автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методы формирования банка данных мониторинга технического состояния сложных строительных сооружений

Введение

Глава 1. Анализ состояния мониторинга строительных сооружений.

1.1. Анализ работы службы эксплуатации искусственных сооружений в 7090 г. г.

1.2. Информационное обеспечение центральных органов управления о техническом состоянии строительных сооружений.

1.3. Зарубежный опыт информационного обеспечения эксплуатации строительных сооружений.

1.4. Отечественный опыт информационного обеспечения эксплуатации строительных сооружений.

1.5. Выводы по первой главе.

Глава 2. Методология исследования и разработка банка данных мониторинга технического состояния мостового парка.

2.1. Методология исследования.

2.2. Исследование основных свойств банка данных мониторинга технического состояния строительных сооружений и разработка критериев оценки его работы.

2.3. Структура существующего в отрасли банка данных по мостовым сооружениям

2.4. Методология оценки ресурса сооружения и адаптация программного обеспечения.

2.5. Разработка структуры САПР банка данных мониторинга технического состояния искусственных сооружений.

2.6. Применение современных технологий получения и обработки информации в системе мониторинга технического состояния мостов

2.7. Выводы по второй главе.

Глава 3. Разработка укрупненной схемы автоматизированного форми рования Банка данных мониторинга технического состояния мостового парка РФ.

3.1. Создание региональных банков данных мониторинга технического состояния искусственных сооружений.

3.2. Разработка системы сбора, обработки и передачи первичной информации в территориальный банк данных.

3.3. Разработка системы сбора, обработки и передачи информации в региональные банки данных.

3.4. Формирование и функционирование федерального банка данных мониторинга технического состояния мостового парка РФ.

3.5. Выводы по третьей главе.

Глава 4. Внедрение и эффективность результатов исследования при эксплуатации искусственных сооружений.

Обоснование эффективности применения системы мониторинга технического состояния искусственных сооружений на основе автоматизированного банка данных.

Результаты внедрения элементов системы инженерного мониторинга технического состояния мостового парка в соответствии с Федеральной программой.

Выводы по четвертой главе.

Обеспечение устойчивой и безопасной эксплуатации строительных сооружений на фоне постоянного роста эксплуатационных требований и усложнения внешних и внутренних, систем сооружений требует развития и специализации методов мониторинга их технического состояния.

Как показывает опыт, текущее наблюдение за сложным строительным сооружением может обеспечить сооружению эксплуатационную устойчивость, предупредив аварийные состояния в результате каких-либо неблагоприятных воздействий, в том числе имеющих трудно прогнозируемый характер.

Типичными представителями сложных строительных сооружений являются автодорожные мосты, в сложной системе которых невозможно предусмотреть все параметры, изменяющиеся в течение длительного эксплуатационного цикла сооружения. Постоянное повышение эксплуатационных требований к мостам, увеличение интенсивности движения на автодорогах, грузооборотов и т.д. приводит к необходимости разработки принципиально новых методов наблюдения за техническим состоянием мостовых сооружений. В настоящее время на федеральных автодорогах количество мостовых сооружений превышает 5000 объектов.

Научно-обоснованный и правильно организованный мониторинг должен обеспечить эксплуатационную надежность и устойчивость сооружений в период цикла эксплуатации.

Проведение .мониторинга технического состояния сложных строительных сооружений на высоком научном и практическом уровне возможно лишь при разработке автоматизированной системы формирования банка данных с пакетом прикладных программ на базе методического и технического обеспечения.

Опыт практической работы существующего отраслевого банка данных по мостам позволил оценить основные его качества и выявить недостаточную дос5 товерность вследствие отсутствия четкого механизма сбора, передачи и обновления информации. Наиболее эффективно эта проблема решается в среде САПР.

Используя законы функционирования сложных систем, анализ практики эксплуатации и текущего наблюдения за сложными строительными сооружениями, новейшие научные'достижения в области информационных технологий, возможно, разработать современную автоматизированную систему сбора и обработки информации, которая способна обеспечить эксплуатационную устойчивость строительных сооружений.

При этом, возможно решение проблемы эксплуатационной устойчивости всего мостового парка РФ путем построения схемы автоматизированного формирования федерального банка данных.

В основе практического решения указанной проблемы лежит формирование региональных банков данных на базе региональных центров в соответствии с Указом Президента от 18.05.2000 г.

Эффективность работы федерального банка данных базируется на решении двух основных проблем:

1) формирование организационной структуры САПР банка данных мониторинга технического состояния мостового парка низового территориального дорожного управления;

2) разработка схемы сбора и передачи информации от низовых .территориальных управлений до федерального уровня.

