автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Математическое обеспечение технологии автоматизированного проектирования жилой застройки

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Р Г б 0 А ■ " На п*>ава* РУК0ІШСУ

1 З КЮН 1^-.

ЗАПОРОЖПЕВ СЕРГІЙ ЮРІЙОВИЧ

МАТШТИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ АВТОМАТИЗОВАНОГО . ПРОЕКТУВАННЯ ЯШОВОЇ ЗАБУДОВИ

05.13.05 - система автоматизації проектування

■ * • - - '

. АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків - 1995

Робота виконана на кафедрі Інформатики Харківського державного технічного університету будівництва і архітектури

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

• НВИЮДОВ ЛЕОНІД ІВАНОВИЧ .

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

• ЯК0ВЛЄВ СЕРГІЙ ВСЕВОЛОДОВИЧ . кандидат технічних наук, професор

ЄБСЄЄВ ВІКТОР ВОЛОДИМИРОВИЧ

Провідна організація - Харківська дерурвда академія міського . .господарства

Захист відбудеться " " ° 1995 р. о /^ годині

на засіданні спеціалізованої вченої рада К 02.25.03 Харківського державного технічного університету радіоелектроніки за адресою: 310726, Харків, пр. Леніна, 14.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського деркашого технічного університету радіоелектроніки ва адресою: 310726, Харків, пр. Леніна, М.

Автореферат розіслано « 20 * & & 1995 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

канд. техн. наук В.В.Безкоровайний

Актуальні сть.Соціально-економічний розвиток України вимагає подальшого удосконалення засобів проектування нової хитливої забудови (ЖЗ) 1 тієї, що реконструюється. Рішення цієї проблеми надто ускладнено в силу специфічних особливостей проектування КЗ в сучасних умовах. Перехід від галових проектів до проектування Індивідуальних об'єктів значно ускладнив це завдання за рахунок комплексного обліку Індивідуальних запитів населення до якості ЖЗ на всіх етапах її Існування, а також до середовища функціонування (035). Це вимагає розгляду об'єкта проектування в його СФ з урахуванням їх життєвих циклів (2Ц). Крім того, висока невизначеність 1 недостатність інфорлвці ї, особливо на ранніх стадіях синтезу їй, творчий характер процесів проектування 1 різноманітність вимог до якості житла 1 соціально-екологічних умов його експлуатації, призводять до слабкої структурованості завдань цього класу 1 істотно ускладнить їх формальний опис з метою реалізації на ЕОМ. Підвищення вимог до комфорту проживання населення, прагнення до оптимальності рішень, що приймаються, за рахунок їх соціально-екологічного обгрунтування 1

• - ‘ м

скорочення термінів проектування викликали необхідність утворення гнучких засобів швидкого 1 ефективного проектування . ЖЗ для широкого класу проектних ситуацій.

Найбільш доцільний підхід до рішення проблеми - опрацювання Інтегрованої технології автоматизованого проектування (ТІЛ), яка об'єднує •множину класів приватних моделей аналізу 1 синтезу, що відбивають оригінал з тим чи іншим ступенем адекватності, 1 надає користувачеві можливість активної діяльності по генерації цих моделей 1 їх реалізації на ЕОМ на різних етапах проектування 83.

Науковою основою досліджень є фундаментальні роботи

Ю.С.Папкова, Л.Н.Авдотьїна, Е.Я.Бубеса, Е.Г.Петрова, В.Д.Гіт-Оерга та 1н. у галузі аналізу і синтезу міськиї систем; В.М.Глушкова, В.С.Міхалзвича, В.І.СкурШна, І.В.Сергіенко. Ю.Г.Стояна, С.В.Яковлєва та 1н. , які сформовували методологія і інструментарій проектування і оптимізації складних < систем. Роботи цих і багатьох інших авторів створили методологічні і теоретичні передумови подальшого розвитку теорії аналізу і синтезу 22 в умовах багатокритеріальності з ураху-ванвям соціально-екологічного СФ на базі побудови адаптивної інформаційної ТАП. . .

Метою робота а розробка математичного забезпечення технології автоматизованого проектування житлової забудови.

Відповідно до поставленої мети в дисертації сформульовані 1 вирішені наступні основні завдання 1 нові наукові положення. до виносяться на захист:

1. Розроблені методологічні основи побудови адаптивної інтегрованої ТАП ЖЗ з врахуванням СФ.

2. Створено комплекс математичних моделей функціонального структурно-топологічного (ФСТ) синтезу ХЗ: а) функціонально-параметричного синтезу (ФПС) приміщень: б) функціонально-топологічного синтезу (ФТС) квартир; в) ФПС структури ЕЗ; г) ФТС житлових будинків.

