Розглядаються математичні методи і моделі організації та управління будівельник-ством. Будівельні процеси розглядаються як випадкові, коли невизначеність будів-вельних процесу буде підвищуватися через недостатність інформації про невипадкових фак-торах. Будівельний процес може бути описаний з різним ступенем точності детермин-рова моделями або імовірнісними.

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Соболєв Валерій Володимирович


In clause mathematical methods and models of the organization and management of construction are considered. Building processes are considered, how casual when uncertainty of building process will raise because of insufficiency of the information on not casual factors. Building process can be described with a different degree of accuracy the determined models or likelihood.


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Известия вищих навчальних закладів. Північно-Кавказький регіон. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Математичне моделювання та методи оптимізації в проектуванні організації будівництва'

    Текст наукової роботи на тему «Математичне моделювання та методи оптимізації в проектуванні організації будівництва»

    ?УДК 624.138.22: 347.73

    МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ І МЕТОДИ ОПТИМІЗАЦІЇ В ПРОЕКТУВАННІ ОРГАНІЗАЦІЇ БУДІВНИЦТВА

    © 2011 р В.В. Соболєв

    Південно-Російський державний технічний університет (Новочеркаський політехнічний інститут)

    South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)

    Розглядаються математичні методи і моделі організації та управління будівництвом. Будівельні процеси розглядаються як випадкові, коли невизначеність будівельного процесу буде підвищуватися через недостатність інформації про невипадкових факторах. Будівельний процес може бути описаний з різним ступенем точності детермінованими моделями або імовірнісними.

    Ключові слова: математичне моделювання; математичні методи і моделі організації та управління будівництвом; організації будівництва і технології зведення будівель і споруди; організаційно-технологічне проектування.

    In clause mathematical methods and models of the organization and management of construction are considered. Building processes are considered, how casual when uncertainty of building process will raise because of insufficiency of the information on not casual factors. Building process can be described with a different degree of accuracy the determined models or likelihood.

    Keywords: mathematical modelling; mathematical methods and models of the organization and management of construction; the organizations of construction and technology of erection of buildings and constructions; organizational-technological designing.

    Математичне моделювання в будівництві направлено на вивчення закономірностей процесів організації будівництва і технології зведення будівель і споруди і в першу чергу організаційно-технологічного проектування [1-5]. Організаційно-технологічне проектування (ОТП) будівельного виробництва - складна і трудомістка підсистема [6-9]. Невизначеність при її розробці, вимоги підвищення якості будівельної продукції, зниження її собівартості і зростання продуктивності праці є актуальною проблемою в даний час. Найважливішою умовою підвищення ефективності ОТП, його оптимальності і техніко-економічної обґрунтованості прийнятих рішень виступає використання в теоретичних дослідженнях і практиці проектування методів математичного моделювання надійності організаційно-технологічного проектування, потокової організації робіт, обчислювального і імітаційного експерименту. Математична модель - це знакова конструкція з властивостями об'єкта, що цікавить. З при-

    Кладно точки зору створення такої конструкції - це мета моделювання. При цьому може виявитися, що сама модель або спосіб її отримання недостатньо досконалі в сенсі наукової естетики: постановка завдання не зовсім коректна і рішення не єдино.

    Математичні методи і моделі організації та управління будівництвом включають в себе дві складові: методи кількісної оцінки впливу виробничих факторів на результати діяльності будівельних організацій; математичні методи оптимізації в організації та управлінні будівництвом. Інтенсивний розвиток математичних методів і моделей і їх впровадження в практику управління будівництвом пов'язано з тим, що будівельне виробництво в даний час досягло такого рівня складності, що управління звичайними методами стало далеко не ефективним. Розвиток комп'ютерної техніки та інформаційних технологій дозволяють вирішувати завдання, які без них в минулому вирішити було неможливо. Залежно від цілей моделювання в моделі

    можуть відображатися різні істотні риси об'єкта, тому на один об'єкт або процес може бути побудовано декілька різних моделей.

    Складні математичні структури є більш точними і достовірними, але через складність вимагають величезних витрат як при створенні, так і при використанні, що не приводить до широкого застосування таких структур в організації та управлінні будівництвом. У практиці управління найчастіше застосовуються спрощені ідеалізовані моделі, при цьому вважається, що є істотні і несуттєві фактори, причому останні не приймаються при розрахунках. Між прийнятими в моделі факторами і результуючим показником встановлюється жорстка детермінована зв'язок. Широке поширення ідеалізованих моделей викликано їх простотою і можливістю їх логічного обґрунтування для здорового глузду. Однак при використанні математичних методів в організації та управлінні будівництвом виявилося, що відкидання без достатніх обґрунтувань так званих несуттєвих факторів веде до помилок при проектуванні і прогнозуванні. Найбільш часто при моделюванні не беруться до виду соціальні фактори, структурні особливості, включення всіх цих факторів в модель часто буває неможливим, так як модель стає громіздкою і трудноформалізуемой на комп'ютері.

    Будівельні процеси розглядаються як випадкові, так як будівельне виробництво схильне ряду випадкових факторів: стан погоди та ін. Крім того, невизначеність будівельного процесу буде підвищуватися через недостатність інформації про невипадкових факторах, так як один і той же будівельний процес може бути описаний з різною ступенем точності детермінованими моделями або імовірнісними. У математичному сенсі детерміновані моделі є окремим випадком імовірнісних, коли ймовірність настання подій дорівнює одиниці.

