Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник научных трудов кафедры информационных систем и технологий управления в строительстве. Выпуск 1.pdf
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
обходимо обладать информацией по объекту экспертизы и использовать
ее на всех стадиях жизненного цикла. Вследствие чего встает вопрос о
создании автоматизированных информационных систем обеспечения экспертизы промышленной безопасности средств механизации строительства. Для этой цели в МГСУ разрабатывается научно-методологические (методические) основы построения автоматизированных информационных
сред обеспечения работ в области экспертизы промышленной безопасности.
В результате проведенной работы решены следующие задачи:
- проведен анализ факторов, влияющих на промышленную безопасность
средств механизации строительства и дана методология их структуризации применительно к ЭВМ;
- разработана модель обеспечения промышленной безопасности
средств механизации строительства;
- реализован программный пакет методов и алгоритмов, поддерживающих сбор, обработку и выдачу информации для проведения экспертизы промышленной безопасности;
- разработана методика автоматизации процесса экспертизы промышленной безопасности средств механизации строительства с использованием технологии сбора информации на протяжении всего жизненного
цикла строительной техники;
- проведена систематизация источников, потоков и потребителей информации в области промышленной безопасности;
- разработана модель управления автоматизированным процессом
экспертизы промышленной безопасности средств механизации строительства.
А.В. СЕДОВ, П.Д. ЧЕЛЫШКОВ, И.В. РЕДИН
МУЛЬТИЗОНАЛЬНЫЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ
КЛИМАТКОНТРОЛЯ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ЗДАНИЯХ
В наши дни сфере инвестиционного строительства интенсивно обсуждаются вопросы, связанные со строительством так называемых интеллектуальных зданий или умных домов. Связано это в первую очередь с
увеличивающейся деловой активностью российского бизнеса и приходом
большого количества зарубежных транснациональных компаний на российский рынок, нуждающихся в современных административных зданиях.
При выборе такого здания для размещения офисов, помещений досуга и общественного питания, основным параметров выбора является
31
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
комфорт. В данном контексте понятие комфорта включает в себя такие
важные составляющие, как безопасность (физическая, информационная,
строительная) и микроклимат в помещениях (температура, влажность, состав воздуха, скорость движения воздушных потоков).
Требуемые параметры микроклимата обеспечивают соответствующие инженерно-технические системы:
• система вентиляции и кондиционирования;
• система отопления и теплоснабжения.
Для управления климатическими системами необходимо создать интегрированные в единое целое системы отопления, вентиляции и кондиционирования, которые обеспечивают наиболее комфортные условия:
поддержание оптимальной температуры и влажности в помещениях интеллектуального здания. Функции управления климатическими системами
включают в себя как полный контроль их технического состояния, так и
возможность изменения параметров функционирования данных систем.
Обеспечить такое управление наилучшим образом, а кроме того
энергосбережение и существенную экономию на эксплуатации позволяют
мультизональные энергоэффективные системы климатконтроля на основе
технологии тепловых насосов.
Тепловые насосы используются для реализации следующих задач:
1. Тепло- и холодоснабжение зданий.
2. Отопление, вентиляция и кондиционирование внутри здания
Тепловой насос – это агрегат, который позволяет, работая по принципу холодильной машины, получить тепло (с температурой 45 - 70 0С) из
0
источника (допустим вода), температура которого (5-10
С) не позволяет
использовать его напрямую для отопления.
Источниками тепла для теплового насоса могут быть – земля, грунтовые воды, воды рек, озер и морей, а также остаточное тепло ТЭЦ и промышленных предприятий, канализация, а также помещения с большими
теплоизбытками. При этом, чтобы получить 3-7 кВт тепла, требуется затратить 1 кВт электрической энергии. Применение таких систем приводит
к ощутимой экономии денежных средств пропорционально площади здания.
Таким образом, основным принципом при построении интеллектуальных зданий является интеграция с минимальными затратами всех систем жизнеобеспечения, безопасности, передачи информации, управления
коммунальной инфраструктурой, микроклиматом; обслуживание которых
должно быть организовано профессионально и оптимальным образом.
Например, комплексная интеграция систем приточной вентиляции и системы управления микроклиматом позволит управлять температурно-
32
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
влажностными характеристиками в конкретном помещении здания, оптимизировать режимы тепловыделения и теплообмена, создать более комфортные условия, уменьшить потребление энергии. Интеграция систем
должна осуществляться на программно-аппаратном уровне. Перспективность работ в этом направлении определяется снижением эксплуатационных затрат и экономическим эффектом от применения таких систем.