3. Запропоновані нові і удосконалені існуючі алгоритми

реалізації моделей, що дозволяє отримати ефективні рішення аа різних етапах проектування 33. -

Наукова новизна дисертаційної роботи укладається в утворенні математичних моделей 1 алгоритмів, які складать в сукупності основу проблемно-оріентованої методології побудови інтегрованої ТАП ХЗ з урахуванням СФ 1 їх ХЦ. Новизна ви' являється в глибокому обліку чинників СФ проектованих об'ек-

тів 1 їх ЖЦ, що дає можливість сформувати в умовах багато-крите'зіальності системні потреби 1 забезпечити здобуток якості об'єкту в його СФ, тобто на етапі експлуатації. Для цього розроблені графоаналітичні засоби оцінки .екологічного СФ на прикладі природного освітлення, що дозволяє визначити не тільки кількісну 1 графічну оцінку цього чинника шляхом побудови зон комфорту 1 дискомфорту, але 1 області допустимих проектних рішень 1 критерії їх оцінки й оігпшізації. Створено комплекс базових математичних моделей 1 алгоритмів ТАП для достатньо широкого класу завдань ФСТ синтезу ЖЗ. Всі основні результати отримані автором особисто.

Методи дослідження. В роботі використані методи теорії системного аналізу, графів, оптимізації. геометричного моделювання.

. Вірогідність наукових, пологень 1 результатів підтверд-хена їх-порівнянням з результатами, одержаними Іншій методами, І експериментальними даними, а також досвідом практичного впровадження при проектуванні реальних об'єктів. .

Практична цінність. Одержані в дисертації результати дозволяють підвищити ефективність методів проектування нової ЖЗ 1 тієї, що реконструюється, враховуючи соціально-екологічне СФ на базі раціональних витрат ресурсів, вкорочення часу проектування 1 впровадження нових комп'ютерних технологій.

Дисертація узагальнює результати досліджень, що проводяться при безпосередній участі автора в Харківському державному технічному університеті будівництва 1 архітектури із 1990 р. по 1995 р. по ряду цільових програм і планів іН СРСР 1 Міністерства освіти України. Зокрема, дослідження велися: в 1990-1993 рр. відповідно до Завдання 0.80.03.15а Загальносоюзної наукової програми "Обчислювальна техніка", секція

"Системотехніка будівництва" АН СРСР (К ДР 0890056772); з 1994 р. відповідно з Планом бюджетних науково-дослідних робіт Міністерства освіти України (Ж ДР 78004280, 0194 и 038225).

Реалізація 1 впровадження наукових результатів. Дисертаційна робота виконана в рамках найважливіших НДР. Наукові результати впроваджені при проектуванні мікрорайонів 1 кварталів м. Харкова. Зокрема, результати впроваджені в АП "Хар-ківпроект", фірмі "Харківбудпроект".

Результати дисертації використовуються при читанні лекцій, виконанні лабораторних робіт, у курсовому 1 дипломному проектуванні по .дисциплінам "Автоматизація світлотехнічних розрахунків", "Комп'ютерні технології архітектурного проектування", "Методологія автоматизації архітектурного проектування" в Харківському державному технічному університеті будівництва 1 архітектури.

Апробація роботи. Основні положення 1 результати роботи доповідалися, обговорювалися 1 була схтлзкі на наступних конференціях 1 семінарах: Науково-практичному семінарі "Компьютерная графическая подготовка специалистов" (Вітебськ, 1992); Науково-методичної конференції СНД "Проблеми графической подготовки инженеров" (Мінськ,-1992); Міжнародної школи "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами" (Туапсе,, 1%2); Міжнародної науково-практичної конференції "Геоэкологические и медшсоэкологи- ■ ческий проблемы промышленно-городских агломераций" (Симферополь, 1994); Міадяародної конференції "Математическое моделирование и вычислительный эксперимент" (Ташкент, 1994); Третій Українській науково-методичній конференції "Застосування персональних ЕОМ в учбовому процесі ВУЗу" (Львів,1994); Міжвузівській науково-методичній конференції "Компьютерные

т

обучающие системы и тренажеры в новых технологиях подготовки специалистов* (Краматорськ, 1994); Республіканських семінарах Наукової Ради АН України по проблемі "Кібернетика" (Харків, 1991-1994); 47-50-й науково-технічних конференціях Харківського державного університете будівництва 1 архітектура.

Публікації. Основні наукові положення дисертації, опубліковані у 15 друкованих роботах.

Структура 1 обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків, списка літератури з 135 найменувань. Обсяг дисертації - 123 сторінки основного тексту,

16 таблиць, 29 рисунків.

В розділі 1 на основі системного аналізу проблей проектування житлової забудови сформульовані завдання дослідження.

В розділі 2 розроблені методологічні основи побудеш математичного забезпечення МІ КЗ з урахуванням СФ.

В розділі з запропоновані математичні моделі футайо-

ально-парамегричного синтезу приміщень, квартирної структура

1 структури житлової забудови, а такої фувкцісзально-тополо-

гічного синтезу квартир, блок-секцій 1 будинків.

*. *

В розділі 4 наведені результати реалізації 1 впровадження математичного 1 програмного забезпечення ТАП.

