автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Интерактивное планирование организации производства ремонтных работ в зданиях

На правах рукописи

Муминова Светлана Рашидовна

ИНТЕРАКТИВНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА РЕМОНТНЫХ РАБОТ В ЗДАНИЯХ

Специальность: 05.02.22 - Организация производства (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ЛЕК 2012

Москва-2012

005047621

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательнои учреждении высшего профессионального образования «Московски! государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Волков Андрей Анатольевич Официальные оппоненты:

Гусакова Елена Александровна, доктор технических наук,

ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»,

профессор кафедры Организации строительства и управления недвижимостью

Лебедев Владимир Михайлович, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова», доцент кафедры Городского строительства и хозяйства

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшег профессионального образования "Ростовский государственный строительны] университет" (РГСУ).

Защита состоится 27 декабря 2012 года в 16.00 на заседании диссертационног совета Д212.138.01 на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительны университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, «Открытая сет образования в строительстве», ауд. №9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московски государственный строительный университет».

Автореферат разослан 26 ноября 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Куликова Екатерина Николаевн

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования определяется тенденцией, которая наблюдается в современном состоянии жилых и общественных зданий Российской Федерации: при возрастающих объемах строительства доля ветхих и аварийных зданий остается неизменной, т.е. объем ветхих зданий продолжает увеличиваться. Недостаточность финансирования сферы капитального ремонта и реконструкции приводит к постоянному накапливанию объема фонда зданий, которые после начала эксплуатации достигли необходимого для проведения ремонта и реконструкции возраста, но не попали в число обновляемых объектов.

Переход от субъективного отбора элементов зданий (собственно зданий) для ремонта к сознательному выбору таких элементов в зависимости от срока эксплуатации представляет серьезное качественное изменение в подходе к организации ремонта. Одним из важных вопросов в системе организации ремонта зданий является установление времени начала ремонта и его периодичности. Анализ состояния здания во времени показывает сложную взаимосвязь системы «здание - элементы - время».

Важнейшей частью организации ремонтно-профилактических работ является разработка их стратегии, которая должна включать меры по снижению затрат на техническое содержание и ремонт жилищного фонда, а также на эффективное расходование топливно-энергетических ресурсов.

В разное время в обозначенной области выполнены исследования целого ряда известных отечественных (Гусаков A.A., Николаев C.B., Стражников A.M., Касьянов В.Ф., Киевский JI.B., Грабовый П.Г., Римшин В.И., Синенко С.А., Чулков В.О. и др.) и зарубежных (Шрёдер Ю., Паль П.Я. и др.) ученых, составивших существенную часть методологии исследования, избранной автором.

Различные оптимизационные алгоритмы, реализованные на ЭВМ, предназначены для задач объемно-календарного планирования, для задач небольшой размерности или для задач, не учитывающих некоторых существенных реальных ограничений. В этой связи актуализируются теоретические подходы, ориентированные на длительную перспективу и предусматривающие возможность моделирования параметров функционирования зданий в интерактивном пользовательском режиме.

В этом смысле актуальной и значимой представляется задача построения комплексного подхода к интерактивному планированию организации производства ремонтных работ, когда лицо, принимающее решение получает возможность использования нового автоматизированного инструмента моделирования, масштабно-инвариантного по отношению к избранной декомпозиции объекта ремонта (элемент здания, собственно здание, комплекс зданий и проч.). Отдельная важная задача, решение которой необходимо для практического построения подобного инструмента — создание оценочного механизма представления процесса физического износа (ФИ) зданий на уровне,

необходимом для формирования в рассматриваемой модели групп классификационных подмножеств.

Научно-техническая гипотеза диссертации состоит в предположении возможности интерактивного моделирования планирования организации ремонтных работ в зданиях на основе масштабно-инвариантного оценочного представления процесса физического износа составляющих элементов и собственно зданий.

Цель диссертации состоит в повышении эффективности планирования и организации ремонтных работ в зданиях на основе интерактивного моделирования.

Дня достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1) анализ теории и практики оценки состояния зданий;

2) анализ теории и практики планирования организации производства ремонтных работ в зданиях;

3) построение масштабно-инвариантного метода оценочного представления процесса физического износа зданий;

4) разработка методики сценарного моделирования планирования ремонтных работ в зданиях;

5) построение интерактивной модели планирования организации производства ремонтных работ в зданиях;

6) создание открытой схемы информационного обеспечения процесса планирования организации производства ремонтных работ в зданиях;

7) практическая апробация результатов исследования;

8) формулировка перспективных направлений исследований в рамках предмета исследования и полученных результатов.

