лекции по НСТК Мищенко

9.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИИ СВЯЗИ

9.1.ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИИ

СВЯЗИ

Линейные сооружения связи (ЛСС) — наиболее дорогая, громоздкая и сложная часть сети связи. Затраты на линейные сооружения достигают 60 ...

70% общих капиталовложений, затрачиваемых на строительство сооружений связи.

Проект строительства ЛСС является комплексным технико-экономическим документом, в котором техническая и экономическая стороны строительства неразрывно связаны. Он представляет собой обоснованное техническими и

экономическими расчетами и изображенное графически решение по строительству проектируемого линейного сооружения, сети, здания отдельного объекта, узла или подсистемы кабельной магистрали.

При проектировании ЛС особое внимание должно быть обращено на уменьшение удельного веса расходов по строительству и эксплуатации линии, обеспечение высокого качества строительства, эффективности и надежности работы линии связи.

Проектирование нового строительства, расширение и реконструкция

действующих сетей и магистралей связи осуществляются в основном государственными проектными институтами в соответствии с народнохозяйственным планом. Обеспечение высокого качества проектов на

основе внедрения передовых достижений науки и техники требует специализации проектных организаций.

По каждому проекту назначается главный инженер проекта. Деятельность главного инженера проекта, его права, обязанности и ответственность регламентируются Положением о главном инженере проекта, которое утверждается Госстроем РФ.

Основанием для выполнения работ по проектированию является задание на проектирование, которое выдается организацией—заказчиком проектирующей организации. Задание на проектирование, а также основные

положения проекта согласовываются с соответствующими организациями и утверждаются в установленном порядке.

Технологический процесс проектирования обычно организуется с соблюдением следующих общих положений.

Последовательность проектирования реализуется путем соблюдения принципа от общего к частному. Сначала решаются вопросы обоснования экономической целесообразности и производственно-хозяйственной необходимости строительства или реконструкции, затем—основные объемно- планировочные, технологические, конструктивные и другие вопросы

дальнейшей детализацией и доведением проектных материалов до обеспечения возможности непосредственного осуществления строительных и монтажных работ.

Оптимизация (или вариантность) проектирования используется с целью

152

нахождения оптимальных, квазиоптимальных или рациональных проектных решений. До недавнего времени поиск лучшего решения осуществлялся в основном путем разработки нескольких вариантов проектов, их сравнением между собой и типовыми проектами и отбором лучшего по технико- экономическим показателям, при котором достигается максимальный эффект при минимуме затрат.

Подобный подход не дает уверенности, что отобранное проектное решение является оптимальным. Использование вычислительной техники и

различных методов оптимизации позволяет в настоящее время находить решения, близкие к оптимальным.

Использование типовых проектов позволяет уменьшать трудоемкость проектирования, снижать затраты на проектные работы, повышать их качество, улучшать технико-экономические показатели строительства по сравнению с индивидуальными проектами.

Комплексность проектирования повышает качество проектирования вследствие учета большего числа различных факторов, определяющих экономичность проекта и правильность проектных решений.

9.2. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Технико-экономические обоснования. Решение о проектировании и

строительстве линий связи принимаются исходя из схем развития и размещения магистральных, зоновых и сельских сетей связи, а также городских телефонных сетей на основе технико-экономических обоснований (ТЭО),

подтверждающих экономическую целесообразность и хозяйственную необходимость проектирования и строительства данного объекта. Объем и

степень проработки материалов ТЭО определяются специальными инструкциями и зависят от важности проектируемого объекта и его характеристик.

При разработке ТЭО на строительство новых объектов рассматриваются варианты получения равновеликого эффекта за счет реконструкции действующих линейных сооружений связи и повышения их эффективности. Например, дополнительные каналы связи между заданными пунктами могут быть получены не только путем строительства новых кабельных магистралей, но и повышением степени уплотнения существующих.

Для иллюстрации приведем примерный состав и содержание ТЭО проектирования строительства магистралей кабельной линии.