- ЗМІСТ РОБОТИ

У вступові обгрунтована актуальність тами, сформульовані мета 1 основні завдання дослідження, охарактеризована новизна 1 практична цінність одержаних результатів, вказаний їх зв'язок з планами наукових досліджень 1 цільовими програмами, наведені дані про апробацію 1 публікацію основних наукових положень, цо виносяться на захист.

У першому розділі проведено системний аналіз проблеми утворення ХЗ як однієї з штучних екологічних систем.

У оідрозд.1.1 розглянуті проблеми побудова таки екологічних систем як житлова забудова. В будь-якій а них можна виділити три підсистеми (середовище): просторову, екологічну 1 соціальну» Користь (комфортність) життєдіяльності людей визначається якістю організації просторового середовища, що враховує екологічні особливості 1 соціальні потреби. Причому безпосередній вплив у 23 виявляється на просторове середовище» а через нього непрямо - на екологічне 1 соціальна сере-довице» тобто просторове середовище керується безпосередньо, а екологічне і соціальне середовище - опосередковано, зміною просторового середовища. Тоді соціальне 1 екологічне середовище виступають у вигляді ОФ для просторового середовища.

У підрозд.1.2 дана постановка загального завдання синтезу ЖЗ. Метою створення чи удосконалення 23 е задоволення потреб соціального середовища в конкретних видах життєдіяльності 1 забезпечення їх стійкості, для чого слід вирішити два взаємопов'язані завдання: 1) аналіз і оцінка СФ (екологічного 1 соціального); 2) синтез ІЗ з урахуванням СФ і їх Щ. При проектуванні реконструкції ЖЗ, крім того, слід провести аналіз 1 оцінку існуючого просторового середовища.

Загальне ззвдання синтезу КЗ полягає в наступному. На підставі аналізу і оцінки СФ відома множина принципів (урбо-екологічних, соціальних, функціонально-планувальних, будівельно-конструктивних, технологічних, естетичних) синтезу П={Па} (а=1,а', де а' -число принципів), що забезпечують стійкість життєдіяльності У«УД. Кожному конкретному набору принципів я « П відповідає множина функцій Р(я), що може виконувати ЖЗ. Реалізація будь-якого набору цих функцій $ с е Р(я) досягається за рахунок вибору набору q конкретних фізичних і геометричних параметрів структури, типології, топо-

логії 1 розміщення КЗ I II елементів з мзокшш допустших значень Р з урахуванням ресурсів.

Необхідно обрати такий набір принципів я*«П, відповідний йому набір функцій **«?(»). відбитий у параметри q*cP сивтезуемої ХЗ, пре яких на всіх етапах II життєвого циклу забезпечується стійкість життєдіяльності 1 досягаються задовільні значення наступних критеріїв: максимальне число сімей, для яких забезпечена стійкість життєдіяльності

N ( ж*, fJ, qj ) ■ шах АГ { х, f, q ) ; (1)

максимальний рівень якості функцій, що виконуються,

*(*£.•?*< <£:><г-).'.; (2)

мінімальні витрати ресурсів

З ( «*. i*. q* ) ■* min 3 ( *, f, q ) ; (3)

пре обмеженнях: ж « И f « Fd) q « P Y « Y®. (4)

Зважаючи на велику складність і розмірність загального завдання синтезу (1)-(4), ваво містить два часткових завдання: вибору функцій 1 параметрів для заданих пркшшпів; вибору параметрів для заданих принципів 1 функцій. Ra пректиці друге часткове завдання декомаозуеться па два ш функціональному зонуванню: сябгтез житлової зоші синтез scs обслуговування. Синтез житлової 3ÖHH полягає в ОСТ синтезі II об'єктів 1 розміщенні будинків на території забудеш. В роботі досліджується перше з наведених завдань.

У йдрозд.1.3 розглянуті основні етапи 1 завдання Функ-. ціовального структурно-топологічного синтезу Z3 (рво.1).

У підрозд.1.4 проаналізовані існуючі підходи 1 методи рівення поставлених завдань.

У підрозд.1.5 зроблені основні висновки проваленого аналізу проблем 1 сформульовані завдання дослідження по утворенню інтегрованої ТАП ЖЗ.

ФСТ-моделі об’єктів ЖЗ

Інформаційний опис ФСТ-модепей об’єктів Об'єкти різних рівней функціонального призначення Довідково-інформаційний фонд. Моделі .формуванні! (генерації) варіантів планувальних рішень Методи і етапи оцінки проектних рішені по багатьом критеріям Методи вибору ефективних варіантів рішені. Побудова інформаційних каталогів об'єктів різного призначення

