Прогресс в области современных технологий строительного производства, а также объективная необходимость, обусловленная целым рядом техногенных и социальных причин, определяют актуальность решения комплекса научно-методологических и инженерно-технических задач, ориентированных обеспечение безопасной и эффективной эксплуатации строительных объектов.
Анализ отчетов и результатов деятельности Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России), Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций (ВНИИ ГОЧС), Института инженерной безопасности в строительстве Московского государственного строительного университета (МГСУ), Открытого акционерного общества «Информационные технологии, телекоммуникации, связь, управление информацией в строительстве» Комплекса архитектуры, строительства, развития и реконструкции города Правительства Москвы (ОАО «ИНТУС»), работ отечественных и зарубежных ученых показывает, что именно строительные объекты представляют наибольшую потенциальную опасность в момент возможных нештатных ситуаций, а во многих случаях — являются их эпицентром. Согласно данным МЧС России, общий материальный ущерб, причиненный государству чрезвычайными ситуациями только в 2001 году, составил свыше 70 млрд. рублей.
Комплекс современных научных знаний, теория функциональных систем и системотехника строительства, а также значительный прогресс в области создания и использования новых информационных и телекоммуникационных технологий в строительстве дают возможность выдвинуть и обосновать научно-техническую гипотезу о возможности расширения концепции функциональных систем управления на область строительства и эксплуатации зданий и сооружений, что способно качественно изменить традиционный подход к обеспечению безопасности и решению многих актуальных задач строительного производства в аспекте представления современных зданий и сооружений как управляемых технических систем.
Системный анализ существующей практики строительного производства позволяет говорить о научной новизне предлагаемой гипотезы, поскольку в настоящее время, в силу ряда объективных причин, не существует адекватной методологии, моделей и средств, позволяющих распространить концепцию функциональных систем управления на область строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
Анализ теоретических основ, составляющих упомянутую концепцию, выявил очевидную ориентацию проблем, возникающих при реальном проектировании функциональных систем управления зданиями и сооружениями, на плоскость комплекса аналитического и информационного окружения процессов строительного проектирования, производства и управления.
В свете сказанного, научная проблема, решаемая в диссертации, представляется актуальной и значимой.
Следует особо отметить, что в диссертации изложены теоретические основания комплексной методологической концепции решения обозначенной научной проблемы на основе системного анализа современных научных парадигм, созерцания и осмысления различных явлений живой природы, в том числе — принципов и особенностей функционирования живых организмов, что предопределило возможность качественно нового подхода к генерации и оценке инженерных решений в области архитектурно-строительного проектирования, производства и управления, практическая реализация которых — дело недалекого будущего.
Научно-техническая гипотеза представленной диссертации предполагает возможность расширения научно-фундаментальной концепции функциональных систем управления на область строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
Целью работы является разработка методологии проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениями.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи: анализ и классификация возмущений, инициирующих процессы управления строительным объектом, методов организации аналитической и информационной поддержки процессов адаптивного и оперативного управления зданиями и сооружениямианализ концепции, исследование перспективных направлений развития и возможностей функциональных систем управления зданиями и сооружениямиразработка структур и состава аналитического и информационного окружения функциональных систем управления зданиями и сооружениямисоздание методологии проектирования зданий и сооружений в соответствие с принципами функционального управленияразработка методики моделирования ситуаций и анализа проектасоздание методологии проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениямиисследование основ и уникальных компонент функциональных систем управления зданиями и сооружениямиразработка концепции мониторинга объектов и процессов в составе функциональных систем управления зданиями и сооружениямиразработка информационных основ функциональных систем управления зданиями и сооружениямиразработка принципов интеграции информационных компонент функциональных систем управления зданиями и сооружениями в структуры глобального коммуникационного пространстваанализ практики проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениями, исследование проблем информационной совместимости, сетевой интеграции и автоматизации разработки оригинального программного обеспеченияэкспериментальная проверка результатов исследованияопределение перспективных направлений дальнейших исследований в рамках рассматриваемой предметной области.
Объектом исследования является здание (сооружение) как управляемая система.
Предмет исследования: проектирование функциональных систем управления зданиями и сооружениями.
В основу методологии диссертационного исследования положены системный анализ, теория функциональных систем, системотехника строительства, теория принятия решений, математическое, имитационное и инфографическое моделирование, тематические работы отечественных и зарубежных ученых, теоретические и прикладные исследования в области создания информационно-аналитического обеспечения строительного проектирования, производства и управления.
