优秀论文推荐｜大连理工大学：基于EPA-star算法的船舶管路协同布局优化研究

摘要：在船舶设计中，管路布局设计至关重要，它不仅关系到船舶内部资源的高效输送，还直接影响船舶的安全性、可靠性和维护便利性。传统的管路布局设计方法在面对复杂的机舱环境时，往往存在效率低下和工程实用性不足的问题。为了解决这些问题，来自大连理工大学的研究者们提出了一种基于

在船舶设计中，管路布局设计至关重要，它不仅关系到船舶内部资源的高效输送，还直接影响船舶的安全性、可靠性和维护便利性。传统的管路布局设计方法在面对复杂的机舱环境时，往往存在效率低下和工程实用性不足的问题。为了解决这些问题，来自大连理工大学的研究者们提出了一种基于EPA-star（Escape Pruning A-star）算法的船舶管路协同布局优化方法。

EPA-star算法结合了逃逸图法和A-star算法的优点。逃逸图法通过将三维布局空间离散化，生成一系列连接点，并将这些连接点存储为邻接表，从而简化了路径搜索的复杂度。A-star算法则通过启发式搜索，快速找到从起点到终点的最优路径。EPA-star算法在A-star算法的基础上，引入了预估穿越代价和惩罚函数，减少了路径中的折弯和折返现象，提高了路径的质量。

通过实船机舱燃油管路和核动力船舶机舱管路的仿真算例，验证了EPA-star算法的有效性和实用性。结果表明，EPA-star算法能够显著缩短管路长度，减少折弯数，提高空间利用率，并留出更大的维修空间，使布局更加紧凑和实用。这一研究成果为船舶管路布局设计提供了新的思路和方法，具有重要的工程应用价值。

● 论文主要内容

研究背景

• 船舶管路布局的重要性：船舶管路系统作为内部资源输送通道，需确保工作区和生活区的正常供应，同时兼顾系统运行的安全和可靠。高效的管路布局设计能够优化材料使用，降低施工难度，提高工程美观性和维护便利性。• 现有方法的局限性：现有管路布局设计方法在面对复杂机舱环境时，布局寻优效率不高，需要工程师花费大量时间进行调整。

研究方法

• EPA-star算法：提出一种高效的EPA-star算法进行管路布局优化。该算法基于逃逸图法对布局空间进行离散化，将连接点存储为邻接表，引入预估穿越代价和惩罚函数减少路径中的折弯和折返现象，并对路径进行剪枝处理提升大跨度情形下的路径质量。• 分支管路布局方法：提出一种考虑禁选区域的分支管路分支点选取方法，提高路径设计质量和效率。• 协同布局优化：通过改进管路层面的布局效率，实现更为高效的协同布局算法。

实验与结果

• 实船机舱燃油管路仿真：验证EPA-star算法在常规船舶管路布局上的可行性和有效性。结果表明，管路长度缩短0.52%，折弯数降低32.3%，并留有更大的维修空间，协同布管效果更为紧凑。• 核动力船舶机舱管路仿真：验证EPA-star算法在特种船舶复杂布局环境下的工程实用性。结果表明，管路长度缩短35.41%，折弯数降低6.5%，布管质量显著提升。

关键结论

1. 算法有效性：EPA-star算法能够有效解决船舶管路布局优化问题，提高布局质量和效率。2. 工程实用性：该算法在常规船舶和特种船舶的管路布局中均表现出良好的工程实用性，能够显著缩短管路长度，减少折弯数，提高空间利用率。3. 协同布局优势：通过改进管路层面的布局效率，EPA-star算法能够更好地参与协同布局，提升整体布局效果。