автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Модели и методы выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки

4849424

На правах рукописи

САЧИВКА Вячеслав Дмитриевич

МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО СПОСОБА ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

Специальность 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

В ИЮН 2011

Москва 2011

4849424

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет» (МГГУ)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор ГОНЧАРЕНКО СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор СОТНИКОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ; доктор технических наук, профессор ПРАНОВ БОРИС МИХАЙЛОВИЧ

Ведущее предприятие

Научно-исследовательский институт системных исследований РАН

(г. Москва)

Защита диссертации состоится 28 июня 2011г. в 12 час. на заседании диссертационного совета Д 212.128.07 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан^ мая 2011 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Подземные коммуникации незаменимы для снабжения водой, нефтью, газом и электричеством, для вывода сточных вод, для осуществления телефонной связи и работы интернета. В условиях ограниченного пространства на поверхности новые инфраструктуры можно расположить только под землей.

С целью повышения эффективности функционирования объектов подземного пространства при выборе способа прокладки подземных инженерных коммуникаций необходим учет множества горно-геологических, технологических, экономических и организационных факторов в условиях неопределенности. На этой основе возможно выявление альтернатив открытой или бестраншейной прокладки подземных инженерных коммуникаций и выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки. При этом выбранный способ не всегда является оптимальным. В этой связи необходима разработка новых и совершенствование существующих методов выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций, средств анализа обработки исходной информации с использованием современных методов, ориентированных на повышение эффективности управления объектами подземного пространства и процессами строительства с учетом отраслевых особенностей.

В связи с необходимостью обработки больших массивов информации исходных горно-геологических, технологических, экономических и организационных факторов в условиях неполноты информации необходимо разработать математические модели, позволяющие выбрать оптимальный способ прокладки подземных инженерных коммуникаций.

Значительный вклад в изучение вопросов, касающихся различных способов прокладки коммуникаций, их основных свойств и параметров внесли такие ученые, как Е.Д. Баландинский, И.Г. Булгакова, A.C. Григорьев, В.В. Ковнат-Лернер, А.Н. Левченко, Д.Н. Сорокин, В.В. Подцубный, С.Н. Шульженко, В.М. Земсков, В.В. Червов и др.

Большой вклад в развитие и применение теории выбора, многокритериальной оптимизации и системного анализа внесли российские и зарубежные ученые: С.А. Орловский, Р.Л. Кини, X. Райфа, Н.И. Моисеев, Г.С. Поспелов, Ю.Б. Гермейер, В.А. Ириков, О.И. Ларичев, В.В. Подиновский, A.A. Фельдбаум, В.В. Солодовников, Р. Калман, Р. Беллман, Э. Джури, Н.И. Федунец, Л.А. Бахвалов, Д.К. Потресов, А.Н. Сотников, Б.М. Пранов, Л.Д. Певзнер и др.

Анализ научных исследований показал, что довольно глубоко изучены способы прокладки подземных инженерных коммуникаций, однако попытки решения задачи выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций при воздействии определенных горногеологических, технологических, экономических и организационных факторах в условиях неполноты исходной информации не предпринимались.

Таким образом,- необходимо создать комплексную методику, позволяющую решить задачу выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки.

В этой связи задача выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций с учетом значимости горно-геологаческих, технологических, экономических факторов, на основе ретроспективной текущей и экспертной информации, актуальна и своевременна.

Цель работы заключается в выделении значимых горно-геологических, технологических, организационных факторов в условиях неполноты информации и определении оптимального способа прокладки подземных городских инженерных коммуникаций в условиях неопределенности.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

• выявление основных факторов, определяющих выбор способа прокладки подземных инженерных коммуникаций на основе статистического анализа множества горно-геологических, технологических, организационных и экономических показателей;

• формирование исходного информационного базиса на основе определения системы взаимозависимостей между исходными показателями в различных группах факторов;

• выявление возможных альтернатив прокладки подземных инженерных коммуникаций на основе построения деревьев решений;

• обоснование, выбор и определение приоритетности критериев оценки эффективности способов прокладки подземных инженерных коммуникаций;

• выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций на основе попарного сравнения альтернатив по сформированному множеству оценочных 1фитериев;

• разработка комплексной методики выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций, основанной на учете значимых горно-геологических, технологических и организационных факторов в условиях неполноты информации,

многоэтапном подходе к решению многокритериальной задачи выбора в условиях неопределенности.

Идея работы заключается в определении взаимозависимостей и взаимосвязей технико-технологических, горно-геологаческих, экономических и организационных факторов, выявлении множества допустимых вариантов бестраншейной и открытой прокладки подземных инженерных коммуникаций и определении оптимального способа прокладки подземных городских инженерных коммуникаций в условиях неопределенности.

Методы исследования включают системный, факторный и статистический анализ, исследование операций, теорию принятия решений, математическое моделирование, методы оптимизации, аппарат нечетких множеств, метод построения деревьев решений.

Основные научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:

1. Сформирован информационный базис технико-технологических, горногеологических, экономических и организационных показателей, который впервые позволяет обосновать технологическую осуществимость, организационную обеспеченность и экономическую эффективность реализации проектных решений при прокладке подземных инженерных коммуникаций.

2. Определены взаимозависимости и взаимосвязи технико-технологических, горно-геологических, экономических и организационных факторов, позволившие построить совокупность деревьев решений для выявления допустимых вариантов бестраншейной и открытой прокладки подземных инженерных коммуникаций.

3. Разработана математическая модель, обеспечивающая в отличие от существующих выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях неопределенности и учитывающая приоритетность сформированного множества оценочных критериев различных технологических, экономических и организационных показателей эффективности.

4. Разработана комплексная методика выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки, отличающаяся многоэтапным подходом к решению многокритериальной задачи выбора с учетом значимых горно-геологических, технологических, экономических и организационных факторов в условиях неполноты исходной информации.

з

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций,

сформулированных в диссертации, подтверждается корректным использованием методов статистического анализа, методов нечетких множеств, компьютерного моделирования и построением деревьев решений, положительными результатами апробации комплексной методики выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций, а также разработанного и внедренного на предприятии пакета прикладных программ.

Научная значимость диссертации состоит в разработке новой комплексной методики, позволяющей решить многокритериальную задачу выбора оптимального способа прокладки городских подземных инженерных коммуникаций в условиях неопределенности. В структуру методики входят математические модели и алгоритмы, которые обеспечивают обработку больших массивов информации, формируют совокупность значимых горногеологических, технологических, экономических и организационных факторов и позволяют выявить основные взаимосвязи и взаимозависимости между ними. При этом предложена концепция, базирующаяся на методе построения деревьев решений и аппарате нечетких множеств и позволяющая, в отличие от существующих, произвести целенаправленный выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки.

Практическая значимость работы состоит в том, что использование разработанной комплексной методики, алгоритмов и пакета прикладных программ позволяет определить оптимальные варианты прокладки подземных инженерных коммуникаций и обеспечивает повышение эффективности капитальных вложений строительных компаний за счет экономии стоимости строительства и снижения временных ресурсов выполняемых работ.

