автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Обоснование способов повышения надежности систем теплоснабжения населенных пунктов при планировании ремонтно-восстановительных работ

кандидата технических наук
Черников, Дмитрий Николаевич
город
Воронеж
год
2014
специальность ВАК РФ
05.23.08
Автореферат по строительству на тему «Обоснование способов повышения надежности систем теплоснабжения населенных пунктов при планировании ремонтно-восстановительных работ»

Автореферат диссертации по теме "Обоснование способов повышения надежности систем теплоснабжения населенных пунктов при планировании ремонтно-восстановительных работ"

ЧЕРНИКОВ Дмитрий Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

05.23.08 — Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации-на соискание ученой степени кандидата технических наук

йог №■! 9 I

Воронеж — 2014

005548124

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Белоусов Вадим Евгеньевич

Официальные оппоненты: Шульженко Николай Антонович, доктор

технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет», заместитель заведующего кафедрой городского строительства и архитектуры

Бабкин Олег Александрович, кандидат технических наук, ООО "ЮниЭл Дистрибьюшн", региональный управляющий

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет»

Защита диссертации состоится 5 июня 2014 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д 212.207.02 в Ростовском государственном строительном университете по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая 162, ауд. 1125, тел/факс (863)2019059, e-mail: dis sovet rgsu@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Ростовского государственного строительного университете www.rgsu.ru.

Автореферат разослан 28 апреля 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Александра Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Одной из наиболее актуальных задач, стоящих перед Россией в XXI веке, является энергосбережение и энергетическая эффективность во всех сферах деятельности человека. Россия располагает масштабным неиспользуемым потенциалом энергосбережения, который по способности решать проблему обеспечения экономического роста страны сопоставим с приростом производства всех первичных энергетических ресурсов. Энергосбережение и энергоэффективность продолжают оставаться ключевыми темами в жизни россиян, однако ситуация в сфере теплоснабжения не позволяет говорить о каких-то существенных сдвигах.

На сегодняшний день большинство систем теплоснабжения городов сильно изношены. На данном рынке оказания услуг присутствуют десятки компаний, чей потенциал различается иногда в сотни раз. Определение участков теплосетей требующих замены производится весьма хаотично - каждый год отрывают одни и те же трубы, зачастую приемлемого состояния, а зимой начинаются массовые прорывы, т.к. заинтересованности подрядчиков нет. При этом тепловые сети в ряде крупных городов имеют протяженность сотен километров, а часть из них вообще бесхозная, хотя деньги с граждан за тепло взыскиваются регулярно. По оценкам экспертов такая система реконструкции и эксплуатации теплосетей подрядными организациями приведет только к росту потребления ресурса (к 2030 году в два и более раза) и ни о какой экономии речи нет. Таким образом, для принятия эффективных управленческих и организационно-технологических решений по эксплуатации и реконструкции теплосетей необходимо оценить надежность и классифицировать их техническое состояние, т.е. по совокупности потребительских свойств, учитывающих различную степень износа и значимость указанных выше объектов в общей системе теплоснабжения городов, что и определяет актуальность исследования.

Основные исследования, получившие отражение в диссертации, выполнялись по планам инициативного гранта Российского фонда фундаментальных исследований: 10-07-00463 «Разработка математических моделей, синтез

методов и алгоритмов при управлении бизнес-процессами в системах организационного управления» и выполнение государственного контраста «Разработка перспективного плана теплоснабжения муниципального образования г. Воронеж на период до 2028 года».

Цель и постановка задач исследования. Целью диссертационного исследования является разработка системного обоснования комплексной реконструкции систем теплоснабжения городов путем оценки их технического состояния и надежности для выбора организационно-технологических и управленческих решений при планировании ремонтно-восстановительных работ с применением новых информационных технологий.

Достижение цели работы потребовало решения следующих основных задач:

1. Разработать модель системы теплоснабжения городов как совокупность целенаправленной деятельности теплоснабжающих организаций и подрядчиков, осуществляющих обновление и реконструкцию.

2. Синтезировать имитационную модель для оценки факторов, значимых при принятии решений по обновлению и реконструкции существующих участков теплосетей в целях повышения эксплуатационной надежности.

3. Разработать модель ранжирования участков системы теплоснабжения по значимым факторам для проведения работ по реконструкции и обновлению на основе нормативного и экспертного подходов при отсутствии соответствующих норм.

4. Построить модель прогнозирования и планирования успешности деятельности подрядчиков при обновлении и реконструкции теплосетей для существенного повышения качества проводимых работ.

