Введение к работе
-3-
Актуальность исследования. Объективное повышенное внимание к вопросам техногенной безопасности всех классов, а также развитие современных информационных технологий способствуют сегодня появлению оригинальных подходов к построению технических систем, ориентированных на решение таких задач на новом высокотехнологичном уровне и в строительной отрасли.
Одной из самых важных проблем безопасности строительных объектов является адекватная оценка устойчивости и физического износа зданий и сооружений, а также проблемно-ориентированный мониторинг этих параметров с целью эффективного контроля их технического состояния. Данная проблема носит достаточно широкий характер, является особенно актуальной для крупных мегаполисов, где преобладают бурные темпы строительства, плотная застройка, неустойчивость грунтового массива, а также в случае различных чрезвычайных ситуаций (землетрясения, наводнения, цунами и др.), негативно влияющих на состояния уцелевших зданий и сооружений. Недавние наводнения в Европе, России и других странах, сильные землетрясения в различных точках планеты, разрушение аквапарка «Трансвааль» в Москве и множество подобных чрезвычайных ситуаций показывают крайнюю важность и актуальность проблемы проектирования и функционирования систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений.
В настоящее время существует и активно развивается процесс т.н. автоматизации зданий и сооружений. Это направление рынка технологий получило название «интеллектуальное здание». Первые публикации на обозначенную тему появились еще в последней четверти прошлого столетия. Предпосылками появления интеллектуальных зданий в то время стали, в основном, вопросы энергосбережения и, что особенно важно, - безопасности.
Сегодня, когда практика создания интеллектуальных зданий остро нуждается в адекватных научных основаниях и теоретические вопросы комплексного проектирования подобных систем выходят на первый план, предложена и активно развивается концепция гомеостата строительных объектов (АА. Волков), неотъемлемой частью практической реализации которой является мониторинг технического состояния зданий и сооружений. В общем случае, реализация комплексной концепции интеллектуального здания предполагает взаимную многоуровневую интеграцию огромного количества проблемно ориентированных подсистем в рамках единой функциональной модели на основе использования современных информационно-аналитических технологий, методов, средств и инженерно-технических решений всех уровней.
Несмотря на наличие значительного числа теоретических и практических работ в области мониторинга строительных объектов с различными целями, среди которых следует особо отметить труды В.О. Чулшва, И.Я. Мастурова, Г.М. Нигметова, ВА Котляревского, Ю.С. Кунина, Г.Э. Шаблинского и др., целый ряд специфических вопросов построения проблемно ориентированных систем дис-танциошого мониторингазданийи сооружений остается исследованным лишь в небольшой степени.
Речь идет об анализе различных проблем построения подобных систем в контексте как программно-аппаратного, так и математико-алгоритмического обеспечения процесса мониторинга в их взаимосвязи на системотехническом уровне организации наблюдения обоснованно выделенных групп параметров зданий и сооружений с целью эффективного контроля их технического состояния.
В этой связи тема диссертации может быть охарактеризована как актуальная и значимая в современньж условиях развития научно-технического прогресса в области строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
Научно-техническая гипотеза предполагает возможность повышения эффективности процессов и оценки результатов контроля технического состояния зданий и сооружений на основе использования современньж информационно-аналитических технологий и программно-аппаратных средств.
Целью диссертационной работы является разработка моделей и алгоритмов построения систем дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений, интегрированных в функциональные системы управления зданиями и сооружениями.
В связи с поставленной целью в диссертации сформулированы и решены следующие основные задачи
анализ существующих методов обследования зданий и сооружений в контексте оценки возможностей построения систем дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений:
разработка общего подхода к проектированию автоматизированных систем дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений как элемента функциональных систем управления зданиями и сооружениями;
разработка алгоритмов и математическое моделирование систем дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений;
разработка и анализ прототипа автоматизированной системы дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений;
экспериментальная проверка предложенного прототипа автоматизированной системы дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений, анализ результатов.
Объект исследования: функциональные системы управления зданиями и сооружениями в контексте реализации функций активной безопасности и интеллектуальной автоматизации строительньж объектов.