Предложенная автором система организации эксплуатации сооружений на основе инженерного мониторинга должна обеспечить повышение технического состояния искусственных сооружений. При этом, инженерный мониторинг рассматривается не только как наблюдение за состоянием сооружений, ко как система всех эксплуатационных воздействий на сооружение с целью повышения технического состояния и обеспечения эксплуатационной устойчивости на основе сбора информации о состоянии сооружения, выработки стабилизирующих 6 воздействий, анализа их практической реализации с разработкой управленческих решений на каждом этапе указанного процесса.

Проектируемый банк данных мониторинга технического состояния искусственных сооружений позволит обеспечить достоверность, обновляемость и полноту информации, поступающей в организации федерального дорожного управления. Достоверная и полная информация о сооружениях необходима при выработке стратегических управленческих решений по повышению технического состояния мостового парка при экономии финансовых средств и эффективности капиталовложений в отрасли.

Актуальность выбора направления научного исследования продиктовано практической необходимостью решения существующих проблем в области эксплуатации класса сложных строительных сооружений на примере автодорожных мостов. 7

Общие выводы

1. Анализ работы службы эксплуатации в области наблюдения и надзора за строительными сооружениями в условиях агрессивного воздействия экологических и техногенных факторов, увеличения скоростей и нагрузок, повышения требований к условиям комфортности и безопасности сооружений показал необходимость выработки системы проведения инженерного мониторинга технического состояния сооружений на основе достоверного автоматизированного банка данных.

2. В результате проведенных исследований параметров и возможностей банка данных предложены критериальные основы его оценки, как важнейшие параметры банка данных: полнота, достоверность и обновляемость информации. Практический опыт подтвердил необходимость и достаточность этих критериев для оценки работы банка данных.

3. Системный подход к формированию понятия «инженерный мониторинг» технического состояния мостовых сооружений территории, региона позволил сформулировать концепцию эмерджентности мониторинга. Учитывая, что мост является сложной системой, включающей множество подсистем, можно предположить, что совокупность мостовых сооружений, объединенных по территориальному или региональному принципу, будет представлять собою еще более сложную систему, наделенную новыми свойствами, отсутствующими у отдельных сооружений. Применительно к системе мостовых сооружений, входящих в состав территории или региона, и эксплуатируемых одним дорожным управлением, эмерджентностью объясняется, например, возможность решать транспортные проблемы, возникающие при чрезвычайных обстоятельствах . пропуском транспортных средств по близлежащим дорогам и мостам без строительства временных объездных путей и мостов. При разработке системы мониторинга диагностика мостовых сооружений определена как основная подсистема. Предложен регламент проведения плановой диагностики с периодичностью один раз в пять лет. В результате проведения практических работ по диагностике было оптимизировано количество необходимых фиксируемых параметров

117 наблюдений, разработана форма технического паспорта на искусственное сооружение, сформирована нормативная база.

4. Анализ работы службы эксплуатации, результаты исследования и анализ практического опыта позволили разработать структуру банка данных САПР мониторинга технического состояния искусственных сооружений. При этом предложено расширить понятие «инженерный мониторинг» для системы мостовых сооружений (территории, региона и РФ). Мониторинг технического состояния группы мостовых сооружений, объединенных по какому-либо общему признаку (например, входящих в состав одного территориального дорожного управления), представляет собой систему мониторинга всех возможных эксплуатационных воздействий на все инженерные сооружения, входящие в данную группу, для обеспечения ее эксплуатационной устойчивости.

5. При формировании структуры банка данных за основу принята структура Технического паспорта на мост, который состоит из следующих форм: общие сведения, пролетные строения, опоры, список имеющейся технической документации, ведомость дефектов, состояние сооружения.

6. В результате анализа практической работы банка данных при выполнении Федеральной программы по диагностике мостов была разработана новая технология сбора, обработки и передачи информации от территориального до федерального уровней, а также технология автоматизированного формирования банка данных мониторинга технического состояния искусственных сооружений на автодорогах РФ с рекомендациями по практическому использованию системы, основанной на организации региональных банков данных, создаваемых при региональных центрах согласно Указу Президента РФ.

7. Эффективность использования результатов исследования в процессе эксплуатации мостового парка РФ достигается за счет экономии времени и средств, необходимых на планирование и организацию работ по ремонту и реконструкции мостов, на организацию пропуска сверхнормативных нагрузок, на планирование и организацию работ по диагностике и специальному обследованию мостов, на планирование бюджета и контроля за его исполнением.

