автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Научно-методологические основы и информационная технология автоматизации инженерных исследований при реконструкции сооружений

На правах рукописи

Коргин Андрей Валентинович

Научно-методологические основы и информационная технология автоматизации инженерных исследований при реконструкции сооружений

Специальность:

05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете.

Научный консультант:

Член - корреспондент РААСН,

доктор технических наук, профессор Теличенко Валерий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кудрявцев Евгений Михайлович доктор технических наук, профессор Шапошников Николай Николаевич доктор технических наук, профессор Чулков Виталий Олегович

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский институт ПЮЕКТСТАЛЬКОНСГРУКЩЯ.

Защита состоятся 4 июля 2005 г. в 11-00 на заседании диссертационного совета Д.212.138.01 в Московском государственном строительном университете по адресу: г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, зал Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан 3 июня 2005 г.

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современный этап строительства в России, в первую очередь, в столичном регионе - Москве и Московской области, а также в других крупных городах, при общей тенденции роста строительного производства характеризуется существенным снижением объемов капитального строительства новых объектов и переносом акцента на реконструкцию уже имеющегося промышленного, административного и жилого фонда. Это является следствием текущей экономической ситуации и высокой степени застройки регионов крупных городов.

Реконструкция существующих объектов в условиях плотной городской застройки является комплексным строительным процессом, характеризующимся рядом осложняющих факторов, определяющих специфику реализации проектов реконструкции. К ним относятся: близость транспортных коммуникаций, сложность инженерно-геологической и гидрогеологической обстановки, насыщенность инженерными коммуникациями, стесненность строительных площадок, возможность неблагоприятных воздействий на прилегающие объекты, сжатые сроки всех этапов реконструкции, включая предпроектные работы, проектирование, строительство, ввод в эксплуатацию и т.д.

Данные факторы многократно повышают роль предпроектного этапа, на котором принятие оптимальных решений обеспечивает в дальнейшем минимизацию финансовых и временных затрат, снижение издержек строительства. Такие решения могут быть получены только на основе результатов комплексных инженерных исследований объекта реконструкции, в состав которых входят практически все применяемые на сегодняшний день виды инженерно-изыскательских и инженерно-исследовательских работ в строительстве.

Успешное достижение поставленных целей в сложных условиях и отведенные сроки определяет необходимость применения современных автоматизированных технологий инженерных исследований и оптимального выбора технических и информационных ресурсов, обеспечивающих сбор, обработку, передачу и представление информации полностью в электронной форме.

Разработка научных основ автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений и создание на их базе интегрированной информационной технологии (ИИТ), не существующей в настоящее время в полном объеме, обеспечит радикальное сокращение сроков, повышения эффективности и качества работ предпроектного этапа. Подобная ИИТ составит основу разработки CALS - технологий информационного обеспечения полного жизненного цикла реконструируемых сооружений.

Актуальность темы диссертации определяется практической необходимостью в создании ИИТ автоматизации инженерно-исследовательских работ предпроектного этапа реконструкции сооружений.

Целью диссертации является создание научно-методологических основ, комплекса методов и средств автоматизации всего цикла инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции сложных строительных объектов, расположенных в стесненных условиях крупных городов, на основе современных информационных технологий.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- проведен анализ состава и содержания комплекса инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции;

- исследованы технологии проведения, методы и средства автоматизации всех видов инженерно-исследовательских работ, применяемых при реконструкции в условиях крупных городов;

- разработаны методологические основы системы автоматизации инженерных исследований при реконструкции;

- разработана информационная модель реконструируемого сооружения в ходе инженерных исследований на предпроектном этапе;

- созданы специализированные информационные системы, интегрированные в составе аппаратно-программного комплекса на основе информационной модели объекта реконструкции;

- разработана ИИТ автоматизации инженерных исследований реконструируемых объектов, базирующаяся на сформированном аппаратно-программном комплексе информационного обеспечения исследований;

- результаты исследований внедрены в научно-производственную и учебную деятельность, выполнена практическая оценка экономической эффективности теоретических результатов диссертации.

Объектом исследования является процесс сбора инженерной информации для обеспечения проектирования строительных объектов, планируемых к реконструкции.

Предметом исследования являются методы и средства автоматизации инженерно-исследовательской деятельности по сбору информации об объектах реконструкции на предпроектном этапе.

Методологические и теоретические основы исследования - работы отечественных и зарубежных ученых в области инженерных изысканий и обследований, математического моделирования и прогнозирования строительных процессов и работы сооружений, теорий моделирования и технологий разработки информационных систем, научных и прикладных исследований в области автоматизации проектирования и практической инженерной деятельности в строительстве.

Научная новизна диссертационной работы:

- впервые выполнен научный анализ практического содержания, специфики, особенностей и методов автоматизации инженерно-исследовательских работ на предпроектном этапе комплексной реконструкции сложных строительных объектов в условиях крупных городов.

- впервые разработаны научно-методологические основы автоматизации инженерных исследований при реконструкции на основе применения объектно-ориентированного подхода к моделированию процесса инженерных исследований реконструируемых сооружений;

- впервые разработана универсальная объектно-ориентированная информационная модель строительного сооружения, подвергаемого комплексу инженерных исследований в процессе реконструкции;

- разработаны алгоритмы и осуществлена программная реализация специализированных объектно-ориентированных программных средств автоматизации инженерных исследований при реконструкции;

- теоретически обоснованы и реализованы на практике методы формирования и эксплуатации аппаратно-программного комплекса, составляющего ресурсную основу ИИТ автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений;

- впервые разработана и реализована на практике ИИТ автоматизации инженерных исследований при реконструкции, обеспечивающая автоматизированный сбор, обработку, хранение, передачу и представление информации для проектирования полностью в электронной форме.

На защиту выносятся следующие наиболее существенные результаты исследований, имеющие научную и практическую значимость:

- комплекс теоретических исследований и практических методов автоматизации инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции сложных строительных объектов в условиях крупных городов;

- алгоритмы специализированного программного обеспечения инженерных исследований при реконструкции;

- интегрированная информационная технология автоматизации инженерных исследований, обеспечивающая сбор информации для этапов проектирования, строительства и эксплуатации объекта реконструкции полностью в электронной форме;

- результаты использования теоретических положений диссертации в практической инженерной деятельности при реконструкции строительных объектов в г. Москве, Московской области и в учебном процессе.

Практическая значимость результатов исследования: разработанная ИИТ автоматизации инженерных исследований, реализующая автоматизированный сбор, обработку, преобразование и передачу информации, полученной при проведении инженерно-исследовательских работ реконструируемых сооружений полностью в электронной форме, предлагается для практической деятельности проектных и специализированных организаций, занятых реконструкцией строительных объектов, расположенных в крупных городах. Применение данной технологии позволяет повысить качество и эффективность получаемой информации, существенно сократить сроки предпроектного этапа при ограниченном контингенте занятого персонала, использовать в дальнейшем полученную систематизированную информацию на этапах проектирования, строительства и эксплуатации объекта реконструкции.

Внедрение результатов работы: положения и результаты настоящей работы в течение 1988-2005 г.г. использованы при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте 93 объектов в г. Москве и Московской области, среди которых:

• Большой Кремлевский Дворец Московского Кремля.

• Здание Государственного исторического музея.

• Здания универсальных магазинов ГУМ и «Детский мир».

• Административно-гостиничные комплексы Главного Управления Дипломатического Корпуса (ГлавУпДК) МИД РФ «Park Place», «Донской посад».

• Спортивно-развлекательные комплексы отдыха ГлавУпДК «Москоу Кантри клаб» пос. Нахабино Московской обл., пос.Завидово Тверской обл.

• 16 зданий посольств-особняков ГлавУпДК - исторических памятников.

• 42 административно-жилых и производственных объекта ГлавУпДК.

• Комплекс зданий Росзарубежцентра (особняк С. Морозова).

• Комплексы зданий заводов «Красный пролетарий», НЕФТЕКИП, ЖБИ (г. Серпухов).

• Здание торгово-развлекательного комплекса (ТРК) «Атриум» на площади Курского вокзала.

• Комплекс банковских зданий в г. Душанбе, Таджикистан.

• Аэродромный комплекс ангаров аэропорта Внуково.

• 20 объектов административного, жилого и промышленного назначения.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:

• международной конференции «Дистанционное обучение и новые технологии в образовании», М, 1994;

• польско-российском семинаре «Теоретические основы строительства», Варшава 1998;

• международной конференции «Критические технологии в строительстве», М, 1999;

• научно-практической конференция «Современные приборы, оборудование и технологии, применяемые в строительстве, инженерных изысканиях, обследованиях сооружений и обеспечения качества работ», М, 2002;

• международном симпозиуме «Применение информационных технологий в строительстве и в учебном процессе», М, 2004;

• международной научно-технической конференции «ИНТЕРСТРОЙМЕХ -2004», Воронеж, 2004;

• научно-технических конференциях и семинарах в МГСУ в 1988-2005 г.г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе, статьи, публикации, методические пособия, 1 монография общим объемом 30 п.л., из них 6 работ, входящих в список ВАК для докторских диссертаций, и выпущено 93 научно-технических отчета общим объемом свыше 600 п.л.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, включает 328 стр. текста, 68 рисунков и таблиц, 4 приложения, список литературы из 251 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, цель и основные направления настоящего исследования, его научная новизна и практическая значимость, указаны основные методы, пути и способы решения поставленной проблемы.

В первой главе анализируется содержание и особенности инженерных исследований при реконструкции строительных объектов в условиях крупных городов, состояние и пути развития автоматизации исследований.

Научным проблемам организации и автоматизации процесса проектирования и инженерно-исследовательской деятельности, как его составной части, посвящены работы ряда отечественных и зарубежных ученых, среди которых необходимо назвать Русакова А.А., Злочевского А.Б., Теличенко В.И., Кудрявцева Е.М., Шапошникова Н.Н., Павлова А.С., Малыху Г.Г., Розина Л.А., Рот-кова СИ., Зенкевича С.К., Адели Г., Гаевского Р., Миллера Г., Циммермана Т, и других. С научных позиций разрабатывались вопросы анализа процессов проектирования, математического моделирования, сбора и обработки данных, разработки специализированного программного обеспечения.

Основная цель инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции заключается в сборе исходной информации для последующего проектирования. С этой целью реконструируемое сооружение подвергается про-

цедурам инженерных изысканий и обследований, которые, помимо общих данных о составе и геометрии, представляют информацию для установления истинной несущей способности сооружения с учетом фактического технического состояния, на основании чего составляются рекомендации о мероприятиях по реконструкции, ремонту и усилению сооружения для эксплуатации в новых условиях.