Объектом исследования является жизненный цикл зданий.

Предметом исследования являются объекты и процессы планирования организации производства ремонтных работ в зданиях.

Теоретическими и методологическими основами исследования стали системный анализ и системотехника строительства, теория организации и планирования строительного производства, математическое моделирование, теория множеств, тематические работы отечественных и зарубежных авторов, действующая нормативная и законодательная документация в рассматриваемой области.

Научная новизна диссертации заключается в создании:

- масштабно-инвариантного метода оценочного представления процесса физического износа зданий;

- методики сценарного моделирования планирования ремонтных работ в зданиях;

- интерактивной модели планирования и организации производства ремонтных работ в зданиях;

- открытой схемы информационного обеспечения связанных процессов планирования организации производства ремонтных работ в зданиях.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что разработанная интерактивная модель планирования и организации

производства ремонтных работ в зданиях может быть использована в деятельности организаций, ответственных за выполнение технического обслуживания и ремонта зданий. Масштабно-инвариантный метод оценочного представления процесса физического износа зданий может быть применен для комплексной оценки состояния жилищного фонда отдельных городов.

Апробация работы. Основные теоретические и методические положения диссертации докладывались и апробированы на международных научных и научно-практических конференциях: «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (г.Москва, 2011г.); «Computing in Civil and Building Engineering, Proceedings of the International Conference» (г. Ноттингем, Великобритания, 2010 г.); «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (г.Москва, 2011г.); «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (г. Москва 2011 г.); «11th International Conference on Construction Applications of Virtual Reality» (г. Веймар, ФРГ, 2011 г.); секции Научно-методического совета по информационным системам и технологиям науки и образования в области строительства (НМС ИСТ) при Международной Ассоциации строительных вузов (АСВ) и Учебно-методическом объединении (УМО) вузов Российской Федерации в области строительства (2009-2012 гг.); заседаниях и научных семинарах кафедры Информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве (ИСТАС) ФГБОУ ВПО «Московской государственный строительный университет» (г. Москва, 2009-2012 гг.).

Внедрение результатов работы. Основные результаты выполненного исследования внедрены в Обществе с ограниченной ответственностью (ООО) «Инженерная фирма ГИПРОКОН».

Результаты диссертации опубликованы в 2008-2012 гг. в 10 научных работах, в том числе - в 5 работах в научных изданиях, входящих в действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, утвержденный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и предложений, библиографического списка и приложений.

Содержание диссертации соответствует пп. 2,3,4, 11 Паспорта специальности 05.02.22 - Организация производства (строительство).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель, основные положения, выносимые на защиту, указана научная новизна работы.

В первой главе проведен анализ теории и практики планирования организации производства ремонтных работ в зданиях. В результате анализа

было установлено, что масштабы деятельности по ремонту, например, жилых зданий, в настоящее время, как правило, не соответствуют необходимым объемам, т.к., несмотря на высокие темпы строительства, количество ежегодно возводимого жилья остается недостаточным, чтобы полностью заменить ветхий фонд. На протяжении последних десятилетий доля ветхих домов и домов, находящихся в аварийном состоянии, остается практически неизменной. В 2011 г. ветхий и аварийный жилой фонд в нашей стране составлял 78,4 и 20,5 млн. кв. м. соответственно.

Основные нормативные документы, регламентирующие планирование, организацию и проведение ремонтных работ (Методическое пособие по содержанию и ремонту жилищного фонда (МДК 2-04.2004), Правила и нормы технической эксплуатации жилищного фонда (Постановление Государственного комитета Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу от 27 сентября 2003 г. № 170), Ведомственные строительные нормы ВСН 58-88 (р) «Положение об организации и проведении реконструкции, ремонта и технического обслуживания зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения») в общем виде устанавливают сроки проведения ремонтно-профилактических мероприятий для зданий и определяют перечень работ для устранения повреждений элементов зданий.

Планомерный подход к ремонтным работам важен для оптимизации графиков проведения технического обслуживания и эффективного использования имеющихся материально-технических и трудовых ресурсов, а также финансовых средств. Такой подход выражается в плане ремонтных работ, состоящем из перечня мероприятий, которые подлежат выполнению в будущем, и ремонтном бюджете, т.е. сводной смете расходов на ремонт, дающей финансовую характеристику запланированных работ.

Важными инструментами при планомерном техническом обслуживании являются периодическое прогнозирование и планирование ремонта.