Научная новизна исследования состоит в следующем: предложена концепция функциональных систем управления зданиями и сооружениямисоздана методология проектирования зданий и сооружений в соответствие с принципами функционального управленияразработана методика моделирования ситуаций и анализа проектасоздана методология проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениямиразработана концепция мониторинга объектов и процессов в составе функциональных систем управления зданиями и сооружениямипредложена модель функциональной системы управления строительным объектом, разработаны информационные основы проектирования систем в рамках и на основе такой моделисформулированы принципы интеграции информационных компонент функциональных систем управления зданиями и сооружениями в структуры глобального коммуникационного пространства.
Практическая значимость диссертации заключается в разработке моделей, информационных, аналитических, технических, технологических и иных решений, алгоритмов и компонентов программного обеспечения функциональных систем управления зданиями и сооружениями. Полученные результаты предложены в качестве основы проектирования реального информационного, аналитического и технического обеспечения процессов строительного проектирования, производства и управления, направленных на практическую реализацию предлагаемой концепции, разработки, научно-методологического и инженерно-технического обоснования рекомендаций в области совершенствования существующих схем организации информационного обеспечения строительства, действующих Государственных стандартов и Строительных норм и правил в области безопасности строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
Внедрение результатов. Результаты исследования (методология, модели, информационные, аналитические, технические, технологические и иные решения, алгоритмы и компоненты программного обеспечения) использованы в следующих организациях:
Институт инженерной безопасности в строительстве;
ОАО «ИНТУС» — «Информационные технологии, телекоммуникации, связь, управление информацией в строительстве» Комплекса архитектуры, строительства, развития и реконструкции города Правительства Москвы;
Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт организации, механизации и технической помощи строительству (ЦНИИОМТП);
Инженерная фирма «ГИПРОКОН» .
Отдельные теоретические разделы и практические результаты исследования: положены в основу лекционных курсов «Системотехника строительства», «Современные информационные технологии в строительстве» и «Информационное обеспечение процессов строительного проектирования и производства», читаемых автором на кафедрах САПР в строительстве и системного анализа в строительстве Московского государственного строительного университета (МГСУ) — включены в программу международного сотрудничества МГСУ (кафедра информационных систем и технологий управления строительством) и Строительного университета г. Веймара, ФРГ (кафедра информатики в строительстве (Bauhaus-Universitat Weimar, Professur Informatik im Bauwesen)) по теме «Новые информационные и коммуникационные технологии как инструментальные средства практики строительного проектирования и управления» (Neue Informationsund Kommunikationstechnologien als Hilfsmittel fur die Bauplanungpraxis und Verwaltung) — явились теоретической основой научного направления, открытого в Международном центре строительной информатики (International Centre of Construction Informatics) при МГСУ и Техническом университете Берлина, ФРГ (Technische Universitat Berlin).
Теоретические и практические результаты исследования ориентированы также на разработку и оптимизацию структур и состава широкого спектра информационного и аналитического обеспечения процессов строительного проектирования, производства и управления.
Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими документами (см. Приложение № 7).
Апробация работы. Результаты диссертационного исследования многократно докладывались и получили одобрение российских и зарубежных ученых и специалистов на всероссийских и международных конференциях, симпозиумах, форумах, коллоквиумах и семинарах, основные из которых следующие: Международный семинар «Моделирование в области гражданского строительства» в Строительном университете г. Веймара, ФРГ, Веймар, 1997 г. (ERASMUS Seminar (ICP-1043/06) Product Modeling in Civil Engineering, Bauhaus-Universitat Weimar, Weimar, Bundesrepublik Deutschland) — 10 Форум «Исследования молодых ученых в области информатики в строительстве» в Строительном университете г. Веймара, ФРГ, Веймар, 1998 г. (10. Forum Bauinformatik Junge Wissenschaftler forschen, Bauhaus-Universitat Weimar, Weimar, Bundesrepublik Deutschland) — I Всероссийский Форум по проблемам жилищно-коммунального хозяйства, Москва, 2000 г.- Международный Коллоквиум об информационных и математических приложениях в архитектуре и строительстве (IKM 2000), Строительный университет г. Веймара, ФРГ, Веймар, 2000 г. (Internationales Kolloquium iiber Anwendungen der Informatik und der Mathematik in Architektur und Bauwesen (IKM 2000), Bauhaus-Universitat Weimar, Weimar, Bundesrepublik Deutschland) — Научно-техническая конференция «Программа строительства сельского жилья „Славянские корни“: современные экологические и ландшафтные требования к архитектуре и строительству», Орловский государственный строительный университет, Орел, 2000 г.- IX, X и XI Российско-польский семинар «Теоретические основы строительства» ,.
