Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы обеспечения надежности гражданских зданий. Основные направления их решения 9
1.1. Взаимосвязь этапов проектирования, строительства и эксплуатации зданий 9
1.2. Анализ существующих методов оценки технического состояния гражданских зданий 20
1.3. Опыт разработки и внедрения современных информационных технологий управления объектами 31
Глава 2. Методика решения задач, обеспечивающих надежность зданий на основе создания информационной системы 40
2.1. Комплекс решаемых задач 40
2.2. Структуризация конструктивной системы здания на основе его компьютерной модели 50
2.3. Моделирование процесса эксплуатации гражданских зданий 59
Глава 3. Организация базы данных интегрированной информационной системы 71
3.1. Структура информационной системы 71
3.2. Принципы построения базы данных интегрированной информационной системы 77
3.3 Характеристика программного обеспечения 83
3.4 Показатели эффективности интегрированной информационной системы 95
Глава 4. Методы решения задач организационно-технологического планирования профилактических ремонтов гражданских зданий 100
4.1. Формирование единой информационной базы 100
4.2. Разработка стратегии капитальных ремонтов гражданских зданий 107
4.3. Моделирование процесса профилактических ремонтов здания на основе организационно-технологической модели строительства объекта 114
4.4. Экспериментальная проверка и эффективность использования интегрированной информационной системы 120
Заключение 125
Список использованных источников 127
- Анализ существующих методов оценки технического состояния гражданских зданий
- Структуризация конструктивной системы здания на основе его компьютерной модели
- Принципы построения базы данных интегрированной информационной системы
- Моделирование процесса профилактических ремонтов здания на основе организационно-технологической модели строительства объекта
Анализ существующих методов оценки технического состояния гражданских зданий
Современная теория надежности развивается главным образом в связи с потребностями технических систем. Разработаны многочисленные практические методы обеспечения надежности технических систем на стадии их проектирования, изготовления и эксплуатации [29].
В области строительства идеи надежности имеют самую древнюю историю и своими корнями уходят к трудам Витрувия по строительному искусству. Собственно основа строительного искусства с самих древних времен заключалась в обеспечении функциональной пригодности строительных объектов, их безаварийности, безопасности, устойчивости, долговечности, надежности [43, 73].
Основы теории надежности расчета сооружений были сформированы в 20-х годах, а систематическая ее разработка началась в 50-х годах и развивалась применительно к несущим конструкциям, определяющим безопасность эксплуатации строительных объектов.
Основные предпосылки проектирования зданий с учетом надежности и вероятностных концепций заложены В.В. Болотиным, И.И. Гольденблатом, А.Р. Ржанициным, С.А. Семенцовым, А.Ф. Смирновым, Н.С. Стрелецким, К.Э. Талем. Дальнейшее развитие они получили в работах Г.П. Дорошука, Б.М. Колотилкина, В.И. Лишака [45, 65, 104, 105]. Согласно ГОСТ 13377-75, надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплутационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность характеризует техническую возможность использовать конструкцию (здание) на определенном этапе эксплуатации с требуемой эффективностью. В показатели надежности входят три существенных фактора: время эксплуатации; условия содержания и мероприятия ТОиР [85, 104, 105, 123].
В зависимости от значения изделия и условий его эксплуатации надежность включает безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность ьзделия я целом м его составных хастей.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. К показателям безотказности относят вероятность безотказной работы, среднюю наработку до первого отказа, наработку на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов, гарантийную наработку.
Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов, т.е. с возможными перерывами в работе. Показателями долговечности являются средний срок службы, срок службы до первого капитального ремонта, межремонтный срок службы. Таким образом, безотказность и долговечность - это свойства объекта сохранять работоспособность, при этом безотказность предусматривает непрерывную работоспособность в течение определенного времени, а долговечность - с возможными перерывами на ремонт.