Периодическое планирование дает обзор мероприятий, которые должны быть проведены в течение нескольких лет. При этом различают:

- краткосрочное планирование: неполадки, которые должны быть устранены в короткий срок или для которых наступила очередь проверки;

- среднесрочное планирование — от 1 года до 5 лет,

- долгосрочное планирование — от 6 до 25 лет.

Краткосрочное планирование: годовая программа, которая включает в себя все предсказуемые (и, соответственно, планируемые) ремонтные работы, необходимость осуществления которых в рассматриваемом году была установлена в ходе осмотра. План на короткий срок представляет собой основу для ремонтного бюджета (программы на год), который должен быть утвержден до начала рабочего года, и является, таким образом, производной среднесрочного плана. План включает все мероприятия, которые должны быть проведены в наступающем году и, в первую очередь, восстановление элементов, обнаруживших в ходе технического осмотра частичную утрату своих функциональных качеств.

В теоретическом плане возможны два варианта ремонта: по техническому состоянию, когда ремонт начинают после проявления неисправности для ее устранения; профилактическо-предупредительный, когда ремонт начинают до появления отказа (для его предупреждения). На основе изучения сроков службы и вероятности наступления отказов можно создать такую систему профилактики, которая обеспечила бы безотказное содержание помещений.

Проведение регулярных ремонтно-профилактических работ будет способствовать продлению эксплуатационного срока службы недвижимости.

Анализ возможностей повышения эффективности планирования организации ремонтных работ в зданиях позволил сделать предположение о том, что эффективность системы технического обслуживания может быть увеличена за счет внедрения в практику эксплуатирующих организаций интерактивной модели планирования организации ремонтных работ, основанной на масштабно-инвариантном оценочном представлении процесса физического износа составляющих элементов зданий и собственно зданий.

В связи с изложенным, для достижения цели исследования и решения поставленных задач была предложена методологическая схема исследования (рис. 1).

Во второй главе представлен подход к оценочному моделированию физического износа зданий. Например, оценку физического износа жилого здания проводят в соответствие с «Правилами оценки физического износа жилых зданий» (ВСН 53-86(р)). В данном нормативном документе физический износ на момент его оценки выражается соотношением стоимости объективно необходимых ремонтных мероприятий, устраняющих повреждения конструкции, элемента, системы или здания в целом, и их восстановительной стоимости:

Фк - физический износ конструкции, элемента или системы, %; Ф; -физический износ участка конструкции, элемента или системы, определенный по таблицам из ВСН 53-86(р) %; Р; - размеры (площадь или длина) поврежденного участка, кв. м. или м.; Рк - размеры всей конструкции, кв. м. или м.; п - число поврежденных участков;

Ф3 - физический износ отдельной конструкции, элемента или системы, %; 1; - коэффициент, соответствующий доле восстановительной стоимости отдельной конструкции, элемента или системы в общей восстановительной стоимости здания; п - число отдельных конструкций, элементов или систем в здании.

п

Р,

Ы

где:

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА

Возможность интерактивного моделирования планирования организации ремонтных работ в зданиях на основе масштабно-инвариантного оценочного представления процесса физического износа составляющих элементов и собственно зданий.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Жизненный цикл зданий.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Повышении эффективности планирования и организации ремонтных работ в зданиях на основе интерактивного моделирования.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты и процессы планирования организации производства ремонтных работ в зданиях.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1) анализ теории и практики оценки состояния зданий;

2) анализ теории и практики планирования организации производства ремонтных работ в зданиях;

3) построение масштабно-инвариантного метода оценочного представления процесса физического износа зданий;

4) разработка методики сценарного моделирования планирования ремонтных работ в зданиях;

5) построение интерактивной модели планирования организации производства ремонтных работ в зданиях,

6) создание открытой схемы информационного обеспечения процесса планирования организации производства ремонтных работ в зданиях;

7) практическая апробация результатов исследования;

8) формулировка перспективных направлений исследований в рамках предмета исследования и полученных результатов.

МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Системный анализ и системотехника строительства, теория организации и планирования строительного производства, математическое моделирование, теория множеств, тематические работы отечественных и зарубежных авторов, нормативная и документация в рассматриваемой области. _

Т

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Масштабно-инвариантный метод оценочного представления процесса физического износа зданий.

Методика сценарного моделирования планирования ремонтных работ в зданиях; Интерактивная модель планирования и организации производства ремонтных работ в зданиях.

Открытой схемы информационного обеспечения связанных процессов планирования организации производства ремонтных работ в зданиях.