5. Обосновать рациональную организационную структуру для оценки эффективности при реконструкции и обновлению теплосетей конкретным подрядчиком с разработкой алгоритмов и компьютерных программ.

Предмет исследования — система оценки состояния трубопроводов систем теплоснабжения городов для принятия решений по их обновлению и реконструкции.

Объект исследования - система планирования ремонтно-восстановительных работ на объектах теплоснабжения городов.

Методы исследования. Работа основана на использовании методологии системного анализа, теории графов, численной таксономии, аппарата теории принятия решений, экспертных оценок, имитационного моделирования, динамического программирования.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Модель системы теплоснабжения городов как совокупность целенаправленной деятельности теплоснабжающих организаций и подрядчиков, осуществляющих обновление и реконструкцию систем, позволяющая в отличие от традиционных выявлять общие закономерности функционирования путем моделирования и оптимизации организационно-технологических параметров надежности.

2. Имитационная модель для оценки факторов, значимых при расчете надежности труб по параметру внешней коррозии, позволяющая существенно повысить эксплуатационные качества существующих объектов теплоснабжения.

3. Модель выбора подрядчиков для проведения работ по обновлению и реконструкции теплосетей, позволяющая создавать наиболее рациональные организационные структуры по критерию качества.

4. Автоматизированная система подготовки производства при плакировании ремонтно-восстановительных работ инженерных коммуникаций систем теплоснабжения с разработкой алгоритмов и компьютерных программ.

Достоверность научных результатов. Научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации, включенные в диссертацию, обоснованы математическими доказательствами. Они подтверждены расчетами на примерах, производственными экспериментами и многократной проверкой при внедрении в практику управления.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в разработ-

ке обоснования реконструкции систем теплоснабжения городов с помощью системы оценки состояния и классификации объектов теплоснабжения для выбора организационно-технологических и управленческих решений по их обновлению и эксплуатации, с разработкой соответствующих алгоритмов и компьютерных программ.

Апробация работы.

Материалы диссертации, ее основные положения и результаты доложены и обсуждены на международных и республиканских конференциях, симпозиумах и научных совещаниях в 2007 - 2010 гг., в том числе - 5-я международная конференция «Системы управления эволюцией организацией» (г. Салоу, Испания; г. Воронеж, 2007 г.); материалы международной конференции «Экономическое прогнозирование: модели и методы» (г. Воронеж, 2007 г.); «62 - 65 научно - технические конференции ВГАСУ» (г. Воронеж 2010 -2013 гг.); 64-67-й научно-технических конференциях по проблемам архитектуры и строительных наук (г. Воронеж, 2009-2013 г.).

Выводы и рекомендации, полученные в результате диссертационного исследования, применялись при оценке состояния объектов теплоснабжения в г. Воронеже. Основные положения и разработки диссертационного исследования применяются в учебном процессе при изучении дисциплины «Автоматизированные системы управления зданиями и сооружениями» в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 145 страницы текста, 34 рисунка, 6 таблиц и 2 приложений. Библиография включает 145 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, описываются цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проанализированы существующие варианты организа-

ции ремонта и реконструкции систем система теплоснабжения городов.

Существующие варианты математического моделирования работ по планированию и проведению ремонтно-восстановительных работ инженерных коммуникаций требуют оценки множества факторов: надежности тепловых сетей, переменных гидравлических режимов при работе этих сетей в

нормальных и аварийных условиях, опыт и репутации подрядчиков на дан/

ном рынке услуг, состояние материалов, необходимых при выполнении работ, опыт и квалификации сотрудников и многое другое.

Тепловая сеть — основное звено системы теплоснабжения (СТ). в значительной степени определяющее надежность, качество и экономичность подачи теплоты потребителям. Под тепловой сетью понимают трубопроводы с оборз/дованием и сооружения на сетях: насосные, дроссельные станции, тепловые пункты (рис. !).

Тепловые сети больших централизованных систем теплоснабжения представляют самостоятельную систему, имеющую два иерархических уровня: магистральные сети и распределительные — внут-риквартальные и районные.

Не секрет, что сегодня на первый план при выборе подрядчика идет критерий стоимости работ, а качество инициируется только по соотношению с ценой, что в корне неверно.

Рис. 1. Фрагмент СТ г. Воронежа

Необходимо проводить согласованные процедуры планирования и оценки качества работ на основе заданных показателей с привлечением средств автоматизации, создание резервных контуров обратной связи для повышения надежности и непрерывного обеспечения потребителей теплом при любом

развитии ситуации, существенно снизить теплопотери и многое другое. Таким образом, на первый план выходит не аварийная задача залатывания дыр, а повышение ответственности к планированию не только самих результатов, но и организации работ на каждом этапе с параллельной проверкой их качества.