Реализация и внедрение результатов. Разработанный 111111 «Коммуникации. Выбор способа прокладки» принят к использованию в ООО «Институт «Каналстройпроект» для определения оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки.

Разработанные математические модели, основанные на методе нечеткого программирования и методе построения деревьев решений, используются в учебном процессе для подготовки бакалавров и магистров по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника» на кафедре «Автоматизированные системы управления» МГТУ, включены в разделы

дисциплин «Методы оптимизации» и «Компьютерные системы поддержки принятия решений».

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на семинарах кафедры «Автоматизированные системы управления» МГГУ (20092011гг.), международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (2009-2011гг., г. Москва) и на XI Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (2010 г., г. Сочи).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 научных работ, в том числе 6 в журналах из перечня ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержит 26 рисунков, 25 таблиц и список литературы из 79 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Любое промышленно-гражданское строительство неразрывно связано с прокладкой инженерных коммуникаций, которая часто осуществляется в условиях плотной городской застройки и при пересечении зон, чувствительных к внешнему воздействию, таких как магистральные автомобильные и железные дороги или места исторического значения. В условиях ограниченного пространства на поверхности новые инфраструктуры можно расположить только под землей. Кроме того, в г. Москве существует большое количество действующих, бездействующих и проектируемых сооружений, расположенных на различных уровнях, что существенно осложняет поиск оптимальных решений по выбору способа прокладки инженерных коммуникаций.

В результате произведенного теоретико-множественного и теоретико-информационного анализа технологических схем и способов строительства способы прокладки при строительстве подземных инженерных коммуникаций могут быть классифицированы на 2 группы, далее «группы способов»:

• Y1 - бестраншейный способ; Yl = {XI, Х2, ХЗ, Х4, Х5}, где XI -микротоннелирование, Х2 - бурошнековое бурение, ХЗ - продавливание стального футляра, Х4 - горизонтально-направленное бурение (ГНБ), Х5 -направленный прокол;

• Y2 - открытый способ; Y2 = {ZI, Z2, 73, Z4}, где Z1 — крепление вертикальными стенками, Z2 - крепление деревянными щитами, Z3 -крепление консольными трубами, Z4 - 1фепление стальными трубами.

Каждый способ прокладки подземных коммуникаций описывается рядом классификационных признаков, таких как вид проходки, тип проходки и основные виды футляров (рис. 1), которые легли в основу формализации и

постановки задачи принятия решений по выбору оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций.

Рис. 1. Фрагмент классификации способов прокладки подземных инженерных коммуникаций

Одним из основных факторов при выборе способа прокладки подземных инженерных коммуникаций является величина капитальных затрат. При сравнении открытого способа с бестраншейной технологией прокладки инженерных коммуникаций был произведен теоретико-информационный анализ структуры затрат.

На круговых диаграммах представлены доли прямых затрат при строительстве открытым или бестраншейным способом прокладки подземных инженерных коммуникаций (рис.2). При открытом способе 75% расходов приходится на перемещение земли и восстановление улиц, а при бестраншейном способе 63% расходов приходится на устройство котлованов, что предопределило в дальнейшем оценку уровня значимости критериев оценки способов прокладки подземных городских инженерных коммуникаций в условиях неопределенности.

Затем для различных способов строительства подземных инженерных коммуникаций было проведено прикладное исследование системных связей и зависимостей стоимости работ от глубины и длины прокладки (рис.3).

В разработанной модели полученные зависимости были использованы для выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки.

Результаты теоретико-множественного анализа и полученные взаимосвязи и взаимозависимости предопределили необходимость создания комплексной

методики выбора оптимального способа прокладки подземных городских инженерных коммуникаций в условиях неопределенности.

Открытый способ прокладки Бестраншейный способ прокладки

39%

ЩДорожное строительство ¡¡¡Строительство траншеи □Монтаж стройплощадки

□Смещение земли ЩУровень грунтовых вод ^Устройство котлованов

Рис. 2. Структура прямых расходов при строительстве подземных инженерных коммуникаций открытым и бестраншейным способом

длина прокладки инженерных коммуникаций, м

♦ Открытый способ с фунт, водами

* Открытый способ без грунт, вод а Закрытая прокладка

Рис. 3. Зависимость стоимости работ от глубины и длины прокладки для различных способов строительства подземных инженерных коммуникаций

Суть методики заключается в многоэтапном подходе к решению многокритериальной задачи выбора с учетом значимых горно-геологических, технологических, экономических и организационных факторов в условиях неполноты исходной информации (рис.4).

В ходе 1-го этапа реализации методики проведен предварительный статистический анализ исходных данных и определены значимые факторы, определяющие выбор способа прокладки инженерных коммуникаций. Для формирования исходного информационного базиса факторов было выбрано 30 исходных горно-геологических, технико-технологических, экономических и

организационных показателей: глубина прокладки подземных инженерных коммуникаций, диаметр футляра, срок полезного использования труб, стоимость труб, аварийность труб, коэффициент фильтрации грунтов, расчетное сопротивление грунта и т.д.

1 .Предварительный статистический анализ исходных данных и выбор основных факторов, _определяющих выбор способа прокладки подземных инженерных коммуникаций_

1.1, Формирование множества исходных статистических показателей

13.. Определение основных грущ* факторов, определяющих способ ррохдадки подземных инженерных коммуникаций

13. илредацение взаимосвя зей между исходными показателями в различных группах

<Ьактооо*

1-4- Построение енсуемь? взаимозависимостей и определение значимых групп факторов [

I -5- Формирование исходного, информационного базиса

2, Построения; деревьеа решений да* выявления возможных способов площадки цодземнух шрдагерцых

коммуникаций

.............'.......I ------------------------------------------------------------------ -■

2.1. Выбор крутим способов, яда беотранщейной и открытой прокладки подаешьк _ инженерных коммуникаций (дерево, решений ЛМ)_

2,2:. Выбор способа строительству додаеивьи; инженерных коммуникаций при бестраншейной прокладке (дерево решений №2)

I ~

23- Выбор способа строительств црдаеьцшх дакедерньп. коммуннкадай ври открытой

прокладке (дерева рещений №3)

................................................"

3, Выбор спо<^%прокяадки№веынвдиижене при бестраншейной прокладке-

3,1. Обоснование и выбор критериев, оценки способов прокладки подземных инженерных

коммуникаций

3-2, Попарное сраднеиие адыериапв гфодадаи по, сформированному множеству оценочных

критериев:_

3.3, Определение приоритетности оценочных критериев.

3,4. Выбор оптимального способа прокладки водоемных городских инженерных коммуникаций

Рис. 4. Комплексная методика выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки

На основании анализа статистических данных и обработки исходной информации были рассчитаны коэффициенты корреляции Пирсона и построена корреляционная матрица взаимозависимостей (рис. 5).

В исходный информационный базис вошли показатели, коэффициент корреляции между которыми меньше 0,3, то есть взаимосвязь незначима.