т

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Проведенный анализ теории и практики оценки состояния зданий выявил неооходимость в разработке методов, основанных на интерактивном прогнозировании сроков службы отдельных элементов и целых зданий для повышения эффективности технического обслуживания и содержания жилищного фонда. 2. Разработан масштабно-инвариантный метод оценочного представления процесса физического износа зданий. 3. Описана методика сценарного моделирования планирования ремонтных работ в зданиях. 4. Построена интерактивная модель планирования и организации ремонтно-профилактических работ для зданий. Интерактивная модель включает две подсистемы, реализующие функции оценочного моделирования процесса физического износа и функции сценарного моделирования ремонтных работ. 5. Описана открытая схема информационного обеспечения связанных процессов планирования организации производства ремонтных работ в зданиях. Открытая схема предназначена для обеспечения взаимодействия специалистов на всех стадиях жизненного цикла жилого здания. Техническая реализация открытой схемы возможна на основе использования технологии информационного моделирования зданий. 7. Результаты исследования апробированы, опубликованы и внедрены в практику организации строительного производства. 8. Сформулированы перспективные направления дальнейшего развития исследований в области технического обслуживания и содержания зданий.

ВНЕДРЕНИЕ

РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ

Основные результаты выполненного исследования внедрены в Обществе с ограниченной ответственностью (ООО) «Инженерная фирма ГИПРОКОН».

Л

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основные теоретические и методические положения диссертации докладывались и апробированы на международных научных и научно-практических конференциях. Результаты диссертации опубликованы в 200&-2012 гг. в 10 научных работах, в том числе - в 5 работах в научных изданиях, входящих в действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, утвержденный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Рис. 1. Общая методологическая схема исследования

С помощью данного подхода можно оценить степень физического износа элемента здания в момент обследования здания, но нельзя определить, как зависит срок службы элемента от его текущего состояния и нельзя оценить степень эффективности проведения ремонтных работ в рассматриваемый момент времени.

Моделирование физического износа необходимо для управления сроком службы, как отдельных элементов, так и целых зданий. Оценочно представляя протекание процесса физического износа в зданиях, становится возможным вырабатывать управляющие воздействия для нейтрализации износа элементов зданий. Как правило, для прогнозирования срока службы элементов зданий чаще всего применяют вероятностные методы оценки. Недостатком таких методов является то, что они не способны дать количественную оценку последствий физического износа, которая, в свою очередь, необходима в процессе планирования и организации ремонтных работ для определения объемов и сроков их проведения.

В связи с этим, в диссертации разработан оценочный подход, реализующий моделирование процесса физического износа для отдельных элементов жилого здания и здания в целом. Суть подхода состоит в том, что математически описывается зависимость стоимости элемента от его возраста.

Согласно известным исследованиям (например, метод Ю. Шрёдера и др.), отношение стоимости элемента ус в рассматриваемый момент времени к стоимости \'с0 нового элемента можно принять в качестве нормированной

стоимости элемента: у--.

Ус0

Абсолютные значения стоимости \с выражаются в денежных единицах. Отношение возраста элемента 1:с измеряемого в годах, к возрасту элемента 1спи11, при котором стоимость элемента становится минимальной, называется нормированным возрастом элемента:

Нормирование стоимостей и возрастов элементов в рамках оценочного подхода необходимо, чтобы обеспечить общее основание для сравнения разнообразных элементов здания.

Так как стоимость элемента уменьшается нелинейно, то функцию, описывающую процесс физического износа, можно представить в виде:

где а - это безразмерный коэффициент, определяющий интенсивность физического износа элемента на основе известных методов инженерного анализа и/или экспертных оценок. Из данной формулы следует выражение для представления нормированного срока службы элемента

*ШЬ =л/1-у),Ге

где у^е — нормированная стоимость элемента к концу его срока службы.

Характер процесса физического износа, протекающего в новом элементе, будет отличаться от процесса физического износа, происходящего в более поздние периоды эксплуатации элемента. В рамках предложенного оценочного подхода можно выделить две фазы представления процесса физического износа

Рис. 2. Двухфазная модель физического износа

Первая фаза с интенсивностью износа а, отражает потерю нормированной стоимости в результате таких эффектов как начальная осадка, растрескивание, вторая фаза с интенсивностью износа а2 - постепенную потерю нормированной стоимости в результате влияния физико-химических процессов.

В данной модели предполагается, что точка межфазного перехода лежит на диагонали, соединяющей точки (1.0,0.0) и (0.0,1.0). С помощью математических преобразований выводятся формулы для вычисления потери стоимости элемента в течение заданного промежутка времени.