IIS

1. Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем. М., АН СССР, 1971.

2. Болотова Л.С., Москвина Г.И. Методологические вопросы построения интеллектуальных систем организованного управления для поддержки процессов принятия оперативных реше-ний//'Информатика, 1991, вып.2.

3. Борисов А.Н., Алексеев A.B., Г.В.Меркурьева и др. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений. М., Радио и связь, 1989.

4. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М., «Наука», 1978.

5. Васильев А.П. Ремонт и содержание искусственных сооружений. -М., ГипродорНИИ, 1985.

6. Вернер Б., Питер М. Руководство по оценке эффективности инвестиций. VI., «Инфа-М», 1995.

7. Викторов А.Д., Геттер В.В., Кустова Э Л. АРМ оператора по классификации состояния контролируемых объектов и прогнозирования ЧС//В сб. Критерии экологической безопасности: Мат. науч.-техн. конф. СПб., 1994.

8. Виноградский Д.Ю. и др. Эксплуатация и долговечность мостов. -К., Будшвельник, 1985.

9. Владимирский С.Р. Современные методы проектирования мостов. -СПб., «Папирус», 1998.

10. Владимирский С.Р. Системотехника мостостроения. СПб., «Питер», 1994.

11. Власов В.В. Общая теория решения задач. М., Изд-во ВЗПИ, 1990. Газинская Е.В. Методы моделирования инженерно-экологических проблем в системах автоматизированного проектирования: Авто-реф. дис. д-ра техн. наук./МГСУ - М., 1997.

12. Гвишиани Д.М. (под. ред.) Многокритериальные задачи принятия решений. VI., Машиностроение, 1978.

13. Гитберг В.Д. Системное проектирование в строительстве. Л., Стройиздат. Ленингр. Отд., 1987.

14. Гохман О.Г. Экспертное оценивание. Воронеж, ВГУ, 1991. Григорьев Э.П. Методологические основы компьютерной технологии принятия решений в системном проектировании: Автореф. дис. д-ра техн. наук./МГСУ - М., 1996.

15. Гусаков A.A. (под. ред.) Системотехника строительства. М., Фонд «Новое тысячелетие», 1999.

16. Демидов H.H. Анализ экологической обстановки в регионе. В кн. Экспертные системы в проектировании и управлении строительством. М., Стройиздат, 1995.

17. Денисов A.A., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. -Л., Энергоиздат, 1982.

18. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. М., «Наука», 1986.

19. Евланов Л.Г. Основы теории принятия решений. M., АНХ СССР, 1981.

20. Еремеев В.П. Предельные и аварийные состояния мостов. Казань, КГ АС А, 1994.

21. Ермаков С.М., Михайлов ГАП. Статистическое моделирование. -М„ «Наука», 1982.

22. Зайцев А.К., Марфенко C.B., Михелев Д.Ш. Геодезические методы исследования сооружений.

23. Замков О.О., Толстопятенко A.B., Черемных Ю.Н. Математические методы в экономике. М., «ДИС», 1998.

24. Иваненко В.И., Лабковский В.А. Проблема неопределенности в задачах принятия решений. К., «Наукова думка», 1990. Измалков В.И., Измалков В.А. Безопасность и риск при техногенных воздействиях. - СПб., «Питер», 1994.

25. Инструкция по диагностике мостовых сооружений на автомобильных дорога, М., 1996„,

26. Исследования по общей теории систем. М., Прогресс, 1969. Казанский Ю.Н., Нем чин A.M., Никешин С.Н. Строительство в США и России. Экономика, организация и управление. - СПб., «Два Три», 1995.

27. Каплинский А.И. и др. Моделирование и алгоритмизация слабо-формализованных задач выбора наилучших вариантов систем. Воронеж, ВГУ, 1991.

28. Касти Дж. Большие системы. Связанность, сложность и катастрофы. -М„ «Мир», 1982.

29. Катулев АН., Михно В.Н., Виленчик JI.C. и др. Современный синтез критериев в задачах принятия решений. М., Радио и связь, 1992.

30. Кобылянский В.В. Развитие сети региональных ведомственных информационно-аналитических центров.//ИВТ, 1997, № 1. Коугия В.А., Грузинов В.В. Геодезические работы при строительстве мостов.

31. Красильников В.А. Промышленное зодчество и экология. М., Стройиздат, 1992.