На практике существуют различные мнения о выборе тех или иных показателей для оценки долговечности зданий. Исследованию проблемы, связанной с долговечностью основных конструкций жилых зданий, посвящены работы Б.М. Колотилкина, Л.С. Авирома, А.И. Кострица, Г.И. Порывая, В.А. Рогонского, А.Г. Ройтмана, Н.Г. Смоленской [2, 19, 43, 86, 104, 107]. Необходимо учитывать, что основным показателем долговечности является срок службы системы Тср, связанный с выходом за допустимые пределы (выбросом) выходных параметров элементов и наступлением предельного состояния, при котором дальнейшая эксплуатация элементов должна быть прекращена [85, 98, 104, 105].
Долговечность всей системы характеризуется её способностью нормально функционировать с минимальными затратами на ремонт и восстановление. Чем меньше суммарные затраты времени и средств, идущих на восстановление работоспособности системы в течение всего периода эксплуатации, тем система эффективнее. При расчете надежности здания как системы нормирование функции надежности Д/) необходимо производить при заданном значении Тср . Значение еср должно жнгласовываться со ятруктурой и периодичностью ремонтных работ и технического обслуживания.
Сохраняемость применительнн о кражданским зданиям рассматривается: а) сохраняемость изделий (конструкций) как свойство непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение (и после) хранения и транспортировки. Это способность изделий противостоять отрицательному влиянию неудовлетворительного хранения и транспортировки, старению материалов изделий до их монтажа; б) сохраняемость объекта в целом до ввода в эксплуатацию и во время ремонтов (консервации).
Надежность здания, его работоспособность обеспечивается своевременным ремонтом. Свойство объекта, заключающееся в доступности и удобстве в проведении мероприятий по предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, а также устранению их путем ремонта и обслуживания называется ремонтопригодностью. К Коказателям ремонтопригодности относятся вероятность восстановления в заданное время, среднее время восстановления, удельная трудоемкость обслуживания и ремонтов, средняя и относительная стоимость ремонтов.
Структуризация конструктивной системы здания на основе его компьютерной модели
Интерактивная связь САПР - БД обеспечивает одновременную обработку изменяющихся данных. Следовательно, чем больше система дополняется, тем более развиваются и проявляются отдельные компоненты. Такие системы можно использовать для управления различными объектами недвижимости. Дальнейшим развитием компонентов системы является разработка дополнительных модулей, которые предназначены для высококачественного обслуживания. Дополнительные модули упорядочивают различные функции и, таким образом, согласуют потребность их применения. В качестве важного дополнительного модуля выступает модуль управления данными. Он является универсальной внешней оболочкой компьютерной системы и позволяет другим модулям структурировать и управлять базой данных. Этот модуль отвечает за использование и анализ данных. Все это необходимо для удобного и несложного обслуживания системы. Другие модули предназначены для планирования работы, рационального использования инвестиций и т.д.
В CAFM возможна графическая обработка данных и переработка управленческих решений по объектам, причем банк данных автоматически получает и перерабатывает новую информацию. Проанализированные данные формируются и содержатся в интегрированном и пронумерованном банке данных. Возможен обоюдный вызов данных из САПР и БД для определенных CAFM. Это означает, что имеется возможность выбрать графический объект и вывести информацию по этому объекту, или найти соответствующею информацию в БД и вызвать графику.
Преимущества от внедрения CAFM-системы могут быть сформулированы следующим образом: возможность быстрого изменения графических данных, входных и расчетных характеристик объекта; высокий уровень и комфортабельность самой системы управления; возможность вариантного планирования; поддержание ПЭК здания на заданном уровне; минимизация издержек на стадии эксплуатации объектов; получение прибыли при эксплуатации здания.
Выводы по первой главе
1. В процессе исследования установлено, что успешное решение задач, направленных на обеспечение надежности гражданских зданий, во многом зависит от полноты и достоверности информации об эксплуатируемом объекте.
Причем надежность здания нельзя рассматривать как свойство, которое может быть получено только в процессе строительного производства. Оно органически связано с разработкой проекта здания, возведением его и эксплуатацией.