и В С Р А в 1 и У9 VI0 . . ИЗО'

н 1 0.21 0.03 0.02 0.19 0.14 0.03 0.08 0.55 0.02 . . 0.85

О 0.21 1 0.17 0.15 0.08 0.17 0.06 0.18 0.81 0.72 . . 0.75

с 0.03 0.17 1 0.11 0.14 0.03 0.06 0.04 0.11 0.11 . . 0.12

р 0.02 0.15 0.11 1 0.18 0.05 0.03 0.16 0.29 0.23 . . 0.21

А 0.19 0.08 0.1+ 0.18 1 0.14 0.07 0.13 0.11 0.05 . . 0.03

в 0.14 0.17 0.03 0.05 0.14 1 0.03 0.02 0.04 0.18 . . 0.57

ь 0.03 0.06 0.06 0.03 0.07 0.03 I 0.16 0.03 0.63 . . 0.25

м 0.08 0.18 0.04 0.16 0.13 0.02 0.16 1 0.06 0.11 . . 0.18

Г9 0.55 0.81 0.11 0.29 0.11 0.04 0.03 006 1 0.26 . . 0.24

ПО 0.02 0.72 0.11 0.23 0.05 0.18 0.63 0.11 0.26 I . 1 . 0.39

гзо 0.85 0.75 0.12 0.21 0.03 0.57 0.25 0.18 0.24 0.39 . 1 • 1 .

Рис. 5. Фрагмент корреляционной матрицы исходных показателей прокладки подземных

инженерных коммуникаций

На основе этих взаимозависимостей был построен граф взаимосвязей исходных данных для прокладки инженерных коммуникаций (рис. 6).

Рис. 6. Фрагмент графа взаимосвязей исходных данных для прокладки подземных инженерных коммуникаций

Корреляционная матрица и граф взаимосвязей показателей легли в основу

построения системы структурных уравнений:

Г9 = /9(Я,£>) ПО = /10(1,1)) И1 = /11(Д М,Ь) Г\2 = /ЩС,Р,Ь)

ЧПЗ = /13 (Н,А,М)\. (1)

П4 = /14(<7) У15 = /15(в)

Таким образом, в ходе прикладного исследования системных связей и полученных закономерностей был построен исходный информационный базис значимых горно-геологических, технико-технологических, экономических и организационных факторов, определяющих способы прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки, который позволяет обосновать технологическую осуществимость, организационную обеспеченность и экономическую эффективность реализации проектных решений (табл. 1).

Таблица 1

Исходный информациопный базис определения способов прокладки городских подземных инженерных коммуникаций

№ Описание вводных данных Обозначение Диапазон изменения (значения) данных

1 Глубина прокладки Н Н е (0;30)

2 Диаметр футляра 0 О € (50;2000 )

3 Стесненные условия с 1=да; 0=нет

4 Преграды, такие как ж.д. дороги, реки, насаждения р 1=да; 0=нет

5 Автодороги А 1=да; 0=нет

6 Водонасыщенностъ грунтов в 1=да; 0=нет

7 Интервал проходки Ь 1 е (0; то)

8 Материал футляра м железобетон, сталь, полиэтилен

В рамках 2-го этапа реализации методики решается задача выбора альтернативных способов прокладки подземных инженерных коммуникаций из множества способов {XI, Х2, ХЗ, Х4, Х5, 21, 22, 23, 24} при определенных условиях (Н, Д С, Р, А, в, Ь, М) (табл. \).

Выбор альтернативных способов прокладки подземных инженерных коммуникаций основан на построение совокупности деревьев решений и состоит из трех основных шагов:

Шаг 1. Выбор «группы способов» прокладки подземных инженерных коммуникаций (дерево решений №1) при заданных условиях (С, Р, Б, Н) определяет множество {У} возможных «групп способов», при У = У2 (открытый способ) или У = У1 (бестраншейный способ). Результат прохождения всех ветвей дерева решений №1 описывается функцией/7 (С, Р, в, Н) (табл.2, рис. 7).

Таблица 2

С р в н П(С,Р,С,Н)

0 0 0 0 У2

0 0 0 1 У1

0 0 1 1 У1

1 1 1 0 У1

1 1 1 1 У1

Рис. 7. Фрагмент дерева решений №1 для определения группы способов прокладки подземных инженерных коммуникаций

Шаг 2. Выбор способа прокладки бестраншейным способом (дерево решений №2) при заданных условиях (Р, Д Ь, С) определяет множество {X} возможных способов бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций Х={Х1, Х2, ХЗ,...} (табл. 3-5).

Таблица 3

Описание узлов для дерева решений №2_

Обозначение Название узла Описание узла

Ж Материал футляра Футляры представляют собой трубы различных диаметров, сделанные из стали, железобетона или полиэтилена

Диаметр футляра Диаметр стального футляра

Т)2 Диаметр футляра Диаметр железобетонного футляра

1)3 Диаметр футляра Диаметр полиэтиленового футляра

Ь Интервал проходки Максимальный участок, пройденный с одного котлована

в Водонасыщенность грунтов Уровень грунтовых вод

Таблица 4

Описание листьев для дерева решений №2_

Лист Описание

К Направленный прокол

В1 Бурошнековая установка с различными диаметрами

В5 прокладки

Л Горизонтально-направленное бурение с различными

16 диаметрами прокладки

М1 Микротоннелепроходческие комплексы с различными

мю диаметрами прокладки

Таблица 5

Фрагмент результатов прохождения дерева решений №2_

Возможные альтернативы оборудования для прокладки

Р Б Ь в Направленный прокол Бурошнековая установка ГНБ Микротоннель Продавливание стального футляра

1 1 1 1 К В1 Л - -

1 6 1 1 - В2 13 М1 -

2\ 1 1 1 - - - мз -

2 6 1 1 - - - М10 -

3 1 1 1 К - Л - -

1 2 2 1 Я В1 л - -

1 12 1 0 - В4 16 М7 Р1

1 13 1 0 - В5 - М8 Р2

Таким образом, в результате прохождения дерева решений №2 для прокладки инженерных коммуникаций бестраншейным способом выявляется от одной до четырех возможных альтернатив способов прокладки (направленный прокол, ГНБ, бурошнековая установка, микротоннель, продавливание стального футляра).

Шаг 3. Выбор способа прокладки открытым способом (дерево решений №3) при заданных условиях (А, НЗ) определяет возможный способ открытой прокладки подземных инженерных коммуникаций, при Х~{71,72,73,24}.

Прокладка подземных инженерных коммуникаций открытым способом включает в себя четыре основных вида крепления траншеи, которые и являются листьями дерева решений (табл. 6).

Таблица 6

Описание листьев для дерева решений №3_

Лист Описание

Ъ\ вертикальные стенки

72 деревянные щиты

73 консольные трубы

7Л стальные трубы

Результат прохождения всех ветвей дерева решений №3 описывается функцией А(А, Н) (табл. 7).

Таблица 7

Результаты прохождения дерева решений №3_

А - наличие автодорог Н - глубина прокладки /3(А, Н)

0 1 72

0 2 72

0 3 гз

0 4 74

1 1 71

1 2 72

1 3 73

1 4 74

Прохождения дерева решений № 3 позволяет определить вариант прокладки открытым способом, а именно крепление траншеи с помощью вертикальных стенок, деревянных щитов, консольных или стальных труб (рис. 8).

Рис. 8. Дерево решений №3 для прокладки подземных инженерных коммуникаций открытым

способом

Таким образом, определенные взаимозависимости и взаимосвязи технико-технологических, горно-геологических, экономических и организационных факторов позволили сформировать множество деревьев решений для выявления допустимых вариантов бестраншейной и открытой прокладки подземных инженерных коммуникаций.