функціональне оришачеша І структур«

Схем« фумк-ціональио—т*х~

иологічішх

зв'азкія

Бзаемороа-

г&шуваннв

Геометричні

параметр«

Вихідні

харшеркстш«

фунхцісяуванва

Пртіщеам

Квартира

Влок-секції

Будівлі

0б‘«*ти ріиіого вриікшш

Сгтаурл об «СТІН

Фімсо- гаомирг-«ні ПАршмтрм

Тоаологічяі

пар«м«тра

»леиитм

Характеристика

фтмкціон&лімо-

технологіями«

»'вмів

В вхід ні . МрМТ>рМС1ШЦІ

+уиіодіонур*ияа ООмвхвшш *

Критерії оді киї І оптмИоадЦ

•ПС яраміщаа •ТС кьартар

ФПС вм^ярвоі егругтура

•ТС 6лбе~оаіщи

ФПС структура ЖЗ

•ТС вудшіе

Вивір еіем компромісу

КржттрЦ, що

»стасМуіииі

Иосяідоиио

бишчіииа ме* прнблжамоі

оФмпі

компромісі*

Виаиачаииа ♦у**цМІ

аорискості

•орцумива

рагшнеиого

кратери

Гшрмй

яепустикхх

рітмп

Формтмам

имМовт-

Оотанімціа

Привітами«

Каартхр*

Влок-мкцЦ

Вудіалі

Рвс.1. Етапи і завданая ФСТ синтезу об'актів отлової забудова

У другому розділі розглянуті принципи 1 засоби структу-ризації 1 Інтеграції слабоструктурованих об'єктів 1 процесів проектування ЯЗ. багатокритеріальної оцінки 1 оптимізації рішень, а також аналізе 1 оцінки ОФ на прикладі природного освітлення. . ,

У підрозд.2.1 обгрунтовані принципи структуризації 1 інтеграції об’єктів 1 процесів проектування. Категоріями Інтеграції обрані: об’єкти проектування: процеси проектування: автоматизовані вирішальні (проектні) процедури (АВП, АПП); Інформаційні технології автоматизованого аналізу 1 проектування (ОД. ТАП). Розглянемо їх на прикладі проектування ХЗ.

Об’єкт проектування, описаний сукупністю моделей, слід довизначити моделями його СФ 1 їх життєвих циклів.

Процес проектування ЯЗ представлено у вигляді двоірів-невої Ієрархічної структура, в якій на першому (проблемному) рівні можна виділити два класи завдань, які мають функціональну однорідність: а) визначення структура елементів 1 їх параметрів залежно від функціонального призначення (типології) об'єкту - функціонально-параметричний синтез (4ПС); б) визначення взаємного розташування (топології) обраних раніше елементів залежно від функціонального призначення об'єкту та технологічних зв'язків його елементів - функціонально-топологічний синтез (ФІС). На другому (процедурному) рівні за допомогою проектних процедур обираються конкретні рішення при синтезі відповідних об'єктів ЯЗ.

Автоматизація процесу проектування полягає в опрацюванні окремих АЛЛ 1 заміні ними традиційних процедур.

Композиція АПП складає ТАП. Для її побудови слід розробити функціональну структурно-топологічну модель, алгоритм роботи 1 взаємодії окремих АПП, вирішальних процедур 1 one-

рацій. З цією метою в роботі запропоновано використати апарат мереж Петрі (НП). що дозволяє адекватно відбити Іерар-хічність моделюємих об'єктів 1 процесів.

У підрозд.2.2 обрані 1 обгрунтовані засоби багатокрите-ріальної оцінки 1 оптимізації проектних рівень з урахуванням СФ при різній мірі визначенності критеріїв. їх взаємної важливості. вхідної інформації 1 т.п. Зокрема, при відомій вагомості критеріїв запропоновано метод, заснований на синтезі узагальненого адитивного критерія. Коли важливість критеріїв задана якісно у вигляді їх лексикографічної переваги, то обрано засіб рішення по критеріям, що застосовуються послідовно (засіб відотушібнь у разі їх одноекстремальності). При неозначеній важливості приватних критеріїв запропонована мінімаксна або максимінна форма узагальненого критерія. Запропонована технологія оцінки 1 оптимізації по багатьом критеріям у вигляді МП.

У підрозд.2.3 призведена постановка завдання оцінки коефіцієнту природного освітлення (КПО) приміщення через вікно, яка полягав в наступному. Необхідно при заданих параметрах приміщення (ширина 1 глибина) 1 вікон (кількість, розміри 1 місцезнаходження) визначити КІТО в розрахункових точках, збудувати зони комфорту 1 дискомфорту 1 знайти їх характеристики. Запропонована модель, яка допволяе обчислити зазначені показний! 1 збудувати зони для реальних умов.

В третьому розділі розроблені моделі функціонального структурно-топологічного синтезу S3.

У підрозд.3.1 розроблена модель функціонально-параметричного синтезу (ФПС) приміщень, що формулюється так.