На основе разработанного подхода был предложен масштабно-инвариантный (поэлементный, для частей зданий, целых зданий, комплексов зданий и проч.) метод оценочного представления процесса физического износа зданий. В целом, процесс физического износа моделируется сначала на уровне отдельных элементов, затем на уровне классификационных подмножеств элементов, после чего результаты синтезируют в оценочную модель физического износа объекта верхнего уровня (например, целого здания).

При моделировании физического износа здания основные трудности заключаются в том, что:

- нормированные стоимости различных элементов не могут быть суммированы, т.к. абсолютные значения стоимостей этих элементов различны;

- в общем случае элементы с одинаковым нормированным возрастом имеют различный календарный возраст из-за разных сроков службы.

Для устранения обозначенных трудностей была введена зависимость изменения нормированной стоимости элемента от календарного времени. Масштабно-инвариантный метод оценочного представления процесса физического износа зданий предусматривает декомпозицию здания В на п классификационных подмножеств (КлП) элементов Б» состоящих из элементов одинакового типа:

В = 8, иБ2 и...и8„ ¡,ке{1,...п}л1*к->8, г^ =0.

Примерами классификационных подмножеств элементов являются множество окон, дверей, лестничных маршей и проч.

Общая начальная стоимость здания ус0(В) рассматривается как совокупность стоимостей КлП ус.1(51 ). Доля стоимости КлП в общей стоимости здания устанавливается пропорционально значимости КлП :

¡=1 ы ы

Если КлП содержит элементы с различными исходными стоимостями, то в этом случае каждому элементу внутри КлП назначается определенный вес \У(к и вычисляется нормированная величина веса и1к для каждого элемента:

и =

п, к=1

Начальная стоимость элемента Ь1к из множества Б! пропорциональна его нормированному весу в КлП:

= и1кусо(^) = Е,и1кУс0(В).

Величина giulk называется коэффициентом участия стоимости элемента и обозначается через . Тогда начальная (в момент 1=0) стоимость элемента будет определяться по формуле: Ус0(Ъ1к) = г|кус(|(В), а стоимость элемента Н]к, которому в календарный момент времени ^ соответствует нормированная стоимость У1к, будет равна Ус(Ь1к) = у1к21кус0(в).

Таким образом, стоимость здания V,. (В) в момент календарного времени ^ равна сумме стоимостей его элементов:

Ус(В) = ус0(В)££у1к2,к .

¡=1 к=1

Для нормированного ресурса здания данное выражение приобретет вид:

На рис. 3. приведен алгоритм масштабно-инвариантного метода оценочного представления процесса физического износа зданий.

Синтез моделей ФИ КлП в модель ФИ для жилого здания

Модель ФИ жилого здания

Конец

Рис.3. Алгоритм масштабно-инвариантного метода оценочного представления процесса

физического износа зданий

В третьей главе приведено описание методики сценарного моделирования планирования ремонтных работ в зданиях.

В соответствие с данной методикой, моделирование процесса планирования ремонтных работ ведется следующим образом. Величина у5 характеризует нормированную стоимость элемента до проведения ремонтных работ, а ур - нормированную стоимость элемента после проведения ремонтных работ. Нормированная стоимость ремонта элемента в выражается через функцию:

где Г - коэффициент стоимости ремонта, учитывающий разницу между созданием нового элемента со стоимостью ур и восстановлением данной стоимости в результате ремонта.

Для определения коэффициента стоимости ремонта используется выражение:

где Ь — безразмерный коэффициент, учитывающий чувствительность к ремонту. Таким образом, стоимость ремонта элемента определяется по формуле:

Скорость изменения нормированной стоимости ремонта qcs определяется как отношение стоимости ремонта s к календарному периоду tcs, в течение которого происходил физический износ элемента:

_ s

Чсз .

CS

Для определения эффективного времени начала ремонта элемента необходимо вычислять скорость изменения нормированной стоимости ремонта qcs в зависимости от календарного времени tcs. Минимум функции qcs(tcs) можно вычислить аналитически или определить графически (рис. 4).

Так как в результате проведения ремонтных работ стоимость элемента восстановливается до заданного уровня vp, то график физического износа этого элемента меняет вид (рис. 5).

