книги / Основы автоматизации проектирования в строительстве

ЛЕКЦИЯ 1

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА

И ПУТИ ЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Точное знание - не роскошь, а средство выживания в современном мире. Многие даже не подозревают, какуюуверенность, комфорт, а в конечном счете - эффективность вработе дает понимание, пусть даже на самом началь­ номуровне, принципов и структуры того, с чем выработаете.

Вся созидательная деятельность человека с древнейших времен до наших дней связана со строительством. В начале XX столетия, как и во все предшествующие времена, главную роль в строитель­ стве выполнял зодчий, который единолично и комплексно решал все вопросы от архитектурно-художественного замысла и проекти­ рования до организации, возведения и сдачи в эксплуатацию по­ строенного объекта.

Развитие общества и технический прогресс в строительстве и других отраслях народного хозяйства привели к значительному усложнению строительных сооружений, а соответственно, и к услож­ нению организационной, плановой, экономической деятельности предприятий и принятия управленческих решений. Реализация большинства научных идей и передовых технологий связана с раз­ работкой проектов, которые становятся первым материальным во­ площением научного и технического прогресса. А стремительное развитие и использование вычислительной техники (ВТ) выдвинули на первое место вопросы по созданию систем автоматизированно­ го проектирования (САПР) и других автоматизированных систем (АС) управления и производства.

При этом потребовалось новое инженерное перевооружение, освоение многих новых для строителей разделов математики и тех­ ники, теории систем, кибернетики, исследования операций.

Следует отметить, что в настоящее время индустрия обработки информации - информатика - играет такую же определяющую роль, какую на этапе индустриализации строительства играла меха­ низация строительных работ.

Использование ВТ в строительстве началось с автоматизации таких трудоемких работ, как выполнение разнообразных расчетов (статических, динамических и др.) и чертежей, т.е. с автоматизации процесса проектирования.

По мере усложнения объектов строительства, углубления специализации, повышения требований к экономичности, качест­ ву, охране окружающей среды значение автоматизированных сис­ тем в капитальном строительстве возрастает и будет возрастать.

§1. О с н о в н ы е с в е д е н и я о п р о е к т и р о в а н и и

И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.Проектирование объектов строительства

Проектирование является сложным творческим процессом це­ ленаправленной деятельности человека, основанным на глубоких научных знаниях, использовании практического опыта и навыков в профессиональной сфере.

Проектирование - это процесс создания описаний нового еще не существующего или модернизируемого объекта, достаточных для изготовления или реализации этого объекта в заданных услови­ ях. Проектирование заключается в выполнении комплекса работ

исследовательского, расчетного, конструкторского характера, имеющих целью преобразование исходного описания в окончатель­ ные описания.

Исходное описание - это техническое задание (ТЗ), отра­ жающее назначение и основные требования к проектируемому объекту. В ТЗ на проектирование строительного объекта обычно указываются: место строительства, основные требования к про­ екту, содержится программа проектирования (перечень и размеры помещений). ТЗ составляется организацией-заказчихом и является исходным документом для разработки окончательного описания -

проекта. Ни одно здание или сооружение не может быть построено без профессионального юридически оформленного проекта. В послед­ ние десятилетия понятие проекта значительно расширилось. Развитие всех отраслей и направлений человеческой деятельности осуществля­ ется посредством разнообразных проектов и программ.

Проект здания или сооружения представляет собой комплект конструкторской и технологической документации в виде чертежей, расчетов, пояснительных записок, спецификаций, программ, необ­ ходимых для возведения строительного объекта и обоснования принятых в проекте решений. Кроме того, проект должен содержать прогноз технических параметров (мощности, габариты, производи­ тельность, комфортность), определяющих полезную роль будущего сооружения на срок 20 лет и более.

Проекты разрабатываются коллективсили специалистов проект­ ных организаций (архитекторами, инженерами-конструкторами, инженерами-технологами, специалистами по инженерному оборудо­ ванию, технологии и организации строительства, экономистами).

Проектирование выполняет важнейшую экономическую и хозяй­ ственную функцию, которая заключается в обеспечении всесторонней безопасности, надежности, долговечности, экономической эффектив­ ности и нормальной эксплуатации объектов строительства.

2. Проектная документация

Проектная документация является основой для строительства и разрабатывается в соответствии с требованиями внутренних и го­ сударственных норм (ГОСТы, ОСТы, СНиПы, ТУ, РД и пр.). Поря­ док разработки, рассмотрения, применения проектной документации, а также ее состав устанавливаются специальной Инструкцией [21], в соответствии с которой проектная документация состоит из двух частей: 1) утверждаемой части и 2) рабочей документации.

Утверждаемая часть содержит всестороннее расчетное обос­ нование проектируемого объекта и его надежности как строитель­ ного сооружения, описание технологии его функционирования, технических параметров, оценку воздействия на окружающую среду, решение вопросов организации строительства. Кроме того, эта часть содержит сметную документацию, включающую размер затрат

на строительство и на его отдельные этапы (очереди); расчеты, определяющие размеры прибыли и сроки окупаемости (эффектив­

ность инвестиций).