Відома множина типів приміщень, що мають вікна 1 без них. Існує каталог вікон різного типу 0 = {a9,he), в=1,е',

де ае, 1іе — ширша 1 висота вікна е-го типу, е' - їх число. Задані обмеження на геометричні параметри 1 вихідні характеристики функціонування кожного типу приміщення. Якість проектних рішень оцінюється функціонально-планувальними 1 тех-ніко-економічними критеріями. Потрібно визначити такі геометричні параметри приміщення Г* (ширину А^ 1 глибину Вв) і його вікон 0* (розміри а9.Ье, позначку відносно підлоги споду вікна пв 1 координати центру х^.г^), при яких забезпечуються задовільні значення обраних критеріїв з урахуванням важливості.

У вигляді часткових критеріїв можуть бути використані:

1) максимум КПО заданої розрахункової точки приміщення

рпам(1л>0») „ ти кпо : (6)

2) максимальний коефіцієнт комфорту по КПО

рП°М(їліо») , ^ОК>(7«(о») / (А^ В^) , (7)

де ^аю(Гв.0в) - плона зони комфорту приміщення по КПО;

' 3) мінімум відхилення площі приміщення від заданої 8^ Рз°м(Тда.(І№) = тіл | А^ В^ - З75 |, «*=1.«' ; (8)

4) максимальна загальна довжина глухих стін

рпом^ о*) - шц ( д^ + 2 В^ ) ,'«>1,«' : (9)

5) мінімальна площа вікна

рпом(га>0«)= ^ ^ (10)

6) мінімальна довжина огороджуючих конструкцій

рпом(їл>0»)= га1п^ у (Д^)} . «=Тж. (11)

де А^+В^ береться для торцевих приміщень.

Область допустимих рішень <Рт задається основними обмеженнями на граничні значення геометричних параметрів 1 вихідні характеристики функціонування приміщень (ширини, глибини, пропорцій, площі, КПО заданої розрахункової точки 1 коефіцієнту комфорту по КПО), а такок на дискретність значень розмірів вікон 1 приміщень.

Розроблена модель належить до багатокритеріальних завдань нелінійного дискретного програмування. Описана модель дозволяє генерувати допустимі 1 квазіоптимальні планувальні рішення приміщень, з яких після цього формуються каталоги приміщень різного типу. .

У підрозд.3.2 розроблена модель функціонально-топологічного синтезу (ФТС) квартир 1 блок-секцій, яку розглянемо на прикладі завдання ФТС квартири.

Існують каталога приміщень різного типу п=С*р(Ґ\(Р)}, (р=1.р' *=1.*р. де р' - число типів приміщень, а «*р - число приміщень р-го типу в каталозі), а таков дверей 1 прорізів *ь(»^(а^Еь)},Ь*'й>\ де а4.її<1,<і'.аь. ІЇЬ.Ь' - ширша, висота 1 число типів дверей і прорізів.

Задані: 1) функціональна структура квартири, що визначається множиною типів приміщень з вікнами 1 без них 1 матрицею вагомостей їх безпосередніх функцісшально-технологіч-

Р' . ______ ._________

них зв'язків С=[СрП1, £ Срг) = 1* р*1,р'-1; я=р+1,р', де

і)=р+1

0<Срч*1. якщо між р-м і п-и приміщеннями повинен бути безпосередній зв'язок, Срт}=0 - у супротивному разі; 2) обмеження на геометричні параметри 1 вихідні характеристики функціонування квартири. Якість компонування оцінюється функціональними 1 техніко-економічними критеріями.

Потрібно обрати такі геометричні параметри необхідних типів приміщень, дверей і прорізів, а також координат їх розміщення в квартирі, при яких виконуються всі обмеження 1 досягаються задовільні значення прийнятих критеріїв, у вигляді яких можуть бути використані:

1) мінімум довжини зв'язків між приміщеннями

Ff (П^Л^-ОІЛ £ £ Cpn <12)

_ р*1 грр+1

де Рр^п1®.^3.^®) ~ довххна зв’язку між приміщення«:

2) махсшальниЗ усереднений коефіцієнт комфорту го НПО

1

F|B(nK8,lJe,*,(B)»«M —j £ F2*,(ГÍ,,0,,). Р*<Р'; (13)

р Р»1

3) мівімум відхилення плоці квартярж від необхідної

P'

FKB(nKBtrjcByQ) » та gF® - £ Ая 1А ; (14)

р»1

4) максимальна довжина глухих стін

р* ^

£ FftrW). (15)

_ P*1

де F^tfP.Ob - загальна довжина глухие стін р-го прямі-

пень з урахуванням дверей 1 прорізів;

5) мінімальна загальна плаца вікон

. Р*

> mn £ fI^ct^.O^), р*<р' ; (іб) р*1

6) мінімальна загальна довжина огороджуючих конструкцій

Р' •

FgB(nKB,J),tB,yKB) * min £ Fg0“^.^). (17)

P*1

Область допуотимих рішень 0м3 задається обмеженнями на функціональну структуру квартири, вагомість функціонально-технологічних зв'язків між приміщеннями, граничні значення деяких параметрів 1 вихідних характеристик функціонування квартири (умови взаємного непересічення всії приміщень 1 щільного розміщення приміщень, що мають безпосередній зв'язок, належності заданих стін приміщень до огороджуючих, обмеження конструктивного характеру, по функціональному зо-

нуваннв, загальній площі, на місцезнаходження дверей 1 прорізів та їв.), а така* умови дискретності параметрів примі-цень. дверей і прорізів. Розроблена модель належить до бата-

ня. Модель ФГС блок-секцій аналогічна наведеній з деякими амінами. На підставі описаних моделей формуються каталога квартир 1 блок-секцій різного типу.