При организации и производстве ремонтных работ (РР) в здании целесообразно формировать группы ремонтируемых элементов (ГРЭ). Критерий при составлении ГРЭ может быть разным и определяется лицом, принимающим решение (ЛИР). Примером такого критерия может быть время производства ремонтных работ или пространственное расположение элементов, подлежащих ремонту. Далее устанавливаются правила инициализации производства ремонтных работ. Правило, например, может заключаться в том, что если ресурс одного из элементов, входящих в ГРЭ достигает значения vs, то ремонтные работы проводятся для всех элементов данной ГРЭ.

s = f-(vp-vs),

Календарное время te

Рис. 4.

12 16 20 24 28 32 36 40 Время начала ремонта tes

Графическое определение эффективного времени проведения ремонта

---tc.null---г

Рис. 5. График физического износа отремонтированного элемента

Методы, применяемые в сценарном моделировании, предусматривают возможность вычисления суммарной стоимости ремонтных работ для ГРЭ:

*®(Gm)=>>

е=1

„0 = Ь ire

где s0,(Gnl)— стоимость ремонта для ГРЭ Gm в момент t(

.0)

стоимость

t<J)

ремонта для элемента gme в момент г с8>шт, gme; пт - количество элементов в ГРЭ От.

Графики, построенные в результате представленный на рис. 6.

zme - коэффициент участия элемента

вычислении имеют вид,

о

3 ю О

я<4)

,(1)

((2)

f(3) lcs,min

t(4)

I wa<2)

s Ш 4c

0 X

s a> 4c

1 CL $ S

5 о 4c

о 0 t(1) ,(2) t(3) t(4)

* lcs,min lcs,min *сз,птп lcs,min

Рис. 6. Графики нормированной и суммарной стоимости ремонтных работ для ГРЭ

Для вычисления стоимости ремонтных работ для целого здания В, суммируют стоимости ремонтных работ, проводимых в ng ГРЭ Gm. На рис. 7. представлен график стоимости ремонта работ для одного здания.

Таким образом, методика сценарного моделирования планирования ремонтных работ в зданиях позволяет рассмотреть множество альтернатив проведения ремонта, оценить каждую из них и выбрать ту, которая наиболее полно отвечает установленным критериям и ограничениям. На рис. 8 представлен алгоритм методики.

СЗ, т1п

Группа ремонтируемых элементов 1

А

{(8,2)

.№,1) ((ь'2) ^СЗ.ГГШ С5, ГП1П

Группа ремонтируемых элементов 2

Чз, |шп С5,т|п

,(Ь,2) пд.гтп

сз ти]

1: <.(ь.2)

сг.тт

о(М>

8(«.2)

"Т

Я(Ь,2)

с(а.1)

(М

ГП1П

Здание

Рис. 7. Суммарная стоимость ремонтных работ для всего здания

На основе методики планирования разработана интерактивная модель планирования и организации производства ремонтных работ в зданиях (рис. 9)

Интерактивная модель предусматривает наличие подсистемы моделирования процесса физического износа и подсистемы сценарного моделирования планирования и организации ремонтных работ.

С точки зрения теории управления, здание можно рассматривать как объект управления, а интерактивную модель как субъект управления. Задачи субъекта управления состоят в выработке управляющих воздействий (ремонтно-профилактических работ), направленных на нейтрализацию, полную или частичную, внешних процессов, снижающих эксплуатационный ресурс.

Рис. 8. Алгоритм методики сценарного моделирования планирования ремонтных работ

в зданиях

Так как данные, используемые в подсистеме моделирования процесса физического износа, являются расчетными, то возникает необходимость периодической корректировки моделей физического износа для устранения несоответствий между реальными объектами (жилыми зданиями) и виртуальным объектами (информационными моделями зданий). Корректирование происходит за счет данных, поступающих от мониторинга.

Моделирование, процессу» физического износа

I Декомпозиция здания на элементы

§ 7

/ Множество, I I элементов 1

\_________л

Ввод атрибутов элементов

Моделирование процесса физического износа для отдельных элементов |

I

Модели ФИ /

отдельных [—

элементов ^

г>

Синтез классификационных подмножеств элементов

Класеи.фикац. подмножества элементов

п

Моделирование провеса физического: износа: для КлП

Модель физического: износа Кпд

Моделирование процесса физического износа:

!