С.В. ШИЛКИНА, Е.А. ШИЛКИНА
ЭНЕРГОАУДИТ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ
И СООРУЖЕНИЙ
Сегодня к современному зданию (сооружению) и его техническому
оснащению предъявляются высокие требования. На передний план выдвигаются: использование новейших сетевых технологий, средств коммуникации и интернет-информации, обеспечение комфорта и безопасности.
Однако вопросы оптимизации использования материальных ресурсов,
экологической безопасности также не остаются без внимания ученых и
специалистов. Комплексный подход к внедрению «умных» технологий в
«интеллектуальном здании, сооружении» (ИЗ) требует их решения. В
связи с этим, в научно-исследовательских лабораториях, университетах,
государственных и коммерческих научных центрах многие инновационные разработки ждут своего выхода на рынок. Они должны обеспечить
высокий уровень комфорта за счет применения современных мультимедийных средств, контроль безопасности, оптимизацию количества потребляемой энергии посредством телеметрии, снижение эксплуатационных расходов в здании и многое другое.
Существуют определенные предписания и стандарты, определяющие эффективность эксплуатации здания и его техники. Эффективность
эксплуатации должна быть занесена в так называемый энергетический
паспорт здания (сооружения), который предоставляется заказчику, пользователю или потенциальному покупателю для оценки свойств недвижимости. Отметим, что экономичность проекта закладывается еще на стадии
проектирования. Здесь важны и предварительное технико-экономическое
обоснование, и прогнозная оценка прибыльности энергосберегающих мероприятий, и расчет ожидаемой экономической эффективности. Экономическая эффективность эксплуатации, снижение текущих затрат напрямую зависят от рационального использования материальных ресурсов. В
этом направлении определенный интерес вызывают исследования запад-
33
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
ных аналитиков по оценке эффективности мер, связанных со снижением
потребления воды и энергии в зданиях (офисных, жилых и др.), прошедших сертификацию по программе LEED (U.S. Green Building Council
Leadership in Energy and Environmental Design), исследования проводились
с использованием статистических моделей. Расчетная и графическая информация, полученная в результате моделирования, позволила получить
ряд полезных оценок, прогнозов, сделать выводы, выявить и решить конкретные проблемы. Безусловно, опыт таких исследований очень полезен.
В настоящее время и в России, в связи с активизацией строительства
ИЗ, все больше внимания уделяется проблеме экономии энергии в здании.
В контексте новой терминалогии, речь идет о так называемом «энергетически-эффективном здании» (Energy-efficiency Building). Авторами данной статьи предлагается один из путей организации решения данной проблемы - проведение детального энергоаудита для ИЗ с целью предоставления гарантий энергосбережения еще на стадии подготовки проекта. Задачами энергоаудита являются [5]: анализ информации об энергопотреблении и о возможной экономии энергии, технико-экономическая оценка
мероприятий по сохранению энергии в ИЗ и правильное их ранжирование
по приоритету прибыльности.
Методика проведения энергоаудита включает рассмотрение следующих вопросов:
1. Проведение маркетинговых исследований: анализ внутренней и
внешней ситуаций, рынка, анализ динамики цен на энергоресурсы, прогноз на будущее, определение критериев энергетических гарантий.
2. Детальное описание и выбор намечаемых энергосберегающих мероприятий из списка базы данных: изоляция пола, труб, задвижек; уплотнение окон; внедрение автоматизированной системы управления; мероприятия по реконструкции: модернизация оборудования, новые окна, новые осветительные устройства, изоляция наружных стен и др..
3. Выбор базового, нормативного уровня потребления материальных
ресурсов (БВ) и нового, проектного – после внедрения мероприятий (НВ).
Технико-экономический анализ вариантов.
4. Вопросы внешнего и внутреннего финансирования; оценка общих
инвестиций: затраты на проектирование и научную разработку, на оборудование, на приборы и средства автоматизации, на внедрение системы
управления, на монтаж, наладку, установку системы, на транспортировку, проведение испытаний, контроль, оформление и ведение документации и др.
5. Расчет годовых чистых энергосбережений; упрощенный расчет
может быть осуществлен по формуле
34
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
где В
В
Г
– чистые ежегодные сбережения,
чист
Г
Э
– годовая экономия эл.энергии,
э/э
Ц
– цена 1 квт/ч эл.энергии,
э/э
С
Экспл,Обсл
– затраты на эксплуатацию и обслуживание системы.