Основные особенности инженерных исследований при реконструкции сооружений в условиях крупных городов составляют следующие факторы:

• исследования проводятся в условиях близко расположенных интенсивных транспортных коммуникаций, непрерываемых эксплуатационных процессов, регламентируемых графиков, порядка и схем организации работ;

• зоны расположения реконструируемых сооружений характеризуются сложностью инженерно-геологической обстановки, насыщенностью подземными инженерными коммуникациями и сооружениями;

• исследования носят комплексный характер - определяются инженерно-геодезические и геометрические параметры объекта, инженерно-геологические и инженерно-экологические характеристики зоны реконструкции, геофизические параметры грунтового основания, оценивается техническое состояние строительных конструкций и инженерных сетей, фактическая прочность строительных материалов, проводятся натурные испытания фрагментов строительных конструкций, численное моделирование и инженерное прогнозирование работы реконструируемого сооружения (рис. 1);

• реконструкция проводится в условиях частичного или полного отсутствие проектных чертежей и документации, поэтому в задачи инженерных исследований входит необходимость составления исполнительных чертежей строительных конструкций и схем инженерных сетей;

• необходимость проведения в ходе исследований расчета фактической несущей способности реконструируемого сооружения в отличие от строительства новых сооружений, расчет которых является частью проектирования;

• оценка возможности повреждения прилегающих объектов и, как следствие необходимость проведения инженерного прогнозирование влияния зоны реконструкции на состояние прилегающих объектов с целью выработки мероприятий по недопущению их повреждений в ходе работ;

• необходимость выработки рекомендаций по выбору проектных решений на основании результатов инженерных исследований;

• требования к предоставлению результатов исследований в электронной форме, необходимой для ускоренного проведения процесса проектирования;

Инженерно-экологические изыскания

Техническое обследование строительных конструкций

Радиологическое состояние грунтов и конструкций

Санитарно-химический и бактериологический анализ

Обмер и составление исполнительных чертежей

. Выявление состава строительных конструкций

Определение технического состояния конструкций

Определение свойств материалов конструкций

Натурные испытания строительных конструкций

Техническое обследование инженерных систем

Выявление состава и параметров инженерных систем

Определение физического и морального износа

Составление исполнительных схем инженерных сетей

Определение фактической несущей способности

Численное моделирование и инженерное прогнозирование Составление рекомендаций по усилению и реконструкции

1-»

Разработка мероприятий по составу, объемам и видам работ

Рис.2 Состав инженерных исследований при реконструкции.

• инженерные исследования проводятся в жестких условиях конкурентного характера выбора исполнителей, сжатого времени выполнения работ и требований высокого качества предоставляемой инженерной информации.

Проведенный анализ организационно-технологического состава инженерных исследований при реконструкции показывает, что практически на всех этапах исследований в ходе выполнения в традиционной форме составляющих их процедур присутствуют значительные резервы повышения качества и сокращения сроков проведения исследований. Выявленные ресурсы могут быть использованы за счет эффективной организации работ и взаимодействия исполнителей, применения методов и средств автоматизации, современных приборов, оборудования и информационных технологий.

Во второй главе представлены методологические основы автоматизации инженерных исследований при реконструкции. Показано, что создание ИИТ автоматизации исследований представляет собой комплексную задачу формирования гетерогенной территориально распределенной информационной системы, представляющий собой набор аппаратно-программных средств, обеспечивающих автоматизированный сбор, передачу, обработку, преобразование и представление полученной информации в электронной форме.

Выявлены следующие функционально-системные компоненты, которые должны присутствовать в разрабатываемой технологии:

- набор инструментальных средств в составе приборов и оборудования для сбора первичной информации в ходе полевых работ;

- набор аппаратных средств электронной обработки информации для накопления, передачи, преобразования и представления собранных данных;

- комплекс разработанных и привлеченных программных средств для управления и автоматизированной обработки собранной информации;

- базы данных организационной и справочно-технической информации, типовых отчетных форм и конструктивных решений;

- группа методов и процедур для организации и проведения работ по сбору, передаче, преобразованию и представлению информации;

- комплекс мероприятий по поддержке работоспособности, обновлению и расширению аппаратно-программных компонентов технологии.

Показано, что основными методологическими приемами при разработке создаваемой информационной технологии является инфографическое и объектно-ориентированное моделирование информационных систем.

На основании рассмотрения вопросов организационного, технического, программного и информационного обеспечения ИИТ автоматизации инженерных исследований при реконструкции разработана методологическая схема диссертационной работы (рис.1).

Рис. 2. Методологическая схема диссертационной работы.

В процессе инженерных исследований реконструируемого сооружения собирается и обрабатывается большое количество графической и числовой информации, которая после обработки традиционно накапливается и организуется на бумажных носителях в виде технических отчетов, представляющих исходную информацию для проектирования.

Инфографический анализ формализованной схемы получения и информационной обработки условного параметра строительного сооружения в процессе инженерных исследований (рис.3) показывает, что основной резерв в сокращении времени сбора и обработки данных заключается в как можно более раннем переходе на электронную форму представления информации (показано пунктиром).

Рис.3. Схема получения и информационной обработки условного параметра строительного сооружения в процессе инженерных исследований.

Поэтому, в первую очередь, технология автоматизации инженерных исследований должна предусматривать использование современной измерительной аппаратуры с цифровым интерфейсом, позволяющим осуществлять сбор информации сразу в электронном виде.

Другой важнейшей составляющей технологии автоматизации является комплекс информационных систем, обеспечивающих эффективную обработку и представление данных, собранных в процессе полевых работ (рис.4). Базо-12

выми информационными системами в составе комплекса является набор офисных программ текстовой и табличной обработки информации и CAD -система для подготовки графической документации. Пунктиром показаны потоки информации, где за счет адаптации базовых систем для решения конкретных инженерных задач и разработки дополнительных программных средств можно радикально сократить время проведения исследований.

Рис. 4. Базовая схема обработки информации в процессе инженерных исследований при реконструкции.

Третьей базовой информационной системой в составе информационного комплекса является система математического моделирования работы сооружений на базе метода конечных элементов (МКЭ - система), ставшая в последнее время основным инструментом анализа состояния и прогнозирования работы реконструируемых сооружений. Проведенное на основе данных, собранных в процессе инженерных исследований, численное моделирование позволяет установить фактическую несущую способность сооружения и составить объективные рекомендации по его реконструкции, ремонту и усилению.

Возможности конечно-элементного моделирования полностью отвечают данной задаче, модель может быть составлена с учетом фактического состояния объекта - структуры основания, геометрии сооружения, степени повреждения конструкций, истинных прочностных параметров материалов, реально действующих нагрузок, воздействия на прилегающие сооружения.

Традиционно, исходные данные для моделирования-собираются, в основном, вручную в ходе исследований, и затем после обработки и преобразований, также вручную, вводятся в МКЭ - систему для создания модели. Для крупного сооружения этот процесс требует значительных временных затрат, поэтому в последнее время необходимым атрибутом МКЭ - системы стало наличие возможности автоматизированного построения модели сооружения на базе его электронных чертежей, произведенных с помощью CAD-системы. Создаваемые или модифицируемые с помощью CAD-систем чертежи сооружения в электронном виде являются эффективной основой для ускоренного автоматизированного создания его МКЭ - модели и составляют готовую исходную информацию для последующего проектирования.

Переход в процессе инженерных исследований от ручного сбора данных к автоматизированному, с представлением информации в электронной форме, последующей ее обработкой и преобразованием в компьютерных системах, в том числе, в МКЭ — системе, составляет основные резервы для кардинального сокращения сроков предпроектного этапа.

Оптимальное решение данной задачи возможно при условии создания общей информационной модели процесса инженерных исследований реконструируемого сооружения, на основе которой с использованием современных информационных технологий формируются методы и средства ИИТ автоматизации инженерно-исследовательских работ.

В третьей главе представлены обоснование теоретических положений исследования, основы объектно-ориентированного подхода, разработанные объектно-ориентированные модели компонентов, формирующих модель МКЭ - системы расчета строительных конструкций и универсальную объектную модель реконструируемого сооружения, подвергаемого комплексу процедур инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции.

Отмечено, что основные недостатки традиционных информационных систем, разработанных на основе процедурной модели, включая МКЭ - системы, заключаются в малой взаимосвязанности числовых данных и обрабатывающих их процедур, слабом структурировании программ, приводящем к сложным алгоритмам. Это является источником большого количества ошибок, сбоев в работе, сложностей при разработке новых системных версий.

Показано, что современные информационные системы разрабатываются на основе объектных моделей, формирующихся в результате реализации объектно-ориентированного подхода к предметам исследования, свободного от недостатков процедурной модели. При этом процедурные алгоритмы заменяются представлением информационной системы в виде набора объектов - программно сформированных блоков системы, способных выполнять целостные логические и вычислительные задачи, определяемые функциональными назначением отдельных частей системы или всей системы в целом.

Управление поведением объектов осуществляется событиями (командами), поступающими от устройств ввода-вывода или других объектов, и формирующими поток событий, в котором каждый объект реагирует только на отведенные ему команды. Доступ потока событий к объектам обеспечивается управляющим ядром, являющимся частью системного программного обеспечения. Объектное представление существенно упрощает схему работы и алгоритмы вычислительной системы, повышает ее гибкость и надежность и базируется на следующих фундаментальных свойствах:

• инкапсуляция (связанность) данных - данные объекта (поля) могут быть изменены только собственными процедурами (методами), что повышает устойчивость работы;

• наследование - новые объекты создаются на базе существующих объектов путем добавления или изменения необходимых полей и методов, что позволяет многократное использование уже разработанного кода.

• полиморфизм - разные по содержанию объекты могут совершать по единой команде одинаковые действия, что упрощает управление сложными групповыми объектами.

Указанные свойства объектно-ориентированного представления в полной мере могут быть реализованы только при наличии иерархической объектной структуры информационной системы, связывающей объекты, участвующие в ее работе, в единую модель.

Показано, что представление предмета исследования в форме объектно-ориентированной модели, составляющей систему иерархически связанных между собой объектов, названное объектным структурированием, по существу, является наиболее эффективным способом всесторонней формализации структуры, свойств и характера поведения исследуемого предмета. Структурирование предмета исследований при объектном подходе имеет глубокий смысл, фактически оно представляет собой процесс тщательного планирования информационной системы, при котором объекты представляют собой содержательные компоненты предмета исследований, данные формируют список формализованных количественных параметров объектов, а перечень процедур - план и содержание возможных действий над ними.

Подчеркнуто, что объектно-ориентированный подход при разработке программного обеспечения дает кардинальные преимущества по сравнению с прежним, процедурно-ориентированным подходом, а именно - повышает' эффективность, надежность, гибкость использования программных средств, уменьшает объем программного кода, упрощает модификацию и наращивание возможностей при обновлении программных версий.

Объектно-ориентированное представление предмета исследований является в настоящее время основной технологией разработки современного программного обеспечения, в частности МКЭ - систем. Метод конечных элементов, лежащий в основе подавляющего большинства систем расчета строительных конструкций, по своей структуре хорошо адаптирован к идее программной реализации в виде системы иерархически связанных между собой объектов. Принципы составления иерархических структур конкретных МКЭ - систем могут быть различными, но во всех случаях должны быть отражены следующие особенности:

• иерархия объектов системного программного обеспечения;

• специфика используемого математического аппарата;

• физическая и прикладная природа предметов, обрабатываемых системой.

В качестве основы иерархической структуры МКЭ — системы предложено

использовать библиотеки конечных элементов, включающие наборы элементов от простых стержневых до сложных пространственных изопараметриче-ских. В составе библиотек элементы развиваются и совершенствуются на базе накопления функциональных возможностей, усложнений в геометрии и расширений в используемом математическом аппарате (рис. 5). При таком подходе в строительных сооружениях реальными базовыми конечными элементами становятся простые конструктивные элементы - балки, колонны, плиты перекрытий, блоки, узлы соединений и т.д.

Рис. 5. Иерархия на основе различий в математическом аппарате и конструктивном содержании элементов.

Далее, во взаимосвязи с иерархией математического аппарата формируются более сложные строительные объекта (фундаменты, стены, перекрытия, фермы покрытия, кровля) где добавляется иерархия на конструктивной основе, отражающая конкретные свойства и методы расчета конструкционных элементов.