1.Введение. Цель строительства и основные положения задания на разработку ТЭО.

2.Исходные данные. Анализ состояния и перспективы развития народного хозяйства и роста населения в районе строительства линии,

существующее состояние первичной сети и основные решения по развитию первичной и вторичной сетей.

3.Обоснование пропускной способности и систем передачи проектируемой магистрали. Обоснование числа каналов для передачи

153

различных видов информации, анализ технической и экономической

целесообразности реконструкции существующих средств связи или строительства новой кабельной магистрали.

4.Выбор трассы, магистрали и схема организации связи. Анализ вариантов прохождения трассы, мест размещения НУП и ОУП, сетевых узлов, схема организации связи с учетом обеспечения связью населенных пунктов, расположенных в районе прохождения трассы. Условия строительства и эксплуатации, приведенные затраты.

5.Основные технологические решения. Ситуационная схема трассы и

ееобоснование, географические, метеорологические и геологические особенности трассы, наличие ЛЭП электрифицированных железных дорог, рекомендуемые методы строительства линии связи, анализ условий ее эксплуатации, реконструкция истроительство станционных сооружений.

6.Основные строительные решения. Объемы и типы зданий ОУП,

вспомогательные технические здания, объем жилищного строительства, возможности использования типовых проектов.

7.Сроки строительства. Сроки поставки основного оборудования и кабеля, рекомендации по очередности введения пусковых комплексов.

8.Себестоимость строительства, основные технико-экономические показатели. Стоимость строительства по различным конкурирующим вариантам, основные технико-экономические показатели.

9.Выводы и предложения. Общая оценка вариантов, рекомендации по стадийности проектирования, основные требования по проведению опытно- конструкторских и исследовательских работ.

Процесс разработки ТЭО очень трудоемкий по времени из-за необходимости производства многочисленных расчетов. Применение

вычислительной техники существенно сокращает время и трудоемкость составления ТЭО при условии создания соответствующих программ и использования ЭВМ, обеспечивающих:

•ввод в память ЭВМ значительных массивов справочно-нор-мативной информации, которая необходима для проведения расчетов;

•учет многих исходных данных, особенно при перспективном проектировании, когда приходится прогнозировать изменение стоимостных параметров, значения которых нельзя точно установить на данный момент;

•сравнение вариантов по нескольким показателям, например по стоимости, надежности, степени использования существующих линейных сооружений, а также по объему нового строительства.

После составления ТЭО подвергаются экспертизе главными отраслевыми управлениями министерств и органами экспертизы проектов, а затем утверждаются министерствами и ведомствами. Согласованная расчетная

стоимость строительства не может быть превышена в сводных сметах к технорабочим проектам при их утверждении.

Выбор и утверждение трассы (площадки) строительства. Выбор трассы (площадки) строительства производится при подготовке задания на проектирование или при разработке ТЭО. В процессе выбора трассы

154

учитываются следующие основные условия:

• полоса (ширина) трассы кабельной магистрали не должна превышать 6 м, а для; станционных сооружений площадки определяются действующими нормами и соответствующими расчетами;

• должны соблюдаться основы земельного законодательства,

законодательные акты по охране природы и использованию природных ресурсов, санитарные нормы по загрязнению окружающей среды;

• согласование с соответствующими органами намечаемых проектных решений в части: размеров полосы и прохождения трассы кабельной магистрали; использования местных трудовых и материальных ресурсов; применения строительных материалов и конструкций; способов и средств механизации строительно-монтажных работ и др.

Документы о всех согласованиях, проведенных при выборе трасс и площадок, прилагаются к заданию на проектирование и должны быть утверждены до начала строительства.

Задание на проектирование. Задание на проектирование линейных сооружений, зданий, НУП, ОУП и других объектов составляется заказчиком проекта в соответствии с решениями и технико-экономическими показателями, принятыми в ТЭО.

