автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методы и модели интерактивного проектирования инженерных систем жилых зданий в среде INTERNET

На правах рукописи

КАЗАКОВ Александр Александрович

МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ИНТЕРАКТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ В СРЕДЕ INTERNET

Специальность: 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004 год

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете.

Научный руководитель:

доктор технических наук Гинзбург Александр Витальевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Григорьев Эльген Парфирьевич кандидат технических наук Коротин Виктор Викторович

Ведущая организация:

Общество с ограниченной ответственностью "Центр по проектированию и строительству жилых и общественных зданий "ПОЛИКВАРТ"".

Защита состоится 22 ноября 2004 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д212.138.01 при Московском государственном строительном университете по адресу: 115114, Москва, Шлюзовая набережная, д. 8, ауд. 528.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан 22 октября 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. На современном этапе развития технологии разработки систем автоматизированного строительного проектирования, одной из ключевых проблем является повышение эффективности предлагаемого в них подхода для решения проектных задач.

Обновление существующего технического обеспечения, внедрение новых моделей и методов проектирования, основанных на привлечении передовых информационных и интерактивных технологий, применяющих объектно-ориентированное программирование в среде Internet представляют собой наиболее результативное направление для повышения качества проектных решений, для увеличения объемов выполняемых проектных работ практически без привлечения дополнительных трудовых ресурсов. При этом в кратчайшие сроки с наименьшими затратами внедряются новые технологии, обеспечивающие соответствие уровня организации процесса проектирования требованиям научно-технического прогресса.

В качестве наиболее представительной инженерной системы была выбрана система дымоудаления жилого здания. Автор остановил свой выбор на данной системе, поскольку при ее проектировании особое внимание следует уделять всем пяти подзадачам расчета инженерной системы (определение месторасположения потребителей, трассировка сети, параметрическая оптимизация инженерной сети, выбор инженерного оборудования, проверка работоспособности проектного решения), совместное решение которых и приводит к формированию основного варианта проектного решения. Решение данной задачи служит не только типичным примером проектирования инженерных систем, но и является, по оценкам специалистов, актуальной в настоящий момент времени.

Возникающие при проектировании подобных систем задачи выбора рациональных проектных решений, определения целесообразности привлечения технических и программных средств, информационных технологий, являются очень актуальными для проектировщиков.

Широкие возможности для решения данных задач открываются на сегодняшний день в связи с активным распространением и использованием персональной вычислительной техники, современных языков объектно-ориентированного программирования в Internet, прогрессивных методов интерактивного моделирования и развитием на базе Internet-среды интерактивных технологий, обеспечивающих простоту и удобство в разработке проектных решений. В связи с этим появляются принципиально новые формы и методы организации процесса проектирования.

Несмотря на определенный прогресс в области вычислительной техники, разработки и применения программных комплексов и методов автоматизированного проектирования в строительстве, достигнутый в стране в 90-е годы, используемое информационное, программное и техническое обеспечение не в полной мере отвечает своему назначению и пока не обеспечивает получение ожидаемого эффекта

библиотека

SFSTS&o

Большинство из существующих разработок требуют значительных трудозатрат по подготовке пользователей данными комплексами, причем затрат труда квалифицированных специалистов. Значительное количество систем автоматизированного проектирования не соответствует в достаточной мере и требованиям положений действующей нормативной документации, не обеспечивает необходимую информационную поддержку специалиста в процессе разработки проектного решения, не отвечают требованиям оперативности, гибкости, интерактивности, основанной на логическом восприятии процесса проектирования и возможности тестирования полученных результатов расчета.

Разнообразие объемно-планировочных решений жилых зданий, технологических особенностей и ограничений, наличие обширной современной базы инженерного оборудования, технологий проектирования, практически исключает возможность формирования оптимальных вариантов решения проектируемых инженерных систем в жилых зданиях при использовании существующего программного обеспечения в данной области.

Таким образом, на сегодняшний день является актуальной разработка моделей и методов интерактивного проектирования инженерных систем жилых зданий в среде Internet, основанных на широком применении возможностей персональной вычислительной техники и современных информационных технологий по обеспечению активного диалога с проектировщиком, по обеспечению обширной вариантной проработки предлагаемых способов организации проектных решений инженерных систем, основанных на анализе проектов-аналогов и оперативном получении информации о новинках инженерного оборудования и его характеристиках посредством применения глобальной сети Internet.

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является разработка моделей и методов интерактивного проектирования в среде Internet инженерных систем жилых зданий на основе применения современных информационных Internet-технологий и методов компьютерного моделирования, а также создание на этой основе интерактивной расчетно-справочной Internet-системы проектирования инженерных систем жилых зданий на примере системы дымоудаления.

ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В соответствии с поставленной целью исследований в диссертационной работе решаются следующие задачи:

- анализ и выявление особенностей существующих методов проектирования инженерных систем жилых зданий;

- выбор наиболее представительной инженерной системы жилого здания для дальнейшей апробации на ее примере разработанных моделей и методов интерактивного проектирования и интерактивной расчетно-справочной Internet-системы;

- анализ методов разработки интерактивных приложений в среде Internet;

- анализ методов проектирования информационных систем;

- разработка математической модели для решения в интерактивном режиме задач проектирования инженерных систем жилых зданий;

— формирование алгоритма расчета параметров инженерных систем жилых зданий в интерактивном режиме;

— разработка моделей и методов интерактивного проектирования в среде Internet инженерных систем жилых зданий;

— разработка интерактивной расчетно-справочной Internet-системы проектирования инженерных систем жилых зданий;

— разработка методики работы с предложенной системой;

— экспериментальная проверка и внедрение результатов исследования.

Для решения поставленных задач использованы следующие методы научных исследований:

— систематизация и обобщение опыта;

— системный подход;

— математическое моделирование;

— инженерно-психологические основы.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ заключается в разработке моделей и методов интерактивного проектирования инженерных систем жилых зданий в среде Internet, а также методики выбора рационального варианта проектного решения. Отличие предложенных автором моделей и методов интерактивного проектирования от существующих на сегодняшний день разработок в данной области заключается в эффективном применении современных информационных и интерактивных технологий, а также в использовании Internet-среды для своевременного обеспечения пользователя требуемыми в процессе разработки проектного решения данными.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ состоит в разработке моделей и методов интерактивного проектирования и создании специализированного программного комплекса, представляющего собой интерактивную расчетно-справочную Internet-систему проектирования инженерных систем жилых зданий, а также в разработке информационной системы, входящей в данный комплекс и обеспечивающей комплексную теоретическую и методологическую поддержку пользователей.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

- модели и методы интерактивного проектирования в среде Internet, разработанные, в отличие от существующих, на основе обширного применения современных разработок в области использования информационных и интерактивных технологий в среде Internet;

- математическая модель расчета параметров инженерных систем в интерактивном режиме, позволяющая отслеживать и предотвращать возможные ошибки проектирования;

- алгоритм расчета параметров инженерных систем жилых зданий;

- специализированный программный комплекс, представляющий собой интерактивную расчетно-справочную Internet-систему проектирования инженерных систем жилых зданий.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработанные модели и методы проектирования инженерных систем жилых зданий, могут быть взяты за основу

при разработке методологии интерактивного проектирования в среде Internet, обеспечивающей комплексное автоматизированное решение задач строительного проектирования, так как способы применения современных интерактивных и информационных технологий, подробно описанные автором работы, являются универсальными для решения многих задач. Интерактивная расчетно-справочная Internet-система проектирования системы дымоудаления жилых зданий, разработанная на основе предложенных автором моделей и методов в качестве примера, внедрена на базе отдела санитарно-технического оборудования (ОСТО) ОАО «Моспроект». Данная система используется как для проектирования систем дымоудаления в жилых зданиях, так и в качестве автоматизированного обучающего комплекса повышения квалификации молодых инженеров.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры «САПР в строительстве» МГСУ, на ежегодных студенческих научно-технических конференциях МГСУ, на Второй международной (VII традиционной) научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов: Строительство-формирование среды жизнедеятельности -Московский государственный строительный университет - 26-27 мая 2004 г.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 116 наименований, приложений и содержит (без приложений) 146 стр., в том числе 16 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

На современном этапе развития технологии разработки систем автоматизированного строительного проектирования, одной из ключевых проблем является повышение эффективности предлагаемого в них подхода для решения проектных задач.

Проведенный анализ решаемых при строительном проектировании задач показал, что в связи с резким увеличением в последнее время объемов строительства жилых зданий, специалисты отмечают, как одну из важных, задачу по проектированию инженерных систем для этих объектов.

Одним из наиболее эффективных направлений повышения качества и увеличения объемов выполняемых работ при проектировании инженерных систем жилых зданиях является внедрение в проектные организации системы автоматизированного проектирования, основанной на новой методике, учитывающей современные достижения науки и техники в области информационных и интерактивных технологий, реализованных при использовании объектно-ориентированного программирования в среде Internet.

Широкие возможности для решения данных задач открываются на сегодняшний день в связи с активным распространением и использованием персональной вычислительной техники, современных языков объектно-ориентированного программирования в Internet, прогрессивных методов интерактивного моделирования и развитием на базе Internet-среды

интерактивных технологий, обеспечивающих простоту и удобство в разработке проектных решений- В связи с этим появляются принципиально новые формы и методы организации процесса проектирования.

Однако, анализ существующих методов разработки интерактивных систем проектирования в среде Internet, проведенный автором в ПЕРВОЙ ГЛАВЕ, показал, что, несмотря на определенный прогресс в области вычислительной техники, разработки и применении программных комплексов и методов автоматизированного проектирования в строительстве, достигнутый в стране в 90-е годы, используемое информационное, программное и техническое обеспечение не в полной мере отвечает своему назначению и пока не обеспечивает получение ожидаемого эффекта от внедрения таких систем для проектирования инженерных систем жилых зданий.