Развитие предложенной автором объектной структуры МКЭ - систем расчета строительных конструкций неизбежно приводит к дальнейшему иерархическому построению, в котором конструктивные элементы могут объединяться в конструктивные блоки, составные конструкции различных типов и группы конструкций. Затем, из составных и групповых конструктивных объектов формируется более сложный объект - само сооружение, которое включает в себя взаимосвязанные с ним объекты, в частности, грунтовое основание, инженерные и транспортные системы и т.д. Несколько взаимодействующих между собой, например, через общее основание, сооружений составляют комплексный объект - комплекс сооружений.

Таким образом, МКЭ - системы, разрабатываемые на основе предложенной объектно-ориентированной модели, за счет расширенных возможностей моделирования и анализа, гибкости и удобства интерфейса, повышенной надежности результатов, готовности к модификации выгодно отличаются от своих аналогов, созданных на процедурной основе.

Изложенное приводит к выводу, что процесс объектного структурирования предмета исследований при разработке объектно-ориентированных программных средств по существу аналогичен процессу детального планирования при решении комплексных инженерных, в том числе и информационных задач, не обязательно полностью связанных с программированием.

На основании данного вывода автором предложено применить понятие объектного структурирования к задаче разработки интегрированной информационной системы, обеспечивающей автоматизацию инженерных исследований при реконструкции. При этом подчеркнуто, что объектный подход к ее решению при соблюдении базовых принципов должен привести к таким же успешным результатам, как при создании и использовании объектно-ориентированных программных средств.

Показано, что общая информационная модель инженерного процесса, такого как комплексные инженерные исследования реконструируемого сооружения, должна включать в себя совокупность компонентов - информационных систем, объединенных единым потоком инженерной информации, которая собирается, обрабатывается, преобразуется, хранится и передается информационными компонентами модели. В качестве подобной модели предложено использовать информационную модель существующего сооружения, подвергаемого комплексу процедур инженерных исследований в ходе реконструкции.

Данную модель можно сформировать на основе информационной модели объектно-ориентированной МКЭ - системы, по существу, представляющей собой информационную модель сооружения, подвергаемого расчету, исходные данные для которого собираются в ходе инженерных исследований. При этом информационная модель сооружения уже сформирована его объектной структурой. Усовершенствованная в результате добавления инженерно-исследовательских компонентов, данная модель будет носить более универсальный характер и служить не только для эффективной разработки расчетных программных средств, но, после соответствующих расширений и дополнений, составить собой универсальную информационную модель реконструируемого сооружения, подвергаемого комплексным инженерным исследованиям на предпроектном этапе.

Фактически это означает, что объектную структуру МКЭ - системы, традиционно состоящую из двух глобальных частей - объектов управления системой и объектов, составляющих само сооружение, необходимо дополнить третьей частью - совокупностью объектов, обеспечивающих сбор, обработку и ввод-вывод данных, получаемых в процессе инженерных исследований. При этом совокупность объектов МКЭ - системы, формирующих сооружение, должна быть дополнена и расширена новыми объектами, отражающих проведение над сооружением комплекса процедур инженерных исследований. В качестве основы информационной модели процесса сбора и обработки данных инженерных исследований автором предлагается использовать следующую иерархическую объектную структуру предметов измерений, выявляемых в процессе проведении инженерных исследований при реконструкции (рис 6)

Рис.6. Иерархическая объектная структура предметов измерений.

На практике, данная информационная модель может использоваться как инструмент планирования состава, содержания и путей достижения результатов, необходимые получить в ходе инженерных исследований реконструируемого сооружения. С ее помощью можно устанавливать предметы исследова-

ний, объемы и составы работ, измеряемые параметры, методы измерений, состав и характеристики приборов, порядок, методы обработки и формы представления полученных данных, удобные для автоматизированного ввода в МКЭ - систему.

Сформированная таким образом информационная модель сооружения, подвергаемого процессу инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции, представляет собой основу для формирования соответствующего аппаратно-программного комплекса (АПК), методы использования которого составят ИИТ автоматизации инженерных исследований, позволяющую повысить эффективность результатов работ и радикально сократить сроки проведения предпроектного этапа.

Отмечено, что предложенные структуры, в первую очередь, служат для разработки объектно-ориентированных программных компонентов АПК, предназначенных для эффективного сбора, обработки и передачи данных, получаемых в ходе инженерных исследований. Однако, не обязательно, чтобы все программных компоненты АПК специально разрабатывались и включались в состав единой информационной системы. Без ущерба для общей эффективности работы комплекса они могут представлять собой отдельные самостоятельные программы, выполняющие локальные инженерные задачи, например, автоматизированное составление обмерных чертежей и расчетной модели сооружения на основе геодезических измерений. В этом качестве предлагается использовать адаптированные для решения конкретных задач профессиональные программные системы широкого назначения, такие как AUTOCAD и Microsoft Excel, обменивающиеся информацией с другими программными компонентами на основании универсальных форматов данных.

В четвертой главе представлено описание разработанных автором программных компонентов АПК, составляющего ресурсную основу предложенной ИИТ автоматизации инженерных исследований при реконструкции. К ним относятся полностью разработанные базовые объектно-ориентированные программные продукты: МКЭ - система «Механика», процессор подготовки и обработки данных, а также адаптированные компоненты специализированного программного обеспечения, используемого для решения конкретных инженерных задач в ходе инженерных исследований при реконструкции.

Моделирование работы реконструируемых сооружений. Реальная объектно-ориентированная система расчета строительных конструкций имеет сложную многосвязную иерархическую структуру, включающую в себя все вышеописанные схемы построения наследственных связей между объектами, а также систему объектов, обеспечивающую интерфейс обработки данных. На рис.7 представлена упрощенная иерархическая структура МКЭ - системы «Механика», которая разработана и на протяжении ряда лет развивается автором данной

работы, а также используется при проведении инженерных исследований и в учебном процессе в МГСУ и ряде организаций.

Рис.7. Упрощенная иерархическая структура объектов МКЭ системы «Механика»

Система разработана на объектно-ориентированном языке программирования Object Pascal для операционных систем ПЭВМ DOS и Windows фирмы Microsoft с помощью объектных библиотек Turbo Vision и Super Vision, интегрированные в настоящее время в универсальной среде программирования Borland Delphi. Пунктиром на схеме выделены объекты системного программного обеспечения, входящие в состав системных программных средств.

В данной системе одной из главных составляющих при разработке иерархической объектной структуры служит ее математический аппарат. В МКЭ -системах в основе математического аппарата лежит вариационный подход к решению задачи математического моделирования работы сооружения методом конечных элементов, который в дискретной постановке эквивалентен поиску минимума функционала потенциальной энергии:

W, = &(u(ai,a2,...,aj) + fv)dV = О

где &(и(аиа2,... а„)) - дифференциальные операторы функции перемещений и; у/, - весовые функции параметров аппроксимации; /у — вектора объемных и поверхностных воздействий.

Численная реализация данной задачи сводится к решению систем линейных уравнений большого порядка, нахождению собственных значений матриц и ряду других матричных преобразований. Ключевым математическим объектом при этом становится произвольная матрица, поля данных которой составляют параметры и числовое содержимое ячеек, а методы обработки осуществляют набор матричных операций над данными.

В реальном случае хранение матриц и других данных в памяти ЭВМ наиболее эффективно осуществлять в виде динамических списков, которые в процессе действия системы создаются или удаляются без остановки работы программы, освобождая память для решения последующих задач. В объектно-ориентированных системах одним из базовых объектов является произвольный динамический список, представляющий набор указателей на адреса памяти ЭВМ, в которых хранится тот или иной вид информации. Его основной особенностью является возможность обращаться к содержимому списка как к ячейке матрицы или вектора. Наличие такого объекта-предка представляет неограниченные возможности для создания на его основе любых объектов-потомков, над которыми необходимо производить матричные операции.

На основании указанных возможностей автором предложен ряд подобных объектов, являющихся ключевыми в объектно-ориентированной интерактивной графической системе расчета строительных конструкций «Механика». На рис.7 их представляет объект с условным названием «МКЭ - расчет», являющийся основным объектом математического аппарата системы и выполняющий подавляющее большинство вычислительных матричных операций, необходимых для определения перемещений и усилий в реальной конструкции. По содержанию, данный объект является динамическим списком, имеющий в качестве полей список адресов в памяти ЭВМ столбцов матрицы жесткости, векторов сил, перемещений и ряда других параметров решения текущей задачи. Объект при помощи своих методов выполняет следующие основные операции:

• динамически выделяет зону памяти ЭВМ для решения текущей задачи;

• компонует матрицу жесткости задачи, вектора сил и перемещений;

• решает систему линейных уравнений;

• выполняет набор операций по решению статических и динамических задач;

• выводит разнообразную информацию о параметрах решения задачи;

• при необходимости сохраняет в памяти текущее решение;

• после выполнения решения очищает занятую зону оперативной памяти.

Структура данного объекта абсолютно независима от состава реальной

конструкции и типов используемых для формирования ее расчетной схемы конечных элементов, при обращении к нему объект получает в качестве параметра только машинный адрес исходных данных рассчитываемой конструкции, ее

размер и тип решения. Это дает принципиальную возможность одновременно располагать в оперативной памяти ЭВМ текущую информацию о любом количестве конструкций различного назначения, последовательно решать их, сравнивать, суммировать, повторять или иным образом анализировать и использовать полученные решения. Количество одновременно рассчитываемых конструкций определяется только соотношением их размеров к объему свободной оперативной памяти ЭВМ. Традиционные процедурно-ориентированные МКЭ -системы расчета лишены подобной уникальной возможности, в них совместный анализ решений возможен только после завершения всех задач и накопления информации на диске.

Система «Механика» используется для проведения практических статических, динамических, прочностных и деформационных расчетов строительных конструкций в ходе инженерных исследований реконструируемых сооружений, а также в учебном процессе в качестве демонстрационной, обучающей и контролирующей системы.

Обучающие возможности системы основаны на гибкости, универсальности и широте возможностей, заложенных в общей идее объектного представления вычислительных систем. Это принципиально позволяет при невысоких затратах адаптировать в качестве полноценной обучающей системы ее рабочую версию, в которую для этой цели встроены объекты, контролирующие и сопровождающие все аспекты процесса обучения.

Базой для этого является реализованная модель управления событиями, на основе которой происходит взаимодействия объектов объектно-ориентированной информационной системы. Современные операционные системы, такие как DOS, Microsoft Windows в сочетании с объектно-ориентированными средствами разработки программного обеспечения позволяют контролировать последовательность событий, которая имела место в процессе работе системы. На основании данной возможности автором разработан механизм регистрации и воспроизведения в автоматическом режиме последовательности событий, соответствующей любому заранее составленному и осуществленной системой «Механика» сценарию.

В результате, в распоряжение пользователя системой предоставляется набор зарегистрированных ранее сценариев в форме командных файлов, при запуске которых система начинает автоматически воспроизводить выбранный сценарий. Это дает пользователю возможность проводить обучение самостоятельно, в отсутствие преподавателя. Ввод в состав системы объектов, ответственных за процесс воспроизведения, позволяет в любой момент прерывать и возобновлять процесс выполнения сценария для получения необходимой спра-

вочной информации от объектов контекстной поддержки, при этом возможно подключение мультимедийных средств, например, звукового сопровождения.

Объектно-ориентированная структура системы позволяет на основе МКЭ -аппарата эмулировать в диалоговом режиме процесс освоения разделов сопротивления материалов и строительной механики, в частности, расчетов стержневых систем классическими методами. Возможность контроля событий и наличие в системе объектов, регистрирующих, оценивающих и корректирующих правильность действия пользователя, позволяет применять систему для оценки качества освоения в автоматизированном режиме контроля знаний.