В составлении задания на проектирование обычно принимает участие проектная организация — генеральный проектировщик и в необходимых случаях — субподрядные специализированные организации.

Содержание задания на проектирование зависит от проектируемого объекта и рассматривается ниже для различных линий связи.

До 1976 г. проектирование, как правило, осуществлялось в две стадии: технический проект и рабочие чертежи. В настоящее время проектирование большинства магистралей связи, зданий и других объектов осуществляется одностадийно путем разработки технорабочего проекта, в котором одновременно представляется проектно-сметная документация и рабочие чертежи не менее чем на объем работ первого года строительства, а при норме строительства два года

— на весь объем.

Проектирование в две стадии допускается только для крупных и сложных объектов.

Технорабочий проект. В технорабочем проекте на основании проведения экономических и технических изысканий, а также изучения топографических, геологических, гидрологических, метеорологических, социальных и других

условий в зонах будущего строительства решаются следующие основные вопросы:

•определяется схема организации связи проектируемого объекта и его взаимосвязь с другими объектами общегосударственной сети связи и объектами связи министерств и ведомств;

•обосновываются и выбираются основное технологическое оборудование, тип кабеля (линии связи), системы передачи кабельной магистрали с учетом последних достижений науки и техники;

•разрабатывается оптимальный вариант трассы ЛС оконечных и

155

промежуточных пунктов;

•составляются проекты основных зданий и сооружений, а также планы размещения оборудования;

•выбираются технологические процессы производства и системы эксплуатации предприятий и сооружений связи с учетом внедрения комплексной механизации и автоматизации, обеспечивающих высокую производительность труда;

•разрабатываются автоматизированные системы управления (АСУ),

мероприятия по повышению экономической эффективности кабельных магистралей;

•решаются вопросы обеспечения предприятий и линейных сооружений связи электроэнергией, водой и другими ресурсами; организации дистанционного питания и служебной связи; защиты сооружений связи от электромагнитных влияний и коррозии; обеспечения предприятий кадрами, жилищно-бытовыми объектами, транспортным и сельским хозяйством; организации строительства, сроков его осуществления и стоимость; технико- экономического обоснования проекта.

Технорабочий проект сооружений и предприятий связи состоит обычно из следующих частей:

•общей пояснительной записки с кратким изложением содержания проекта, обоснованием проектной мощности, анализом вариантов и выбором оптимального, с решением об очередности строительства и сроках его производства;

•технико-экономической части;

•генерального плана трассы и площадки;

•технологической части с решением вопросов автоматизации технологических процессов, организации труда и системы обслуживания и управления производством;

•строительной части;

•организации строительства;

•сметной части;

•заказных спецификаций для размещения заказов на основное и вспомогательное оборудование, изготовление которого требует дополнительного времени;

•исходных данных для разработки рабочих чертежей заказного оборудования;

•заявочных ведомостей по укрупненным показателям на кабельные изделия, арматуру, оборудование НУП и ОУП, приборы и другие изделия массового и серийного производства;

•технических требований на разработку нестандартизированного оборудования;

•рабочих чертежей на здания и сооружения, строительство которых планируется в течение первого года.

Технорабочий проект представляется на рассмотрение и утверждение заказчику в четырех экземплярах.

156

Применение типовых проектов. Индивидуальные проекты магистралей линий связи, предприятий, зданий и цехов разрабатываются в тех случаях, когда отсутствуют типовые проекты или когда мощность, пропускная способность, емкость или другие параметры магистрали и ее сооружений, подтвержденные технико-экономическими обоснованиями, отличаются от

соответствующих параметров по действующим типовым проектам или ранее разработанным индивидуальным проектам более чем на 5... 10%.

Применяемые типовые проекты должны привязываться к заданным условиям строительства с учетом местных цен на материалы и изделия, топографических, геологических, гидрогеологических и климатических особенностей. Должны быть оценены возможность и целесообразность

применения или изменения предусмотренных в этапах проекта материалов и конструкций. Кроме того, необходимо разработать детальную привязку типовых проектов зданий и сооружений к условиям данного проектирования.