Основы четкой, интуитивно понятной, методически правильной работы всех составляющих системы автоматизированного проектирования, учет возможности отслеживания и предотвращения ошибок на стадии разработки проекта, обеспечение потребности в обширной информационной поддержке пользователя, закладывается на стадии разработки методики автоматизированного проектирования. Именно поэтому, среди задач, решаемых при создании программного обеспечения, особое внимание следует уделить современным технологиям, играющим ключевую роль, влияющим на важнейшие показатели, результаты и эффективность разрабатываемой системы проектирования.

Методы автоматизированного проектирования параметров инженерных систем жилых зданий, заложенные в основу существующих программных комплексов, не в полной мере отвечают показателям эффективности (показатели соответствия методики проектирования требованиям научно-технического прогресса, показатели оперативности и гибкости методики проектирования, показатели результативности методики проектирования), что в свою очередь негативно сказывается как на общем уровне качества проектов, разработанных при использовании данных комплексов, так и на снижении трудоемкости процесса проектирования.

Анализ передовых информационных и интерактивных технологий в области автоматизации строительного проектирования позволили автору диссертационной работы разработать методы их применения для решения задачи проектирования инженерных систем жилых зданий, основные положения которых приведены далее.

Применение прогрессивных информационных технологий позволит значительно снизить трудоемкость процесса проектирования инженерных систем за счет предоставления пользователю возможности проведения анализа проектов-аналогов и рассмотрения используемого в них инженерного оборудования, характеризующего эффективность проектного решения. Практическая реализация данной потребности возможна при разработке общедоступной (расположенной в среде Internet) электронной базы данных, содержащей своевременно обновляемые данные по требуемым для проектирования инженерных систем тематическим разделам.

Существующие информационные технологии позволят также организовать многовариантный подход к процессу проектирования и обеспечить проектировщика возможностью сравнения полученных результатов проектного решения, как на основе различных технических характеристик, так и при учете экономических показателей разработанного проекта.

Возможность тестирования полученных результатов расчета в интерактивном режиме дает максимальную вероятность выхода на определение оптимальных характеристик варианта проектируемой инженерной системы здания.

Интерактивность методики позволит также в кратчайшие сроки осуществить внедрение систем автоматизированного проектирования, разработанных на ее основе в проектные организации, увеличить объемы и качество выполняемых проектных работ, удовлетворит потребность проектных организаций в методическом комплексе для обучения новых специалистов. Широкое использование методов интерактивного проектирования позволит специалистам выйти на новый, более качественный уровень проработки проектного решения за счет следующих возможностей:

- возможность создания качественной модели пользовательского интерфейса системы автоматизированного проектирования, обеспечивающей логическое, интуитивно-понятное восприятие процесса разработки проектного решения;

- возможность организации автоматического отслеживания структурных взаимосвязей проектируемой системы и устранения возможных ошибок проектирования;

- возможность создания набора инструментов и методов для обеспечения активного диалога пользователя и автоматизированной системы проектирования в процессе разработки проектного решения;

- возможность моделирования структуры системы автоматизированного проектирования по требованиям пользователя

Целью диссертационной работы является разработка моделей и методов интерактивного проектирования инженерных систем жилых зданий в среде Internet на основе применения современных информационных Internet-технологий и методов компьютерного моделирования, а также создание на их основе интерактивной расчетно-справочной Internet-системы проектирования инженерных систем жилых зданий.

Разрабатываемая на основе предлагаемой методики интерактивная расчетно-справочная Internet-система представляет собой инструмент для организации многовариантного интерактивного проектирования инженерных систем жилых зданий, для оценки показателей, характеризующих эффективность организации проектного решения.

Обобщенная схема методологии исследования, проведенного в диссертационной работе, представлена на рис. 1.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ диссертационной работы предлагается методика интерактивного проектирования инженерных систем жилых зданий в среде Internet, а также математическая модель расчета параметров инженерной системы

жилого здания в интерактивном режиме, разработанная на основе предложенной методики, одним из существенных аспектов которой является использование глобальной сети для своевременного обновления баз данных информационной поддержки пользователя.

Рис. 1. Схема методологии исследования

При проектировании инженерной сети необходимо определить число и местоположение отдельных подсистем, ее структуру, а также параметры и переменные каждой из подсистем таким образом, чтобы обеспечить подачу целевого продукта всем потребителям в нужных количествах и под заданными давлениями. Очевидно, предпочтение отдается тому варианту сети, стоимость которого ниже. Иными словами, проектирование инженерной сети сводится к выбору из множества возможных допустимых вариантов сети оптимального варианта по критерию стоимости.

В связи с этим под проектированием инженерной сети будем подразумевать выбор рационального, близкого к оптимальному варианта проектируемой сети. Выбор рационального решения значительно упрощается, если в процессе проектирования применять системный подход.

Рассмотрим модели и методы интерактивного проектирования инженерных систем жилых зданий в среде Internet разработанные на примере расчета параметров системы дымоудаления в жилом здании, созданные на основе совместного использования стандартной функциональности системы проектирования AutoCAD 2004 и cPDm-системы SMARTEAM.