Рабочая документация состоит из рабочих чертежей, техниче­ ских описаний, спецификаций и других материалов (включая ресурс­ ные ведомости), которые требуются для работы на строительной площадке и функционирования технических служб строительных предприятий; сметных документов (локальных смет) для оплаты (финансирования) работ. Кроме того, рабочая документация содер­ жит исчерпывающие расчеты и проверки объекта строительства по предельным состояниям.

Проектная документация, как правило, подразделяется на изда­ ваемую (т.е. передаваемую заказчику/инвестору) и не издаваемую (сохраняемую в архиве проектной организации). От этого зависит форма ее представления.

В состав издаваемой части включаются только главные ре­ зультаты расчетов, служащие для обоснования проектных решений, а также большая часть чертежей. При этом часть чертежей служит для иллюстрации и обоснования генеральных проектных решений; остальные - рабочие чертежи, передаваемые на строительную пло­ щадку или на заводы строительных изделий. В зависимости от на­ значения чертежи снабжаются пояснениями и таблицами, характери­ зующими технико-экономические показатели и обосновывающими рекомендуемые проектные решения, либо (для рабочих чертежей) рабочими спецификациями и технологическими указаниями.

Различные ведомости и таблицы составляют значительную часть издаваемой проектной документации. Чаще всего в них сосре­ доточены следующие виды информации:

-обобщение данных о проектируемом объекте с целью обос­ нования намечаемых инженерных решений;

-анализ материалов инженерных изысканий, результатов расчетов;

-данные о потребности в различных ресурсах (материалах, изделиях, механизмах), включая финансовые (сметы);

- описания проектных решений, дополняющие рабочие чертежи.

В архив обычно передаются: расчеты (геодезические: увязка высотных отметок и элементов плана; статические и прочностные; гидрологические и гидравлические; оценка воздействия объекта на окружающую среду и др.).

3. Проектирование как объект автоматизации. Распределение функций между ЭВМ и проектировщиком

Строительное проектирование, будучи изначально областью высокопрофессиональной, но все же рутинной, на современном этапе все больше приобретает черты научного исследования с выте­ кающими из этого требованиями к подготовке и способностям спе­ циалистов. При значительном росте объемов информации, которую необходимо учитывать при проектировании, а следовательно, накап­ ливать, хранить, защищать и своевременно предоставлять, требуется внедрение в проектную деятельность информационных технологий и ЭВМ, многократно повышающих интеллектуальные возможности инженеров.

Автоматизация проектирования ~ это комплекс организацион­ но-технических мероприятий с привлечением программно-аппарат­ ных средств с целью повышения производительности труда, сокра­ щения количества рабочих мест работников низкой квалификации,

атакже повышения качества продукции и ее конкурентоспособности.

Влюбом процессе проектирования можно выделить следующие

виды деятельности проектировщика:

♦поиск новых решений,

♦анализ вариантов,

♦поиск оптимальных проектных решений.

Поиск новых решений относится к творческому виду деятель­ ности и практически не формализуется, хотя отдельные эвристиче­ ские приемы поиска новых вариантов можно алгоритмизировать.

Анализ вариантов проводится проектировщиком на основе фи­ зических, математических и информационных моделей, и в наи­ большей степени может быть возложен на автоматизированные системы проектирования. Но чаще всего сравнение вариантов про­ изводится без ясно выраженной модели задачи выбора.

PNRPU

вычислений происходят по командам исполняемой на ЭВМ про­ граммы, то диалог называют пассивным. Если в маршруте преоб­ ладают проектные процедуры, для которых достигнута высокая степень формализации и разработаны достаточно эффективные алгоритмы, то прерывания предусматриваются между проектными процедурами. Человек получает возможность оценить проектное решение и выбрать то или иное продолжение проектирования.

АП особенно эффективно, когда от автоматизации выполнения отдельных инженерных расчетов и процедур переходят к комплекс­ ной автоматизации, создавая для этой цели системы автоматизиро­ ванного проектированияСАПР, но работа в режиме диалога

вСАПР остается необходимой, т.к. полностью процесс проектирова­ ния сложных систем формализовать не удается, и участие человека

вряде случаев позволяет ускорить принятие решения.

Таким образом, автоматизированное проектирование подразу­ мевает систематическое применение ЭВМ при научно обоснованном распределении функций между проектировщиком и ЭВМ, выборе моделей и методов машинного решения задач. Научно обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек должен решать задачи, имеющие творческий характер, а ЭВМ - задачи, решение которых поддается алгоритмизации. Раз­ личные возможности и границы применения вычислительной техни­ ки для автоматизации проектирования определяются уровнем фор­ мализации научно-технических знаний в конкретной отрасли. Чем глубже разработана теория того или иного класса технических систем, тем большие возможности объективно существуют для авто­ матизации процесса их проектирования.

§2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

К ИЗУЧЕНИЮ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТРОИТЕЛЬНЫХ

ОБЪЕКТОВ И САПР

С каждым годом возрастает сложность архитектурно-строи­ тельных объектов, что, в свою очередь, вызывает усложнение форм, методов и организации процессов и технологии их проектирования, в основу которых все шире внедряются современные научные теории

и методы. В связи с этим на первый план в изучении и проектиро­ вании сложных строительных объектов в настоящее время выступа­ ет системный подход.