Изменения в типовые проекты сооружений и зданий вносятся с согласия министерств и ведомств РФ в связи с применением новых, более прогрессивных технических процессов, объемно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающих снижение стоимости и улучшение технико-экономических показателей строительства

9.3. ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИНИЙ И

СЕТЕЙ СВЯЗИ

Проблема оптимизации методов проектирования линий и сетей связи состоит из двух подпроблем. Первая связана с решением основной задачи проектирования — разработкой оптимального по выбранным критериям проекта линий и сетей связи, а также различных подсистем кабельных магистралей в соответствии с ТЭО и заданием на проектирование. Вторая

включает задачи по оптимизации процесса проектирования с целью повышения производительности проектных работ, сокращения сроков и стоимости выполнения проектов, повышения их качества.

Вышеуказанные подпроблемы связаны между собой тем, что их решение возможно лишь на базе широкого использования вычислительной техники, разработки математического и программного обеспечения, создания автоматизированных систем управления производством (АСУП) и

автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), а также других подсистем АСУ различного назначения.

В настоящем параграфе рассматриваются некоторые пути решения первой группы задач.

Линейные сооружения связи являются сложными системами, исследование и оптимизация которых сопряжены с большими трудностями.

Задача оптимизации проектирования линейных сооружений связи решается в три этапа:

• построение математической модели проектируемой системы и оценка ее точности (погрешности);

157

•исследование операций по построенной модели с целью нахождения оптимального решения по заданным критериям или получение численных данных для различных вариантов проекта;

•оценка «стоимости реализации» оптимального решения путем анализа стоимости технологических, эксплуатационных и организационных мероприятий, связанных с реализацией этого решения.

Окончательное решение принимается по результатам третьего этапа. В практике проектирования, особенно при выполнении типовых проектов, в

качестве основного критерия часто выбирается сметная стоимость

строительства, что автоматически учитывает вопросы третьего этапа оптимизации проектов.

Построение математической модели проектируемой системы (или какой- либо ее подсистемы) необходимо для исследования ее эффективности численными методами. Требования к модели противоречивы: с одной стороны, она должна учитывать возможно большее число факторов, от которых зависит результат проектирования, а с другой — быть достаточно простой для по- лучения обозримых, желательно аналитических зависимостей между входящими в нее параметрами.

Общих способов построения математических моделей не существует.

Обычно их строят на основании обобщения экспериментальных данных и результатов научных исследований линейных сооружений связи с учетом заданной точности исходных данных и допустимой погрешности решения. Построение математической модели — важнейшая часть всего исследования, так как она определяет его конечный результат.

Различают два класса моделей: аналитические и статистические. Для аналитических моделей характерно установление формульных, аналитических зависимостей: алгебраических и дифференциальных уравнений. С помощью

этих моделей удается описать сравнительно простые операции с ограниченным числом взаимодействующих факторов. Примерами аналитических моделей ЛСС являются выражения, связывающие первичные параметры цепей линий связи с их конструктивными и электрическими параметрами, диаметрами проводов, расстояниями между проводами, их удельной проводимостью, диэлектрической проницаемостью изоляции и тангенсом угла потерь в ней, конструкцией и параметрами экранов. К аналитическим моделям также относятся методы и формулы, используемые при проектировании ЛСС для расчетов стоимости строительства магистралей связи, расстояний между ретрансляционными участками линий, необходимого количества основных материалов и их стоимости, транспортных и других расходов, экономичности проекта и др.

Статистические модели позволяют учесть воздействие случайных факторов на эффективность проектируемого объекта и параметры ЛСС. Эти модели используются при оценке значений: взаимных и внешних помех, опасных влияний,- параметров надежности ЛСС. Кроме того, часто их используют при проектировании объектов, когда некоторые исходные факторы неизвестны или могут изменяться в определенных границах.