МГСУ, Москва, 2001 г., Польша, Варшава, 2000, 2002гг. (Polsko-Rosyjskie Seminarium «Teoretyczne podstawy budownictwa», Rzeczpospolita Polska, Warszawa) — Городская научно-практическая конференция «Современные технологии в строительстве. Образование, наука, практика», Москва, 2001 г.- I и II Международная научно-практическая конференция «Моделирование. Теория, методы и средства», Новочеркасск, 2001, 2002гг.- I и II Международная научно-практическая конференция «Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений», Новочеркасск, 2001, 2002гг.- II международная научно-практическая конференция «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах», Новочеркасск, 2001 г.- Международная научно-практическая конференция «Строительство в XXI веке. Проблемы и перспективы», МГСУ, Москва, 2001 г.- Межвузовская научно-техническая конференция «Управляющие и вычислительные системы. Новые технологии», ВоГТУ, Вологда, 2001 г.- 59-я региональная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика», СамГАСА, Самара, 2002 г.- VI международная экологическая конференция студентов и молодых ученых «РИО+Ю Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития», МГГУ, Москва, 2002 г.- II международная научно-практическая конференция «Развивающиеся интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления», Новочеркасск, 2002 г.- Ill, IV, V и VI Международная научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство — формирование среды жизнедеятельности», МГСУ, Москва, 2000;2003гг. [А5,А15,А16,А28,А30, A33, A40-A44,A46,A47,A49-A53,A57-A60,A62-A64,A66,A76 и др.].
Результаты работы обсуждались на заседаниях и семинарах кафедры САПР в строительстве (1997;2000гг.), информационных систем и технологий управления строительством (2000;2003гг.), системного анализа в строительстве (2000;2003гг.), совете специального факультета систем автоматизации проектирования (2000;2003 гг.) МГСУ, секции «Строительство» Российской инженерной академии (1998;2003гг.).
Результаты исследования отмечены грамотами Госстроя России и Информационного научно-технического журнала «Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века» .
Публикации. Основное содержание и результаты исследования опубликованы в более чем семидесяти научных и учебно-методических работах общим объемом 55,0 п.л., в том числе лично соискателем — 47,5 п.л. [А1-А77]. По результатам исследования опубликована монография (15,75 п.л.) [А77].
Основное содержание диссертационного исследования отражено в двадцати двух печатных работах, выполненных лично автором (две работы в соавторстве), опубликованных в пяти различных ведущих научных журналах и изданиях, выпускаемых в Российской Федерации, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в соответствие с решением Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации в период с 1999 по 2003гг. [А11,А17,А18,А20,А21, А24, А27,А29,А31,А36, А37, А45, А48, А54-А56, А65, А69, А71, А73-А75].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и предложений, библиографического списка (в том числе — списка использованных информационных ресурсов Web и авторских публикаций) и приложений.
10.Результаты исследования (методология, модели, информационные, аналитические, технические, технологические и иные решения, алгоритмы и компоненты программного обеспечения функциональных систем гомеостатического управления зданиями и сооружениями) предложены в качестве основы проектирования реального информационного, аналитического и технического обеспечения процессов строительного проектирования, производства и управления, направленных на практическую реализацию рассматриваемой концепции, разработки, научно-методологического и инженерно-технического обоснования рекомендаций в области совершенствования существующих схем организации информационного обеспечения строительства, действующих Государственных стандартов и Строительных норм и правил в области безопасности строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Результаты диссертационной работы апробированы и внедрены в практику строительного проектирования, производства и управления (Институт инженерной безопасности в строительстве МГСУОАО «ИНТУС» -" Информационные технологии, телекоммуникации, связь, управление информацией в строительстве" Комплекса архитектуры, строительства, развития и реконструкции города Правительства МосквыЦентральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт организации, механизации и технической помощи строительству (ЦНИИОМТП) — ООО «Инженерная фирма ГИПРОКОН»). Внедрение результатов работы подтверждено соответствующими документами.
— 23 511. Выполненная работа позволяет определить перспективные направления дальнейших исследований в рамках рассматриваемой предметной области: решение проблем комплексной переориентации процессов строительного проектирования, производства и управления на создание гомеостатических зданий и сооруженийисследование дополнительных возможностей использования основных и уникальных информационных компонент функциональных систем гомеостатического управления зданиями и сооружениями для решения третьих задач строительного проектирования, производства и управленияисследование возможностей использования перспективных технологий, в том числе — нейронных сетей, для решения задач аналитической и информационной поддержки гомеостата строительных объектовдальнейшее научно-методологическое и инженерно-техническое обоснование возможностей совершенствования действующих и разработки новых Государственных стандартов и Строительных норм и правил в области безопасности строительства и эксплуатации зданий и сооруженийисследование дополнительных возможностей комплексной сетевой интеграции информационного обеспечения процессов строительного проектирования, производства и управленияавтоматизация проектирования структур и состава функциональных систем гомеостатического управления зданиями и сооружениямиразработка методологии адаптации концепции гомеостата строительных объектов к эксплуатируемым зданиям и сооружениям.
— 236.