Существующие методы оценки надежности СТ для обоснования и принятия решений по реконструкции и обновлению не позволяют в полной мере определить какие факторы важны для принятия решений эксплуатирующей компанией, т.к. необходима статистика работы за несколько лет, что не всегда выполнимо.

Во второй главе разрабатывается модель системы теплоснабжения городов как совокупность целенаправленной деятельности теплоснабжающих организаций и подрядчиков, осуществляющих обновление и реконструкцию систем в целях повышения надежности системы. В качестве модели для решения поставленной задачи используются ориентированные взвешенные графы.

Представим СТ, как ориентированную сеть с параметрами А), где

N={1, 2,......,п} — множество тепловых камер, А - матрица трубопроводов, Ху

частота аварий в течение гарантийного срока ремонта (рис. 1).

При проведении работ по ремонту теплосетей подрядчики оценивают качество работ на основе комплексных испытаний гидравлических режимов,

причем зачастую из-за дефицита времени большая часть ремонтируемой теплотрассы оказывается засыпанной грунтом. Такие параметры как оценка целостности участка и теплопроводные свойства оказываются за пределами данных испытаний, что приводит к недобросовестности и перекладыванию ответственности с подрядчика на заказчика и наоборот. В работе предлагается оснастить тепловые камеры ремонтируемых участков системой датчиков температуры, давления и контроля изоляции, а также дистанционно управляемой запорной арматурой управляющей перемычками между ремонтируемой и альтернативной магистралями.

На первом этапе проводим плановую оценку надежности гидравлических режимов СТ с использованием атрибутивного графа.

Шаг I. Для всех ребер (г,/) положим остаточную пропускную способность равной первоначальной, т.е. приравняем: (vtj, v¡¡) = (Vy, Уц). Назначим ai = оо и пометим узел 1 меткой [-, оо]. Отсюда / = 1.

Шаг 2. Определяем множество Q, как множество узлов /', в которые можно перейти из узла /' по ребру с положительной остаточной пропускной способностью (т.е. vy> 0 для всех j е Q,). Если # 0, выполняем третий шаг, в противном случае переходим к шагу 4.

Шаг 3. Во множестве Q, находим узел к, такой, что: vtk = max {vj (при j е Qi). Пусть ак = cik, тогда пометим узел к меткой ¡7, а,,.]. Если последней меткой помечен узел стока (т.е. если к = п), сквозной путь найден, и мы переходим к пятому шагу.

Шаг 4. Если / = 1, сквозной путь невозможен, и мы переходим к шагу 6. Если г Ф 1, находим помеченный узел /-, непосредственно предшествующий узлу /', и удаляем узел / из множества узлов, смежных с узлом г.

Шаг 5. Обозначим через Np = {1, kl, k2, .... п} множество узлов, через которые проходит /р-й найденный сквозной путь от узла источника (узел I) до узла стока (узел п). Тогда максимальная пропускная способность определяется соотношением:

/,, = min {а,, ак/, ак2.....а,,}. (I)

Шаг 6. При т найденных сквозных путей:

9

F = fl+fi+-+fm- (2)

Имея значения начальных (F,v, Vji) и конечных (v,;, vtl) пропускных спсо-собностях ребра (/, j), можно вычислить рациональную следующим образом. Положим (а, /?) = (Уу - vy, V„ - v/7). Если a > 0, надежность ребра (i, j) равна а. Если же /J > 0, то [}. (Случай, когда одновременно а > 0 и /? > 0, невозможен).

Шаг 7 Зададим строку D0) = (d,il,,d^>,...d^>), - тепломагистрали между тепловой камерой 1 полагая, что d\V) - 0, df = a>tj, dj' (/' * /) / у . В этой строке есть вес ¿у,, дуги (а,, <яу), если (а,, существует и й?'1' сю.

Шаг 8. Теперь определим строку Dm = (с/112),аГ'2),...а^2)), полагая <r/j2) min{ ¿¡"X." + <у(/}, к=1_____я. Вычисляем нижнюю оценку стоимости атрибутивной сети по критерию максимальной пропускной способности сети с М ребрами: W*=(W,*+W,*)/2.

Шаг 9 Проверяем ограничения И-',,, < IV„„„. Если ограничения не выполняются, то генерируется очередной граф с М ребрами, проверяются ограничения и далее действия повторяются.