2. Анализ зарубежного опыта развития современных информационных технологий управления объектами (CAFM) позволил определить методы для решения целого комплекса задач, обеспечивающих надежность гражданских зданий, за счет объединения в рамках интегрированной информационной системы процессов проектирования, строительства и эксплуатации строительного объекта.
3. На основании проведенного исследования была сформулирована рабочая гипотеза: обеспечение надежности гражданских зданий может бытб осуществлено более эффективно при создании системы, объединяющей информационные ероцессы проектирования, строительства и аксплуатации объекта в вдиную технологию с учетом их взаимозависимости во времени.
4. В соответствии с результатами проведенного анализа состояния вопроса в перечень задач исследования включены: разработка методики решения задач, обеспечивающих надежность зданий на основе создания интегрированной информационной системы; формирование основных принципов организации базы данных интегрированной информационной системы; разработка методов решения задач организационно-технологического планирования профилактических ремонтов гражданских зданий.
Целенаправленное исследование надежности зданий предусматривает решение ряда конкретных задач.
Первая задача состоит в определении конструктивных элементов, надежность которых не удовлетворяет требованиям эксплуатации и снижает общий уровень надежности здания. Эта задача решается путем сбора информации об отказах конструктивных элементов с последующей разработкой конструктивно-технологических мероприятий по устранению причин отказов, замене малонадежных элементов, их усилению. Для решения первой задачи большое значение имеет совершенствование сбора информации о недостатках конструктивных элементов зданий в процессе их эксплуатации.
Вторая задача связана с разработкой и корректировкой нормативов периодичности и объема ремонтов, а также норм продолжительности осушествления ремонтных работ. Для решения этой задачи требуются достоверные данные о закономерностях увеличения темпов износа конструктивных элементов в зависимости от времени эксплуатации.
Третья задача заключается в определении показателей безотказности и ремонтопригодности объектов. И здесь большое место занимают вопросы технической эксплуатации и ремонтов конструктивных элементов и здания в целом. Главная проблема заключается в организации системы сбора данных об отказах, о трудоемкости и стоимости проведения ремонтных работ, которые на научной основе позволят разрабатывать и вводить системы технического обслуживания и ремонтов гражданских зданий.
Принципы построения базы данных интегрированной информационной системы
Информационная технология, которая обеспечивается функциональными блоками рассматриваемой системы, построена на принципах унифицированного подхода к обработке данных, непротиворечивости системы показателей за счет использования централизованной базы данных, единства программно-математического обеспечения, возможности обмена информацией между пользователями.
В гл. 2 уже отмечалось, что ключевым моментом в информационной системе является создание и постоянное обновление КМЗ. Создание КМЗ на этапе планирования позволяет в дальнейшем управлять этим объектом и всеми происходящими с ним изменениями в автоматизированном режиме. Такая возможность обеспечивается применением САПР нового поколения, разрабатываемых специально для архитектурно-строительного проектирования, которые позволяют сегодня создавать одновременно с планом трехмерную модель здания, оперируя такими объектами, как стены, проемы, перекрытия, двери, лестницы и т.д.
Наиболее популярными САПР на европейском рынке являются программные комплексы Allplan (Nemetschek AG, ФРГ), ArCon (mb-Software AG, ФРГ), speedikon A/X (mb-Software AG), ArchiCAD (Graphisoft, Венгрия), CADdy {ZIEGLER-Informatics GmbH), AbisPlan (Abis, Австрия) и другие.
В качестве базовой САПР в данной работе приведена характеристика автоматизированной системы speedikon А (Германия). Выбор данного программного продукта объясняется тем, что speedikon А наиболее полно отвечает требованиям, предъявляемым к программному обеспечению при создании интегрированной информационной системы управления объектом строительства и формировании необходимого информационного массива для решения задач по обеспечению надежности гражданских зданий (см. рис. 3.1).