Г
чист
=Э
Г
э/э
* Ц
э/э
– С
Экспл,Обсл ,
6. Мероприятия по оценке прибыльности инвестиций. Оценка прибыльности мероприятий по сохранению энергии. Ранжирование мероприятий по прибыльности. Методы расчета прибыльности инвестиций:
возврат инвестиций (pay back); чистая существующая стоимость (net pre-
sent value); коэффициент чистой текущей стоимости (net present value
quatrent ); окупаемость (pay off); коэффициент внутреннего возврата (internal rateof return).
7. Влияние внедряемых мероприятий на окружающую среду и пара-
метры внутренней среды ИЗ. Сопоставление показателей до и после внедрения мероприятий.
8.Составление графика внедрения мероприятий по сохранению энергии.
9. Планы, графики по эксплуатации, обслуживанию и управлению
энергией ИЗ.
На наш взгляд, профессионально проведенный энергоаудит позволит правильно оценить возможности и экономическую эффективность
проектных решений, получить дополнительную прибыль за счет экономии
ресурсов, улучшить параметры состояния внешней и внутренней среды
ИЗ. Для повышения эффективности энергоаудита необходимо рационально спланировать, организовать и скоординировать действия многих организаций, занимающихся проектированием, строительством и эксплуатацией современных зданий и сооружений на качественно новом уровне
создания действительно «интеллектуальных» - безопасных, энергетически
эффективных, экологически чистых и комфортных объектов.
Таким образом, в «интеллектуальных зданиях, сооружениях» на первый план выступает не только высокий уровень комфорта, надежности и
безопасности, но и снижение энергозатрат. Данные о потреблении энергии
в ИЗ свидетельствуют о том, что основная часть расходов приходится на
отопление и электроснабжение. Экономии в данном случае помогает добиться «интеллектуальный» подход к потреблению энергии. Также следует отметить, что внимание этой проблеме должно уделяться еще на стадии проектирования: шаги, предпринятые во время проектирования и
строительства зданий, сооружений, могут значительно упростить последующее измерение реальной экономии энергии и даже способствовать ее
росту. Необходимо с самого начала закладывать в проекты ИЗ возможно-
35
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
сти для упрощения организации мониторинга энергопотребления. Для
осуществления технико-экономической оценки энергосберегающих мер
нужно:
1) иметь базовую информацию об используемом оборудовании, контрольно-измерительных приборах и средствах автоматизации (КИП и
СА), а также о параметрах, характеризующих функционирование систем в
ИЗ;
2) провести исследование объекта управления;
3) собрать и проанализировать статистическую информацию об объ-
екте управления на наличие зависимости между комфортным уровнем
температуры в ИЗ и уровнем энергопотребления или уровнем экономии
энергии и др.;
4) разработать исходные модели для оценки параметров работы
коммунальных служб и систем в ИЗ;
5) для проведения энергоаудита собрать и обработать информацию о
реальной экономии энергии, о затратах на процесс проектирования систем
ИЗ и на реализацию программы по снижению издержек, определить срок
окупаемости затрат, рассчитать прибыльность энергосберегающих мероприятий и проранжировать их по степени важности.
Таким образом, необходимо создать фундамент для непрерывного
мониторинга работ коммунальных служб и систем в ИЗ, определить базовый (эталонный) уровень, информация о параметрах которого может быть
в дальнейшем использована заказчиком, покупателем для сравнительной
оценки различных вариантов, модернизации оборудования, КИП и СА,
систем управления, оптимизации их функционирования.
Г.Г. АРУНЯНЦ, Т.Р. ТЕДЕЕВ
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ GROUND
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА И АНАЛИЗА ПАРАМЕТРОВ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СООРУЖЕНИЙ С ГРУНТОВЫМ ОСНОВАНИЕМ
ДЛЯ САПР ГРУНТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ
В настоящее время автоматизация проектирования грунтовых сооружений связывается с новым этапом развития – созданием специализированных подсистем систем автоматизированного проектирования
(САПР), предназначенных в основном для решения задач научноисследовательского и технического проектирования.
Взаимодействие проектировщика с моделью объекта с помощью
ЭВМ создает качественно новую ситуацию в проектировании. Проекти-
36
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ровщик в процессе диалога с ЭВМ может творчески проанализировать
различные варианты, осуществить оптимизацию, промоделировать поведение объекта во внешней среде и обоснованно выбрать лучший вариант
проекта.