На 3-м этапе реализации методики определяется оптимальный способ прокладки подземных инженерных коммуникаций.

Для определения оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций сформировано исходное множество 20-ти оценочных критериев, включая такие, как: К1 - стоимость работ, К2 - время выполнения работ, КЗ - количество рабочих, К4 - габариты рабочего котлована, К5 - габариты приемного котлована и т.д.

Для выявления значимых критериев был использован анализ чувствительности оценочных критериев от следующих показателей эффективности: С (себестоимость), Р (производительность), вМ (рентабельность) и СтР (прибыль). Для каждого критерия была рассчитана вариация показателя эффективности при изменении критерия на 10 % (рис.9), т.е.

ф & # ч? # ч» # ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^

ТАютество оценотых критериев

Рис. 9. Анализ чувствительности множества оценочных критериев

Полученное множество оценочных критериев легло в основу выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций из исходного множества альтернатив способов {X} по сформированной совокупности оценочных критериев {К}, где:

XI = Способ \{Микротопнель)\ Х2 = Способ 2 (Бурошнековая установка)-, {X} = ХЗ = Способ 3 (Продавливание стального футляра) V (3)

X4 = Способ 4 (Горизонтально-направленное бурение) Х5 = Способ 5 (Направленный прокол)

{К) = {К\,К2,КЪ,КА,К5}.

Нечеткое отношение предпочтения (н.о.п.) Я(К/) на множестве способов прокладки подземных инженерных коммуникаций X, где К есть множество значимых оценочных критериев, математически описывается функцией принадлежности /]я(К]):Х*Х—>[0; 1 ], показывающей степень принадлежности и обладающей свойством рефлексивности, т.е. 1 для любого

способа прокладки XI. При этом для любой пары способов прокладки XI, Х2 е X значение 0к(К])(Х1Х2) понимается как степень выполнения предпочтения "альтернатива способа XI не хуже альтернативы способа Х2" с точки зрения оценочного критерия К].

Максимальные недоминируемые альтернативы множества (X, (¡я), где Х={Х1,...,Хп}, есть оптимальные альтернативы способов прокладки подземных инженерных коммуникаций в рамках рассматриваемого подхода, имеющие наибольшую степень принадлежности нечеткому множеству Р™*, т.е. элементы множества ХтА = {х | х е X, р;" (х) = вир Р"*ь (г) }, где

хеХ

К'"'*' (*) = 1 - Бир Р1(у,х), х б X - функция принадлежности, представляющая

собой степень, с которой альтернатива способа прокладки х не домивируется ни над одной из альтернатив множества X, называемая нечетким подмножеством недоминируемых альтернатив множества (X, рК). При этом функция '

и8(г тЛ-¡Мх>У)~мАУ>х)пРиМ*.У)*Мя(у,х) (4) МЛ'У) \0 при мя(х,У)^Мя(У,х) К )

представляет собой нечеткое отношение строгого предпочтения К на множестве альтернатив способов X.

В рассматриваемой задаче каждая альтернатива заданного множества способов X характеризуется пятью оценочными критериями К1, К5. Представленные в виде таблицы результаты первоначальных расчетов показывают значение оценочных критериев ад. - К1 (Х1) для каждой из

рассматриваемых альтернатив способов (табл. 8).

Таблица 8

Значения оценочных критериев для каждой из рассматриваемых альтернатив _способов прокладки подземных инжеперных коммуникаций_

хг

«п «12 «13 «14 «15

к2 «21 «22 «23 «24 «25

Кг «31 «32 «33 «34 «35

К4 «41 «42 «43 «44 «45

к, «л «52 «53 «54 «55

На основании расчетов происходит построение матриц нечеткого отношения предпочтений между альтернативами способов прокладки инженерных коммуникаций М„г = 1,5 по каждому из оценочных критериев К, следующего вида:

' К

1 Ев. За За. За.

X, "а а» 0(4

За. 1 За. За За.

«я а„ 0,5

£п 5л. 1 Ей. Ее.

■У, а,г в<4 "и

За. За. За. 1 За.

аа а»

За. За. За. Еи 1

«п 0,2 "л

Очевидно, что каждый из критериев К,,г = 1,5 имеет различную значимость при принятии решения. В реальной ситуации относительная значимость заданных критериев (отношений предпочтения) описывается нечетким отношением на множестве оценочных критериев. То есть элементы множества К различны по значимости, что позволяет ввести функцию а:К*К -> [0;1] -

заданное нечеткое отношение важности оценочных критериев, где величина аг(Х,;АГу) является функцией принадлежности и понимается как степень, с

которой оценочный критерий К, считается не менее значимым, чем оценочный критерий К1.

Дня определения приоритетности оценочных критериев был использован метод экспертных оценок. Приоритетность оценочных критериев по результатам экспертных оценок структурирована в табл. 9.

Таблица 9

Экспертные оценки критериев_

Эксперты

Критерии 1 2 3 гп

К1 - стоимость работ ЧИ 412 413

К2 - срок выполнения работ д23 Я2! я2т

КЗ - габариты рабочего котлована 431 ч32 чЗЗ цЗт

... ... ...

Кп ср! Чп2 дпЗ цпт

порядок предпочтения данного признака перед другими.

Определение среднего ранга SJ как среднего статистического значения ^ го критерия производилось по следующему соотношению:

т

2Ж

, (6)

т

где т- количество экспертов, оценивающих критерии; 1 - номер эксперта; 1 = 1,...,т; ] - номер оценочного критерия, j = 1,2,...,п.

Функция предпочтения как степень, с которой критерий К,

считается не менее значимым, чем оценочный критерий К]г рассчитана как доля отношений весов критериев, а именно:

= |ч (7)

где 5, и средние ранги оценочных критериев К, и К].

На основании введенной функции а{К',Кматрица результатов

попарного сравнения альтернатив способов прокладки подземных инженерных коммуникаций друг с другом по значимости (матрица отношений весов критериев) имеет следующий вид.

/ К, *2 Кг к,

1 «21 «31 «41 «51

к2 «12 1 «32 «42 «52

К, «13 «23 1 «43 «53

К, «и «24 «34 1 «54

Л «15 «25 «35 «45 1

где аг. = а(К,;Ку)и ао *ам=1.

В ходе решения задачи происходит упорядочение способов прокладки -восстановление относительных важностей альтернатив способов по заданной матрице приоритетности оценочных критериев Ки, т.е. нахождение нормированного к единице собственного вектора этой матрицы, соответствующего максимальному собственному числу, путем решения уравнений типа {Ки - Як * Е = 0}.

Аналогичным способом находится относительный вес каждого способа прокладки по каждому критерию путем решения уравнений типа

{м, -Ям*Е = о}.

Вектор, показывающий оптимальность каждого способа с учетом приоритетности оценочных критериев, может быть найден как взвешенная сумма заданных функций цели с заданными коэффициентами значимости:

аге*=(ЛМ1'>ЛМ2'Лмз'>Лм4',Лт)*ЯКУХог,т = т5п (9)

Таким образом, разработанная математическая модель обеспечивает выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях неопределенности и учитывает приоритетность множества оценочных критериев различных технологических, экономических и организационных показателей эффективности.