Выбор данной инженерной системы в качестве примера обусловлен причинами, представленными далее.

Количество людей, ежегодно погибающих при пожарах в Российской Федерации, составляет около 13 тысяч человек и превышает соответствующий показатель для СССР. И отечественная и зарубежная статистика показывают, что в 50-85% случаев причиной гибели людей является дым и токсичные продукты горения. По этой причине вопросам противодымной защиты и в нашей стране, и за рубежом во всем комплексе противопожарных мероприятий отводится серьезная роль.

Анализ инженерных систем жилого здания, проведенный автором работы во второй главе, позволяет сделать вывод, что задача проектирования системы дымоудаления является наиболее типичным примером инженерной системы жилого здания, поскольку при ее решении огромное значение уделяется как топологии проектируемой сети, так и подбору инженерного оборудования.

Существующие на данный момент времени разработки в области автоматизации процесса проектирования данных систем являются, как правило, продуктом зарубежных компаний, в результате чего, выдаваемое ими проектное решение не в полной мере соответствует требованиям действующих нормативных документов.

Проектирование подобных систем тесно связано с выбором оптимального проектного решения на основе многовариантного подхода к рассматриваемой задаче. При этом серьезное значение играет не только эффективность предлагаемого проектного решения, но и экономические затраты на его реализацию, ввиду актуальной на сегодняшний день задачи снижения себестоимости затрат на строительство жилых зданий.

Работа над расчетом параметров системы противодымной зашиты в жилом здании начинается с загрузки в систему AutoCAD из базы данных SMARTEAM стартового шаблона. Стартовый шаблон — это «пустой» в содержательном

смысле шаблон, обладающий заранее определенными свойствами. Стартовый шаблон содержит в себе параметры, формулы, проверки и другие элементы знаний, необходимых для проектирования конкретной инженерной системы жилого здания, в данном случае - противодымной защиты.

Далее пользователь производит загрузку или создание объемно-планировочного решения здания (трехмерной модели), для которого необходимо произвести расчет проектируемой инженерной системы.

На следующем этапе система осуществляет поиск других ранее выполненных моделей (прототипов), хранящихся в специализированной базе данных и загружаемых через среду Internet, данные которых требуются для разрабатываемой модели. Если такие модели найдены, то из них проводится импортирование ссылок. На основе проектов-аналогов, проектировщик оценивает варианты ранее запроектированных инженерных систем. После этого, производится доведение модели до уровня «предрасчетного состояния». На этой стадии инженер-проектировщик средствами AutoCAD осуществляет интерактивный графический ввод проектируемой инженерной системы: задает расположение элементов проектируемой сети (шахт, ответвлений, указывает места расположения инженерного оборудования), используя соответствующую базу данных, выбирает тип лестничной клетки жилого здания.

Затем выполняется проверка корректности модели в соответствии с заранее определенными критериями (в данном случае - соответствие требованиям нормативной документации, сведения о которых содержатся в загруженной стартовом шаблоне). Если результаты проверки положительны, то производится утверждение модели и запись ее з базу данных SMARTEAM. Причем схема разбивается на участки, определяется их длина и пользователю предлагается задать материалы проектируемой сети. Формирование матрицы, содержащей сведения о проектируемой инженерной сети происходит автоматически.

Если система обнаруживает некоторые несоответствия, пользователю предлагается устранить недочеты. В этом случае система предлагает специалисту воспользоваться соответствующим разделом нормативной документации, в котором он может ознакомиться с основными правилами проектирования подобных сетей.

Следует заметить, что на самом деле автоматическая проверка на соответствие правилам происходит постоянно в процессе работы в реальном времени, а не только по завершении определенной стадии. Так, в случае возникновения ошибок проектирования при дальнейшем расчете, система в интерактивном режиме указывает место ее возникновения.

Таким образом, предлагаемая методика обеспечивает полный контроль над процессом не только ввода исходных данных, но и всего расчета и обеспечивает комплексную методическую поддержку пользователя на всем его протяжении.

Далее, на основе математической модели (содержащейся в стартовом шаблоне), система производит необходимые вычисления.

На каждой стадии расчета пользователю предлагается воспользоваться соответствующей детерминированной базой данных, в каждой из которых

занесены сведения о величине коэффициентов и других параметров, необходимых для расчета, а также данные по инженерному оборудованию, содержащие не только типоразмеры, инженерные характеристики, парметризуемую объемную модель, но и сведения о стоимости.

При этом процесс расчета производится в открытой форме, что позволяет неопытным инженерам отслеживать все его стадии. Тем самым, проектные организации обеспечиваются интерактивной обучающей системой для повышения квалификации молодых инженеров, что позволяет высвободить труд квалифицированных специалистов для решения более сложных задач.

Благодаря постоянному обновлению баз данных через Internet, пользователь может не только произвести расчет сметной стоимости проектного решения, но и произвести его перерасчет, в случае изменения цен поставщиков оборудования.