Таким образом, получен модифицированный алгоритм Форда-Белмана для определения надежности участков СТ до проведения ремонта подрядчиками, что позволит оценить надежность СТ, как на магистральном, так и внутриквартальном уровнях. Далее в ходе испытаний проводим сравнение данных гидравлических режимов расчетного и реального (рис. 3).

Рис. 3. Сравнение плановых и реальных гидравлических потерь В случаях расхождения результатов испытаний более чем на 20% необ-

ходимо установить причины и принять меры к их устранению.

На втором этапе проводим комплексную оценку надежности ремонтируемого участка по параметру обеспечения требуемого давления. Для этого воспользуемся второй математической моделью потокораспределения по закону Киргофа. Тогда уравнение баланса по давлению можно записать в следующей форме:

А =-Атр, к + Н = -8Хх (3)

где: х=(х1,...,х„)т - вектор расходов на исследуемых участках сети; Ъ=(Ъ,,...,Ь„)т - вектор напоров, Н=(Н,.....Н„)т - вектор действующих напоров; з=(5,,...,я„)т - вектор гидравлических сопротивлений; р=(ри---,р,«-1) т - вектор заданных давлений; т - знак транспонирования; А - полная матрица соединений всех тепловых камер сети с трубами.

Введя диагональная матрица из абсолютных значений расходов на участках получим: А + Н = £Хх

Тогда преобразуем (3) к следующему виду:

А"'р + 8Хх = Н (4)

Откуда получим соотношение для расчета давления на исследуемых участках сети:

_Н - БХх

Р" ~ А'" (5)

Проведя на основании (5) плановые расчеты давления на исследуемых ремонтируемых участках сети подрядчик составляет план испытаний, причем для каждого участка выбирается максимальное давление (рис. 4).

ШЯШЯВШШЮНЖЯ?*' "-шла)

_ К? 1 г Р?64 [Тб<

м <=" э г- (Тё5 [Тй

— V? 3 Г" ¡127 |Гг5

- а э. г [тп ггй--

" & 1 Г" [¡24

Г|.Пока»Йо.^ | Зздагодитетоэоны I

Рис. 4. План давлений опрессовок при ремонте участков сети

Затем подрядчик проводит испытания на отремонтированных участках сети, результаты которых заносятся в таблицу 1.

Таблица I

агь ист-к налорй 4

Дэта | Время { Геодезии | Дззляндо ! ПОДПОр ! У: 6ЧКЗ *

25.01 2004 18:24 00 87 200 0 0

> 118:30 00 87 120 0 0

25.01 2004 13.0014 87 120 0 0

25.01 2004 1900 4? 87 160 0 0

Индекс источника |

Г8оя источника (м в с) [ Дата опрессовки Г~

Время опрессовки |! Давление (н.в.с) I

Оценка надежности проводится в соответствии с данными расхождения между расчетными и прогнозными показателями давления.

Затем проводим расчет теплопотерь на участках ремонта. На первом этапе используя требуемые величины, заказчик формирует план работ для подрядчика по каждому участку сети требующей реконструкции или ремонта. Тепловые потери на участке планируемого ремонта рассчитываем по следующим параметрам:

(Т -Т )

о =-----^---Ь/З (6)

где: (Тп.-Т,р) - удельные тепловые потери; ¿-длина

участка; /3 -коэффициент местных тепловых потерь (потери арматурой, компенсаторами, опорами ¡3=1.2).

Существенное значение на Q оказывают: температура теплоносителя и грунта, термические сопротивления от изоляции, в канале и грунте, глубина залегания трубы, геодезическая точка. В результате расчетов получаем пьезометрический график (рис. 5) позволяющий оценить зависимость температуры теплоносителя на конкретных участках сети. В результате сравнения плановых и рабочих испытательных пьезометрических графиков делается вывод о качестве проведенных подрядчиком работ. Таким образом, предлагаемая в работе методика основывается на оценке надежности планируемых и выполняемых подрядчиком ремонтных работ не по классической формуле оценки вероятности безотказной работы как зависимости интенсивности вы-

хода из строя, а с использованием циклограммы трех параметров оцениваемых с помощью средств автоматизации: надежности гидравлических режимов', надежность ремонтируемого участка по параметру обеспечения требуемого давления; планируемые тепло по терн.

— 432.00. С«р - ДСК. Л — 400.73 Сет - МОП Сер— 201.93 Сер - 4Л.<М| - АОС

Ссраигт сел-ЧО»,73 ОЯ1 - 400.71 Скр- 201.93 СП1»«4ЯП Са>> 4.аа

Рис.5. Пример пьезометрического графика

Такой подход позволяет не только заранее планировать формы и методы организации работ на стройплощадке, необходимые материалы и способы контроля качества с использованием средств автоматизации, что позволит минимизировать брак, увеличить время безотказной работы и снизить тепло-потери в сетях.