Обработка информации инженерных исследований и ее подготовка к автоматизированному вводу в МКЭ - систему производится с помощью процессора подготовки и обработки данных, который в части системных объектов имеет аналогичную системе «Механика» иерархическую структуру, дополненную структурой предметов измерений (рис. 6). На ее основе формируется объектная структура таблиц исходных данных для МКЭ - расчета. Базой для этого служит абстрактная таблица, главной задачей которой является установление связей для входящих в нее данных с другими таблицами данных. Порожденные на ее основе промежуточные таблицы отражают специфику группы предметов, формирующих тип таблиц (рис.8) И, наконец, конкретные таблицы исходных данных формируются простым добавлением в их состав объектов соответствующего типа данных.

Абстрактная таблица данных (серия измерений)

Геометрические размеры

X

Физические свойства

1£

Дефекты и включения

Нагрузки и воздействия

Коорди наш Размеры сечений Е-модель упругости я- прочносгь Трещина Арматур; Сосред силы Распреа нагрузки Осадки и смещения

Рис. 8. Иерархическая объектная структура таблиц исходных данных.

В состав методов объекта-таблицы входят процедуры коррекции данных на основании статистических и нормативных показателей, в частности, определение минимального числа точек измерения - N производится на основании табулированного критерия Стьюдента Тр для нормального распределения:

где Ах - необходимая точность приборов;

Б- среднеквадратичное отклонение измеряемого параметра;

В сочетании с описанной выше объектной структурой МКЭ - системы, разработанные объектные структуры процессора сбора и обработки данных инженерных исследований формируют расширенную информационную модель реконструируемого сооружения. Фактически процессор ввода и обработки данных является специализированным для инженерных исследований пре и постпроцессором МКЭ - системы «Механика». Обе системы имеют единый формат данных, позволяющий также производить их преобразование в другие универсальные форматы, в частности в DXF - формат системы AUTOCAD.

Объектное структурирование при разработке информационной модели реконструируемого сооружения позволило четко специфицировать информационные задачи, решение которых обеспечивает автоматизированный сбор, обработку и представление информации в электронной форме на всех этапах инженерных исследований. Для этой цели использовано как специально созданное объектно-ориентированное программное обеспечение, так и уже существующее программное обеспечение общего назначения, адаптированное к решению конкретных задач. Для их решения наиболее приспособленными оказываются профессионально разработанные объектно-ориентированные системы, гибкость, широкие возможности и удобство применения которых позволяют осуществлять необходимую адаптацию.

Подготовка договорной и отчетной документации. С целью радикального сокращения времени на подготовку, представление и ведение договорной документации при условиях сохранения высокого качества документов и гарантии отсутствия случайных ошибок автором в рамках объектно-ориентированного подхода разработан пакет автоматизированной подготовки документации (АПД), реализованный в системе Microsoft Excel. На основании предложенной объектной структуры АПД с использованием возможностей книги Excel автоматически формируется пакет документов, в котором каждый документ представляет собой самостоятельный лист, содержащий одну или несколько таблиц, числовую, текстовую и графическую информацию.

Радикальное сокращение времени на подготовку достигается за счет формировании пакета путем автоматизированного заполнения содержимого ячеек листа информацией из баз данных, которыми служат как заранее заполняемые отдельные листы самого Excel, так другие системы управления базами данных, например Microsoft Access. Ручной ввод информации при этом предельно минимизирован, что практически обеспечивает отсутствие случайных ошибок и несоответствий.

Аналогичный подход использован для подготовки отчетной документации. Обработка и представление результатов инженерных исследований в форме технических отчетов эффективно осуществляется с помощью специально разработанных автором табличных и текстовых форм в системах Microsoft Word и Excel, информация в которые вводится непосредственно через цифровой интерфейс измерительных приборов и из других программных систем. Фактическая обработка информации с получением отчетных форм сводится к вводу исходных данных в специально разработанные шаблоны с их последующей распечаткой и сохранением в электронном виде. Окончательный отчет формируется путем интеграции разработанных текстовых, табличных и графических форм, сохраняемых в виде набора файлов, удобного для представления технического отчета в электронной форме и повторного использования.

Автоматизированное построение обмерных чертежей. Для подавляющего большинства эксплуатируемых в течение длительного периода зданий и сооружений, планируемых к реконструкции, накоплены конструктивные изменения, и по ряду причин, частично или полностью утрачены исполнительные чертежи и документация, вследствие чего в ходе обследований для ее восстановления требуется проведение обмерных работ. Их выполнение является ответственным этапом, на котором собираются данные о фактической геометрии сооружения с учетом всех накопленных в процессе эксплуатации неоднородно -стей и повреждений.

Для решения данной задачи коллективом под руководством автора на базе современных геодезических приборов (тахеометров и лазерных дальномеров) и набора программных средств разработан и сформирован измерительно-информационный комплекс, обеспечивающий ускоренный сбор геодезической информации и автоматизированное построение на ее базе обмерных чертежей.

В состав аппаратной части комплекса входят электронный безотражательный тахеометр Set 4110R, лазерный нивелир Power Level SDL 30 фирмы Sokkia, лазерные дальномеры Disto Pro фирмы Leika с дальностью действия до 100-120 м, все приборы имеют электронную память и цифровой интерфейс.

Для обмера сооружений выбран метод последовательных координатных измерений характерных точек с автоматической установкой дирекционного угла путем введения координат точки стояния и точки ориентирования.

На рис. 9 представлена упрощенная схема проведения обмеров 3-этажного здания с 3 станций размещения тахеометра.

CI

Рис.9. Схема проведения обмера здания с 3-х станций.

Съемка точек производится в заранее определенной последовательности, в ее ходе в прибор вводится дополнительная семантическая информация для последующего анализа в компьютере принадлежности точек к определенной конструктивной группе - окно, балкон, деталь и т.д.

Программная часть комплекса базируется системе предварительной обработки геодезической информации ProLink фирмы Sokkia и системе AUTOCAD фирмы Autodesk. Задача реализуется на следующих этапах:

1. Сбор информации о геометрии сооружения с помощью приборов.

2. Подготовка информации с помощью пакета PROLINK.

3. Автоматическое построение обмерных чертежей в системе AUTOCAD.

В процессе программной обработки решается задача автоматического построения аксонометрии и плоских чертежей каркасно-точечной модели сооружения с использованием результатов обмеров, произведенных с помощью электронной геодезической аппаратуры.

Данные, накопленные в приборах в процессе проведения обмеров, переводятся в компьютер и обрабатываются с помощью специализированного пакета PROLINK, который сохраняет ее в файлах формата DXF системы AUTOCAD, содержащих числовую и семантическую информацию, дополняемую данными о топологических связях точек обмера в форме так называемой матрицы ребер.

Настройка системы AUTOCAD на построение в автоматическом режиме обмерных чертежей на основе подготовленной и скорректированной информации о геометрических параметрах сооружения в форме его каркасно-точечной модели осуществляется путем загрузки в систему программного файла KARKAS, представляющего собой описание на языке AUTOLISP последовательности операций по автоматизированному построению чертежей. В процессе

построения решаются задачи организации точек измерений, устранения погрешностей наведения прибора, масштабирования чертежа, отделения невидимой информации, непосредственного построения чертежей планов, фасадов и разрезов сооружения, их сохранения в виде стандартных файлов системы AUTOCAD. Сформированные таким образом чертежи могут быть неполными, в дальнейшем их можно вручную редактировать и дополнять недостающей информацией для получения полностью готового комплекта чертежей.

В стесненных условиях плотной городской застройки при отсутствии прямой видимости всех характерных точек объекта данная технология дополняется средствами электронной стереофотограмметрии.

Параметрическое построение чертежных материалов. Ускоренное построение чертежей, схем и рисунков производится в автоматизированном режиме с помощью специально разработанных параметризованных электронных чертежей в среде языка AUTOLISP в форме программных файлов, загружаемых в систему AUTOCAD. Полученная в процессе инженерных исследований численная информация о параметрах чертежа вводится в систему AUTOCAD, которая с помощью загружаемого программного файла выполняет затем автоматизированное построение чертежа. В рамках настоящей работы разработаны программные файлы для решения следующих задач:

• построение инженерно-геологических разрезов грунтового основания;

• построение чертежей типовых зон вскрытий строительных конструкций;

• разработка схем реконструкции и усиления типовых узлов конструкций.

Векторизация растровых изображений. Для эксплуатируемых сооружений, планируемых к реконструкции, имеющаяся в наличии в частичном или полном объеме проектная, рабочая или исполнительная строительная документация на бумажной основе может служить базой для составления исполнительной версии комплекта электронных чертежей сооружения.

Данная операция существенно ускоряется за счет использования специальных компьютерных средств - программ сканирования и векторизации, преобразующих растровые изображения чертежей в форматы CAD - систем, в частности в формат DXF системы AUTOCAD. Растровое изображение, полученное в результате сканирования чертежа и последующего сохранения изображения в растровом формате, анализируется программой векторизации, которая выделяет характерные элементы чертежного построения и переводит их геометрические параметры в векторный формат DXF.

В рамках настоящей работы отработана технология векторизации сканированных чертежей с помощью встроенных средств векторизации системы AUTOCAD с частично автоматизированным переводом растрового изображе-

ния в векторную форму и последующей доводкой чертежа в интерактивном режиме до стандартного вида и содержания.

Фотофиксаиия В процессе исследований производится фиксация разнообразных объектов: общие виды и детали фасадов, внутренних помещений, строительных конструкций, дефекты и повреждения элементов конструкций.

Процесс фотофиксации методом классической фотографии при большом количестве фиксируемых объектов принимает длительный и трудоемкий характер и обладает рядом недостатков, устранение которых стало возможным в результате применения современных технологий электронной съемки и обработки фото и видео изображений в цифровом формате.

Технология фотофиксации, отработанная автором, реализуется с помощью цифровых фото и видео камер, что позволяет производить съемку, сопровождаемую синхронной записью голосовых комментариев о местоположении и особенностях объекта, фиксировать с большим приближением удаленные фрагменты, производить с помощью цифрового усиления съемку при слабом освещении, стабилизировать вибрации при ручной съемке и т.д. Цифровой формат позволяет быстро преобразовывать и размещать полученные фотографии в специально разработанных электронных фотодефектных ведомостях.

В пятой главе описывается разработанная автором интегрированная информационная технология (ИИТ) автоматизации инженерных исследований при реконструкции и сформированный аппаратно-программный комплекс (АПК), являющийся ресурсной основой предлагаемой ИИТ.

По существу, данная технология, организационно-технологическая модель которой представлена на рис.10, формируется составом и методами использования специализированных разделов АПК, системой управления деятельностью исполнителей, участвующих в инженерных исследованиях конкретного объекта реконструкции, схемами и порядком организации обмена инженерной информацией между участниками.

Взаимодействие участников координируется дистанционно с использованием набора компьютерных и телекоммуникационных сетей всех уровней. Сбор, обработка и передача информации на всех этапах исследований осуществляется полностью в электронном виде и не требует непосредственного контакта участников работ, что радикально ускоряет время их проведения.

Информация накапливается в базах данных и выделенных каталогах расположенного в опорной сети специализированного сервера, к которому исполнители имеют доступ в установленном порядке по внутренним и внешним компьютерным сетям. Часть информации пересылается непосредственно по электронной почте и телефонным сетям стационарного и мобильного типа.