В случае выпуска нового оборудования, система, по требованию пользователя, производит перерасчет проекта, выражающийся в поборе современного оборудования. После чего также автоматически пересчитываются экономические показатели проекта.

После выполнения расчета, система производит «доводку» исходной модели: на основе изначально отрисованной схемы расположения элементов проектируемой инженерной сети (подразумевается каркасная модель, характеризующая связи между элементами и их протяженность) происходит объемное моделирование всей системы.

На основе созданной модели пользователь получает необходимый комплект проектной документации.

При необходимости, пользователь имеет возможность изменить исходные данные (выбрать другой тип лестничной клетки, изменить принципиальную схему проектируемой сети и т.д.) и получить полный перерасчет проекта.

Данная возможность обеспечивает многовариантный подход к процессу проектирования инженерных систем жилых зданий, что дает максимальную вероятность выхода на наиболее рациональный вариант проектного решения и создает необходимые условия для оценки работоспособности проектируемой системы (при расчете параметров системы дымоудаления специалист имеет возможность просчитать различные ситуации развития пожара в жилом здании).

Как уже было отмечено ранее, основными задачами расчета параметров инженерных систем является вычисление требуемых геометрический параметров, подбор инженерного оборудования, проверка эффективного функционирования запроектированных инженерных при учете влияния различных неблагоприятных факторов.

Таким образом, выбор в качестве примера задачи по расчету параметров системы дымоудаления в жилом здании продиктован исключительно актуальностью решения данной проблемы в настоящий момент времени.

В основе разработанной математической модели была использована методика расчета параметров системы дымоудаления в жилых зданиях, описанная в пособии 4.91 к СНиП 2.04.05-91 «Противодымная защита при пожаре» (2 редакция).

Однако, при учете требований, заложенных автором в основу моделей и методов интерактивного проектирования в среде Internet, используемая методика была существенно переработана.

На рис. 2 представлена обобщенная схема процесса проектирования системы дымоудаления в жилом здании при использовании предлагаемых

КОНЕЦ

Рис. 2. Обобщенная схема процесса проектирования системы дымоудаления в жилом здании при использовании моделей и методов интерактивного проектирования в среде Internet

Для учета потребности специалиста в использовании детерминированных интерактивных баз данных, осуществляющих информационную поддержку пользователя на всем этапе производимого расчета, и для обеспечения многовариантного подхода к процессу проектирования была использована технология «стартового шаблона» и модифицирована группа этапов расчета параметров дымозащиты здания.

Ниже приведены основные этапы расчета параметров системы дымоудаления в жилых зданиях.

Расход дыма (кг/ч), подлежащий удалению из коридора или холла определятся по формуле:

вж=зтвпнд15, о

где: В - ширина большей из открываемых створок дверей при выходе из коридора или холла к лестничным клеткам или наружу, м; п - коэффициент, зависящий от общей ширины больших створок дверей, м, открываемых при

пожаре из коридора на лестничные клетки или наружу; Нд - высота двери, м.

При расчете расхода дыма специалист использует детерминированные интерактивные базы данных, в которых описана зависимость изменения коэффициента и по отношению к ширине дверей В. Использование интерактивных баз данных, как в этом случае, так и далее, продиктовано необходимостью учета социально-психологических возможностей работы проектировщика с системой. Исследования в области психологии показывают, что человек способен удерживать в зоне сосредоточенного внимания не более десяти факторов одновременно.

Выбор дымового клапана автоматически производится системой исходя из полученного по формуле (1) расхода дыма. При этом используется соответствующая база данных и учитывается то обстоятельство, что площадь проходного сечения клапана рекомендуется определять по массовой скорости дыма - 7-15 кг/(с.кв.м).

По расходу и скорости газов в устье шахты система автоматически уточняет ее поперечное сечение. Скорость газов рекомендуется принимать не более 15 кг/с кв.м. Затем по формуле (2) определяется коэффициент сопротивления всей дымовой шахты или системы:

4у=9.вНшКмИ кду+03Кт{Ы-\), (2)

и по формуле (3) потери давления в ш ахте, Па:

Ы>у=Ъз{кдЛ+кд^у+Щ+Ы>2, (3)

где: Ь - длина шахты или системы, м, которая вычисляется системой автоматически при считывании исходных данных по модели проектируемой системы дымоудаления; - динамическое давление, Па, на первом

;

потери на первом участке и в устье шахты,

участке и в устье шахты: Па; К- коэффициент, учитывающий снижение температуры и увеличение плотности газа (0.75); Нш —К. ; N - число этажей в здании.

Общий расход газов перед вентилятором рассчитывается по формуле:

ССУМ=0У + СП> (4)

Потери давления, на которые должна быть рассчитана мощность, потребляемая вентилятором, Па:

■АР,

ЕС'

(5)

Выбор вентилятора по производительности, куб.м/ч, и скорости его вращения определяется расходом по формуле (6):

(6)

LB = 3600GcyM/Pl

СУМ'

и по условным потерям давления, приведенным к плотности стандартного воздуха по формуле (7):

В формулах (4), (5), (6) и (7) приняты следующие условные обозначения: Сгу - расход газов (кг/с) в устье шахты; (}п - подсос воздуха через неплотности

[ (кг/с); АР.