Скорость наружной коррозии труб при оценке надежности и выбора изолирующего материала на сегодняшний день, как правило, не учитывается, т.к. недостаточно фактических данных. Однако допущение, что при нормативных условиях (наличие изоляционного покрытия, отсутствие затоплений и т.п.) срок службы трубы определяется внутренней коррозией зачастую приводит к грубым просчетам при оценке надежности. При ненормальных условиях величина коррозии определяется эмпирически - вырезкой образцов, что крайне нежелательно.

Поэтому предлагается имитационная модель для оценки наружной коррозии труб СТ в зависимости от факторов, значимых при принятии решений по обновлению и реконструкции участков теплосетей, позволяющая

существенно повысить достоверность прогноза при планировании ремонтно-восстановительных работ за счет выявления факторов и диапазона их значений существенно влияющие на результат деятельности. Тогда надежность г-го уровня для отрезков труб, можно представить в виде классической модели черного ящика (рис. 6),

äsLJESL.__

Участок СТ. - г' С!.» 1

f

& • 3 \

Рис. 6. Имитационная модель оценки надежности CT на i-м участке магистрального уровня

где: Xj - диапазон значений факторов на входе ä-ro участка (задается экспертами); fj(xi,x2,x3,...,xn)- результат значений расчета надежности в зависимости от факторов и их значений; w, - вес органа эксплуатации и ремонта на данном участке; R- значение техрегламента (0;1).

Аналогично проводится построение имитационной модели для внутри-квартальных сетей. Далее проводим факторный эксперимент для оценки степени влияния отдельных параметров, значение которых превышает пороговое, полученное в стандартизованной процедуре ANOVA.

Допустим, что в ходе эксперимента получена истинная модель

£(>', )=/?„+£ ß,x„ + 11 ßikx х„, (7)

i 1 / h

где можно получить чистые квадратичные эффекты ß. Пусть к факторов х объединены в g групп X]v.., Xg. Эти g групп проверяются в плане разрешения III. Тогда мы знаем, что £x/t =0, j = l,...,k , и если факторы / и / принадлежат

одной группе, то V(x(x,/)= 1)= N. Если же факторы j и/ принадлежат к

двум различным группам, то У](х(ух') = 0.

В плане Плэкета—Бермана взаимодействие двух факторов можно выразить как линейную комбинацию главных эффектов и общего среднего. Отсюда столбец взаимодействия между j и /, допустим хч., удовлетворяет

(8)

или

х,х/=±а,х,. (9)

>=0

Следовательно,

= а,1,хЛ" = Ма/'. (10)

: I /«!) I /

где последнее равенство следует из (8) и (9). Главный эффект оценивается из:

откуда

Проанализируем выражение (12): в силу (10) первое слагаемое обращается в нуль; в силу (10) и (11) второе слагаемое сводится к , где

фактор ^ принадлежит к той же группе, что и р (или фактор р и есть сам фактор если р = 5); в силу (11), последнее слагаемое сводится к Х.Х,,Д,„.

где факторы г, IV и р принадлежат трем различным группам (а множитель а,

= 1 для плана 2®;' ). Таким образом,

£(«,) = . (13)

Таким образом, определив важность факторов, влияющих на внешнюю

коррозионность труб СТ мы можем снизить неопределенность при расчете

15

надежности участков сетей нуждающихся в реконструкции и обновлении, что позволит подрядчику использовать в плане расчетов не 18 параметров, а два-три наиболее значимых для расчетов.

В результате проводимых выше расчетов синтезирован алгоритм формирования участков теплосети с различными рангами ремонтно-восстановительных работ:

I. Просматривается множество участков и выбирается с наличием нескольких дефектов при минимальным расстоянием между ними. При нахождении участка он помечается (раскрашивается), в противном случае -поиск завершается.

II. Ищем ближайший участок от одной из границ дефекта, лежащего на расстоянии < L от границы.

L =lm/fn-l) *KC + JL, где L- длина текущего участка, (п-1) - количество уже присоединенных оучастков, К,. - ограничивающий коэффициент, (подбирается эвристически), Al - допуск. Т.е. наращивание участка происходит при линейном увеличении шага поиска (L).

III. При формировании участков необходимо учесть: расстояние от его границы до тепловой камеры или- если это расстояние меньше, чем заданный процент (25%), то отрезок продлевается до камеры; допуск - на эту величину отрезок увеличивается в обе стороны.