Для реализации методики выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций был разработал алгоритм, который обеспечивает обработку больших массивов информации, формирует совокупность значимых горно-геологических, технологических, экономических и организационных факторов (рис.10).

Рис. 10. Алгоритм решения задачи выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки

На основании разработанных моделей, методов и алгоритмов были созданы структурно-функциональная схема и пакет прикладных программ 111Ш «Коммуникации. Выбор способа прокладки» для определения оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций (рис.11).

Базы моделей

Рис. 11. Структурно-функциональная схема ППП «Коммуникации. Выбор способа

прокладки»

Проектирование структурно-функциональной схемы выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций осуществлялось на базе ВРтп - унифицированного языка моделирования, поддерживающегося

многими объектно-ориентированными САБЕ-технологиями, что позволило систематизировать все элементы схемы. ППП «Коммуникации. Выбор способа прокладки» реализован с использованием независимой архитектуры. Каждый модуль пакета может работать как отдельно, выполняя определенные задачи, так и в совокупности с другими модулями.

Апробация моделей и методов выбора способа прокладки инженерных коммуникаций проходила на основе проекта «Подающие водоводы для жилого района «Рублево-Архангельское» г. Красногорска Московской области».

В данном проекте на определенных участках возникала необходимость прокладки водопроводной трубы в футляре диаметром Э = 1200 мм в условиях плотной городской застройки и многочисленных зеленых насаждений.

С помощью описанной методики, в результате прохождения деревьев решений №1 и №2, было выявлено три возможные альтернативы прокладки инженерных коммуникаций: микротоннелирование (XI), прокладка при помощи бурошнековой установки (Х2) и продавливание стального футляра (ХЗ).

Далее было определено множество оценочных критериев и матрица их приоритетности, построены матрицы нечеткого отношения предпочтений между альтернативами способов прокладки инженерных коммуникаций и с помощью описанной ранее методики найден оптимальный способ, которым является горизонтально-направленное бурение со следующими технико-экономическими показателями: 1) стоимость выполнения работ выбранным способом составляет 2 239 665 рублей; 2) минимально необходимое количество рабочих - 4 чел; 3) срок выполнения работ - 7 дней; 4) габариты рабочего и приемного котлованов 1,0x1,0 м.

При этом выбранный способ прокладки подземных инженерных коммуникаций позволяет снизить стоимость строительства на 15% и уменьшить время выполнения работ на 10% относительно проектных значений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе представлено теоретическое и практическое решение актуальной научной задачи выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки.

Основные научные и практические выводы, полученные автором в ходе выполнения работы:

1. Сформированный информационный базис технико-технологических, экономических и организационных показателей впервые позволил обосновать

технологическую осуществимость, организационную обеспеченность и экономическую эффективность реализации проектных решений при прокладке подземных инженерных коммуникаций.

2. Построенные совокупности деревьев решений позволяют выявить допустимые варианты бестраншейной и открытой прокладки подземных инженерных коммуникаций с учетом взаимозависимостей и взаимосвязей технико-технологических, горно-геологических, экономических и организационных факторов.

3. Произведен выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях неопределенности на основе разработанной математической модели, учитывающей приоритетность сформированного множества оценочных критериев различных технологических, экономических и организационных показателей эффективности.

4. Создана комплексная методика выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки, отличающаяся многоэтапным подходом к решению многокритериальной задачи выбора с учетом значимых горно-геологических, технологических, экономических и организационных факторов в условиях неполноты исходной информации.

5. Разработанная структурно-информационная схема и пакет прикладных программ «Коммуникации. Выбор способа прокладки», позволяют определить оптимальный способ прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки и подтвердить теоретические и практические концепции разработанной комплексной методики, моделей, методов и алгоритмов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

в научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:

1,ГончаренкоС.Н.,СачивкаВ.Д. Методы и модели выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки // Программные продукты и системы. — 2011. - № 1 (93). - С. 142146.

2. Гончаренко С.Н., Сачивка В.Д. Системный анализ факторов определяющих способ прокладки городских инженерных коммуникаций И Программные продукты и системы. - 2011. - № 2 (94). - С. 94-97.

3. Сачивка В.Д. Использование аппарата нечеткого программирования для выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011 г. - № 4. - С. 337-340.

4. Сачивка В.Д. Обоснование и выбор альтернативных способов прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки // Обозрение прикладной и промышленной математики. — 2010 г. — Том №17, выпуск 6. - С.161-162.

5. Сачивка В.Д. Использование метода дерева решений для выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций // Обозрение прикладной и промышленной математики. - 2011. - Том №18, выпуск 1. -С.183-184.

6. Сачивка В.Д. Инфокоммуникационная система поддержки принятия решений выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. - 2011. - №2 (14). - С 42-46.

в других изданиях:

7. Сачивка В.Д. Методика выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки II Научный вестник Московского государственного горного университета. - 2011. -№3 (12).-С. 88-99.

Подписано в печать 25.05.2011. Формат 60x90/16 Объем 1.0 печ.л._Тираж 100 экз. Заказ № tfffl

Отпечатано в ОИУП Mi l У, Москва, Ленинский пр., д. 6

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ В РАЗВИТИИ ПРОЕКТИРУЕМЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ.

1.1. Анализ тенденций развития системы подземных коммуникаций в современном мире.

1.2. Обозрение современных способов прокладки подземных инженерных коммуникаций.

1.3. Проблема выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций.

1.4. Цель, задачи и методы исследований.

1.5. Выводы.

2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ФАКТОРОВ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ГОРОДСКИХ ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ И ПОСТРОЕНИЕ ДЕРЕВЬЕВ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ВОЗМОЖНЫХ СПОСОБОВ ПРОКЛАДКИ

ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ.

2.1. Формирование множества исходных статистических показателей.

2.2. Построение деревьев решений для выявления списка возможных способов прокладки подземных инженерных коммуникаций на основании вводных данных.

2.3. Выбор группы способов для прокладки подземных инженерных коммуникаций (дерево решений Ml).

2.4. Выбор способа строительства подземных инженерных коммуникаций при бестраншейной прокладке (дереворешений М2).

2.5. Выбор способа строительства подземных инженерных коммуникаций при открытой прокладке (дерево решений №3).

3. МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ВЫБОРА СПОСОБА ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ ПРИ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКЕ

3.1. Обоснование и выбор значимых критериев оценки способов прокладки подземных инженерных коммуникаций.

3.2. Нахождение матриц попарного сравнения альтернатив по каждому из значимых оценочных критериев.

3.3. Выявление оптимального способа прокладки подземных коммуникаций с учетом определенной методом простой ранжировки приоритетности оценочных критериев.

3.4. Выводы.

4. РЕАЛИЗАЦИЯ И АПРОБАЦИЯ КОМПЛЕКСНОЙ МЕТОДИКИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО СПОСОБА ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ.

4.1. Структурно-функциональная схема и ППП «Коммуникации. Выбор способа прокладки» для определения оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций.

4.2. Апробация моделей и методов выбора способа прокладки инженерных коммуникаций на основе проекта «Подающие водоводы для жилого района «Рублево-Архангельское» г. Красногорска Московской области».