здания

[ Модель

| физического ! I износа I здания

Сценарное моделирование планирования организации ремонтных, работ

Выбор зданий., подлежащих ремонту

Множество I зданий Г

формирование групп

_^ ремонтируемых

элементов

I

-

^ГРЭ А

Определение сценариев производства ремонтных работ

Множество сценариев

Проведение ■>: сценарного:

моделирования

Г"

■ результатов

Множество [_

результатов

Выбор оптимального сценария

ЗДАНИЯ

Рис. 9. Интерактивная модель планирования и организации производства ремонтных работ в зданиях

Интерактивность модели проявляется в активном информационном взаимодействии модели и ЛПР. При этом, ЛПР вводит данные, на которые модель «реагирует» в виде выполненных вычислений и визуализированных результатов. Интерактивный процесс планирования организации ремонтных работ продолжается до тех пор, пока полученных выходных данных не будет достаточно для принятия окончательных решений в рамках установленных критериев и ограничений.

В четвертой главе описана практика реализации и информационного обеспечения предложенных решений и обозначены перспективные направления дальнейших исследований.

Реализация открытой схемы информационного обеспечения связанных процессов планирования и организации производства ремонтных работ в зданиях предполагает использование технологии информационного моделирования зданий, так называемой BIM-технологии (от англ. Building Information Modelling - информационное моделирование здания).

BIM - модель здания, связанная с информационной базой данных, в которой каждому элементу модели присвоены дополнительные атрибуты. Информация, введенная в BIM-модель на стадии проектирования и строительства, отражает не только пространственно-геометрические характеристики используемых материалов и конструкций, но также их качественные свойства. Поэтому управляющие компании, выполняющие техническое обслуживание зданий, могут получить все необходимые данные для интерактивного планирования и организации ремонтных работ из BIM-модели. На рис. 10 представлен пример укрупненной открытой схемы информационного обеспечения связанных процессов планирования организации производства ремонтных работ в зданиях.

На основе подходов и алгоритмов, разработанных в рамках исследования, на платформе Java была создана компьютерная программа DEBAL. Все объекты базы данных хранятся в объекте класса Base, который содержит ссылки на объекты, которым присвоены имена, что значительно упрощает процесс управления данными.

При реализации схемы информационного обеспечения была разработана структура данных, в которой выделены следующие основные классы:

Session - класс, управляющий объектами, созданными на основе классов Base, Building and Diagram. В данном классе статические методы координируют весь вычислительный процесс;

BasicComponent — класс, описывающий атрибуты и методы для задания, анализа и графической визуализации отдельных элементов зданий;

Building — класс, управляющий структурой данных DEBAL посредством агрегирования создаваемых объектов в массив для классификационных подмножеств и групп ремонтируемых элементов. Данный класс управляет ходом вычислений и построения графиков физического износа и стоимости ремонтных работ;

Classified Set — класс, управляющий элементами классификационных подмножеств и выполняющий вычисления для подмножеств.

Здание Н-

............

( Информационная ; модель здания j

Уровень конструктивных подсистем

Т\

о-#Подсистема }

Атрибуты__...

Размеры__)

Уровень объемно-планировочных решений

Элементы )

^ Помещение

Атрибуты j Г Размеры )

Размеры ) Атрибуты

Уровень системы

обслуживания

Ремонтные работы

/" Свободное Ч, пространство

/'' Текущий А ч^ .ремонт J

Эксплуатационные показатели ).

Г Планово-организационные" ~~%_____________показатели _____________J

Капитальный ч ремонт

5

Рис. 10. Пример укрупненной открытой схемы информационного обеспечения связанных процессов планирования организации производства ремонтных работ в зданиях

Renovation Group - класс, управляющий элементами из групп ремонтируемых элементов и выполняющий вычисления для ГРЭ;

Diagram - класс, предназначенный для визуализации результатов вычисления, построения графиков физического износа элементов и здания.

С помощью компьютерной программы DEBAL было проведено сценарное моделирование планирования организации ремонтных работ для здания, включая определение эффективного сценария, который наиболее полно отвечает критериям, установленным эксплуатирующей организацией.

Перспективные направления исследований связаны с применением разработанных подходов и моделей в области реконструкции и модернизации зданий. Концепция жизненного цикла здания неразрывно связана с издержками в течение его срока службы. Данные издержки включают все прямые и косвенные затраты на проектирование, строительство, эксплуатацию, реконструкцию или модернизацию, снос здания. Как правило, оптимизация ведется по каждому из видов затрат отдельно без учета связи между ними, что приводит к увеличению стоимости здания за весь жизненный цикл.

Перспективные исследования могут быть посвящены изучению методов и способов, позволяющих оценить влияние решений, принимаемых на ранних этапах жизненного цикла зданий, на технологические и организационные мероприятия, выполняемые на более поздних стадиях эксплуатации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Проведенный анализ теории и практики оценки состояния зданий, а также анализ существующих подходов в области планирования организации производства ремонтных работ выявил необходимость в разработке методов, основанных на интерактивном прогнозировании сроков службы отдельных элементов и целых зданий для повышения эффективности технического обслуживания и содержания зданий.