Рассмотрим пример (рис. 7).

Li .2.

А-

Рис. 7. Пример формирования участков труб СТ с различными приоритетами замены

Выбрав начальную пару дефектов 1 и 2, расстояние между которыми

16

равно, 1 м, определяем по формуле Ь (шаг поиска).

Ь = 1м / (2-1) * 3 + 5м = 8м Если ближайший дефект (3) находится на расстоянии (положим 10 м) от одной из вершин (2) меньше Ь=8м, то отрезок 2-3 присоединяется к наращиваемому отрезку. После этого рассчитывается следующее значение Ь = (1м + 11м)/(3-1)*3 + 5м = 23м И следующий дефект ищем на расстоянии не более Ь=23м от дефекта 1 или 3. Процесс продолжается до отрицательного результата поиска.

При проведении работ по реконструкции и обновлению теплосетей весьма актуальной остается задача выбора оптимального подрядчика, выполняющего работы в срок и с наилучшим качеством. Такую задачу проведем на основе экспертных методов с использованием расплывчатых категорий.

Пусть имеется и подрядчиков, с которыми работает строительная фирма, причем каждый из них оценивается набором из т критериев (данные получены из БД по всем подрядчикам данного СРО. Тогда получаем многокритериальную задачу для проведения оценки, которую можно привести в конечном итоге к интегральной для каждого из анализируемых подрядчиков. Тогда экспертам необходимо формировать вопросы в общем виде, а в качестве результата формироваться заключение по ранжированию объектов теплоснабжения в виде спроецированного на числовую ось вектора приоритетов.

Алгоритм ранжирования подрядчиков

Имеется и объектов СТ требующих реконструкции или обновления с т факторами, позволяющими оценивать степень их соответствия определенным требованиям, определяемыми руководством компании - заказчика при подготовке и реализации данного проекта.

Шаг 1. Пусть оценка хи определяет значение_/-ого фактора у /-го подрядчика. Тогда представим исходные данные для решения задачи ранжирования в виде матрицы.

х1, х

,1 л„2 — •

Качественное значение показателей будет определять значение элементов матрицы ранжирования. Причем анализируются не только количественные, но и качественные факторы. Для учета разнородности количественных факторов, проводим их предварительную нормировку, путем полной нормализации, которая позволит все факторы привести к одному типу в диапазоне [0-1] вида:

> факторы максимизирующие цели:

х„ -

шах _ т,п

ла Л<1

> факторы минимизирующие цели:

л:

„тач тт

хч хч

где , х™т - верхняя и нижняя границы оценки факторов; уч - стандартное значение фактора х^.

Полученные зависимости для определения факторов отражают ориентацию на максимальные значения функции идеального соответствия вычисляемой по формуле: у) =таху0 .

/

Для определения качественных факторов, которые, как правило, задаются вербально, в виде лингвистических переменных: «высокий», «низкий», «средний», предлагается провести их ранжирование (упорядочить предлагаемые альтернативы по приоритетности).

Шаг 2. На основе матрицы исходных данных, синтезируем матрицу потерь Л = ||а?/|| следующим образом: каждый произвольный элемент матрицы потерь определяет суммарные потери по всем показателям, когда под-

рядчик i определен на j-ое место; определяем вспомогательные вектора тг"

по каждому из количественных факторов; компоненты произвольного вектора показателя к отражают его значения в порядке убывания приоритетности. Количественные показатели потерь вычисляем по формуле:

ml . .

a]j = Xky — xik , где ml - число количественных показателей.

i=I

Качественные показатели потерь производим на основании векторов предпочтений: Р* = (Р,*, Р*,..., Р*), Ä = l.ml, где Р/ - порядковый номер подрядчика определенном ранжированием на i-oe место по фактору k; ml -число качественных показателей.

При ранжировании первое место занимает наиболее лучший, с точки зрения рассматриваемого фактора подрядчик - далее по убыванию значений (рангов). Затем каждому вектору Р" поставим в соответствие вспомогательный вектор синтезированный по числу предпочтительных по фактору к на-

П12

правлений. Тогда, для определения потерь применим: а" = Xя, ~ ■

Таким образом, общая зависимость для определения потерь с учетом количественных и качественных факторов определим:

mli г. I m2i ,|

*,, = Ik*-*J+lk-* (14)

к= 1 Ы '

Следовательно, матрица потерь определяет их значение при выборе конкретного подрядчика.