32. Кузьмин И.В. Основы моделирования сложных систем. К., Вшцашкол 2.1QR1

33. Куликов Ю.А. Имитационные модели и их применение в управлении строительством. М., Стройиздат, 1983.

34. Кулиш В.И. Вероятностная оценка надежности и долговечности мостовых железобетонных конструкций. Хабаровск: ХГТУ, 1993. Ларичев О.И. Объективные и субъективные решения. - М., Наука,1987.

35. Ларичев- О.И. и др. Выявление экспертных знаний (процедуры и реализация). М., «Наука», 1989.

36. Лебедев А.Н. Моделирование в научно-технических исследованиях. М., «Радио и связь».,, 1989.

37. Леонец A.A., Василенко В.И. Навигация для всех.//Сети и телекоммуникации, 1999, № 2.

38. Мелихов А.Н. и др. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. — М., «Наука», 1990.

39. Методические рекомендации по вопросам охраны окружающей среды при проектировании автодорожных переходов через водотоки. -М., СоюздорНИИ, 1985.

40. Новожилова H.H. Исследование долговечности и экономичности искусственных сооружений. Л., ЛИСИ, 1998.

41. Новожилова Н.И., Быстрой В.А, Шайкевич B.JI. Прогнозирование надежности конструкций стальных и железобетонных мостов. JL, ЛИСИ, 1989.

42. Носарев A.B. Мосты: История, дискуссии. Новые решения, опыт. -М., 1997.

43. Овчинников И.Г. Разработка экспертных систем для проектирования и оценки эксплуатационного состояния мостовых конструкций// Автомобильные дороги. 1993, № 10.

44. Овчинников И.Г., Козлов И.Г. Управление эксплуатацией мостовых сооружений. Саратов, СГТУ, 1998.

45. Пассек В.В. Обрушение мостовых конструкций за рубежом (обзор). -М., ЦИНИТИ, 1990.

46. Пичужкин И.В., Жарков В.Н., Фадеева М.М., Каркова Т.В. Организационные структуры управления в условиях рынка. Владимир, ВГТУ, 1994.

47. Повышение надежности строящихся и эксплуатируемых мос-тов//Сборник докладов Российского семинара//(20-24 ноября 1995г., Павловск) под редакцией В.А.Корнева и Е.Н.Баринова. Павловск, ДУИЦ, 1996.

48. Поспелов Д.А. Большие системы. Ситуационное управление. М., «Знание», 1975.

49. Руднев В.Е., Володин В.В., Лучанский К.М.Ю, Петров В.Б. Формирование технических объектов на основе системного анализа. М.,1. Машиностроение, 1991.

50. Сильянов B.B. Проблемы эксплуатации автомобильных дорог и мостов. М., ВИНИТИ, 1990.

51. Системы автоматизированного проектирования в строительстве/под редакцией А.А.Гусакрва/. М., Фонд «Новое строительство», 2000. СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы/Госстрой СССР. - М.,АПП ЦИТП, 1996.

52. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М., Высшая школа, 1985.

53. Таусенд К., Фохт Д Проектирование и программная реализация экспертных систем на персональных ЭВМ. М., Финансы и статистика, 1990.

54. Техническая диагностика и эксплуатационная надежность искусст-" венных сооружений (монограмма). Дмитриев Ю.В. Хабаровск, ДВГУПС, 1999.

55. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам. -М., Мир, 1989. Ушаков И.А. (под. ред.) Надежность технических систем. М., «Радио и связь», 1985.

56. Федоренко Н.П. (под. ред.) Математика и кибернетика в экономике. М., Экономика, 1985.

57. Федотов Г.А. Автоматизированное проектирование автомобильных дорог. -М., «Транспорт», 1986.

58. Федулов Ю.Г. Основы автоматизированного организованного управления. М., «РАГС», 1997.

59. Цикризис Д., Лоховски Ф. Модели данных. Финансы и статистика, 1985.

60. Шапиро В.Д. (под ред.) Управление проектами. СПб., «Два Три», 1993.

61. Шаталин В.Н. Экология человека и устойчивое развитие//Авиакосмическая и экологическая медицина, 1995, № 3. Шеко А.И. (под. ред.) Мониторинг экзогенных геологических процессов. М., ВСЕГИНГЕО, 1986.

62. Шрейбер А.К. (под. ред.) Строительное производство. М., Строй-издат, 1995.

63. Цвиркун А.Д. и др. Имитационное моделирование в задачах синтеза структуры сложных систем (оптимизационно-имитационный подход). -М., «Наука», 1985.

