近些年来,世界上加强环境保护的呼声日益高涨,促进了新型能源应用技术的革新。天然气因其具有清洁、高效和方便等优点,逐渐成为国民生产、生活中重要的能源,很多大中型城市都面临着天然气管网的铺设问题。由于天然气输送管网投资巨大,合理进行管网优化能够节省大量成本,缩短施工期限,带来巨大的经济效益。因此,天然气管网优化设计问题已逐步成为现阶段热点问题之一。本文主要讨论了在天然气管网设计过程中线路和管径的选取问题。本文结合天然气管网理论和实际需求,建立了一般数学模型。接着,文章从路线选择和管径选取两个角度去探讨,就简单管网设计、给定需求下的管网设计和管网确定下的管径选取等三个问题进行了深入讨论,设计算法并验证了其可行性和有效性。在求解简单管网问题时,提出类蚁群算法。该算法吸收了传统蚁群算法中信息素及其增强、挥发的特点,建立了“定边找点”的新思路,弥补了传统蚁群算法不能产生带分支的树状管网结构的缺点。最后,利用算例论证了算法的有效性。针对给定需求下的管网设计,采用改进遗传算法。基于图论的基本原理,对具体问题设计了相应的适应度函数、单亲换位算子、倒序算子以及重组算子,并建立了可行解的判别矩阵。分析管网分布确定下的管径选取问题,寻找其相关变量之间的关系,并将变量分为两部分:连续型变量和离散型变量。对连续型变量采用复合形求解的方法,利用其与管径的数量关系来判断是否可行,然后采用反射、扩展及压缩等方法求得最优解。