Этап вид работ

Используемый раздел АПК

Рабочие Участники Внешние

группы МГСУ участники

Договорной

Запрос заказчика =5 Теле коммуникации

Рекогносщювк аобъекта Фото видео регистрация

Подготовка предложения - Электронная обработка документации

Поописание договора =5 Распознавание размножение тиражирование

Отчетный

Подготовка отчета -г Распознавание размножение тиражирование

Сдача отчета — Теле коммуникации

Завершение договора Электронная обработка документации

Производственный

Подготовка полевых работ =5 Распознавание размножение тиражирование

Полевые работы — Геодезия Обмерка Геология Геофизика Определение свойств материалов

Лабсряпарные работы =5

Камеральная обработка Электронная обработка документации

Локальные КС Опорная КС Интернет, ТК

Модетровсме грогназироеашёрЗ рекомендации

Мэделирсванж грогдазирование

Рис 10 Организационно-технологическая модель ИИТ автоматизации инженерши исследований при реконструкции

Необходимая дополнительная договорная, нормативная, инженерная и научная информация также собирается в электронном виде по компьютерным сетям различного уровня из внутренних и внешних специализированных баз данных, к которым получено право организованного доступа.

На базе результатов инженерных изысканий, обследования, расчета и моделирования работы сооружения в МКЭ - системе формируется констатирующая часть технического отчета, содержащая рекомендации по составу и объемам реконструкционных работ, и стандартизованная в форме шаблонов, заполняемых и корректируемых после проведения координирующего совещания ведущих специалистов по разделам исследований.

Аппаратно-программный комплекс (АПК) состоит из 2 основных блоков -блок инструментальных измерений и блок электронной обработки информации (рис. 11). Каждый блок имеет материальную базу в составе специализированного оборудования, техники и приборов, а также программную часть, состоящую из набора программных средств, обеспечивающих обработку информации в процессе инженерных исследований.

Организационно каждый блок комплекса формируется из специализированных разделов, предназначенных для решения группы взаимосвязанных инженерных и технологических задач, охватывающих весь процесс инженерных исследований, включая организационные и финансовые вопросы.

Основным связующим техническим звеном комплекса является набор компьютерных сетей, включающий в себя в качестве базового элемента локальную сеть персональных компьютеров, в которой производится основной объем электронной обработки информации Локальные сети, объединяющие решение специализированных задач процесса инженерных исследований, входят в состав опорной сети организации-исполнителя для обмена информацией с другими подразделениями - участниками, как, например, МКЭ - расчетная локальная сеть вычислительного подразделения, оснащенного специализированными для расчетов и моделирования рабочими станциями. В свою очередь, опорная сеть организации имеет выход в глобальную сеть Интернет, позволяющую обмениваться информацией с заказчиками, удаленными исполнителями, субподрядными организациями и внешними базами данных. Внешний обмен производится также через другие телекоммуникационные системы, в частности, стационарной и мобильной телефонной связи.

Все разделы блока электронной обработки информации оснащены необходимым системным программным обеспечением на базе программных продуктов фирмы Microsoft и описанным в главах 3-4 прикладными программными средствами, как самостоятельной разработки, так и адаптированными профессиональными программными продуктами

Название раздела комплекса

Аппаратные средства

Программные средства

Блок электронной обработки информации

Электронная обработка документации

Локальная компьютерная

С:

Пакет АПД База учета ХД MS-Office, шаблоны MathCad

Телекоммуникации

Распознавание размножение тиражирование

Компьютерные сети , Телефонные сети Факсаппараты Модемы

Ж

Сканеры Принтеры Плоттеры Ксероксы

Internet средства MS-Office БазаМСК БазаЦКТ^

AutoCad Fine Reader Spotlight MS-Office

Моделирование и прогнозирование

Фотовидео регистрация

Геодезия обмерка

Геология геофизика

МКЭ - локальная компьютерная

Цифровые

фотокамеры

видеокамеры

Лира

МикроРЕ

Механика

Adobe Photoshop DV-Studio Nikon View

-Л-

Блок инструментальных измерений

Тахеометр Нивелир Дальномеры ОРЯ-приемники

Геофиз станция Георадар эдаонд

ProLink AutoCad Karkas Credo Dialog Spectrum Survey

AutoCad =£> MS-Excel

VISTA, IPI-ID

Определение физических свойств

материалов Поиск дефектов и неоднородностей

Оникс 2.5 Поиск 2.5 Пульсар 1 О Локатор арматуры Измер. влажности Измер. радиации Испьггат. пресс

Средства перевода данных в компьютер Процессор обработки данных Мв-Ехсе!

Рис. 11. Состав аппаратно-программного комплекса ИИТ автоматизации инженерных исследований при реконструкции.

Набор средств распознавания, размножения и тиражирования осуществляет перевод документов и чертежей с бумажных носителей в электронную форму, печать и тиражирование отчетных материалов на твердой основе.

Комплект цифровой фото и видео регистрирующей аппаратуры обеспечивает выполнение в электронной форме иллюстративной части процесса подготовки и проведения инженерных исследований, а также ее представление в составе отчетных материалов.

В целом, разработанный АПК дает возможность с самого начала процесса комплексных инженерных исследований конкретного объекта реконструкции осуществлять организацию, проведение и завершение работ полностью на информационной основе, собирая, обрабатывая и преобразуя текущую информацию в электронной форме. Это позволяет в полной мере использовать все преимущества информационных технологий обработки данных для радикального ускорения исследований.

В шестой главе излагается научно-практический опыт применения результатов исследования при реконструкции строительных объектов в г. Москве и Московской области. Представленные в предыдущих главах научно-методологические основы автоматизации инженерных исследований реконструируемого сооружения и разработанная на их базе ИИТ прошли многократную проверку и внедрение на реальных объектах реконструкции, разнообразных по составу, строительным объемам и степени ответственности.

Данная технология по мере ее разработки и совершенствования в постоянно расширяющемся объеме на протяжении последних лет успешно применялась коллективом, возглавляемым автором настоящей работы, в составе управления научно-исследовательской и инновационной деятельности (УНИД) МГСУ при проведении инженерных исследований 93 разнообразных объектов реконструкции и ремонта на общую сумму хоздоговорных работ свыше 40 миллионов руб.

Результатом применения разработанной ИИТ автоматизации инженерных исследований стало резкое сокращение временных затрат на проведение работ (в 2-3 раза), уменьшение числа исполнителей и существенное улучшение качества получаемых результатов при прямом экономическом эффекте не менее 20-25%. Наглядным примером успешного использования данной технологии является проведение в 2003 г. комплексной технической экспертизы торгово-развлекательного комплекса (ТРК) «Атриум» в г. Москве. Только за счет применения разработанной технологии удалось провести полный объем инженер-

но-исследовательских работ по строительным конструкциям и инженерным системам 8-этажного здания ТРК строительным объемом свыше 570 ООО м3 и общей площадью около 100 000 м2 в срок 1,5 календарных месяца с предоставлением в срок технического отчета на 2-х языках объемом около 1500 страниц на бумажных и электронных носителях.

В результате применения разработанной ИИТ технологии информация о реконструируемом сооружении накапливается полностью в электронной форме, что позволяет использовать ее на протяжении последующего жизненного цикла объекта. Достигнутый результат является первоначальным шагом к реализации современной концепции CALS - технологий применительно к существующим сооружениям, подвергаемым реконструкции, с целью их дальнейшей, более эффективной эксплуатации.

Результаты настоящего исследования внедрены в учебный процесс в МГСУ и ряде других ВУЗов и техникумов при преподавании дисциплин «Сопротивление материалов», «Строительная механика», «Испытания сооружений», дипломном проектировании, повышении квалификации специалистов строительной отрасли.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Проведенный в диссертационной работе анализ теории и практики инженерных исследований объектов реконструкции, расположенных в крупных городах, уровня развития технических и программных средств измерений и автоматизации показал, что их объединение в рамках интегрированной информационной технологии (ИИТ), до настоящего времени в полном объеме отсутствующей, предопределено техническим прогрессом и имеет основной целью повышение общей эффективности проектирования и строительства.

2. Установлены характерные особенности инженерных исследований при реконструкции сооружений в условиях крупных городов, содержание их основных этапов, изучены и проанализированы существующие методы организации и проведения комплекса инженерно-исследовательских работ, состав используемых технических и информационных средств измерений и автоматизации, что позволило выявить основные направления повышения эффективности и сокращения общих сроков проведения работ.

3. Для достижения поставленной цели диссертационной работы впервые разработана методология автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений, основанная на системном подходе, методах модели-

рования информационных систем, объектно-ориентированном анализе предметов исследований, использовании компьютерных информационных технологий сбора, обработки, преобразования и представления информации.

4. На основе теоретического исследования технологии объектно -ориентированного МКЭ - моделирования работы сооружений установлена эффективность объектного структурирования, как средства углубленного планирования инженерных процессов, что впервые позволило с целью автоматизации инженерных исследований разработать объектно-ориентированную информационную модель сооружения, подвергаемого комплексу инженерно-исследовательских процедур на предпроектном этапе реконструкции.

5. Для решения задач автоматизации инженерных исследований при реконструкции разработаны принципы интеграции технических и информационных средств, базирующиеся на предложенной информационной модели реконструируемого сооружения и разработанных методах автоматизированного сбора, обработки, представления и передачи данных.

6. С использованием предложенных в диссертации принципов интеграции средств автоматизации и информационной модели объекта реконструкции автором самостоятельно разработаны объектно-ориентированные версии базовых программных средств информационного обеспечения исследований - системы конечно-элементного анализа работы сооружений «Механика» и процессора сбора, подготовки и обработки данных; автором самостоятельно и в составе руководимого им коллектива на базе адаптированных профессиональных программных продуктов широкого назначения созданы специализированные информационные системы, предназначенные для решения полного набора инженерных задач, входящих в состав исследований.

7. На основе полученных теоретических результатов, выявленного содержания инженерно-исследовательских работ, возможностей современной измерительной и вычислительной техники, разработанных и адаптированных средств программного обеспечения предложен состав технических и информационных средств, формирующих аппаратно-программный комплекс (АПК) автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений.

8. С использованием разработанных автором организационных и теоретических основ интеграции и методов практического применения аппаратно-программных средств, вошедших в состав разделов АПК, впервые разработана эффективная интегрированная информационная технология (ИИТ) автомата-

зации инженерных исследований реконструируемых сооружений, которая реализована и проверена на практике.

9. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс и практику инженерных исследований на многочисленных объектах реконструкции в г. Москве и Московской области. Применение ИИТ автоматизации инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции сооружений, расположенных в крупных городах, обеспечило радикальное снижение времени проведения и повышение качества результатов работ, что доказывает эффективность предложенной технологии и свидетельствует об обоснованности и достоверности основных положений, выносимых на защиту.

10. Выявлены следующие направления дальнейших исследований: -изучение возможностей и расширенное внедрение современных информационных технологий инженерных исследований в практику строительства и реконструкции.

-совершенствование методов сбора, обработки и передачи информации в процессе инженерных исследований и проектирования;

-расширение использования принципов объектно-ориентированного структурирования при разработке информационных моделей конструкций, сооружений, инженерных систем и производственных процессов в строительстве;

-совершенствование существующих систем, разработка и интеграция новых специализированных объектно-ориентированных систем для информационного обеспечения инженерных исследований;

-внедрение информационных стандартов CALS - технологий в практику инженерных исследований, проектирования и строительства.