4.3. Выводы.

Актуальность работы. Подземные коммуникации незаменимы для снабжения водой, нефтью, газом и электричеством, для вывода сточных вод, для осуществления телефонной связи и работы интернета. В условиях ограниченного пространства на поверхности новые инфраструктуры можно расположить только под землей.

С целью повышения эффективности функционирования объектов подземного пространства при выборе способа прокладки подземных инженерных коммуникаций необходим учет множества горно-геологических, технологических, экономических и организационных факторов в условиях неопределенности. На этой основе возможно выявление альтернатив открытой или бестраншейной прокладки подземных инженерных коммуникаций и выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки. При этом выбранный способ не всегда является оптимальным. В этой связи необходима разработка новых и совершенствование существующих методов выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций, средств анализа обработки исходной информации с использованием современных методов, ориентированных на повышение эффективности управления объектами подземного пространства и процессами строительства с учетом отраслевых особенностей.

В связи с необходимостью обработки больших массивов информации исходных горно-геологических, технологических, экономических и организационных факторов в условиях неполноты информации необходимо разработать математические модели, позволяющие выбрать оптимальный способ прокладки подземных инженерных коммуникаций.

Значительный вклад в изучение вопросов, касающихся различных способов прокладки коммуникаций, их основных свойств и параметров внесли такие ученые, как Е.Д. Баландинский, И.Г. Булгакова, A.C. Григорьев,

B.B. Ковнат-Лернер, A.H. Левченко, Д.Н. Сорокин, B.B. Поддубный, С.Н. Шульженко, В.М. Земсков, В.В. Червов и др [56-72].

Большой вклад в развитие и применение теории выбора, многокритериальной оптимизации и системного анализа внесли российские и зарубежные ученые: С.А. Орловский, Р.Л. Кини, X. Райфа, Н.И. Моисеев, Г.С. Поспелов, Ю.Б. Гермейер, В.А. Ириков, О.И. Ларичев, В.В. Подиновский, A.A. Фельдбаум, В.В. Солодовников, Р. Калман, Р. Беллман, Э. Джури, Н.И. Федунец, Л.А. Бахвалов, Д.К. Потресов, А.Н. Сотников, Б.М. Пранов, Л.Д. Певзнер и др [1-21].

Анализ научных исследований показал, что довольно глубоко изучены способы прокладки подземных инженерных коммуникаций, однако попытки решения задачи выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций при воздействии определенных горногеологических, технологических, экономических и организационных факторах в условиях неполноты исходной информации не предпринимались.

Таким образом, необходимо создать комплексную методику, позволяющую решить задачу выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки.

В этой связи задача выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций с учетом значимости горно-геологических, технологических, экономических факторов, на основе ретроспективной текущей и экспертной информации, актуальна и своевременна.

Цель работы заключается в выделении значимых горно-геологических, технологических, организационных факторов в условиях неполноты информации и определении оптимального способа прокладки подземных городских инженерных коммуникаций в условиях неопределенности.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

• выявление основных факторов, определяющих выбор способа прокладки подземных инженерных коммуникаций на основе статистического анализа множества горно-геологических, технологических, организационных и экономических показателей;

• формирование исходного информационного базиса на основе определения системы взаимозависимостей между исходными показателями в различных группах факторов;

• выявление возможных альтернатив прокладки подземных инженерных коммуникаций на основе построения деревьев решений;

• обоснование, выбор и определение приоритетности критериев оценки эффективности способов прокладки подземных инженерных коммуникаций;

• выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций на основе попарного сравнения альтернатив по сформированному множеству оценочных критериев;

• разработка комплексной методики выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций, основанной на учете значимых горно-геологических, технологических и организационных факторов в условиях неполноты информации, многоэтапном подходе к решению многокритериальной задачи выбора в условиях неопределенности.

Идея работы заключается в определении взаимозависимостей и взаимосвязей технико-технологических, горно-геологических, экономических и организационных факторов, выявлении множества допустимых вариантов бестраншейной и открытой прокладки подземных инженерных коммуникаций и определении оптимального способа прокладки подземных городских инженерных коммуникаций в условиях неопределенности.

Методы исследования включают системный, факторный и статистический анализ, исследование операций, теорию принятия решений, математическое моделирование, методы оптимизации, аппарат нечетких множеств, метод построения деревьев решений.

Основные научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:

1. Сформирован информационный базис технико-технологических, горно-геологических, экономических и организационных показателей, который впервые позволяет обосновать технологическую осуществимость, организационную обеспеченность и экономическую эффективность реализации проектных решений при прокладке подземных инженерных коммуникаций.

2. Определены взаимозависимости и взаимосвязи технико-технологических, горно-геологических, экономических и организационных факторов, позволившие построить совокупность деревьев решений для выявления допустимых вариантов бестраншейной и открытой прокладки подземных инженерных коммуникаций.

3. Разработана математическая модель, обеспечивающая в отличие от существующих выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях неопределенности и учитывающая приоритетность сформированного множества оценочных критериев различных технологических, экономических и организационных показателей эффективности.

4. Разработана комплексная методика выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки, отличающаяся многоэтапным подходом к решению многокритериальной задачи выбора с учетом значимых горно-геологических, технологических, экономических и организационных факторов в условиях неполноты исходной информации.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается корректным использованием методов статистического анализа, методов нечетких множеств, компьютерного моделирования и построением деревьев решений, положительными результатами апробации комплексной методики выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций, а также разработанного и внедренного на предприятии пакета прикладных программ.

Научная значимость диссертации состоит в разработке новой комплексной методики, позволяющей решить многокритериальную задачу выбора оптимального способа прокладки городских подземных инженерных коммуникаций в условиях неопределенности. В структуру методики входят математические модели и алгоритмы, которые обеспечивают обработку больших массивов информации, формируют совокупность значимых горногеологических, технологических, экономических и организационных факторов и позволяют выявить основные взаимосвязи и взаимозависимости между ними. При этом предложена концепция, базирующаяся на методе построения деревьев решений и аппарате нечетких множеств и позволяющая, в отличие от существующих, произвести целенаправленный выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки.

Практическая значимость работы состоит в том, что использование разработанной комплексной методики, алгоритмов и пакета прикладных программ позволяет определить оптимальные варианты прокладки подземных инженерных коммуникаций и обеспечивает повышение эффективности капитальных вложений строительных компаний за счет экономии стоимости строительства и снижения временных ресурсов выполняемых работ.

Реализация и внедрение результатов. Разработанный ППП «Коммуникации. Выбор способа прокладки» принят к использованию в ООО «Институт «Каналстройпроект» для определения оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки.

Разработанные математические модели, основанные на методе нечеткого программирования и методе построения деревьев решений, используются в учебном процессе для подготовки бакалавров и магистров по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника» на кафедре «Автоматизированные системы управления» МГГУ, включены в разделы дисциплин «Методы оптимизации» и «Компьютерные системы поддержки принятия решений».

