Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Сегодня во всем мире активно развивается направление автоматизации зданий и сооружений, т.е. – их оснащения инженерно-техническими системами, позволяющими строить эффективные схемы энергосбережения, безопасности и экологичности современных строительных объектов. Это направление получило название “функциональных систем управления зданиями и сооружениями” (А.А. Волков) или “интеллектуальных” зданий (Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач, В.И. Ливчак, Е.О. Шилькрот, В.О. Чулков и др.).
В целом, современное здание может быть оснащено целым набором систем автоматизации, позволяющих решать задачи автоматизации систем и процессов, безопасности, управления информацией и коммуникациями, оптимизации использования ресурсов, функционального и технического соответствия и гибкости, экологии, эргономики и комфорта.
Активное развитие обозначенной профессиональной области знаний в строительном проектировании, производстве и управлении находит сегодня отражение во многих практических решениях, предлагаемых, в большинстве случаев, в виде готовых систем автоматизации зданий известных зарубежных фирм-производителей подобного оборудования. К сожалению, научные исследования в этом направлении не столь многочисленны и отличаются комплексным характером постановки задач управления зданиями и сооружениям, оставляя современному исследователю обширное поле деятельности по формированию теоретической базы конкретных инженерных решений. Следует отметить, что объектом и предметом исследования становятся при этом, как правило, элементы (подсистемы, схемы, решения и проч.) автоматизации непосредственно конкретных объектов, создаваемые в рамках инженерии самого здания.
Между тем, как в теоретическом, так и в практическом плане, совершенно не охваченными остаются задачи взаимодействия систем автоматизации конкретного здания или сооружения с внешними системами жизнеобеспечения объекта, такими, например, как электро-, тепло- и водоснабжение, информационное окружение объекта и проч. Речь идет о том, что никакая система автоматизации не будет работать достаточно эффективно без учета целого набора внешних факторов, определяющих процесс эксплуатации здания. Например, невозможно строить эффективную схему энергосбережения зданий, не обладая информацией об особенностях подключения к городским тепло- и электросетям, штатных и аварийных режимах их работы, графиках профилактического обслуживания, ремонта и проч.
Решение задач в подобной формулировке представляется эффективным только в случае возможности формализации и структуризации внешней информации, необходимой для использования в системах автоматизации зданий в описанном смысле. Основой необходимой формализации может стать специализированная система автоматизации проектирования (САПР), ориентированная на использование в комплексе информационно-аналитического обеспечения процесса проектирования систем автоматизации зданий, сооружений и комплексов. Другими словами, такая САПР должна быть интегрирована в общий процесс проектирования инженерного обеспечения строительного объекта на стадии его разработки.
Задачи в подобной формулировке до сих пор не решались. Сказанное дает возможность позиционировать научную задачу разработки структуры и состава САПР информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями как новую и актуальную.
Содержание представленного исследования соответствует п.п. 2,3 Паспорта специальности 05.13.12 – Системы автоматизации проектирования (строительство).
Научно-техническая гипотеза диссертации предполагает возможность повышения эффективности проектирования систем автоматизации зданий и сооружений на основе использования специализированных САПР информационных потоков внешних элементов систем управления инженерным оборудованием.
Цель диссертации: разработка структуры и состава САПР информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями.
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи:
анализ процессов и результатов проектирования систем управления зданиями и сооружениями на уровне протоколов и схем информационного обмена;
анализ теории и практики построения автоматизированных процедур в области проектирования функциональных систем управления зданиями, включая техническое, математическое, программное, информационное, лингвистическое, методическое и организационное обеспечение систем автоматизации проектирования;
анализ и построение общей классификации предметно-ориентированных информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями;
разработка и анализ структуры и состава САПР информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями;
анализ методов и процедур выбора протоколов обмена информацией уровня внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями;
комплексный анализ средств и методов практической программной реализации подсистем САПР информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями;
обоснование направлений дальнейших научных исследований в рамках рассматриваемой научной предметной области.
Объект исследования в диссертации: системы функционального управления зданиями, сооружениями и комплексами.
Предмет исследования в диссертации: САПР информационных потоков внешних элементов систем управления инженерным оборудованием зданий и сооружений.
В основу методологии исследования в диссертации положены теория и практика разработки САПР, системный анализ, общая теория функциональных систем, системотехника строительства, теория и практика проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениями, математическое моделирование, тематические работы отечественных и зарубежных авторов, современный опыт инженерных решений и знания в области проектирования и эксплуатации “интеллектуальных зданий”.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
предложена общая иерархическая классификация предметно-ориентированных информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями;
разработана структура и состав САПР информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями;
проведен анализ средств и методов практической программной реализации подсистем САПР информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями.
Практическая значимость диссертации заключается в разработке подхода к автоматизации проектирования информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями, состава, структуры, алгоритмов и элементов программного обеспечения САПР информационных потоков внешних элементов систем управления строительными объектами и использовании полученных результатов в практике проектирования функциональных систем управления зданиями..
Предложенный подход позволяет:
строить общие и частные классификации предметно-ориентированных информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями;
выбирать структуру и состав САПР информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями;
осуществлять выбор протоколов обмена информацией уровня внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями.
Практическая значимость диссертационного исследования подтверждается внедрением полученных результатов.
Внедрение результатов. Результаты диссертации (подход к автоматизации, структура и состав САПР информационных потоков внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями, метод выбора протоколов обмена информацией уровня внешних элементов систем управления зданиями и сооружениями, а также ряд практических решений) внедрены в практику проектирования отдельных инженерных систем зданий и сооружений в рамках реализации проектов в организациях, входящих в “Ассоциацию по автоматизации зданий BIG-RU” и Ассоциацию KONNEX.
Отдельные части диссертации использованы в процессе подготовки и переподготовки специалистов на кафедрах систем автоматизации проектирования (САПР) в строительстве и системного анализа в строительстве (САС), а так же при реализации локального проекта “Качественное развитие созданного в МГСУ нового научного направления по проектированию, строительству и эксплуатации “интеллектуальных зданий” и “умного города”, отвечающих современным и перспективным требованиям безопасности, энергетической эффективности, экологии, эргономики и комфорта искусственной среды обитания человека на основе масштабно-инвариантной теории функционального управления зданиями, сооружениями и комплексами” Инновационной образовательной программы (ИОП) ГОУ ВПО Московский государственный строительный университет (МГСУ) в 2007г.
Использование результатов диссертации подтверждено соответствующими справками и актами о внедрении.
Апробация. Содержание и результаты диссертации неоднократно докладывались на российских и международных конференциях (Юбилейной Х международной научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и докторантов “Строительство – формирование среды жизнедеятельности”, Москва, МГСУ, 2007г. и др.), обсуждались и одобрены на заседаниях и семинарах кафедр системного анализа в строительстве (САС) и САПР в строительстве (2006–2007гг.) ГОУ ВПО Московский государственный строительный университет, секции “Строительство” Российской инженерной академии (2007г.), Научно-методическом совета по информационным системам и технологиям науки и образования в области строительства (НМС ИСТ) при Международной Ассоциации строительных вузов (АСВ) и Учебно-методическом объединении (УМО) вузов Российской Федерации в области строительства.
Публикации. Основные результаты представленной диссертации опубликованы в 7 научных работах, общим объемом 2,75 п.л., из них лично соискателем – 1,75 п.л.
Одна работа опубликована в журнале, входящем в перечень ВАК России для публикации результатов научных исследований для кандидатов наук.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и предложений, библиографического списка из 115 наименований и приложений.
На защиту выносятся положения, составляющие научную новизну диссертации.