Диссертационная работа открывает новое научное направление в области автоматизации инженерных исследований при строительстве и реконструкции сложных строительных объектов, расположенных в крупных городах.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Бондарович Л.А., Злочевский А.Б., Коргин А.В., Рахмилевич Р.З. Оценка надежности сосудов давления, работающих при циклическом нагружении в условиях низких температур. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания «Создание и применения теплообменной аппаратуры», Таллин, 1974, с. 127-130.

2. Злочевский А.Б., Бондарович Л А., Коргин А.В., Михалченко ЮА. Экспериментальное исследование напряженного состояния около цилиндрического отверстия в толстой пластине. М., Прикладная механика, 1974, т.10, №9, с. 1382-1387.

3. Злочевский А.Б., Волков B.C., Бондарович ЛА., Коргин А.В. Особенности измерения тензорезисторным методом упругопластических деформаций при ударном нагружении. М, Заводская лаборатория, 1974, №4, с. 47-58.

4. Коргин А.В. Влияние соотношения компонентов главных напряжений на прочность тонкостенных цилиндров с трещинами. Депонирована в реферативный сборник ЦИНИС Госстроя СССР, НТЛ, раздел Б, Строительство и архитектура, 1976, вып. 3, №345.

5. Коргин А.В. Оценка несущей способности листовых конструкций, содержащих трещины. Автореферат кандидатской диссертации. М., МИСИ, 1977,22 с.

6. Коргин А.В., Бондарович Л.А. Инструкция по расчету надежности листовых металлических конструкций, эксплуатируемых при низких температурах. М., ЦНИИПСК Госстроя СССР, 1977,20 с.

7. Коргин А.В., Дашевский Е.М. Руководство пользователя по работе с программой «Упругопластическое решение двумерной задачи методом конечных элементов». М., МИСИ, 1978,15 с.

8. Коргин А.В. Методические указания для выполнения расчетно - графических работ по курсу сопротивления материалов «Геометрические характеристики поперечных сечений». М., МИСИ, 1983,12 с.

9. Коргин А.В. Методические указания для выполнения расчетно - графических работ по курсу сопротивления материалов «Растяжение-сжатие, кручение и сдвиг». М., МИСИ, 1983,13 с.

10. Лившиц Л.С., Нежданов В.В., Коргин А.В., Бордубанов B.C. Установка для оценки работоспособности трубной стали. М., Заводская лаборатория, 1984, №2, с. 32-38.

11. Коргин А.В. Методические указания для выполнения расчетно - графических работ по курсу сопротивления материалов «Определение геометрические характеристики поперечных сечений». М., МИСИ, 1991,15 с.

12. Коргин А.В. Методические указания для выполнения расчетно - графиче-

ских работ по курсу сопротивления материалов «Построение эпюр внутренних силовых факторов в балочных системах». М, МИСИ, 1991,17 с.

13. Коргин А.В. Методические указания для выполнения расчетно - графических работ по курсу сопротивления материалов «Расчеты на растяжение-сжатие, кручение и сдвиг». М., МИСИ, 1991, 12 с.

14. Коргин А.В., Шмаков Г.Б. Методические указания для выполнения рас-четно-графических работ по курсу сопротивления материалов «Расчеты при сложном сопротивлении». М., МИСИ, 1992,12 с.

15. Korguine A.V. Essai des constructions. Guide des travaux pratiques. Ecole Nationale d'Engenieurs de Tunis, 1988, 216 p.

16. Korguine A.V. Calcul des structures sur microordinateurs en Basic.Ecole Nationale d'Engenieurs de Tunis, 1988,198 p.

17. Коргин А.В. Определение параметров механики разрушения с использованием метода конечных элементов. М., МГСУ, 1993,17 с.

18. Korguine A.V. Application of object oriented programming for elaboration of education software. The First International Conference «Distance leaning and new technologies in education», Moscow, 1994, p 293-294.

19. Коргин А.В. Руководство пользователя расчетной системы «Механика», версия 2.0 - статика. М., РосНИИ информационных систем, 1994, 84 с.

20. Коргин А.В. Руководство пользователя расчетной системы «Механика», версия 2.5 - статика, динамика. М., РосНИИ информационных систем, 1995,132 с.

21. Коргин А.В. Основы объектно-ориентированного подхода при разработке программного обеспечения для расчета строительных конструкций на ЭВМ. Сб. тр. «Объектно-ориентированные методы разработки и реализации строительных решений». М., МГСУ, 1997, с. 36-44

22. Коргин А.В. Объектно-ориентированный подход при разработке программного обеспечения для расчета строительных конструкций на ЭВМ. М., Механизация строительства, 1998, №5, с. 28-30.

23. Коргин А.В. Объектно-ориентированная модель систем расчета строительных конструкций на ЭВМ. VII польско-российский семинар «Теоретические основы строительства» Варшава 1998, с. 56-63.

24. Коргин А.В. Объектно-ориентированная технология разработки систем расчета строительных конструкций на ЭВМ. Международная конференция «Критические технологии в строительстве», М., МГСУ, 1998, с. 28-35

25. Коргин А.В. Объектно-ориентированные обучающие системы на ЭВМ на основе модели управления событиями. Международная конференция «Критические технологии в строительстве», МГСУ, М., 1998 с. 36Л41.

26. Коргин А.В., Елагин М.Р. Создание и эксплуатация строительной отраслевой информационной сети. Международная конференция «Критические

технологии в строительстве». МГСУ, М, 1998, с. 72-77.

27. Коргин А.В. Математические объекты МКЭ объектно-ориентированных систем расчета строительных конструкций в строительстве. Сб. тр. «Теория и практика систем обеспечения безопасности в строительстве». М., МГСУ, 1999, с. 40-48.

28. Коргин А.В. Современные методы фотофиксации объектов при проведении инженерных изысканий. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». М., МГСУ, 2001, с. 69-75.

29. Коргин А.В. Расчеты несущей способности строительных конструкций при проведении обследований. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». МГСУ, М., 2001, с. 125-132.

30. Коргин А.В., Дорошин И.Н., Еремеев М.А., Кунин Ю.С., Котов В.И. Численное моделирование работы сооружений. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». М., МГСУ, 2001, с. 133-144.

31. Коргин А.В. Информационное обеспечение инженерных изысканий. Научно-практическая конференция «Современные приборы, оборудование и технологии, применяемые в строительстве, инженерных изысканиях, обследованиях сооружений и обеспечения качества». М, МГСУ, 2002, с. 12-13.

32. Теличенко В.И., Коргин А.В., Королев М.В. МГСУ - ведущая организация в области комплексных инженерных изысканий при реконструкции зданий и сооружений. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве», М., МГСУ, 2003, с. 7-11.

33. Коргин А.В. Информационное обеспечение инженерных изысканий и обследований при реконструкции сооружений. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». М., МГСУ, 2003, с. 29-36.

34. Коргин А.В. Современные методы фотофиксации объектов при проведении инженерных изысканий и обследований. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». М., МГСУ, 2003, с. 37-43.

35. Коргин А.В., Ранов И.И., Глотова В.В., Лебедева И.М., Коргина М.А., Лифанова И.Г., Кирнарская И.Б. Информационно-измерительный комплекс для проведения обмерных работ на базе цифровой геодезической аппаратуры. Тезисы докладов конференции Спецстроя РФ, М., МГСУ, 2003, с. 49-52.

36. Коргин А.В. Объектно-ориентированная информационная модель реконструируемого сооружения при проведении инженерных изысканий, обследований и проектировании. Сб. тр. каф. «Испытание сооружений». М., МГСУ, 2004, с. 9-20.

37. Коргин А.В. Автоматизированная система подготовки договорной документации при проведении инженерных изысканий и проектировании. Сб. тр. каф. «Испытание сооружений». М., МГСУ, 2004, с. 21-28.

38. Коргин А.В., Ранов И.И., Глотова В.В., Лебедева И.М., Коргина М.А., Лифанова И.Г., Кирнарская И.Б. Автоматизированный обмер зданий и сооружений с помощью измерительно-информационного комплекса на базе цифровой геодезической аппаратуры. Сб. тр. каф. «Испытание сооружений». М, МГСУ, 2004, с. 29-34.

39. Коргин А.В. Применение объектно-ориентированных моделей при разработке информационного обеспечения для инженерных исследований в строительстве. Тезисы докладов международной конференции «ИНТЕР-СТРОЙМЕХ - 2004», Воронеж, 2004, с. 44-47.

40. Коргин А.В. Интегрированная информационная технология обеспечения инженерных исследований в строительстве при реконструкции. М., Механизация строительства, 2004, №9, с. 11-17.

41. Коргин А.В. Объектно-ориентированная информационная технология обеспечения инженерных исследований при реконструкции сооружений в условиях мегаполисов. Тезисы докладов международного симпозиума «Применение информационных технологий в строительстве и в учебном процессе». М., МГСУ, 2004, с. 12-16.

42. Коргин А.В. Аппаратно-программный комплекс для автоматизации инженерных исследований при реконструкции сооружений. М., Строительные материалы и технологии XXI века, 2004, №12, с. 28-29.

43. Коргин А.В. Автоматизированная подготовка договорной документации при проведении инженерных изысканий и проектировании. М., Промышленное и гражданское строительство, 2004, №11, с.57-58

44. Коргин А.В., Ранов И.И., Коргина М.А., Кирнарская И.Б. Информационно - измерительный комплекс для проведения обмерных работ на базе цифровой геодезической и стереофотограмметрической аппаратуры. Тезисы докладов конференции Спецстроя РФ. М., МГСУ, 2004, с. 87-89.

45. Коргин А.В., Ранов И.И., Глотова В.В., Лебедева И.М. Автоматизированная информационная технология проведения обмерных работ на базе цифровой геодезической аппаратуры. М., Строительные материалы и технологии XXI века, 2005, №1, с. 82-83.

46. Коргин А.В. Интегрированная информационная технология автоматизации инженерных исследований при реконструкции сооружений. М., Промышленное и гражданское строительство, 2005, №1, с. 54-55.

Лицензия ЛР № 020675 от 09.12.1997 г.

Подписано в печатьЗ0.05.2005 г. Формат 60x84 1/16 Печать офсетная И-78 Объем 2 п. л. Т. 100 Заказ

Московский государственный строительный университет Экспресс-полиграфия. 129337, Москва, Ярославское ш.,26

1 2 Н!ОЛ 2005

Введение.

Глава 1. Анализ методов и средств автоматизации инженерных исследований при реконструкции.

1.1. Анализ содержания и особенностей реконструкции в условиях крупных городов.

1.1.1. Общие тенденции развития строительства в крупных городах.

1.1.2. Особенности реконструкции зданий и сооружений.

1.1.3. Состав и схемы взаимодействия участников реконструкции.

1.1.4. Роль инженерных исследований в проектировании.

1.1.5. Исполнители инженерных исследований.

1.2. Анализ содержания инженерных исследований при реконструкции.

1.2.1. Цели и задачи инженерных исследований.

1.2.2. Особенности инженерных исследований.

1.2.3. Состав инженерных исследований.

1.2.4. Организация инженерных исследований.

1.3.Анализ автоматизации инженерных исследований при реконструкции.

1.3.1. Автоматизация проектных работ.

1.3.2. Автоматизация инженерных исследований.

1.3.3. Приборы и оборудование инженерных исследований.

1.3.4. Технические и информационные средства автоматизации.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Методологические основы автоматизации инженерных исследований при реконструкции.

2.1.Обоснование методологической схемы работы.

2.1.1. Применение системотехнических принципов для автоматизации инженерных исследований.

2.1.2. Применение современных технологий.