158

Процедура статистического моделирования состоит в вычислении с помощью специальных программ на ЭВМ последовательности чисел, имитирующих случайные воздействия. Эти числа используются по отдельности или группами в качестве входных величин алгоритма преобразования. В

результате накапливается совокупность значений изучаемых характеристик объекта, которая затем подвергается соответствующей вычислительной

обработке для получения приближенных статистических описаний этих характеристик.

Учитывая сложность системы проектирования ЛСС и ее подсистем, на

практике возникает задача оценки достоверности принятой математической модели, называемая идентификацией. Под идентификацией понимают

построение математических моделей объектов по результатам экспериментальных исследований. Решение этой задачи начинается с выдвижения гипотезы о структуре и качественных особенностях модели, затем

на основе экспериментальных исследований эта гипотеза принимается или отвергается. После принятия гипотезы переходят к уточнению количественных параметров модели.

9.4. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ЛИНЕЙНЫХСООРУЖЕНИИ СВЯЗИ

Система автоматизированного проектирования ЛСС представляет собой комплекс средств технического, программного и информационного обеспечения, предназначенных для решения задачи автоматизации и оптимизации инженерных расчетов проектирования ЛСС.

По мере насыщения проектных институтов вычислительной техникой,

совершенствования программного обеспечения и повышения квалификации программистов, освоения методов проектирования с помощью ЭВМ в режиме диалога «человек — машина» появляется возможность перехода к автоматизированным технологическим линиям проектирования (АТЛП) сетей и линейных сооружений связи и их более высокой иерархической ступени — системе автоматизированного проектирования (САПР).

Создание и применение АТЛП и САПР позволит осуществлять многовариантное проектирование кабельных магистралей, зданий, предприятий ГТС, внедрять методы построения оптимальной структуры сетей ЛСС различного назначения. Это открывает возможность более качественного

решения задач снижения сметной стоимости проектирования и строительства ЛСС, а также повышения производительности труда и качества работы проектировщиков.

Одной из основных проблем в деле разработки АТЛП являются улучшение и постоянное совершенствование программного обеспечения. В

процессе улучшения программного обеспечения должен происходить переход от решения задач с большим объемом вычислений, но с простыми алгоритмами к задачам, в которых значительно сокращается число вычислительных процедур, но при этом возрастают сложность и многовариантность самих

159

методов и алгоритмов проектирования для выбора оптимального решения.

Эта проблема решается путем создания так называемых пакетов прикладных программ (ППП) и специализированных программ (СП). Основная особенность ППП состоит в том, что они ориентируются на решение задач

большой сложности

Рис. 9.1. Схема алгоритма процесса проектирования ЛСС на

автоматизированных технологических линиях проектирования

Процесс проектирования ЛСС с применением АТЛП схематически представлен на рис. 8.1.

Электронно-вычислительная машина в САПР (как и АТЛП) выполняет весь технологический цикл проектирования ЛСС. Сохраняется и роль проектировщика, который взаимодействует с САПР в режиме диалога «человек —- машина». Система, САПР позволяет значительно повысить качество

проектов и освободить проектировщиков от выполнения трудоемкой рутинной работы.

9.5. ТЕХНОЛОГИЯ РЕАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛСС

Особенности реального проектирования. При реальном проектировании очень редко удается осуществить все рекомендации, связанные с обеспечением

оптимального проектирования или нахождения наилучших и наиболее эффективных решений проектных задач. В связи с этим оценка качества и эффективности проектов, как правило, осуществляется путем сравнения по

основным критериям данного проекта со средними показателями по аналогичным или ранее выполненным проектам. Проведение расчетов по

нескольким вариантам проектных решений также способствует улучшению качества проектов. В дальнейшем будем называть такие проекты квазиоптимальными в том смысле, что данный проект является наилучшим из ранее созданных аналогичных проектов.

160