СУМ

'п

- суммарные потери давления на всасывание (Па);

естественное давление (Па) за счет разности удельных весов наружного воздуха и газов; Р^у^ - плотность газов перед вентилятором (кг/куб.м.); р^ - плотность

стандартного воздуха (кг/куб.м.).

На базе проведенного анализа отечественных и зарубежных систем автоматизированного проектирования инженерных систем жилых зданий, в том числе систем проектирования устройств дымозащиты, в ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ диссертационной работы разработана функциональная структура интерактивной расчетно-справочной Internet-системы проектирования инженерных систем жилых зданий (комплекс «ИРСИС»). Представлена разработанная автором методика работы специалиста с предлагаемой системой.

Основные задачи, стоящие перед предложенным комплексом, состоят в обеспечении, на базе использования возможностей современных персональных вычислительных машин и передовых информационных технологий, многовариантного подхода к процессу проектирования противодымной защиты, а также учета необходимости организации обширной информационной поддержки инженера в процессе выполнения расчета.

Зарубежные и отечественные разработки в этой области базируются, как правило, на использовании жестких математических моделей с так называемой фиксированной топологией. Вместе с тем, сложность разработки инженерных систем, связанная с необходимостью учета большого количества факторов, влияющих на эффективность разрабатываемого решения, приводит не только к появлению значительных недочетов, но и к неработоспособности проектного решения в целом.

В данном случае оценка и расчет проектируемой системы дымоудаления, а также выбор применяемого инженерного оборудования связаны с анализом процесса ее функционирования и оценкой экономических характеристик каждого варианта.

В связи с этим, было принято решение об итеративном использовании модифицируемой основы математической модели расчета параметров систем дымоудаления. При каждой итерации, пользователь имеет возможность корректировать принятые в процессе проектирования промежуточные решения, тем самым, добиваясь улучшения показателей предлагаемого варианта противодымной защиты. Данная модель оказывается более гибкой и наглядной для работающего с ней специалиста.

Наличие обширных, своевременно обновляемых через среду Internet, доступных пользователю информационных баз данных, содержащих не только методические основы производимых расчетов, но и сведения по используемому при проектировании инженерного оборудования, обусловлено стремительным повышением требований к качеству и актуальности предлагаемого проектного решения. В этой ситуации очевидна необходимость привлечения Internet-среды, посредством использования которой возможно своевременно довести до пользователя всю необходимую ему информацию.

Структура программного обеспечения, требуемая для работы описываемой интерактивной расчетно-справочной Internet-системы, в дальнейшем именуемой комплекс «ИРСИС», представлена на рис. 3.

Рис. 3. Структура программного обеспечения комплекса «ИРСИС»

В этих условиях именно применение профессиональной компьютерной техники дает возможность автоматизированного проектирования, разработки эффективных систем противодымной защиты. Специалисты, тем самым, могут наиболее широко активизировать свой творческий потенциал, достичь наилучших результатов с наименьшими временными затратами.

Предлагаемый комплекс «ИРСИС» работает в интерактивном режиме, т.е. в режиме, когда при взаимодействии с ЭВМ человек имеет возможность в режиме реального времени вносить изменения в исходные данные, модель решения

задачи, получать и анализировать промежуточные результаты, и выполнять расчет до тех по, пока не получит наиболее рациональный вариант решения, обеспечивающий эффективную дымозащиту здания при различных условиях развития пожара, а также вариант, с минимальными экономическими затратами на его реализацию.

Таким образом, окончательный вариант решения возникает в результате диалога компьютера и специалиста (коллектива специалистов) - пользователя, получающего обширную справочную информацию в процессе разработки проектного решения.

Общая методика работы с интерактивной расчетно-справочной Шетш^ системой проектирования систем дымоудаления в жилых зданиях достаточно универсальна. Она может быть использована для анализа принимаемых инженерных решений по широкому кругу вопросов, относящихся к процессу проектирования устройств дымозащиты в жилых зданиях, а также в качестве вспомогательного программного обеспечения для теоретических исследований, проводимых в данной области.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена описанию основных способов применения разработанных автором моделей и методов интерактивного проектирования. Анализируемый в этой главе объект представляет собой многоквартирный тринадцатиэтажный жилой дом.

Проектирование системы дымоудалекия намечено проводить тремя этапами.

На первом этапе вычислений параметры системы дымоудаления были рассчитаны с исходными данными, сформированными в соответствии с положениями действующей нормативной документации, в которых рекомендуется разрабатывать проектное решения дымозащиты здания, обеспечивающее эффективное удаление продуктов горения в случае пожара на первом этаже и расчетного значения массовой скорости проходящих через поэтажные клапаны газов равного 7-15 кг/(с*м2).