2.1.3. Классифицирование и моделирование

2.1.4. Объектно-ориентированное представление.

2.1.5. Методологическая схема диссертационной работы.

2.2.Информация в инженерных исследованиях при реконструкции.

2.2.1. Формы документации предпроектного этапа.

2.2.2. Форматы хранения и передачи данных.

2.2.3. Организация сбора, обмена и хранения информации.

2.3.Процессы преобразования информации инженерных исследований.

2.3.1. Ресурсы автоматизации в ходе инженерных исследований.

2.3.2. Схема обработки информации в ходе исследований.

2.3.3. Специализированные программные средства автоматизации.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Научные основы автоматизации инженерных исследований при реконструкции.

3.1. Объектно-ориентированный подход при разработке информационных систем.

3.1.1. .Процедурно-ориентированный подход.

3.1.2. Объектно-ориентированный подход.

3.1.3. Основные свойства объектно-ориентированного подхода

3.1.4. Иерархическая структура объектов.

3.1.5. Взаимодействие объектов в информационной системе.

3.2.0бъектно-ориентированные МКЭ - системы.

3.2.1. Обзор объектно-ориентированных МКЭ - систем.

3.2.2. Иерархические структуры объектов МКЭ - систем.

3.2.3. Объекты системного управления и интерфейса.

3.2.4. Объекты МКЭ - модели сооружения.

3.2.5. Общий состав и организация МКЭ - системы.

3.3.Объектное структурирование при решении инженерных задач.

3.3.1. Сущность объектно-ориентированного структурирования.

3.3.2. Информационная модель инженерного процесса.

3.3.3. Информационная модель МКЭ - системы.

3.4.Информационная модель сооружения в процессе реконструкции.

3.4.1. Инженерно-исследовательские компоненты информационной модели.

3.4.2. Объектная модель реконструируемого сооружения.

3.4.3. Программное обеспечение информационной модели реконструируемого сооружения.

3.5.Средства разработки объектно-ориентированных систем.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Информационные средства автоматизации инженерных исследований при реконструкции.

4.1.Принципы формирования состава информационных средств.

4.1.1. Общие положения по выбору информационных средств.

4.1.2. В ыбор адаптируемых программных средств

4.1.3. Выбор специализированных программных средств.

4.2.Расчет и моделирование работы сооружений.

4.2.1. МКЭ — система «Механика».

4.2.1.1. Назначение и общие параметры системы.

4.2.1.2. Хронология создания и развития системы.

4.2.1.3. Иерархическая объектная структура системы

4.2.1.4. Особенности основных компонентов системы.

4.2.1.5. Ввод и коррекция исходных данных.

4.2.1.6. Представление исходных данных и результатов расчета.

4.2.1.7. Прочностные расчеты строительных конструкций

4.2.1.8. Особенности проведения динамических расчетов.

4.2.1.9. Обучающие возможности системы.

4.2.2. Процессор подготовки и обработки данных.

4.2.2.1. Назначение и общее описание процессора.

4.2.2.2. Иерархическая объектная структура процессора.

4.2.2.3. Описание основных компонентов процессора.

4.2.3. МКЭ - системы профессиональной разработки.

4.3.Автоматизации документооборота.

4.3.1. Подготовка и ведение договорной документации.

4.3.2. Пакет АПД.

4.4. Автоматизация обмерных работ.

4.4.1. Цели и задачи обмерных работ при реконструкции.

4.4.2. Инженерно-геодезические технологии в обмерных работах

4.4.3. Технология проведения обмерных работ с использованием цифровой геодезической аппаратуры.

4.4.4. Состав измерительно-информационного комплекса.

4.4.5. Автоматизированное построение обмерных чертежей.

4.4.6. Использование фотограмметрии при проведении обмеров.

4.5.Фотофиксация объектов исследований.

4.5.1. Общие сведения о фотофиксации.

4.5.2. Особенности цифровых изображений.

4.5.3. Технические средства регистрации изображений.

4.5.4. Программные средства обработки изображений.

4.5.5. Фото дефектные ведомости.

4.6.0бработка числовой и текстовой информации.

4.6.1. Числовая обработка результатов исследований.

4.6.2. Текстовые отчетные формы и шаблоны.

4.7.Графическая обработка результатов исследований.

4.7.1. Параметризованные чертежи.

4.7.2. Векторизация растровых изображений.

4.8.Возможности замещения программных средств.

Выводы по главе 4.

Глава 5. Интегрированная информационная технология автоматизации инженерных исследований при реконструкции.

5.1. Формирование ИИТ.

5.1.1. Общие требования и принципы интеграции средств ИИТ.

5.1.2. Организационно-технологическая модель ИИТ.

5.1.3. Состав и описание компонентов ИИТ

5.2.Аппаратно-программный комплекс автоматизации инженерных исследований при реконструкции.

5.2.1. Общее описание содержания и состава АПК.

5.2.2. Технические и информационные средства АПК.

Выводы по главе 5.

Глава 6. Практическое использование результатов исследований.

6.1.Обзор выполненных инженерных исследований объектов реконструкции и ремонта.

6.1.1. Большой Кремлевский Дворец.

6.1.2. Здание универмага «Детский мир».

6.1.3. Универсальный спортивный комплекс «Moscow Country Club».

6.1.4. Исторические особняки ГлавУпДК.

6.1.5. Торгово-развлекательный комплекс «Атриум».

6.1.6. Аэродромный ангарный комплекс аэропорта Внуково.

6.2.Оценка экономической эффективности применения ИИТ автоматизации инженерных исследований при реконструкции.

6.3.Использование компонентов ИИТ в учебном процессе.

6.3.1. Диалоговое построение эпюр внутренних усилий в балочных системах

6.3.2. Эмуляция методов строительной механики при расчете статически неопределимых систем.

6.3.3. Иллюстрация МКЭ - математического аппарата.

Выводы по главе 6.

Актуальность проблемы: Современный этап строительства в России, в первую очередь, в столичном регионе - Москве и Московской области, а также в других крупных городах, при общей тенденции роста строительного производства характеризуется существенным снижением объемов капитального строительства новых объектов и переносом акцента на реконструкцию уже имеющегося промышленного, административного и жилого фонда. Это является следствием текущей экономической ситуации и высокой степени застройки регионов крупных городов. Данная тенденция нашла отражение в программе правительства Москвы по реконструкции и капитальному ремонту административного и жилого фонда столицы, в соответствии с которой объемы реконструкции существующего фонда в период после 2003 г. должны превышать объемы нового строительства [113].

Проведение реконструкции существующих объектов в условиях плотной городской застройки является комплексным строительным процессом, характеризующимся рядом осложняющих факторов, определяющих специфику реализации проектов реконструкции. К ним относятся — сложность инженерно-геологической и гидрогеологической обстановки, насыщенность инженерными коммуникациями, стесненность строительных площадок, возможность неблагоприятных воздействий на прилегающие объекты, сжатые сроки всех этапов реконструкции, включая предпроектные работы, проектирование, строительство, ввод в эксплуатацию и т.д.

Данные факторы многократно повышают роль предпроектного этапа, на котором принятие оптимальных решений обеспечивает в дальнейшем минимизацию финансовых и временных затрат, снижение издержек строительства. Такие решения могут быть получены только на основе результатов комплексных инженерных исследований объекта реконструкции, в состав которых входят практически все применяемые на сегодняшний день виды инженерно-изыскательских и инженерно-исследовательских работ в строительстве.

Успешное достижение поставленных целей в сложных условиях и отведенные сроки определяет необходимость применения современных технологий в инженерных исследованиях и оптимального выбора состава технических и информационных ресурсов.

Современные технологии инженерных исследований базируются на информационных технологиях, что позволяет проводить сбор, обработку, хранение и передачу инженерной информации в электронной форме. Однако, единой методологии и информационной модели процесса инженерных исследований, объединяющих в единую информационную технологию в полном объеме все разнообразие существующих технических и программных средств, в настоящее времени не существует.

Наличие подобной информационной технологии, позволит собирать, обрабатывать, преобразовывать, сохранять и передавать для последующего использования полученную информацию в электронном виде в рамках единого информационного процесса обработки и представления данных.

В дальнейшем, помимо использования традиционных форм представления результатов изысканий, как основы для проектирования, в форме технических отчетов на бумажном носителе, полученная информация в электронном виде может эффективно использоваться в процессе проектирования, строительства и эксплуатации объекта, что кардинальным образом снижает общие затраты, в особенности на этапе проектирования.

Разработка научных основ автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений и создание на их базе интегрированной информационной технологии (ИИТ), не существующей в настоящее время в полном объеме, обеспечит радикальное сокращение сроков, повышения эффективности и качества работ предпроектного этапа. Подобная ИИТ составит основу разработки CALS - технологий информационного обеспечения полного жизненного цикла реконструируемых сооружений.

Актуальность темы диссертации определяется практической необходимостью в создании ИИТ автоматизации инженерно-исследовательских работ предпроектного этапа реконструкции сооружений.

Целью диссертации является создание научно-методологических основ и интегрированной информационной технологии автоматизации инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции сложных строительных объектов, расположенных в стесненных условиях крупных городов, на основе современных информационных технологий.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: й Проведен анализ состава и содержания комплекса инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции. й Исследованы технологии проведения, методы и средства автоматизации всех видов инженерно-исследовательских работ, применяемых при реконструкции в условиях крупных городов. й Разработаны методологические основы системы автоматизации инженерных исследований при реконструкции. й Разработана информационная модель реконструируемого сооружения в ходе инженерных исследований на предпроектном этапе. й Созданы специализированные информационные системы, интегрированные в составе аппаратно-программного комплекса на основе информационной модели объекта реконструкции. й Разработана ИИТ автоматизации инженерных исследований реконструируемых объектов, базирующаяся на сформированном аппаратно-программном комплексе информационного обеспечения исследований. й Результаты исследований внедрены в научно-производственную и учебную деятельность, выполнена практическая оценка экономической эффективности теоретических результатов диссертации.

Объектом исследования является процесс сбора инженерной информации для обеспечения проектирования строительных объектов, планируемых к реконструкции.

Предметом исследования являются методы и средства автоматизации инженерно-исследовательской деятельности по сбору информации об объектах реконструкции на предпроектном этапе.

Методологические и теоретические основы исследования - работы отечественных и зарубежных ученых в области инженерных изысканий и обследований, математического моделирования и прогнозирования строительных процессов и работы сооружений, теорий моделирования и технологий разработки информационных систем, научных и прикладных исследований в области автоматизации проектирования и практической инженерной деятельности в строительстве.

Научная новизна диссертационной работы: п впервые выполнен научный анализ практического содержания, специфики, особенностей и методов автоматизации инженерно-исследовательских работ на предпроектном этапе комплексной реконструкции сложных строительных объектов в условиях крупных городов. п разработаны научно-методологические основы автоматизации инженерных исследований при реконструкции на основе применения объектно-ориентированного подхода к моделированию процесса инженерных исследований реконструируемых сооружений; п впервые разработана универсальная объектно-ориентированная информационная модель строительного сооружения, подвергаемого комплексу инженерных исследований в процессе реконструкции; п разработаны алгоритмы и осуществлена программная реализация специализированных объектно-ориентированных программных средств автоматизации инженерных исследований; п теоретически обоснованы и реализованы на практике методы формирования и эксплуатации аппаратно-программного комплекса, составляющего ресурсную основу ИИТ автоматизации инженерных исследований при реконструкции; п впервые разработана и реализована на практике ИИТ автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений, обеспечивающая автоматизированный сбор, обработку, хранение, передачу и представление информации для проектирования полностью в электронной форме.

