Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время эффективность создания новой и использования существующей инфраструктуры городского коммунального хозяйства является одним из основных направлений деятельности городских служб. Все более значимым становится влияние факторов, стимулирующих реальную экономию энергии, топлива и способствующих повышению эффективности инженерных сетей, росту заинтересованности в энергосбережении и принятию оптимальных решений по развитию систем.
На сооружение, развитие и реконструкцию систем тепло-, водо-, газоснабжения ежегодно расходуются значительные денежные средства. Эти системы стали крупнейшими потребителями металла и энергосилового оборудования. Сказанное делает очевидным первостепенное значение количественного обоснования принимаемых решений и автоматизации самих процессов, связанных с оптимальным проектированием и распределением инфраструктуры городских инженерных сетей, что требует соответствующего математического, программного, информационного и организационного обеспечения.
Например, одним из вариантов решения задачи реструктуризации и оптимизации существующих систем теплоснабжения является замена центральных тепловых пунктов (ЦТП) на индивидуальные тепловые пункты (ИТП) - небольшие тепловые пункты, обслуживающие часть, одно или несколько зданий в зависимости от нагрузки. Таким образом, можно было бы сократить тепловые потери на перенос тепловой энергии от источника потребителям. В связи с этим особенно актуальным становится проблема оптимального распределения инфраструктуры городских инженерных сетей с учетом расположения объектов подосновы, расположения и нагрузки потребителей, стоимости реструктуризации существующих элементов сетей и возможности использования существующей инфраструктуры.
При этом возникают предпосылки по созданию новой научной базы и разработке новых подходов по реструктуризации и модернизации систем водо- и теплоснабжения для внедрения в очерченную область новых инновационных и энергоэффективных технологий.
Рассматриваемые в этой связи в диссертации модели и методы создания элементов систем автоматизации проектирования (САПР) для решения обозначенных проблем используют и развивают отдельные вопросы следующих современных научных направлений фундаментальных и прикладных наук в контексте заявленной инженерной практики:
теория графов;
теория гидравлических цепей;
теория математического моделирования;
численные методы;
теория матриц;
- элементов вычислительной геометрии.
Цель диссертации состоит в разработке методики автоматизированного оптимального распределения инфраструктуры инженерных сетей с учетом существующих структур, объектов подосновы, расположения и нагрузки потребителей, стоимости реструктуризации существующих элементов сетей.
Реализация поставленной цели подразумевает решение следующих основных задач:
анализ существующих методов оптимального расчета расположения инфраструктуры;
формализация подхода к синтезу проектных решений распределения инфраструктуры городских инженерных сетей;
разработка открытой модели распределения инфраструктуры инженерных сетей с возможностью адаптации для применения в рамках развития городских сетей различных типов;
разработка алгоритма многокритериальной оптимизации распределения инфраструктуры городских инженерных сетей;
прогнозирование проблем реализации алгоритма многокритериального распределения инфраструктуры городских инженерных сетей;
формулировка перспективных направлений дальнейших исследований в рамках обозначенной предметной области.
Объектом исследования являются инфраструктуры городских инженерных сетей, включая теорию их оптимального распределения, а также технические решения в области проектирования инженерных сетей и распределения их инфраструктуры.
Предмет исследования - автоматизация проектирования оптимального распределения инфраструктуры городских инженерных сетей.
Теоретические и методологические основы исследования определяются проблемной областью решаемых задач и включают в себя математические методы визуализации и связывания графов, методы системного анализа, математического моделирования и нелинейного программирования, вычислительной математики, аналитической геометрии, положения теории гидравлических сетей и экономики энергетики.
Используются труды, исследования, публикации отечественных и зарубежных авторов в области системотехники строительства, теории и практики разработки САПР, проектирования и схемно-параметрической оптимизации гидравлических сетей.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в обосновании и решении на основании математических методов задачи создания подхода к построению САПР распределения инфраструктуры инженерных сетей города.
В результате выполненного исследования автором получены следующие новые результаты:
- предложен новый подход к синтезу проектных решений распределения
инфраструктуры городских инженерных сетей;
разработана открытая модель распределения инфраструктуры городских инженерных сетей;
разработан алгоритм многокритериальной оптимизации распределения инфраструктуры городских инженерных сетей.
На защиту выносятся указанные выше результаты, составляющие научную новизну диссертации.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в создании методов, средств и разработке практических рекомендаций для построения технических решений по распределению инфраструктуры инженерных сетей города. На основе предложенной в диссертации методики разработаны рекомендации по реализации элементов САПР построения технического проекта по оптимизации инженерных сетей. Практическая значимость исследования подтверждается практическим внедрением полученных результатов.
Апробация результатов исследования. Основные теоретические и методические положения диссертации докладывались и апробированы на Международных межвузовских научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (г.Москва, 2010, 2011гг.), секции Научно-методического 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 (2010, 2011 гг.), Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (г.Москва, 2011г.), заседаниях и научных семинарах кафедр Системного анализа в строительстве (САС) и Информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве (ИСТАС) ФГБОУ ВПО «Московской государственный строительный университет» (г. Москва, 2009-2011гг.).
Внедрение результатов исследования. Экспериментальная проверка и практическое внедрение результатов работы выполнено в Обществе с ограниченной ответственностью (ООО) «Инженерная фирма «ГИПРОКОН».
Материалы диссертации опубликованы в 2010-2011 гг. в 7 научных работах, в том числе - в 5 работах в научных изданиях, входящих в действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, утвержденный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех основных глав, основных выводов и предложений, библиографического списка и приложений.
Содержание диссертации соответствует п.п. 1, 3, 8 паспорта специальности 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (строительство).
Похожие диссертации на Автоматизация синтеза и анализа проектных решений распределения инфраструктуры городских инженерных сетей