Предмет исследования: методы, алгоритмы, модели и системы автоматизированного контроля (мониторинга) технического состояния зданий и сооружений.
Методология исследования: системный анализ, системотехника строительства, математическое, имитационное, компьютерное и функциональное моделирование, теория построения автоматизированных систем, работы отечественных и зарубежньж ученых в рассматриваемой области.
Достоверность научных результатов исследования подтверждается выполненной в диссертации оценкой адекватности предложенных моделей и алгоритмов, а также внедрением результатов исследований и их проверкой независимыми методами и системами обследования зданий и сооружений.
Научная новизна. Впервые, в рамках реализации концепции интелчекту-ачьных зданий, разработаны методы и алгоритмы построения систем дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений в режиме реального времени, интегрированных в комплексные функциональные системы управления зданиями и сооружениями на всех уровнях.
Практическая ценность и значимость работы заключается в создании типовой системы дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений, интегрированной с единой дежурно-диспетчерской службой (ЕДЦС) города.
Реализация предложенной системы позволяет:
существенно повысить уровень безопасности зданий и сооружений за счет ранней диагностики повреждений строительных конструкций;
значительно повысить оперативность реагирования ЕДЦС в случае обнаружения реальной угрозы обрушения зданий и сооружений.
Практическая значимость диссертации подтверждается внедрением полученных результатов.
Внедрение результатов. Результаты диссертации были использованы при разработке1 Национального стандарта Российской Федерации ГОСТ Р 22.1.12-2005 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Общие требования»; Методики оценки систем безопасности и жизнеобеспечения на потенциально опасных объектах, зданиях и сооружениях, аттестованной Правительственной комиссией по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и обеспечению пожарной безопасности; Московских городских строительных норм (МГСН 4.19-05) «Многофункциональные высотные здания и комплексы».
Прототип системы дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений, разработанный в рамках диссертации был внедрен на здании Общества с ограниченной ответственностью «Экономические программы».
Отдельные части диссертации использованы в учебном процессе подготовки и переподготовки специалистов на кафедре информационных систем и технологий управления строительством и системного анализа в строительстве Московского государственного строительного университета (МГСУ).
Апробация работы. Содержание и результаты проведенного исследования докладывались автором на всероссийских и международньж конференциях («Научная сессия МИФИ - 2002», Москва, МИФИ [2,3]; X Юбилейный Международный форум «Технологии безопасности», Московская область, выставочный комплекс «Крокус Экспо» и др.), а также обсуждались и одобрены на заседаниях кафедр, секций, профильных лабораторий и семинарах МГСУ, МФТИ, Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций (ВНИИ ГОЧС), Академии Государственной противопожарной службы МЧС России, Секции «Строительство» Российской инженерной академии (РИА).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 научных работах, общим объемом 27.95 п.л., в том числе лично автором -3,3 п.л.
Сгрукгура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и предложений, библиографического списка и приложений.
На защиту выносятся:
общий подход к проектированию автоматизированных систем дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений как элемента функциональных систем управления зданиями и сооружениями;
алгоритмы и математические модели систем дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений;
прототип автоматизированной системы дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений;
экспериментальная проверка прототипа автоматизированной системы дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений, анализ результатов.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, д.т.н. А.А. Волкову, д.т.н. С.А. Качанову, к.т.н. Г.М. Нигметову, д.т.н. В,А. Котлярев-скому за постоянное внимание и консультации в части формулировки и решения теоретических и практических проблем, возникавших в процессе подготовки диссертации, д.т.н. Н.Г Топольскому за доброжелательные и заинтересованные обсуждения материалов диссертации и высказанные критические замечания, В.В. Гинзбургу, ОС. Волкову, ИЛ. Толкунову, М.Ю. Прошлякову иДВ. Бахмату за помощь в организации и проведении научно-экспериментальных работ, М.В. Егорову, ИЕ. Штуицайгеру и М.Е. Петрову за помощь при разработке прототипа системы дистанционного мониторинга технического состояния зданий и сооружений, А.И. Ушакову, к.г.н. А.В. Орлову и Т.П. Родионову за проявленное понимание и предоставленную возможность проведения и завершения исследования.