Шаг 3, На основе медианы Кемени, осуществим групповое ранжирование с учетом индивидуальных предпочтений экспертов. Отыскание медианы Кемени эквивалентно решению задачи о назначениях, коэффициенты целевой функции которой определяются формулой (14). Тогда задача группового ранжирования записывается следующим образом:

¿iX-Xwi -»min, i>*,=l, 1 = 1,п, ¿xkl=I, к = l.w, (15)

k=l 1=1 Ы 1=1

хк/ e {о, 1 }k,l = Ui

Получив матрицу Х*={х^}, проведем ее анализ по строкам: если хы = 1, тот в восстановленном векторе группового предпочтения Р полагаем р; = к.

Шаг 4. Полученные результаты используем для получения количественных оценок каждого из подрядчиков. При этом применяется следующий алгоритм: по упорядочению вектора группового предпочтения Р* формируем матрицу парных сравнений Ь* ={ак,}, к, 1 = 1, п, элементы которой определяются по следующим правилам: аы = 2, если подрядчик к, является более предпочтительным, чем ¡-ый подрядчик; аы = 1, если к-ый и 1-ый поставщики имеют одинаковый ранг; ак, =0, если к-ый менее предпочтителен, чем 1-ый; вычисляем сумму элементов каждой строки и сумму всех элементов матри-

п п

цы: и а' - ; находим оценки, соответствующие каждому

М /Ы

подрядчику: Хк~а'к^а' к = \,п

Полученные результаты позволяют произвести обоснованное групповое ранжирование подрядчиков при выполнении ремонтно-восстановительных работ на участках теплосетей, не только по количественным, но и по качественным показателям их деятельности, что существенно повышает адекватность принимаемых решений.

В третьей главе разработана автоматизированная система подготовки производства при планировании ремонтно-восстановительных работ инженерных коммуникаций систем теплоснабжения с разработкой алгоритмов и компьютерных программ. Реализация предложенных в диссертации моделей и механизмов получило практическое воплощение при выполнении государственного контракта «Разработка перспективного плана теплоснабжения муниципального образования г. Воронеж на период до 2028 года».

Укрупненная структура инструментальных компонент представлена на рис. 8.

Для повышения надежности предлагается оснастить запорной аппаратурой и перемычками все тепловые камеры.

Средства администрирова- Средства обработки и об «гена данными Средства настройки

Система настройки прав пользователей н разграничения доступа Учет оценок границ в многомерных критериальных матрицах. Имитационный субкомплекс Выбор подрядчика по критериям качества работ

Система настройки пользовательских интерфейсов Редактор экранных диалогов

Модуль пошагового выполнения операци» Ашогпапоп Планирование ремонт -но-восстановительных оаоот

Монитор пользователей и журналы регистрации Оценка результатов комплексных испытаний

Рис.8. Структура инструментальных компонент разработанного программного обеспечения

В этом случае тепломагистрали вместе с перемычками образуют единую сеть, а диаметры теплопроводов тепловых сетей, включая перемычки, рассчитывают на пропуск необходимых расходов теплоносителя при самых

Задвижки диаметром 400—500 мм и более делают с электроприводом. Расстояние между задвижками — 1—2 км. В этом случае при возникновении аварии подрядчик кроме планов выполнения работ получает ограничения по времени, т.к. потребителя получают тепло от альтернативного поставщика и деньги идут ему.

Список всех перемычек заносится в базу данных и доступен всем под-

рядчикам СРО (табл.2).

Таблица 2

п/о Дигги«тр и ару Длина га одез^е-ская Расход м/з тру бу- Скорость и/се к Геодеэ. от V« т ка 2 Длина Ге одег. отметка 1 Г»"ДР- сопротивление

О 325 ■70.02273773 ЗИ 15 14б.£0 70.03274 147.20 4.94 Е-06

п 325 77.27449799 311 3-5 146.60 77.2745 147.20 5.4 5 Е-06

0 326 6.9657278-06 £23 1.61 153.20 6 965728 154.40 222Е-07

Г) 426 8.2399587£3 52 3 1.61 153.20 8.239959 154 40 243Е-07

п 426 36.96004106 516 1.56 154. {£} Зб.уБЗМ 157.90 6.17Е-07

О 426 22.63427162 516 1.55 154. 28.63427 157.90 4.78Е-07

0 325 248.8000031 305 1.52 149.30 248.3 149.20 175Е-05

п 325 252 8000031 305 1.52 149.30 252.8 149.20 178Е-05

0 3-00 7.АЭФ0Х35 289 1.43 159.70 7.4 159.70 «ООЕ-07

Проведена аналитическая оценка эффективности разработанных мероприятий по повышению надежности участков теплосетей в результате изменения регламента обновления и реконструкции при проведении работ подрядчиками: на магистралях - 11%, на внутриквартальных сетях - 7%.