64. Чичварин Н.В. Экспертные компоненты САПР. Машиностроение, 1991.

65. Элти Д., Кумбе М. Экспертные системы: концепция и примеры. -М., Финансы и статистика, 1987.

66. Юдин Г. И. Исследование работы мостовых конструкций в эксплуатационных условиях. М., «Транспорт», 1983.

67. Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных дорогах ВСН 4-81. М., «Транспорт», 1981.136

68. Опубликованные работы автора по теме диссертации

69. Мусохранов В.В., Черкасов К.А., Щетинина E.H., Соломенцев Г.Г., Горшков В.А. Стеклофибробетон и перспективы его применения в мостострое-нии./Транспортное строительство. М., 1991, № 9. С.32-35.

70. Мусохранов В.В., Еремеев В.П., Щетинина E.H. Комплексный подход к вопросам улучшения технического состояния мостового парка Рос-сии.//Автомобильные дороги; Экспресс-информация; Приложение к Ин-формсборнику Информаавтодор, М., 1992. Вып.1.С.1-9.

71. Мусохранов В.В., Черкасов К.А., Щетинина E.H., Горшков В.А., Агронович Г.Ю. Перспективы применения стеклофибробетона в мостострое-нии.//Автомобильные дороги; Информсборник; Информавтодор, М., 1992. Вып. 1. С.1-12.

72. Мусохранов В.В., Щетинина E.H. Диагностика мостов на федеральных дорогах России.//Автомобильные дороги; Информсборник; Информавтодор, М., 1993. Вып. № 8. С.3-9.

73. Черкасов К.А., Щетинина E.H. Практическое применение результатов диаг-ностики.//Автомобильные дороги; Информсборник; Иинформавтодор, М., 1993. Вып. №.С.9-28.

74. Гончаров-Андреев Н.В., Щетинина E.H. Методология проведения работ по диагностике.// Автомобильные дороги; Информсборник; Информавтодор, М., 1993. Вып. N° . С.29-33.

75. Симакин С.М., Щетинина E.H. Автоматизированный банк данных по мостам России.//Автомобильные дороги; Информсборник; Информавтодор, М., 1993 г. Вып.8. С.43-47.

76. Мусохранов В.В., Поспелов Н.Д., Щетинина E.H. Обзор состояния деревянных мостов за рубежом и перспективы их использования на автомобильных дорогах России.//Автомобильные дороги; Информсборник; Информавтодор, М., 1994. Вып.5. С.1-14.137

77. Мусохранов В.В., Щетинина E.H. Аварии и аварийные ситуации, возникающие вследствие дефектов, выявленных при подводном обследовании опор.//Автомобильные дороги; Информсборник; Информавтодор, М., 1994. Вып. №9. С. 14-18.

78. Мусохранов В.В., Щетинина E.H. Механические повреждения мостов и путепроводов в результате удара о них транспортных средств.//Автомобил.ьные дороги; Информсборник; Информавтодор, М., 1994. Вып.9. С. 19-26.

79. Мусохранов В.В., Щетинина E.H. Реконструкция мостов на автомобильных дорогах./Обзорная информация, Информавтодор, М.,1996. Вып. 1,48 с.

80. Мусохранов В.В., Щетинина E.H. Проблемы мостовой отрасли на современном этапе и пути решения.//Автомобильные дороги; Обзорная информация; Информавтодор, М., 1998. Вып.З, 56 с.

81. Щетинина E.H. Анализ технического состояния мостового парка на основе автоматизированного банка данных.//Автомобильные дороги; Информсборник; Информавтодор, М., 1999. Вып.9. С.1-12.

82. Щетинина E.H. Опыт комплексной реконструкции мостов.^Автомобильные дороги; Информсборник; Информавтодор, М., 1999. Вып.9. С.38-45.

83. Щетинина E.H., Самитов P.A. Автоматизированное проектирование банка данных мониторинга автодорожных мостов. М.: Центр образования науки и культуры ГАНГ им. Н.М.Губкина (ЦОН и К ГАНГ) 1998. С.20-22.

84. Щетинина E.H., Самитов P.A. Мониторинг технического состояния мостового парка на основе автоматизированного банка данных. М.: Центр образования науки и культуры ГАНГ им. Н.М.Губкина (ЦОН и К ГАНГ) 1997. С.26-27

85. Щетинина E.H., Самитов P.A. Методы и системы организации мониторинга строительных сооружений на основе автоматизированного банка дан-ных./Промышленное и гражданское строительство, М., 2000 № 10. С.39-40.