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на семинарах кафедры «Автоматизированные системы управления» МГГУ (2009-2011гг.), международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (2009-2011гг., г. Москва) и на XI Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (2010 г., г. Сочи).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 научных работ, в том числе 6 в журналах из перечня ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержит 26 рисунков, 25 таблиц и список литературы из 79 наименований.

4.3. Выводы

Для реализации методики выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций был разработан алгоритм, который обеспечивает обработку больших массивов информации, формирует совокупность значимых горно-геологических, технологических, экономических и организационных факторов

На основании разработанных моделей, методов и алгоритмов были созданы структурно-функциональная схема и пакет прикладных программ ППП «Коммуникации. Выбор способа прокладки» для определения оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций

Апробация моделей и методов выбора способа прокладки инженерных коммуникаций проходила на основе проекта «Подающие водоводы для жилого района «Рублево-Архангельское» г. Красногорска Московской области» и с помощью описанной ранее методики найден оптимальный способ, которым является горизонтально-направленное бурение. При этом выбранный способ прокладки подземных инженерных коммуникаций позволяет снизить стоимость строительства на 15% и уменьшить время выполнения работ на 10% относительно проектных значений.

Таким образом, разработанная структурно-информационная схема и пакет прикладных программ «Коммуникации. Выбор способа прокладки», позволяют определить оптимальный способ прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки и подтвердить теоретические и практические концепции разработанной комплексной методики, моделей, методов и алгоритмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе представлено теоретическое и практическое решение актуальной научной задачи выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки.

Основные научные и практические выводы, полученные автором в ходе выполнения работы:

1. Сформированный информационный базис технико-технологических, экономических и организационных показателей впервые позволил обосновать технологическую осуществимость, организационную обеспеченность и экономическую эффективность реализации проектных решений при прокладке подземных инженерных коммуникаций.

2. Построенные совокупности деревьев решений позволяют выявить допустимые варианты бестраншейной и открытой прокладки подземных инженерных коммуникаций с учетом взаимозависимостей и взаимосвязей технико-технологических, горно-геологических, экономических и организационных факторов.

3. Произведен выбор оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях неопределенности на основе разработанной математической модели, учитывающей приоритетность сформированного множества оценочных критериев различных технологических, экономических и организационных показателей эффективности.

4. Создана комплексная методика выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки, отличающаяся многоэтапным подходом к решению многокритериальной задачи выбора с учетом значимых горногеологических, технологических, экономических и организационных факторов в условиях неполноты исходной информации.

5. Разработанная структурно-информационная схема и пакет прикладных программ «Коммуникации. Выбор способа прокладки», позволяют определить оптимальный способ прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки и подтвердить теоретические и практические концепции разработанной комплексной методики, моделей, методов и алгоритмов.

1. Бахвалов Н. С., Лапин А. В., Чижонков Е. В. Численные методы в задачах и упражнениях. М.: "Высшая школа", 2000.

2. Емельянов С. В., Ларичев О. И. Многокритериальные методы принятия решений. М.: Издательство "Знание", 1985.

3. Кини Р. Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения: Пер. с англ. / Под ред. И. Ф. Шахнова. М.: Радио и связь, 1981.

4. Краснощёков П. С. Математические модели в исследовании операций. М.: Знание, 1984.

5. Липсиц И. В., Коссов В. В. Инвестиционный проект: методы подготовки и анализа. Учебно-справочное пособие. М.: Издательство БЕК, 1996.

6. Моисеев Н. Н., Иванилов Ю. П., Столярова Е. М. Методы оптимизации. М.: "Наука", Главная редакция физико-математической литературы, 1978.

7. Нечёткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. / А. Н. Аверкин, И. 3. Батыршин, А. Ф. Блишун, В. Б. Силов, В. Б. Тарасов; Под ред. Д. А. Поспелова. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.

8. Орловский С. А. Проблемы принятия решений при нечёткой исходной информации. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981.

9. Новиков Д.А., Петраков С.Н. Курс теории активных систем. М.: СИНТЕГ, 1999.

10. Подиновский В. В., Ногин В. Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982

11. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1993.

12. Статистические методы для ЭВМ. / Под ред. К. Энслейна, Э. Рэлстона, Г. С. Уилфа: Пер. с англ. / Под ред. М. Б. Малютова.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.

13. Трахтенгерц Э. А. Компьютерная поддержка принятия решений.- М.: СИНТЕГ, 1998.

14. Трахтенгерц Э. А. Методы принятия решений при компьютерном моделировании. Труды Института проблем управления РАН. Том 2. М.: Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН, 1999.

15. Шелобаев С. И. Математические методы и модели в экономике, финансах, бизнесе: Учеб. пособие для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.

16. Штойер Р. Многокритериальная оптимизация. Теория, вычисления и приложения: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1992.

17. Федунец Н.И., Черников Ю.Г. Методы оптимизации: Учебник для вузов. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2007. — с. 359

18. Амосов A.A. и др. Вычислительные методы для инженеров. □ М.: Высшая школа, 1994 — 543 с.

19. Аоки M. Введение в методы оптимизации. Основы и применение нелинейного программирования. Пер. с англ. М.: Наука, 1977. -343 с.

20. Аттетков A.B., Галкин C.B., Зарубин B.C. Методы оптимизации. Выпуск 14.-М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 317 с.

21. Васильев Ю.А. Методы оптимизации. М., 2003. -621 с.

22. Дегтярев Ю.И. Методы оптимизации. М.: Советское радио, 1980. -270 с.

23. Коныпин Б.Ф., Черников Ю.Г. Исследование операций. Часть 1. Математические методы оптимизации линейных моделей. М.: МГИ, 1984.-60 с.

24. Москвин Б.В. математические методы в экономике. — СПб.: НО МИПКИ, 2007. 95 с.

25. Федунец Н.И., Куприянов В.В. Теория принятия решений. М.: Изд-во МГГУ, 2005. - 354 с.

26. Фролькис В.А. Линейная и нелинейная оптимизация (в задачах инженерно строительного профиля). □ СП.: 2001. - 305 с.

27. Хахулин Г.Ф., Красовская М.А. Теоретические основы автоматизированного управления (задачи, методы, валгоритмы, теория оптимального планирования и управления). М.: Изд-во МАИ, 2005.-395 с.

28. Черников А.И. Разработка и решение экономических задач с применением пакетов прикладных программ. Конспект лекций. -М.: МиКХиС, 2000.- 119

29. Черников Ю.Г. Теория принятия решений. Часть 5. — М.: МГГУ, 2001.-48 с.

30. Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах: Учебн. Пособ.-М.:Высшая школа, 1986, 319 с.

31. Козубовский С.Ф., Куприянов B.B. Критерий и оценка достоверности прогнозирования случайных процессов //Автоматика, 1985, №3, с. 73-78.

32. Пакеты прикладных программ: Программное обеспечение оптимизационных задач / Под общей редакцией A.A. Самарского. -М.: Наука, 1987.-496 с.

33. Потресов Д.К. Автоматизация процессов проектирования систем управления//Учебное пособие. 4.1., М.: МГИ, 1987. 184 с.

34. Пучков JI.A., Федунец Н.И., Потресов Д.К. Автоматизированные системы управления в горнодобывающей промышленности. М.: Недра, 1987. - 285 с.