В частности, данная программа позволяет осуществлять структуризацию здания как сложной технической системы по функционально-конструктивному принципу. Как указывалось в предыдущей главе, это дает возможность расчленить общую задачу надежности гражданского здания на ряд подцелей, отнесенных к конструктивным уровням, и назначить необходимый комплекс показателей для оценки надежности здания на всех уровнях системы.
SpeedikonA базируется на графической оболочке AutoCAD. Это имеет свои плюсы и минусы. К положительным аспектам можно отнести то, что пользователь, имеющий навыки работы с программой AutoCAD, может использовать все ее возможности. К недостаткам следует отнести медленную работу, связанную с необходимостью постоянного преобразования файлов в формат AutoCAD и обратно.
Программа speedikonA может быть установлена в операционных системах Windows 95/98, Windows NT 3.5/4.0. В настоящее время вышла версия программы 3.0, базирующаяся на 14-й версии AutoCAD. Существуют англоязычный и немецкий варианты программы. Основные модули интегрированной системы speedikon А следующие:
Floor/part (План) - подсистема компоновочного проектирования с блоками двух- и трехмерной графики, на базе которой создается компьютерная модель здания. Предназначена для разработки поэтажных планов здания. Каждый файл модуля содержит информацию о трехмерной модели одного этажа здания. Фактически для каждого этажа создается графический файл .dwg, другая информация хранится в файлах таблиц, фильтров просмотра и прочих файлах, общих для разрабатываемого проекта.
Section/Elevatton (Виды/разрезы) - подсистема, обеспечивающая автоматическое генерирование видов, проекций и разрезов объемной модели, позволяет строить трехмерные изображения, включая построение изометрических и ортогональных проекций одного этажа или всего здания.
Drawing (Лист чертежа) - подсистема формирования чертежей, используется для компоновки архитектурно-строительных чертежей строительного объекта.
Area calculation (Площади/Объемы) - подсистема для вычисления внутреннего объема и площадей помещений. Информация данного модуля используется для анализа объемно-планировочного решения проектируемого объекта строительства.
Solids (Зё-объекты) - применяется для моделирования, представления и расчета трехмерных строительных конструкций (например, украшений, используемых при отделке фасадов), автоматически генерируемые виды, проекции и разрезы объемной модели.
Quantity йя&?-о#(Материалы/Работы) - подсистема расчета потребности в материальных ресурсах и объемах строительных работ.
Процесс создания компьютерной модели здания (рис. 3.6) начинается с разработки поэтажных планов (работа с модулем Floor/part (План)). Как было отмечено при описании данного модуля, информация о трехмерной модели одного этажа здания содержится в отдельном файле. Использование подобной «многоэтажной» модели обеспечивает автоматическое получение разрезов и фасадов по всем этажам здания (модуль Section/Elevatton (Виды/разрезы)). Возможность просмотра трехмерного изображения конструктивных элементов при разработке поэтажного плана позволяет контролировать процесс правильного размещения их по вертикали.
Следует отметить, что размещение определенных конструктивных элементов на поэтажном плане предусмотрено на отдельном слое. Например, на одном слое наносятся наружные стены, на другом - внутренние, на третьем - проемы, на четвертом - сантехника и т.д.
Моделирование процесса профилактических ремонтов здания на основе организационно-технологической модели строительства объекта
В настоящее время одним из эффективных средств поиска оптимальных организационно-технологических решений в автоматизированных системах является имитационное моделирование [33], которое используется для проектирования, анализа, оценки функционирования систем и процессов.
Как показывает практика разработки организационно-технологической модели строительства объекта, основными элементами моделируемой системы являются: сам объект, средства для его возведения и набор управляющих правил, согласно которым осуществляется целенаправленное взаимодействие объекта со средствами возведения в общем процессе функционирования системы. Получаемые таким образом модели содержат следующую информацию: перечень производимых работ; последовательность их выполнения; характер организационных, технологических, временных взаимосвязей между ними; данные по потреблению различных видов ресурсов.
