过程工业的总图布局是一个纽带,能够将各种不同的过程系统结合起来。因此,过程工业总图布局对企业的安全性,经济性和环境友好性有显著影响,近年来受到越来越多的科研人员的关注。目前在实际生产中,过程工业的总图布局一般是基于国家标准和行业规范,根据经验人为手动设计。这种方法无法确认各种过程系统之间的内在联系及其对布局设计的影响,也无法得到最优的布局设计。因此总图布局的优化有很高的科研价值和实际意义。本论文主要关注安全评估和管道网络两个因素来优化过程工业的总图布局。在大多数见报道的研究工作中,安全性通常会被转化为经济上的数字以便和其他费用一起集成到目标函数中。这样做有诸多的缺点,尤其是人员的伤亡是不能用经济损失的多少来衡量的。另外,管道网络广泛存在于过程工业中,如蒸汽管网等。管道网络布置的优化是一个极富有挑战性的问题。但目前绝大多数其他研究人员的工作忽略了管道网络。并且,目前绝大多数其他研究人员的工作是基于单目标优化的,而单目标优化无法为用户提供更多可供选择的方案。针对上述问题,在安全性方面,本论文基于道化学火灾爆炸危险指数法和多米诺风险指数法分别对工业园区和车间进行布局设计。采用基于指数的安全评估方法指导过程工业的总图布局设计能够有效避免将安全性转化为经济上的数字所带来的各种问题。另外,基于指数的安全评估方法更加系统和全面,相比基于后果的安全评估方法更加准确。在管道网络方面,本论文提出一种基于FLUTE算法的管道网络布置方法,能够找出最短的管道网络布置路径,并将该方法集成在工业园区布局优化模型中。该方法远远快于前人的方法,显著提高了求解的效率。由于管道网络中各管段的直径是不同的,因此最短的管道网络并不一定是最经济的管道网络。对此本论文提出了一种改进FLUTE算法能够找出最经济的管道网络布置路径,并将此算法集成在一个考虑多风险源的工业园区布局优化模型中。通过对比可以看到,在大约三分之二的情形下,最短的管道网络并不是最经济的管道网络。并且,改进FLUTE算法比基于最短长度的算法,最多可节省约38%的费用。多风险源对工业园区的布局也有显著影响,无害的车间倾向于被放置在一起。安全性与经济性往往是互相冲突的。最后,本论文提出了一种基于多目标优化的工业园区布局优化方法,安全与经济分别作为两个优化目标。采用风险地图来描述工业园区中不同区域的风险程度。通过对比可以看到,传统的单目标优化方法仅能提供一个解。而基于多目标优化的方法,能够提供一组在安全性和经济性之间取得不同的权衡的解,为用户提供了更多的可能性和灵活性。