35. Силов В.Б. Принятие стратегических решений в нечеткой обстановке. М.: ИНПРО - РЕС, 1995. - 287 с.

36. Сильвестров C.B., Чинаев П.И. Идентификация и оптимизация автоматических систем. -М.: Энергоатомиздат, 1987. 200 с.

37. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам. М.: Мир,1989. -388 с.

38. Федоров Н.В. Имитационное и математическое моделирование сложных систем. Моделирование // Учебное пособие. М.: МГГУ, 2005. - 250 с.

39. Хейес-Рот Ф., Уотермен Д., Ленат Д. Построение экспертных систем. М.: Мир, 1987.-440 с.

40. Целенаправленный выбор: модели, отношения, алгоритмы / А.М.Анохин, В.А. Глотов, В.В. Павельев, A.M. Черкащин. М.: ИПУ РАН, 1996.-21 с.

41. Kosko В. Fuzzy Thinking The new science of fuzzy logic, Hyperion, New York, 1993.-355 p.

42. Аверин А.Н., Осокин M.B. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Д.А. Поспелова. -М.: Наука, 1986. -312с.

43. Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах. М.: Высшая школа, 1986. -319 с.

44. Бахвалов J1.A., Комаров М.А. Построение и оптимизация математических моделей по экспертным данным.// Учебное пособие.- М.: МГГУ, 1997. -168 с.

45. Бендат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа. М.: Мир, 1992.-464 с.

46. Борисов А.Н., Алексеев A.B., Меркурьева Г.В. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений. М.: Радио и связь, 1989.-292 с.

47. Волкова В.Н., Денисов А. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: ИПЦ С-ПбГТУ, 1997. 282 с.

48. Гейн К., Сарсонт Т. Структурный системный анализ: средства и методы, ч.1. -М.:Эйтекс, 1993.-188 с.

49. Емельянов C.B., Ларичев О.И. Многокритериальные методы принятия решений. М.: Знание, 1985. - 32 с.

50. Ириков В. А., Ларик В .Я., Самущенко Л.М. Алгоритмы и программы решения прикладных многокритериальных задач // Техническая кибернетика, № 1,1986, с. 5 15.

51. Змитрович А.И. Интеллектуальные информационные системы. -Минск: Тетра Системе, 1997. 367 с.

52. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и Связь, 1990. - 544 с.

53. Кофман А., Алуха X. Введение теории нечетких множеств в управление предприятием. -Минск: Высшая школа, 1992. 223 с.

54. Круглов В.В., Дли М.И., Годунов Р.Ю. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети. М.: Изд-во Физико-математической литературы, 2001. - 224 с.

55. Картозия Б.А., Федунец Б.И., Шуплик М.Н. и др. Шахтное и подземное строительство. В 2-х томах. М.: Мир горной книги, 2003. -815 с.

56. Бреннер В.А., Жабин А.Б., Щеголевский М.М., Поляков Ал.В., Поляков Ан.В. Щитовые проходческие комплексы. М.: Мир горной книги, 2009 - 447 с.

57. Бондаренко И.С., Баранникова И.В. Анализ факторов, влияющих на выбор технологии строительства коммуникационного тоннеля. Горный информационно-аналитический бюллетень. Выпуск № 10: Информатизация и управление-1. М.: Мир горной книги, 2008 - с. 124-129

58. Бавыкин А.И. «Обоснование и выбор параметров механизированного комплекса для бестраншейной прокладки стальных трубопроводов способом продавливания»: Дисс. канд. техн. наук. — Москва, 1991. — 224 с.

59. Бессолов П.П. «Развитие закрытой прокладки трубопроводов в России. Реалии текущего момента» // Приложение к журналу «Подземное Пространство Мира». — Москва, 1995, с. 3 — 21.

60. Добронравов С. «Машины и оборудование для бестраншейной прокладки коммуникаций» // М. Изд. ВЗИСИ — 1987. — 32 с.

61. Клейн Г.К. «Расчёт подземных трубопроводов». — М.: Стройиздат, 1969 — 240с

62. Курносов В.И. «Основные достижения и пути дальнейшего развития техники и технологии строительства коллекторных тоннелей в крупных городах» // Сборник научных трудов «Строительство городских подземных сооружений». — М. Изд. МГИ, 1984. —с 39 —43.

63. Минаев В.И., Баландюк Г.Г. «Перспективы развития техники для бестраншейной прокладки трубопроводов» // Механизация строительства.— 1993.-№7,с. 6—-7.

64. Насонов И.Д., Ресин В.И. «Технология строительства подземных сооружений»,- М., Изд. «Недра», 1992. — 304 с. 20. «Повышение эффективности строительства городских инженерных коммуникаций и сооружений» // Материалы семинара. Москва, 1984- 139 с.

65. Симоненко В.М. «Исследование и разработка новой техники и технологии строительства тоннелей на малых глубинах в условиях плотной городской застройки»: Дисс. канд. техн. наук. — 1978. — 196 с.

66. Токачиров В.А. «Анализ условий применимости способа продавливания в тоннелестроении»: Дисс. канд. техн. наук — Тбилиси, 1951. — 204 с.

67. Leeney J. «The case for tunnel jacking». // Tunnel and Tunneling, -1979, №1, p 39—42. 32. «Pipe —-jacking uses tunnel methods» // Western Construction, 1975," № 5. p. - 49—52.

68. В.Г. Храпов, E.A. Демешко, C.H. Наумов и др. Тоннели и метрополитены, Уч. для ВУЗов. Под ред. В.Г. Храпова. М . : «Транспорт», 1989, 383 с.

69. Насонов И.Д., Федюкин В.А., Шуплик М.Н., Ресин В.И. Технология строительства подземных сооружений. Строительство горизонтальных и наклонных выработок, 2-е изд. перераб. и доп. М., «Недра», 1992. 300 с : ил.

70. A.C. Григорьев. Обоснование выбора параметров продавливающих установок в зависимости от длины проходки. В сб. научных трудов ст-ов, магистров МГГУ, М., Выпуск 4, 2004 стр. 133-136

71. Гончаренко С.Н., Сачивка В.Д. Методы и модели выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки // Программные продукты и системы. 2011. - № 1 (93). - С. 142-146.

72. Гончаренко С.Н., Сачивка В.Д. Системный анализ факторов определяющих способ прокладки городских инженерных коммуникаций // Программные продукты и системы. 2011. — № 2 (94). - С. 94-97.

73. Сачивка В.Д. Использование аппарата нечеткого программирования для выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011 г. № 4. - С. 337-340.

74. Сачивка В.Д. Обоснование и выбор альтернативных способов прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки // Обозрение прикладной и промышленной математики. 2010 г. - Том №17, выпуск 6. - С. 161-162.

75. Сачивка В.Д. Использование метода дерева решений для выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций // Обозрение прикладной и промышленной математики. — 2011. — Том №18, выпуск 1. -С.183-184.

76. Сачивка В.Д. Инфокоммуникационная система поддержки принятия решений выбора способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2011. — №2 (14).-С 42-46.

77. Сачивка В.Д. Методика выбора оптимального способа прокладки подземных инженерных коммуникаций в условиях городской застройки // Научный вестник Московского государственного горного университета. 2011. - №3 (12). - С. 88-99.б/