В заключение описывается практическая реализация предложенных моделей в практики работы подрядных строительных компаний.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана модель системы теплоснабжения городов как совокупность целенаправленной деятельности теплоснабжающих организаций и подрядчиков, осуществляющих обновление и реконструкцию систем.

2. Синтезирована имитационная модель для оценки факторов, значимых при расчете надежности труб по параметру внешней коррозии.

3. Определена модель выбора подрядчиков для проведения работ по обновлению и реконструкции теплосетей.

4. Получена автоматизированная система подготовки производства при планировании ремонтно-восстановительных работ инженерных коммуникаций систем теплоснабжения с разработкой алгоритмов и компьютерных программ.

5. Проведена аналитическая оценка эффективности разработанных мероприятий по повышению надежности участков теплосетей в результате изменения регламента обновления и реконструкции при проведении работ подрядчиками: на магистралях - 1 1%, на внутриквартальных сетях - 7%.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих

Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Черников, Д.Н. Формирование профессиональных компетенций при взаимодействии образования и бизнеса [Текст] /Белоусов В.Е., Черников Д.Н.// Вестник Воронежского государственного технического университета. -Том 7. - № 6. - Воронеж. - 2011. - С. 88-91.

2. Черников, Д.Н. Обоснование и выбор качественных показателей подрядчиков при реализации строительного проекта [Текст] / Черников Д.Н.// Экономика и менеджмент систем управления. Научно-практический журнал -№ 1.1(11). — Воронеж. - 2014. - С. 166-171.

3. Черников, Д.Н. Экспертная система поддержки принятия решений при оценке эксплуатационной надежности объектов недвижимости [Текст]/ Белоусов В.Е., Черников Д.Н.// Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии -№ 1. - Воронеж. - 2014. - С. 87-93.

4. Черников, Д.Н. Прогнозирование состояний систем организационного управления с использованием быстрого преобразования Фурье [Текст] / С.А. Баркалов, Нгуен Тхань Жанг, Д.Н. Черников // Математические проблемы современной теории управления системами и процессами: материалы Междунар. молодежи, конф. - Воронеж. - Научная книга. - 2012. - С. 275-

5. Черников, Д.Н. Прогнозирование состояний сложных объектов на основе метода имитационного моделирования [Электронный] /Белоусов В.Е., Половинкина А.И., Черников Д.А. //Итоги 65-й всероссийской научно-практической конференции «Инновации в сфере науки, образования и высоких технологий». - Пенза. - 2011. - № 570.

6. Черников, Д.Н. Мотивационное управление в смешанных задачах организационного управления [Текст] /Некрасов- Д.П., Черников Д.Н.//Научный вестник ВГАСУ. Серия управление строительством. - ВГА-СУ,- №3.- 2011.-С. 245-252.

7. Черников, Д.Н. Определение состояний объектов методом груп-

публикациях:

Статьи, материалы конференций

279.

•С

пового учета аргументов [Текст] /Балашов В.Г., Черников Д.Н.//Научный вестник ВГАСУ. Серия управление строительством. - Изд-во ВГАСУ. -№3,- 2011.-С. 253-258.

8. Черников, Д.Н. Механизмы функционирования организационных систем с помощью имитационных игр [Текст] / В книге: Баркалова С.А., Белоусова В.Е., Маиляна А.Л. «Теория и практика имитационного моделирования при управлении социально-экономическими системами»// Воронеж. -ООО Научная книга. - 2011. - С. 174-192.

9. Черников, Д.Н. Метод экспертной оценки уровней свойств и качества продукции [Текст] / В книге: Баркалова С.А., Белоусова В.Е., Саниной Н.В. «Квалиметрия»// Воронеж. - ООО Научная книга. - 2013. - С. 111-128.

10. Черников, Д.Н. Принципы организации контроля эффективности реализации целевых программ [Текст] / В книге: Агафонкина Н.В., Баркалов С.А., Белоусов В.Е. «Методы и способы сценарного управления инвестиционно-строительными комплексами регионов России »// Воронеж. - ООО Научная книга. - 2014. - С. 189-197.

ЧЕРНИКОВ ДМИТРИИ НИКОЛАЕВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

Специальность 05.23.08 — Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 24.03.2014. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл. п. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ

______№171_______

Отпечатано: отдел оперативной полиграфии Издательства учебной и учебно-методической литературы Воронежского ГАСУ 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84