У Шдрозд.3.3 розроблена модель Ж! структури ЖЗ, постановку якої розглянемо на прикладі блок-секційної ІЗ.

Існує каталог проектів блок-секцій 1 елементів-вставок різного галу, кожний з яких характеризується множиною квартир різного типу, геометричними параметрами 1 вихідними характеристиками функціонування. Задані обмеження по квартирній структурі, вільності житлового фонду та 1н. Необхідно визначити такий набір проектів блоків 8 « {%}

де Хр - число об'єктів (1-ГО типу, а Р' - число типів) В ІЗ, який забезпечує виконання всіх обмежень 1 задовільні значення наступних критеріїв 8 урахуванням їх вагомості:

<) максимальна загальна площа

гокритеріальни завдань нелінійного дискретного програмував-

(18)

2) макошальна чисельність населення С

3) мінімальна пжца тергеорії ІЗ під фундаменти

4) максимальне число об’єктів внротної орієнтації

5) мінімальні ресурси на будівництво 1 експлуатації)

V'

(X) =* піп £ З д X д , (22)

_ Й=1

де $д. *д, #*. в*1» Зд - загальна площа, число жителів, площа фундаменту, ознака широтності (1 - для широтних об’єктів,

0 - для інших), витрати ресурсів для р-го об’єкту.

Треба визначити, що параметри деяких критеріїв, наприклад, Зд в (22), задані не точно, а у вигляді деяких Інтервалів з невідомим чи заданим законом розподілу.

Область допустимих рішень осз визначається такими основними обмеженнями: по квартирній структурі; по загальній площі об'єктів: по щільності житлового фонду; по числу об'єктів різного типу; по числу будинків, що можна скомпонувати із блоків; на позитивність 1 ціжшсельність перемінних.

Розроблені приватні критерії і обмеження дозволять генерувати моделі достатньо різноманітних класів в залежності від обраних принципів синтезу 30, проектних ситуація і міра визначенності вхідної ІЕ$ор<?ац1ї.

У підрозд.3.4 розроблене завдання ФТС яитлових будинків з блок-секція, постановка якого наступна.

Існує набір блок-секцій і елементів-вставок ' 0={0д}- х ,

Відома схема можливих з’єднань блоків між собою у вигляді звакеного орієнтованого мультлграфа г=((3,С). вврщи-нам якого поставлені у відповідність не тільки типи блоків, але і їх кількість Х(і*0, а С = (С^] - матриця можливих з’єднань блоків мія собой, де 0^=1, якщо г-й блок стикується з (!-м, Сдр=0 - в супротивному випадку, Задані

обмеження на геометричні параметри і вихідні характеристики функціонування компонуємих житлових будинків. Якість рішень, що приймаються, оцінюється в основному функціональними крн-

18 ' теріями, бо майже всі економічні критерії були враховані при наборі набору проектів G . Слід скомпонувати s блоків житлові будинки s заданими параметрами 1 вихідними характеристиками функціонування таким чином, щоб обрані часткові критерії оптнмізації досягали прийнятних значень з урахуванням їх важливості. Шуканими перемінними поставленого завдання е:

1) кількість блоків в кожному будинку J = І k=1,k', де

Jjç - число блоків у k-му будинку, к' - їх кількість; 2) послідовність з'єднань блоків між собою в кожному будинку, що визначається матрицею го=1,^, M.fi'. k=1,k', де

х£ц=і. якщо в k-му будинку jj-й блок має m-й порядковий Hoir

мер, Хщ =0 - в супротивному випадку.

у вигляді критеріїв можуть бути обрані:

1) максимальне число будинків широтної орієнтації

k' h. .

F^(J, х) = шах £ |"| в ц х ^ . (23)

1&*1 В=1і>І€Г .

2) мінімальне відхилення довжин к* (к**к' ) компонуемих

будинків від заданих значень îfi (k*1,k*)

й'

b=1 (1=1 :

k*

кд „

F2 (J- x) = ШІП 2^

k*i

k** k', (24)

де 0 р -довжина /1-й блок-секції.

Область допустимих рішень овд задається обмеженнями по числу будинків широтної орієнтації, по довжині калпонуємих будинків, по кількості блок-секцій і елементів-вставок у ком-понуемих будинках, по кількості блоків різного типу, кожний компонуємий будинок повинен починатися 1 закінчуватися торцевим лівим і правим блоком, до 1 після будь-якого рядового блоку в компонуемому будинку повинен знаходитися тільки один блок; на ціпочнсельність 1 дискретність значень перемінних.