На защиту выносятся следующие наиболее существенные результаты исследований, имеющие научную и практическую значимость: п разработанные методики теоретических исследований, алгоритмы программного обеспечения и практические методы организации сбора, передачи, обработки, преобразования и представления информации на пред-проектном этапе реконструкции сложных строительных объектов в условиях крупных городов; п интегрированная информационная технология автоматизации инженерных исследований на предпроектном этапе, базирующаяся на современных технических, информационных и сетевых технологиях и обеспечивающая сбор информации для этапов проектирования, строительства и эксплуатации объекта реконструкции; п результаты использования теоретических положений диссертации в практической инженерной деятельности при реконструкции строительных объектов в г. Москве, Московской области и в учебном процессе.

Практическая значимость результатов исследования: разработанная ИИТ автоматизации инженерных исследований, реализующая автоматизированный сбор, обработку, преобразование и передачу информации, полученной при проведении инженерно-исследовательских работ реконструируемых сооружений, предлагается для практической деятельности проектных и специализированных организаций, занятых реконструкцией строительных объектов, расположенных в крупных городах. Применение данной технологии позволяет повысить качество и эффективность получаемой информации, существенно сократить сроки предпроектного этапа при ограниченном контингенте занятого персонала, использовать в дальнейшем полученную систематизированную информацию на этапах проектирования, строительства и эксплуатации объекта реконструкции.

Внедрение результатов работы: положения и результаты настоящей работы в течение 1988-2005 г.г. использованы при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте 93 объектов в г. Москве и Московской области, среди которых: й Большой Кремлевский Дворец Московского Кремля, й Здание Государственного исторического музея, й Здания универсальных магазинов ГУМ и «Детский мир», й Административно-гостиничные комплексы Главного Управления Дип-ло- матического Корпуса (ГлавУпДК) МИД РФ «Park Place», «Донской посад». й Спортивно-развлекательные комплексы отдыха ГлавУпДК «Москоу Кантри клаб» пос. Нахабино Московской обл., пос.Завидово Тверской обл. й 16 зданий посольств-особняков ГлавУпДК, являющихся историческими памятниками. й 42 административно-жилых и производственных объекта ГлавУпДК. й Комплекс зданий Росзарубежцентра (особняк С. Морозова), й Комплексы зданий заводов «Красный пролетарий», НЕФТЕКИП, ЖБИ (г. Серпухов). й Здание торгово-развлекательного комплекса (ТРК) «Атриум» на площади Курского вокзала. п Комплекс банковских зданий в г. Душанбе, Таджикистан, п Аэродромный комплекс ангаров аэропорта Внуково, п 20 различных объектов административного, жилого и промышленного назначения.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: п международной конференции «Дистанционное обучение и новые технологии в образовании», М, 1994; п польско-российском семинаре «Теоретические основы строительства», Варшава 1998; п международной конференции «Критические технологии в строительстве», М, 1999; п научно-практической конференция «Современные приборы, оборудование и технологии, применяемые в строительстве, инженерных изысканиях, обследованиях сооружений и обеспечения качества работ», М, 2002; п международном симпозиуме «Применение информационных технологий в строительстве и в учебном процессе», М, 2004; п международной научно-технической конференции «ИНТЕРСТРОЙ-МЕХ - 2004», Воронеж, 2004; п научно-технических конференциях и семинарах в МГСУ в течение 1988-2005 г.г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе, статьи, публикации, методические пособия, 1 монография общим объемом 30 п.л., из них 6 работ, входящих в список ВАК для докторских диссертаций, и выпущено 93 научно-технических отчета общим объемом свыше 600 п.л.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Проведенный в диссертационной работе анализ теории и практики инженерных исследований объектов реконструкции, расположенных в крупных городах, уровня развития технических и программных средств измерений и автоматизации показал, что их объединение в рамках интегрированной информационной технологии (ИИТ), до настоящего времени в полном объеме отсутствующей, предопределено техническим прогрессом и имеет основной целью повышение общей эффективности проектирования и строительства.

2. Установлены характерные особенности инженерных исследований при реконструкции сооружений в условиях крупных городов, содержание их основных этапов, изучены и проанализированы существующие методы организации и проведения комплекса инженерно-исследовательских работ, состав используемых технических и информационных средств измерений и автоматизации, что позволило выявить основные направления повышения эффективности и сокращения общих сроков проведения работ.

3. Для достижения поставленной цели диссертационной работы впервые разработана методология автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений, основанная на системном подходе, методах моделирования информационных систем, объектно-ориентированном анализе предметов исследований, использовании компьютерных информационных технологий сбора, обработки, преобразования и представления информации.

4. На основе теоретического исследования технологии объектно-ориентированного МКЭ - моделирования работы сооружений установлена эффективность объектного структурирования, как средства углубленного планирования инженерных процессов, что впервые позволило с целью автоматизации инженерных исследований разработать объектно-ориентированную информационную модель сооружения, подвергаемого комплексу инженерно-исследовательских процедур на предпроектном этапе реконструкции.

5. Для решения задач автоматизации инженерных исследований при реконструкции разработаны принципы интеграции технических и информационных средств, базирующиеся на предложенной информационной модели реконструируемого сооружения и разработанных методах автоматизированного сбора, обработки, представления и передачи данных.

6. С использованием предложенных в диссертации принципов интеграции средств автоматизации и информационной модели объекта реконструкции автором самостоятельно разработаны объектно-ориентированные версии базовых программных средств информационного обеспечения исследований -системы конечно-элементного анализа работы сооружений «Механика» и процессора сбора, подготовки и обработки данных; автором самостоятельно и в составе руководимого им коллектива на базе адаптированных профессиональных программных продуктов широкого назначения созданы специализированные информационные системы, предназначенные для решения полного набора инженерных задач, входящих в состав исследований.

7. На основе полученных теоретических результатов, выявленного содержания инженерно-исследовательских работ, возможностей современной измерительной и вычислительной техники, разработанных и адаптированных средств программного обеспечения предложен состав технических и информационных средств, формирующих аппаратно-программный комплекс (АПК) автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений.

8. С использованием созданных автором организационных и теоретических основ интеграции и методов практического применения аппаратно-программных средств, вошедших в состав разделов АПК, впервые разработана эффективная интегрированная информационная технология (ИИТ) автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений, тизации инженерных исследований реконструируемых сооружений, которая реализована и проверена на практике.

9. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс и практику инженерных исследований на многочисленных объектах реконструкции в г. Москве и Московской области. Применение ИИТ автоматизации инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции сооружений, расположенных в крупных городах, обеспечило радикальное снижение времени проведения и повышение качества результатов работ, что доказывает эффективность предложенной технологии и свидетельствует об обоснованности и достоверности основных положений, выносимых на защиту.

10. Выявлены следующие направления дальнейших исследований:

-изучение возможностей и расширенное внедрение современных информационных технологий инженерных исследований в практику строительства и реконструкции.

-совершенствование методов сбора, обработки и передачи информации в процессе инженерных исследований и проектирования; расширение использования принципов объектно-ориентированного структурирования при разработке информационных моделей конструкций, сооружений, инженерных систем и производственных процессов в строительстве;

-совершенствование существующих систем, разработка и интеграция новых специализированных объектно-ориентированных систем для информационного обеспечения инженерных исследований;

-внедрение информационных стандартов CALS - технологий в практику инженерных исследований, проектирования и строительства.

Диссертационная работа открывает новое научное направление в области автоматизации инженерных исследований при строительстве и реконструкции сложных строительных объектов, расположенных в крупных городах.

1. Алмазова Н.М., Павлов С.В. Электронные технологии создания и обработки строительно-графической и инженерно-геодезической информации. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». М., МГСУ, 2003, с. 44-57.

2. Аникин О.П., Гаврилов А.Н., Грязнова Е.М. Применение геофизических методов при обследованиях зданий и сооружений в условиях плотной городской застройки. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». М, МГСУ, 2003, с. 145-154.

3. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. Пер. с англ., М., Стройиздат 1982 г., 447 с.

4. Бедов А.И., Сапрыкин В.Ф. Обследование и реконструкция железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений. М., АСВ, 1995, 193 с.

5. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. Переработанное издание. Под. ред. Гроше Г. и Циглера В. Пер. с нем. Лейпциг, Тойбнер, Наука, М., 1981, с. 577-613.

6. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. Пер. с англ., М., Бином, 1998, 560 с.

7. Ван Тассел Д. Стиль, разработка, эффективность, отладка и испытание программ. Пер. с англ., М., Мир, 1985, 332 с.

8. Ванюшенков М.Г., Синицын С.Б., Малыха Г.Г. Расчет строительных конструкций на ЭВМ методом конечных элементов. М., МИСИ, 1988, 115 с.

9. Варвак П.М., Городецкий А.С. и др. Метод конечных элементов. Высша школа, Киев, 1982, 176 с.

10. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. Пер с англ., М., Мир, 1989, 360 с.

11. Власов А.Н., Мнушкин Н.Г. Моделирование задач геомеханики на основе объектно-ориентированного подхода. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». М., МГСУ, 2003, с. 238-251.

12. Воронин Ю.А. Теория классифицирования и ее приложения. Новосибирск, Наука, 1985. 232 с.

13. Вычислительные методы в механике разрушения. Под ред. Атлури С. Пер. с англ. М., Мир, 1990, 392 с.

14. Гранит Б.А., Назаров Г.Н. Современные геофизические методы инженерных изысканий грунтов оснований, зданий и сооружений в г. Москве. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве», М., МГСУ, 2003, с. 121-132.

15. Гранит Б.А., Назаров Г.Н. Оценка карстово-суффозионной опасности на строительных площадках по комплексу геофизических методов. Сб. тр. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». М., МГСУ, 2003, с. 133-134.

16. ГОСТ 2-102-68. Виды и комплектность конструкторских документов. Измененная редакция. М., изд-во Стандартов, 1995.

17. ГОСТ 21.001-93. Система проектной документации в строительстве. Общие положения. М., изд-во Стандартов, 1995.

18. ГОСТ 21.101-97. Система проектной документации в строительстве. Основные требования к проектной и рабочей документации. М., Госстрой России, ГП ЦНС, ГУЛ ЦПП, 1998.

19. ГОСТ 34.602-89. Информационная технология. Автоматизированные системы. Техническое задание на разработку информационной системы. М., изд-во Стандартов, 1989.

20. Григорьев Э.П., Гусаков А.А., Зейтун Ж., Порада С. Архитектурно-строительное проектирование. Методология и автоматизация. Под ред. Гусакова А.А., М., Стройиздат, 1986, 240 с.

21. Гусаков А.А. Системотехника в строительстве. М., Стройиздат, 1993,337с.

22. Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная механика. 9-е изд., испр. Санкт-Петербург, Лань, 2004, 655 с.

23. Долженков В.А., Колесников Ю.В. Microsoft Word, Excel 2000 справочное руководство. Санкт-Петербург, БВХ-Петербург, 2002, 1070 с.

24. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бейсик для персональных ЭВМ. М., Наука, 1987, 240 с.

25. Закон РФ об авторском праве и смежных правах, в ред. от 20.07.2004 №72-ФЗ.

26. Зенкевич С.К. Метод конечных элементов в технике. Пер. с англ., М., Мир, 1975, 442 с.

27. Злочевский А.Б., Бондарович J1.A., Коргин А.В., Михалченко Ю.А. Экспериментальное исследование напряженного состояния около цилиндри29