统允许的最大并发用户数是否满足预期值?

STEP12:如果满足, 则更新系统允许的最大并发用户数User Max。

STEP13:如果不满足, 则触发告警短信, 通知相关人员对系统进行人工介入优化, 同时更新User Max, 以保障系统的稳定运行。

5.2 迭代算法

应用系统, STEP10, 将当前系统的最大并发用户数User Max作为迭代算法的输入值, 然后基于二分法对当前系统性能进行迭代测试

基于二分法的迭代算法如下:

STEP1:初始化迭代算法参数。U M a x=U s e r M a x=1 0 0;U M i n=U s e r Te s t=UMax/2=50。

STEP2:以User Test进行测试, 同时监控系统性能。

STEP3:如果3个系统关键参数, 均未发现异常, 则User Test= (User Test+UMax) /2, 向下取整。

STEP4:如果3个系统关键参数中发现有1个异常, 则User Test= (User Test+UMin) /2, 向下取整。

STEP5:重复以上步骤进行迭代, 直到相邻两个临界值之差小于2, 并得出系统可承载的最大并发用户数。

以系统最大并发用户数User Ma=100进行迭代计算, 示例如下。通过收敛迭代得出系统可承载的最大并发用户数是65。

6 本申请提案的关键点和欲保护点

(1) 提出一种贯穿于系统整个生命期的监控及测试方法。在系统运行的同时进行持续性测试。

(2) 根据迭代算法及时对当前时刻系统性能进行测试, 并动态调整系统的并发用户数, 在不影响客户感知的情况下保障系统持续稳定运行。

(3) 将事后发生故障移至事前、事中阶段进行监控并及时调整, 大大降低系统应用过程中的故障发生率。

7 与第三条中最接近的现有技术相比, 本申请提案有何技术优点

现有的测试方法, 只能测试出某个时刻系统的性能。本方案的性能监控和测试贯穿于系统的整个生命期, 从前期的测试、使用期的监控与迭代测试、后期的优化处理, 为系统稳定性运行保驾护航。

摘要：本文就一种基于迭代的性能监控及测试方法展开讨论, 以便和同行切磋与交流。