Наведена модель належить до багатокритеріальних завдань нелінійного дискретного програмування з бульовями 1 цілочи-сельниш значеннями перемінних;.

У четвертому розділі описані засоби забезпечення системи, алгоритми запропонованих моделей 1 результати їх практичного застосування 1 впровадження. '

У підрозд.4.1 розроблені структура системи 1 основні засоби забезпечення. Інформаційне забезпечення включав бази даних (БД) 1 систему управління ЦД (СУБД). Взаємодія компонентів інформаційного забезпечення мія собою 1 зовнішнім середовищем здійснюється шляхом модулей внутрішньосистемного обміну інформацією (МВСОІ) 1 проведення, формування 1 модифікації (МГШ) відповідних БД.

У підрозд.4.2 розглянуто алгоритм кількісної 1 графічної оцінки екологічного СФ на прикладі природного освітлення 1 результати його практичного застосування.

У пі дрозд.4.3 приведено алгоритм, який грунтується на методі спрямованого перебору, 1 результати рішення завдання ФПС приміщень з визначення!* допустимих рішень, оцінкою И по узагальненому кртерію 1 формуванням каталога. •

У підрозд.4.4 наведені алгоритм СТС квартир 1 блок-сак-цій 1 результати компонування квартир 1 індивідуального дома з приміщень та блок-секцій з квартир. Алгоритм використовує специфіку завдання 1 грунтується на засобах послідовно-одиночного розміщення об'єктів.

У підрозд.4.5. запропоновані алгоритми багатохритері-альної цілочисельної оптимізації для рішення завдання ®С структури ІЗ. Вони засновані на знаходженні нецілочисельного оптимального рішення, визначенні його безупинного оточення, виділенні в ньому дискретної підобласті, в якій залеяно віл

' ч

її вимірності засобами оточень, що звужуються, 1 спрямованого або випадкового перебору вибирається оптимальне чи раціональне цілочисельне рішення. Крім того, наведені результати рішення завдання ФПС структур ХЗ по визначенню оптимального набору об'єктів 1 дослідження його на стійкість.

У тдрозд.4.6 для рішення завдання ФТС будинків розроблено еврстичннй алгоритм, що дозволяє залежно від важливості часткових критеріїв 1 вимірності завдання одержати засобами спрямованого або випадкового перебору оптимальне чи раціональне рішення. Наведені результати застосування алгоритму.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ .

Основні результати дисертації полягають у наступному.

1. На основі системного аналізу проблеми проектування житлової забудови (ХЗ) обгрунтована необхідність утворення інтегрованої технології автоматизованого проектування (ТАП), адаптивної до різних проектних ситуації*

2. Обрані 1 обгрунтовані принципи структуризації і ін-

теграції слабоструктурованих об'єктів 1 процесів проектування ХЗ в умовах багатокритеріальності з врахуванням її сере-доввда функціонування (СФ) 1 життєвих циклів, які в сукупності складають основи проблемно-орієнтованої методології побудови математичного забезпечення ТАП. .

3. Запропоновані графоаналітичні метода аналізу екологічного ОФ, що дозволяють кількісно і графічно оцінити цей чинник і визначити області допустимих проектно; рішень 1 кртерії їх аптимізації.

4. Розроблено комплекс математичних моделей функціонального структурно-топологічного синтезу ХЗ, який містить моделі функціонально-параметричного синтезу приміщень, квартирної структури і структури ХЗ, а також моделі функціональ-

но-топологічного синтезу квартир, блок-секцій 1 житлових будинків. ЦІ моделі дозволяють проектувати ІЗ залежно від проектних ситуацій і становлять математичне забезпечення ТАП.

5. Описані структура, інформаційне, алгоритмічне і програмне забезпечення ТАП, а також результати її реалізації в проектних організаціях м. Харкова, зокрема в АП "Харківпро-ект" і фірмі "Харківбудпроект", що підтверджує ефективність застосування і впровадження розроблених в дисертації моделей.

6. Проведені дослідження дозволили намітити ряд перспективних наукових напрямків в галузі створення експертних систем для рішення слабоструктурованих завдань на всіх ста-діяі 1 етапах містобудівного проектування з врахуванням СФ, а також інтерактивно-графічних засобів організації процесів обробки інформації на ЕОМ.

ПРАЩ ПО ТИС ДИСЕРТАЦІЇ

1. Нефедов Л.И., Запорожцев С.Ю. Использование графической системы Аі^оСАВ для создания баз данных по реконструкции жилой застройки // Тез. докл. науч.-практич. семинара "Компьютерная графическая подготовка специалистов". - Витебск: 1992. - С. 34-35.

2. Нефедов Л.И., Задорскцев С.Ю., Кропачева М.Г. Применение графической системы АвтоКАД при автоматизированном проектировании. / Материалы науч.-практич. ковф. СНГ " Проблемы графической подготовки инженера". - Минск: 1992. - С. 102.