На основе использования комплекса «ИРСИС» была подготовлена требуемая проектная документация и рассчитаны стоимостные показатели проектного решения.

Сравнение результатов расчета, полученных при использовании разработанной системы с результатами, предоставленными специалистами по отоплению и вентиляции (ОВ) показало, что итоговая стоимость оборудования, полученная при использовании интерактивной расчетно-справочной Inteгnet-системы ниже на 12.5 %. Этот и последующие расчеты производились в ценах, представленными производителями оборудования на 15.02.2004 г.

Таким образом, использование при проектировании системы дымоудаления своевременно обновляемых через глобальную сеть баз инженерного оборудования и материалов, приводит к некоторому сокращению стоимостных показателей проектного решения.

В связи с тем, что 40% пожаров, возникающих в жилых зданиях, одновременно охватывают два и более этажа и, несмотря на эффективную работу пожарных служб, большое количество людей погибает не от воздействия

пламени, а именно от отравления продуктами горения, выделяющимися при пожаре, на втором этапе расчета было приято решение протестировать работоспособность разработанного проектного решения в случае возникновения комплексного пожара.

Расчет, произведенный при использовании комплекса «ИРСИС», задачей которого было рассчитать параметры дымозащиты здания, эффективно удаляющей продукты горения при одновременном развитии пожара на двух этажах, показал необходимость использования другого инженерного оборудования для удаления увеличившегося расхода дыма.

Однако, существенное увеличение материальных затрат на конструирование подобных систем дымоудаления требует проведения более обширных статистических исследований для выявления типов жилых зданий, в которых наиболее вероятно одновременное развитие пожара на нескольких этажах, и именно для данных типов зданий следует разрабатывать подобные проектные решения. В связи с отсутствием подобной информации на данный момент времени, все расчеты производятся при учете рекомендаций положений действующей нормативной документации, подписывающей производить расчет параметров системы дымоудаления для её эффективной работы в случае возникновения пожара на первом этаже здания.

Одной из существенных проблем, связанных с недостаточностью теоретических исследований в области проектирования систем дымоудаления в гражданских зданиях, является, неоднозначность рекомендуемого для расчета значения массовой скорости проходящих через поэтажные клапаны газов.

На третьем этапе, расчет параметров проектируемой системы дымоудаления для жилого тринадцатиэтажного четырехсекционногс дома показал, что в случае принятия расчетного значения массовой скорости проходящих через поэтажные клапаны газов равной 14.6 кг/(с*м2), а не 8.3 кг/(с*м2) как на первом этапе, итоговая стоимость оборудования и материалов, идущих на конструирование дымозащиты здания, уменьшается на 7.6 %. При полученной итоговой стоимости 1 397 640 руб., данная величина составляет 106 220 руб.

Практическое применение комплекса «ИРСИС», разработанного на основе предложенных автором моделей и методов интерактивного проектирования в среде Internet, показало, что на примере разработки дымозащиты жилого тринадцатиэтажного четырехсекционного здания его использование существенно меняет сложившуюся практику работы специалиста по разработке подобных систем при использовании вычислительной техники. Специалистами отдела санитарно-технического оборудования (ОСТО) особенно была отмечена возможность получения своевременно обновляемой информации об инженерном оборудовании через Internet-среду.

Обеспечение активного диалога пользователя и ЭВМ, разработка и применение своевременно обновляемых через глобальную сеть баз данных инженерного оборудования и материалов, разработка обширной справочной системы проектировщика дает возможность, в отличие от большинства имеющихся на сегодняшний день систем автоматизированного проектирования в

данной области, организовать многовариантный подход к процессу проектирования не формируя новый полный комплект исходной информации, а лишь корректируя некоторые его параметры. При этом все необходимые расчеты выполняются автоматически и наглядно демонстрируются пользователю в специальном диалоговом окне. Таким образом, обеспечивается потребность проектных организаций в ПО для обучения новых специалистов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В настоящее время одной из существенных особенностей процесса строительного проектирования является обширное привлечение автоматизированных систем для решения различного рода инженерных задач.

Основной недостаток существующих программных комплексов, связанный с тем, что разработчиками данного программного обеспечения, в большинстве случаев, являются западные компании, выражается в неполном соответствии выдаваемого проектного решения требованиям существующей нормативной документации. Кроме того, большинство систем не учитывает потребности в организации многовариантного подхода к процессу проектирования, а методика работы, заложенная в их основу, не использует значительные достижения научно-технического прогресса в области компьютерных технологий. Отсутствует также необходимая информационная поддержка пользователя, принципиально новый подход для организации которой возможен на основе использования глобальной или локальных сетей и среды Internet. В связи с этим актуальным является задача разработки моделей и методов проектирования и соответствующего программного комплекса на основе использования современных информационных и интерактивных технологий в среде Internet.

2. Проведенный анализ решаемых при строительном проектировании задач показал, что в связи с увеличением объемов строительства жилых зданий, сопровождаемых стремлением к сокращению сроков и повышению качества проектирования, специалисты отмечают, как одну из важных, задачу проектирования инженерных систем. Решение данного вопроса приобретает все большую актуальность в связи с резким увеличением объемов строительства жилых зданий.