В целом САПР грунтовых сооружений можно рассматривать как
модель проектируемой системы, в которой учтены основные виды динамического и информационного взаимодействия между ее частями, включая проектировщиков. Для успешного функционирования такие САПР
должны иметь хорошую внутреннюю организацию.
Принятая авторами концепция построения сложных программных
систем и разработанное методологическое обеспечение позволили выделить основные режимы работы универсальной подсистемы расчета и анализа параметров взаимодействия зданий и сооружений с грунтовым основанием (GROUND) САПР грунтовых сооружений, определившие направ-
ление работ при создании внутрисистемных и пользовательских интерфейсов подсистемы.
Режим работы с базой данных (БД) обеспечивает выполнение всех
операций, проводимых пользователем с БД.
Режим проведения расчетов предусматривает возможность выполнения информационных процедур, связанных с проведением расчетов и
преобразованием информации в необходимую форму.
Режим работы с отчетами должен обеспечивать предоставление
пользователю возможности работы с результатами ранее проведенных
расчетов: производить их поиск, просмотр, печать и удаление, представлять результаты расчетов в удобной графической форме.
Режим диагностики должен обеспечивать возможность тестирова-
ния информационной базы на достаточность информации для проведения
определенного расчета. Результаты тестирования оформляются системой
в виде протокола найденных несоответствий с их локализацией и рекомендаций по их устранению, выводимого на экран и доступного для сохранения и печати.
Режим настройки должен обеспечивать настройку пользователь-
ского интерфейса.
Режим справки должен обеспечивать возможность вызова контекстно-зависимой справочной информации по требованию пользователя, а
также общей структурированной по разделам информации по системе и
реализованным в нем алгоритмам.
При создании программного обеспечения подсистемы GROUND более эффективным представляется использование среды разработки Micro-
soft Visual C++. Эта среда основана на языке программирования С++.
Она имеет удобный, интерактивный, гибко настраиваемый интерфейс и
37
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
мощную справочную систему. Предпосылками для выбора в качестве инструмента языка С++ явились нижеследующие положения.
Язык программирования С++ , наиболее близкий к ассемблеру (к устройствам компьютера), создавался с одной важной целью: сделать более
простым написание больших программ с минимумом ошибок по правилам
процедурного программирования. Включая необходимые элементы языка
объектно-ориентированного программирования, С++ позволяет очень быстро создавать новые компиляторы для новых платформ, а также предоставляет программистам точный контроль над ходом выполнения программ. Это – то, что позволяет коду С++ выполняться эффективнее многих других языков. Как правило, лишь оптимизированный вручную код на
ассемблере может работать ещё быстрее, потому что он даёт полный контроль над машиной, однако развитие современных компиляторов вместе с
усложнением современных процессоров быстро сокращает этот разрыв.
На основе анализа основных концепций построения, особенностей
функционирования и специфики назначения САПР можно сформулировать основные принципы, положенные в основу при разработке подсистемы GROUND, ориентированной на использование в рамках САПР грунтовых сооружений.
1. Относительная независимость подсистем. Этот принцип предусматривает наличие в системе централизованного банка данных (БнД) и
информационный обмени между подсистемами с помощью управления
базой этих данных (БД).
2. Эволюционность подсистем и системы в целом. Этот принцип
позволяет в некоторой степени автоматизировать элементы творчества,
т.е. создавать проект на основе накопленного системой опыта.
3. Минимум взаимодействия системы с внешней средой. Реализация этого принципа дает возможность создавать максимально автоматизированные системы.
4. Оперативность взаимодействия система – проектировщик.
Этот принцип предполагает наличие простых для освоения, но развитых
процедур взаимодействия между проектировщиком и системой, предлагающей ему альтернативные варианты для продолжения решения, с которым он либо соглашается, либо предлагает собственный вариант.
5. Универсальность автоматизированной системы для групп
родственных по характеру работы объектов. Этот принцип позволяет
снизить затраты на создание системы за счет объединения ресурсов проектирования.
На основании этих принципов разработки САПР можно сделать заключение, что основная тенденция в развитии разрабатываемой подсистемы GROUND САПР грунтовых сооружений должна заключаться в
обеспечении все большей независимости системы от разработчика, повышении надежности и универсальности в определенном классе задач. Сле-
38
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
довательно, усилия по разработке GROUND должны быть направлены на
решение трех основных взаимосвязанных задач: создание и объединение
ресурсов проектирования; разработка информационной базы системы;
разработка средств взаимообмена проектировщика с системой.