3. Нефедов Л.И., Запорожцев С.Ю. Имитационное моделирование технологии реконструкции яйлой застройки // Тр. Международной шк. "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами". - Харьков-Туапсе,

1992. - С. 58.

4. Нефедов Л.И., Запорожцев С.Ю. Разработка гибкой ав-

томатиэированной технологии проектирования реконструкции килой застройки на базе сетей Петри // Тез. докл. 47-й научно-технической конференции "Повышение эффективности строительства.'* - Харьков: ХИСИ. 1992. - С. 118-120.

5. Нефедов Л.И., Запорожцев С.Ю. Интервальное прогнозирование демографической структуры населения при проектировании жилой застройки // Тез. докл. 48-й неуч.-техн. конф. "Повышение эффективности строительства". - Харьков: ХИСИ,

1993. - С. 165.

6. Нефедов Л.И., Запорожцев С.Ю. Блочное проектирование хилой среды с использованием средств машинной графики. (Там же). - С. 163.

7. Тимошенко В.Б., Запорожцев С.Ю. Проблемы визуализации объектов в автоматизированном архитектурном проектировании. (Там же) - С. 161.

8. Нефедов Л.И., Ольховой Л.Г., Запорожцев С.Ю. Методы экологической оценки архитектурных объектов // Тр. меадуна-рода. науч.-практ. конф. "Геоэкологические и медико-экологические проблемы промышленно-городских агломераций. - Симферополь: КИПКС, 1994. - С. 142-144.

9. Нефьодов Л.І., Запорожцев С.Ю., Сегалова О.В. Діало-

гова система архітектурного проектування // Тез. допов. Третьої Української науково-методичної конференції "Застосування персональних ЕОМ в учбовому процесі вищого навчального закладу". - Львів, 1994. - С. 10-12. .

10. Нефедов Л.И., Запорожцев С.Ю., Сегалова Е.В. Опыт

компьютерной подготовки студентов-архитекторов // Тез. докл. межвуз. науч.-метод, конф. "Компьютерные обучающие системы и тренажеры в новых технологиях подготовки специалистов". -Краматорск: ДГУА, 1994. - С. 30. .

11. Дкумабаев Х.Р., Нефэдов Л.И., Гафарова Л.Б., Запо-юхцев C.D. Средства машинной графики при разработке объем-ю-планировочных решений объектов строительства // Тез.докл. (еждународаой конференции "Математическое моделирование и ¡ычислительный эксперимент". - Ташкент: ШО "Кибернетика"

И РУ, 1994. - С. 85.

12. Нефедов Л.И., Запорожцев С.Ю., Гафарова Л.Б. Графи-іеская система проектирования генеральных планов жилой за-

:тройка. (Там же) - С. 229.

13. Нефедов Л.И.. Запорожцев С.Ю., Сегалова Е.В. Автоматизация блочного проектирования объектов обслуживания.

(Там же). - С. 231.

14. Нефедов Л.И., Запорожцев С.Ю., Сегалова Е.В., Аб-делыадя Б.М. Шюгокритрриальная оценка экологической среды функционирования архитектурных объектов. (Там же). - С. 232.

15. Нефедов Л.if., Запорожцев С.Ю. Моделирование информационной технологии автоматизированного проектирования жилой застройки на баз^ сетей Петри. (Там же). - С. 233.

і

Z^pomjitsqv S.У. Uäthemtlcal support of technology automatical dealgn of residential areas.

The present thesis la a manuscript to complete for earning a candidate of technical sciences, the speciality: 05.13.05 -the automatical systems ol design, Kharkov State Technical University of Radioelectronlc, Kharkov, 1995.

15 scientific works, which contain a theoretical research In field for creation technology of automatical design of residential areas. There are mathematical supports, containing complex of mathematical models of functional s true turai-topologlcal synthesis of residential areas and algorlthmes for realization, which utilities In design production. .

Запорожцев С.Б. Математическое обеспечение технологии автоматизированного проектирования жилой застройки'.'

Диссертация является рукописью на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности: 05.13.05 - си< теш автоматизации проектирования, Харьковский государстве] ный технический университет радиоэлектроники, Харьков, 199! Защищается 15 научных работ, которые содержат теоретически! исследования в облвсти создания технологии автоматизирован ного проектирования килой застройки с учетом среды функционирования. Разработано математическое обеспечение, вклоча щее комплекс математических моделей функционального структурно-топологического синтеза килой застройки и алгоритмов их реализации, внедренных в проектное производство.

Ключові слова:

математичне забезпечення, технологія автоматизованого проектування, житлова забудова.

Відповідальний за випуск В.В.Безкоровай

Підписано до друку 27.04.95.Форнат60х84 1/16.Пап1р для мн Друк. офс. Ум. арк. . Облік.-вид. арк. 1,0. Зам. N 6С Тираж 100 прим. .

Ротапринт Харківського облстатуправління 310002, Харків, вул. Маршала Баженова, 28