Автором в качестве примера задачи по расчету параметров инженерной системы была выбрана система дымоудаления жилого здания, что продиктовано исключительно актуальностью решения данной проблемы в настоящий момент времени, а также данная система может рассматриваться как типовая, имеющая наиболее характерные признаки других инженерных систем.

Модели и методы интерактивного проектирования в среде Internet и соответствующий расчетный комплекс были разработаны на примере решения задачи проектирования противодымной защиты жилого здания.

3. Автором разработана математическая модель формирования варианта проектируемой инженерной системы при использовании современных интерактивных и информационных технологий. Получены соотношения,

позволяющие анализировать промежуточные вычисления, получаемые в процессе расчета.

Обеспечивается обширная справочно-информационной поддержка пользователя на каждом из этапов, а также отслеживание в интерактивном режиме возможных ошибок пользователя в процессе разработки проектного решения.

Подобная форма расчета позволяет также пользователю при необходимости вносить изменения в математическое описание задачи. Данное положение существенно отличает предложенные автором модели и методы интерактивного проектирования от существующих разработок в данной области на сегодняшний день.

4. На основе использования технологии SMARTEAM автором разработана интерактивная система информационной поддержки пользователя, осуществляющая управление базами данных, включающая в себя развитые средства накопления и использования знаний, проектирования в контексте, параллельного проектирования и разделения по стадиям. Также разработаны базы данных, содержащие автоматически обновляемую через сеть информацию, необходимую как для проведения процесса проектирования в строгом соответствии с требованиями действующей нормативной документации, так и для обучения пользователей.

Применение концепции «стартового шаблона», позволяющего вносить изменения в описание математической модели расчета, дает возможность проектировщику осуществлять многовариантный подход к процессу проектирования.

На базе предложенных моделей и методов проектирования автором создан специализированный программный комплекс, представляющий собой интерактивную расчетно-справочную Inteгnet-систему проектирования инженерных систем жилого здания на примере расчета параметров системы дымоудаления. Подробно разработана функциональная структура, а также структура программного, технического и информационного обеспечения комплекса.

5. На основе многовариантного подхода к процессу проектирования автором разработана методика формирования рационального варианта проектируемой инженерной системы жилого здания с учетом влияния стоимостных показателей проектного решения. Предложенные информационные базы данных позволяют осуществлять автоматизированный подбор инженерного оборудования и материалов, используемых в проектном решении, как при учете технических характеристик, так и их стоимости.

Разработанный автором программный комплекс «ИРСИС» прошел экспериментальную проверку на примере расчета параметров системы дымоудаления жилого многоквартирного тринадцатиэтажного дома. Показано, что использование предлагаемого комплекса существенно повышает обоснованность принимаемого инженером решения по выбору варианта проектируемой системы дымоудаления, что подтверждено документами о внедрении данной интерактивной системы.

6. Предложенные автором модели и методы интерактивного проектирования и соответствующий программный комплекс внедрены в практику и используются как для формирования оптимального варианта проектируемой системы дымоудаления в жилых зданиях, так и для обучения новых специалистов в данной области. Разработанный комплекс «ИРСИС» может служить основным или вспомогательным программным обеспечением для выполнения различного рода теоретических исследований в области проектирования инженерных систем жилого здания.

Результаты, полученные автором в процессе исследования, проведенного в рамках диссертационной работы, могут быть использованы в дальнейшем для разработки методологии интерактивного проектирования в среде Internet, обеспечивающей комплексное автоматизированное решение задач строительного проектирования в соответствии с уровнем развития научно-технического прогресса на сегодняшний день. Данный вывод является следствием разработанных автором основных способов применения передовых информационных и интерактивных Internet-технологий для решения задачи проектирования инженерных систем жилых зданий, а также создания на их основе моделей и методов интерактивного проектирования в среде Internet.

Основные положения диссертации отражены в следующих опубликованных работах (в хронологической последовательности):

1. Казаков А.А. Методы автоматизации строительного проектирования// Технологии строительства. - 2003. -№5. - С. 126-128

2. Казаков А.А. Автоматизация проектирования систем дымоудаления гражданских зданий// Технологии строительства. - 2003. - №6. - С.130-131

3. Казаков А.А. Требования к построению САПР типовых задач на примере расчета систем дымоудаления в жилых зданиях// Промышленное и гражданское строительство. — 2004. — №4. - С.45

4. Казаков А.А. Интерактивное проектирование систем дымоудаления в гражданских зданиях// Материалы конференции второй международной (VII традиционной) научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности». - М.: МГСУ,2004.-С.325

КОПИ-ЦЕНТР св. 77:07:10429 Тираж ЮОэкз. тел. 185-79-54

г. Москва м. Бабушкинская ул. Енисейская 36 комната №1 (Экспериментально-производственный комбинат)

»20 143

507