Модульный принцип организации подсистемы GROUND САПР
грунтовых сооружений позволяет формировать вычислительную схему
автоматически применительно к конкретной задаче. В результате структурного анализа по определенным правилам построения моделей выявляется иерархическая последовательность модулей для выполнения задачи,
происходит объединение ресурсов, устанавливаются взаимосвязи между
подсистемами и модулями.
При создании подсистемы GROUND для САПР грунтовых сооружений, наряду с обеспечением её функционирования, важнейшее значение
имеет проблема разработки достоверного математического описания.
Точность проектирования определяется совершенством используемых
моделей.
Успешное решение задачи создания подсистемы GROUND невозможно без использования типового математического обеспечения (МО).
Поэтому представление прикладных программ в виде модулей и отдельных процедур по существу является формой унификации правил их составления. Это облегчает их использование в различных по назначению
подсистемах и упрощает объединение с другими модулями.
В целом при выборе и разработке моделей, методов и алгоритмов
необходимо учитывать требования, предъявляемые к математическому
обеспечению в САПР. К основным из них можно отнести следующие:
универсальность (применимость к широкому классу проектируемых объектов); алгоритмическая надежность (высокая вероятность получения
правильных результатов при соблюдении оговоренных ограничений на
применение метода); точность (достаточная степень совпадения расчетных и истинных результатов); затраты машинного времени; используе-
мая память.
Важной особенностью информационной базы подсистемы GROUND
САПР грунтовых сооружений является то, что она должна быть полной,
т.к. отсутствие данных приводит к ситуации, которую не может разрешить
ни система, ни проектировщик. По существу БД в общей структуре подсистемы GROUND САПР грунтовых сооружений можно отнести к совокупности знаний о проблеме, вместе с алгоритмами она составляет фундамент проблемы.
Разрабатываемая подсистема GROUND, как и САПР грунтовых сооружений в целом, по характеру своего функционирования является активной системой «человек-машина». Поэтому при создании подсистемы
GROUND большое внимание уделяется обеспечению эффективной связи
человека с ЭВМ и рациональному разделению функций между ними.
Для создания благоприятных условий для решения этих проблем не-
39
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
д
ред
обходима организация эффективных диалоговых систем. Рациональное
распределение функций в САПР грунтовых сооружений должно базироваться на детальном изучении свойств и возможностей проектировщиков
грунтовых сооружений, программных и технических средств, применяемых при автоматизации процесса проектирования.
Задача создания подсистемы GROUND сводится к необходимости
решения комплекса взаимосвязанных проблем, разделенных на две группы: разработка математического обеспечения и разработка структуры системы, способной обеспечить выполнение заданной последовательности
действий и моделирование элементов творчества в процессе исследования
(проектирования).
Результаты проведенного анализа основных принципов построения
САПР и разработанная методология автоматизированного расчета и анализа параметров взаимодействия зданий и сооружений с грунтовым основанием при решении различных задач проектирования грунтовых сооружений, а также проведенный анализ основных путей повышения эффективности взаимодействия средств подсистем САПР грунтовых сооружений в условиях ее эволюционного развития позволили выявить структуру
средств подсистемы GROUND.
Весь комплекс задач, решаемых в рамках подсистемы GROUND,
предусматривает использование в процессе ее функционирования нижеследующих специально разработанных программных модулей и процедур
(рис. 1, табл. 1).
БАНК
ДАННЫХ
FL-1
FL-2
FL-N
ОМ-1
Влагопроницаемость
с
Стационар-
ная задача
AST AZA
STAZAM
Нестационар-
ная задача
AHEST A
HESTAM
ы
STAZA
HEST A
D R I V E
Контактная задача Определение НДС среды
Принцип
перераспре-
деления в
контактной
Принцип
разрывности
в контактной
задаче
GES
GEMOS
RES
GESP
GEMOSP
REZP
Определение
НДС проса-
дочной среды
Определение
НДС упругой
среды
Определение
НДС набухающей среды
НЕОDР
HEODH
HDSP
HEOD
HDS
HDSH
Ввод
анных
Вывод
результатов
и сообщений
1
ОМ-2
ОМ-М
Нелинейная
задача
HEZA
AHEZ A
HEZAM
Внутренний
принцип в
контактной
задаче
GESV
GEMOSV
REZV
Принцип
составности
в контактной
задаче
GESS
GEMOSS
REZS
Рис. 1. Структурная схема подсистемы GROUND взаимодействия зданий
и сооружений с грунтовым основанием
40
Терминал
пользователя