Выше было отмечено, что здание можно представить в виде некоторой постоянно обновляющейся системы непрерывного и длительного использования. Причем обновление является одним из условий нормального функционирования данной системы.
Для практического решения вопросов, связанных с планированием, организацией и производством текущих и капитальных ремонтов здания, разработан алгоритм формирования организационно-технологической модели профилактических ремонтов здания в процессе их эксплуатации (рис. 4.9).
Моделируемая система наблюдается в дискретные моменты времени tb t2, ..., tp tj+1, ..., выбор значений tj производиться в соответствии с установленным регламентом проведения капитальных ремонтов, причем момент времени tj равен сроку проведения первого ремонта для конкретного здания, в рассматриваемом нами примере tj = 10 лет.
Основные характеристики системы (число этажей К, число групп строительных конструкций и систем инженерного оборудования М, матрица количества элементов в группах строительных конструкций и систем инженерного оборудования на этажах здания = {"ki}, матрица объемов работ V = {vj) являются данными массива БД-Проект (см. рис. 3.1).
В соответствии с алгоритмом в каждый момент наблюдения рассчитывается степень износа конструктивных элементов и систем инженерного оборудования здания, исходя из их усредненных сроков службы. Далее производиться анализ состояния системы и определяется необходимость в ремонте или замены элементов, срок службы которых достиг своего предела. Пример оценки технического состояния для жилого здания на момент времени tj, равный десяти годам эксплуатации объекта, приведен в табл. 4.3.
Конструктивные элементы здания Срок службы элемента, лет Физический износ, % Оценкатехническогосостояния Примечание
Фундаменты, стены, перекрытия 125 9,6 Хорошее Крыша совмещенная 100 12 Хорошее Лестница 100 12 Хорошее Кровля рулонная 10 70 Плохое Замена элемента
Перегородки 60 20 Хорошее Полы дощатые 40 30 Удовлетворительное Окна деревянные 50 24 Удовлетворительное Двери деревянные 50 24 Удовлетворительное Отделка внутренняя 60 20 Хорошее Система отопления 30 35,6 Система горячего водоснабжения 10 70 Плохое Замена элемента
Система холодного водоснабжения 30 35,6 Удовлетворительное Канализащ1я 40 30 Удовлетворительное Электрооборудование 30 35,6 Удовлетворительное Газооборудование 20 41,4 Неудовлетворительное Ремонт элемента
Расчет физического износа основных конструктивных элементов жилого здания выполнен по методике, изложенной в разделе 2.3. Графики зависимости физического износа конструктивных элементов особенно большой группы долговечности (свыше 60 лет) от времени эксплуатации представлены на рис. 4.10
При определении износа отдельных конструктивных элементов и инженерных систем на любой момент времени эксплуатации вручную, исходя из усредненных сроков службы этих элементов, предлагается воспользоваться таблицами (прилож. 4), содержащими предварительно рассчитанные значения физического износа для элементов различной группы долговечности.
После оценки технического состояния отдельных конструктивных элементов и систем инженерного оборудования здания, определения объема необходимых ремонтных работ осуществляется переход к основному этапу -формирование ОТМ профилактического ремонта здания на момент времени tj.
Сущность предлагаемого подхода заключается в использовании сводных характеристик работ ОТМ возведения объекта строительства (прилож. 2) при формировании модели профилактических ремонтов здания на протяжении срока его службы. Одними из основных организационно-технологических параметров выполнения ремонтных работ являются продолжительность межремонтного периода tp; трудоемкость данного типа конструктивных элементов Qpi; продолжительность ремонтного периода тр; стоимость ремонтных работ Ср.
Следует заметить, что все запросы по различным аспектам в автоматизированной системе выполняются ПЭВМ в считанные минуты. В этом случае затраты ручного труда и машинного времени работы несоизмеримы. Поэтому для расчета затрат времени на подготовку управленческого решения по сравниваемым операциям учитывается полный цикл выполнения работы специалистом. Значение этого времени по результатам проведенного эксперимента составляет ТИС = 8 час.