Системный подход - это комплексное изучение исследуемого объекта как единого целого с позиций системного анализа. Систем­ ный подход означает учет всех взаимосвязей, изучение отдельных структурных частей, выявление роли каждой из них в общем процес­ се функционирования системы и, наоборот, выявление воздействия системы в целом на отдельные ее элементы. Научно-технический прогресс в строительстве и других отраслях народного хозяйства привел к быстрому и резкому усложнению строительных технологи­ ческих процессов, к увеличению количества составляющих элемен­ тов организационных структур, к усложнению плановых, экономи­ ческих и особенно управленческих решений. Все это исторически привело к необходимости появления и развития нового подхода в управлении сложными системами, позволяющего координиро­ вать и направлять действия различных элементов систем с разными, иногда даже противоречивыми, интересами в единую, эффективно и целесообразно действующую строительную систему. Теория сис­ тем и системный анализ возникли сравнительно недавно, хотя исто­ ки системного подхода можно найти еще у Аристотеля {«целое есть нечто большее, чем сумма частей») и у Гегеля («характер частей определяется целым»).

1.Методология системного подхода

вархитектурно-строительном проектировании

Определим, чем системный подход отличается от традицион­ ных методов работы в архитектурно-строительном проектировании. Сразу следует указать на то, что нет принципиальных отличий между

системным и традиционным комплексным подходом квалифициро­ ванных проектировщиков к процессу проектирования.

Сходство их состоит в том, что и тот, и другой направлены на один и тот же объект; используют одну и ту же информационную базу (в том числе нормативно-справочную); преследуют одни и те же цели.

Вместе с тем процесс автоматизированного проектирования по

составу и последовательности процедур, содержанию и формам проектной документации качественно отличается от традиционно­ го процесса проектирования.

Разница заключается в резком усилении научного начала,

применении новых технических приемов (по сути, новой техноло­ гии проектирования) и современной методологии, которые позво­ ляют выполнить проект значительно эффективнее, чем это под силу талантливому и опытному проектировщику.

В процессе традиционного проектирования преимущественно

используются экспериментальные методы исследования, упрощен­ ные инженерные методы расчета и эвристические методы оценки качества проектных решений.

С ростом сложности проектируемых объектов возникает необ­ ходимость перехода от физических экспериментальных методов к математическому моделированию, от инженерных методов рас­ чета к более сложным расчетным моделям и, соответственно, к чис­ ленным методам решения с применением ЭВМ, от эвристических методов оценки качества проектных решений к автоматизирован­ ным (алгоритмизированным) процедурам, в том числе по оформле­ нию документов.

Главной методологической особенностью современных САПР является то, что при системном подходе должна быть логич­ но связанная пара:

♦объект проектирования как целевая категория и

♦процесс проектирования как категория средств достижения

целей.

Объектами проектирования в строительстве могут быть зда­ ния, инженерные сооружения, строительные конструкции. Созда­ вая проект любого архитектурно-строительного объекта, проекти­ ровщик всегда имеет в виду его целостный образ и все средства направляетч;на реализацию созданного им мысленного образного представления об объекте в целом, что, правда, далеко не всегда удается. С другой стороны, он в процессе проектирования неиз­ бежно расчленяет объект на отдельные элементы, которые анали­ зирует с различных точек зрения, а затем интегрирует. Однако

полученное целое не всегда бывает таким, каким было в изначаль­ ном замысле. Поскольку речь идет о некоторой процедуре, связан­ ной с расчленением рассматриваемого объекта на элементы, то мы говорим о системе, т.е. архитектурно-строительные объекты являют­ ся образцами сложных систем, состоящих из множества разнород­ ных объектов, постоянно взаимодействующих, имеющих сложные функциональные связи.

Проектирование по содержанию —это процесс переработки определенного объема различной информации. Входами такого процесса являются:

1.Замысел (цель) проектирования, выраженный в виде опреде­ ленной совокупности условий и требований, которым должен удов­ летворять искомый объект.

2.Средства, т.е. факторы, которыми можно варьировать при проектировании.

Выход процесса - это такое описание искомого объекта, которое необходимо и достаточно для материально-вещественного воплоще­ ния идеи проектирования в конкретный физический объект, т.е. его информационная модель в виде схем, чертежей, спецификаций, тех­ нологических карт и другой документации.

Таким образом, смысл процесса проектирования в любой

САПР, в том числе в САПР строительных объектов, - получить в соответствии с замыслом такую информационную систему —мо­ дель, которая позволяла бы создать систему-оригинал, полностью соответствующую замыслу. Архитектурно-строительное проекти­ рование является системным, оно не может быть другим.

В качестве основной методологической базы системного подхода в настоящее время используется системно-структур­ ный анализ, основными методологическими принципами кото­ рого являются:

♦ иерархичность и декомпозиция описания объектов проекти­ рования;

♦многоэтапность и итерационность процесса проектирования;

♦типизация иунификация объектов и средств проектирования.