2. Разработан масштабно-инвариантный метод оценочного представления процесса физического износа зданий. В основе метода лежит математическое представление процесса физического износа в виде функциональной зависимости эксплуатационного ресурса элемента или здания от времени. Данный подход учитывает влияние факторов на состояние элементов здания посредством параметров, описывающих интенсивность воздействия того или иного фактора на процесс физического износа.

3. Предложена методика сценарного моделирования планирования ремонтных работ в зданиях. Данная методика предполагает декомпозицию здания на группы ремонтируемых элементов и классификационные подмножества, определение эффективного времени проведения ремонтных работ в каждой из сформированных групп и оценку эффективности избранного сценария.

4. Построена интерактивная модель планирования и организации ремонтно-профилактических работ для зданий. Интерактивная модель включает две подсистемы, реализующие функции оценочного моделирования процесса физического износа и функции сценарного моделирования ремонтных работ.

Входными данными для интерактивной модели служат данные о текущем состоянии объекта, полученные по результатам мониторинга. Результатом обработки поступивших данных является сценарий, который наиболее полно отвечает критериям, установленным лицом, принимающим решение, для организации ремонтных работ в здании.

5. Разработана открытая схема информационного обеспечения связанных процессов планирования организации производства ремонтных работ в зданиях.

Открытая схема предназначена для обеспечения взаимодействия специалистов на всех стадиях жизненного цикла жилого здания. Техническая реализация открытой схемы возможна на основе использования технологии информационного моделирования зданий.

6. Результаты исследования апробированы, опубликованы и внедрены в практику организации строительного производства.

7. Сформулированы перспективные направления дальнейшего развития исследований в области технического обслуживания и содержания зданий.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. * Муминова, С.Р. Автоматизация документооборота в проектной организации [Текст] // Вестник МГСУ. - 2008. -№1,- с. 375-376.

2. Muminova, S.R., Kagan, P.B. Tall building construction: some aspects of planning and organization. In Computing in Civil and Building Engineering, Proceedings of the International Conference, W. TIZANI (Editor), 30 June-2 July, 2010, Nottingham, UK, Nottingham University Press, Paper 43, p. 257-258, ISBN 978-1-907284-60-1.

3. Муминова, С.P., Каган, П.Б. Использование технологии информационного моделирования зданий в строительном образовании [Текст] // Сб. науч. тр. XIV Междунар. межвуз. науч.-практ. конф. молодых ученых докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности».-М.: МГСУ, 2011.-е. 410-413.

4. Муминова, С.Р. Информационное моделирование зданий как эффективный инструмент подготовки инженеров-строителей [Текст] // Сб. науч. тр. III Междунар. науч.-практ. конф. «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях». - М.: МГСУ, 2011. - с. 195-197. ^

5. * Муминова, С.Р., Каган, П.Б. Информационное моделирование планирования развития территорий [Текст] // Промышленное и гражданское строительство. -2011. — №9. - с. 26-27.

6. * Муминова, С.Р. Информационная модель здания как новый инструмент в строительном производстве [Текст] // Вестник МГСУ. — 2011. — №6. - с. 298-300.

7. Муминова, С.Р., Каган, П.Б. Основные характеристики технологии информационного моделирования зданий [Текст] // Сб. науч. тр. Междунар. науч. конф. «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании». - М.: Издательство АСВ, 2011. - Т. 1 - с. 694-696.

8. Muminova, S.R., Kagan, P.B. BIM training course in construction university / Proceedings of the 11th International Conference on Construction Applications of Virtual Reality 2011. - Weimar, Bauhaus Universität Weimar, 2011. -pp. 72-77.

9. * Muminova, S.R., Pähl, P.J. An integrated model of planning process for building devaluation and renovation [Текст] // Вестник МГСУ. - 2012. - №10. - с. 697-304. ^

10.* Volkov, A.A., Muminova, S.R. An approach to service life prediction for residential buildings // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. - 2012. - Vol 8. - Issue 4.

* - 5 работ, опубликованные в научных изданиях, входящих в действующий перечень Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Лицензия ЛР №020675 от 09.12.1997 г. ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

Подписано в печать: 16.11.2012. Формат: 60x84 1/16 Печать: офсетная

Объем: 1 п л._Тираж: 100_Заказ №: ЮЗк

129337, г. Москва, Ярославское ш., 26, ФГБОУ ВПО «МГСУ»