    Як приклад розглянемо математичне моделювання годинної продуктивності одноківшевого екскаватора, де його продуктивність безпосередньо залежить від числа циклів роботи в годину і ємності ковша. У математичному вигляді це буде

    Р = Ох N

    де Р - годинна продуктивність екскаватора, м3 / год; Про - ємність ковша, м3; N - число циклів в годину, ця величина обернено пропорційна часу циклу.

    Детермінована модель продуктивності Р в аналітичному вигляді занадто спрощує

    процес. Насправді будівельний процес роботи екскаватора набагато складніше. Перш за все, при моделюванні час циклу занадто укрупнено, його можна поділити на час виконання операції черпання екскаватором, час переміщення вантажу, час переміщення порожнього ковша і час висипання вантажу. Час переміщення ковша залежить від відстані і швидкості його руху. Відстань руху під час черпання буде змінюватися в залежності від змінної висоти уступу. Відстань переміщення грунту змінюється в залежності від зміни конфігурації забою і переміщення відвалу або від конфігурації ємності транспорту. Час висипання залежить від ступеня дроблення грунту, об'ємної ваги, міри наповненості ковша, вологості і липкості ґрунту, справності механізмів відкривання і закривання ковша і ін. Швидкість черпання залежить від зусилля подачі ковша, яка в свою чергу залежить від характеристики грунту, напруги живильного струму, досвіду, фізичного стану, майстерності і настрою оператора і справності окремих вузлів машини. Крім того, швидкість переміщення ковша буде залежати від фазових характеристик струму в даний момент і метеорологічних умов. Таким чином, навіть при поверхневому розгляді будівельного процесу виконання земляних робіт екскаватором можна визначити понад тридцять факторів, що впливають на годинну продуктивність екскаватора [1, 3]. Ці фактори пов'язані з продуктивністю і між собою нелінійними залежностями, і кількісний вплив цих факторів непросто встановити, тому що більшість з них важко піддається виміру. Тому при розрахунках продуктивності більшістю з перерахованих тут факторів нехтують. Як виняток наближено враховують характеристику грунту, вводячи коефіцієнт заповнення ковша, однак ці три десятка факторів існують об'єктивно і впливають на продуктивність екскаватора. Їх вплив часто настільки істотно, що фактичні значення продуктивності роботи екскаватора будуть різко відрізнятися від розрахункових, отриманих за детермінованою формулою, навіть з використанням коефіцієнта заповнення ковша.

    Для того щоб наблизити математичну модель до дійсності, необхідно використовувати наявну кількість піддаються вимірюванню чинників, розглядаючи їх як випадкові величини, і тим самим перейти від детермінованої моделі до ймовірнісної. У розглянутому прикладі в якості таких випадкових факторів приймемо фактичний забір ґрунту екскаватором, час черпання, час переміщення

    ковша з вантажем, час переміщення порожнього ковша і час висипання грунту. В результаті статистичних спостережень можна встановити, що всі введені змінні дійсно випадкові і що кожна з них підпорядковується деяким законом розподілу ймовірностей, модель продуктивності екскаватора буде розглядатися як імовірнісна модель, яка може використовуватися при статистичному імітаційному моделюванні будівельного процесу. Продуктивність екскаватора можна визначити, тільки імітуючи навантаження, т. Е. Формуючи масиви випадкових величин, при цьому в алгоритмі моделювання зазвичай задаються жорсткі зв'язку між факторами. Адекватна математична модель є складною системою, яка може бути виражена комплексом з детермінованих, імовірнісних, логічних і графоаналитических моделей. Реальний будівельний процес протікає в складній поточної ситуації. Тому математичні моделі, які адекватно відображають дійсність в певний момент часу, можуть не відображати змінюються умови виробництва в наступний момент. Даний недолік особливо притаманний моделям, побудованим на статистичному матеріалі минулих періодів, для яких необхідно мати блок адаптації та аналізу відповідності математичних моделей умов будівельного виробництва і можливості їх коригування.

    Будівельний процес є складним стохастичним процесом і повинен моделюватися досить складними імовірнісними моделями, такими як узагальнені ймовірні і альтернативні мережеві моделі з немережевими обмеженнями. Узагальнені мережеві моделі дозволяють моделювати складні будівельні процеси та потокову організацію праці в будівництві. Між технологічно залежними роботами в узагальнених мережевих моделях можуть бути зв'язку двох типів - «не раніше» і «пізніше», що означає, що подальша робота може початися до закінчення попередньої роботи. Імовірність будівельного процесу полягає не тільки в невизначеності строків виконання тієї чи іншої роботи, але і в тому, що є невизначеність в сенсі появи самих робіт. Тому в стохастическую альтернативну модель вводиться операція «або». При цьому задається ряд альтернативних подій, реалізація кожного з яких задається тією чи іншою ймовірністю. При цьому може мати місце невизначеність в термінах виконання робіт.

    Можна описувати процес прогнозування динамічного параметра стохастичною альтернативної моделі як об'єкт, що складається з еле-

    плементарним компонентів, відповідних різних джерел, що характеризуються групами рухів, що визначаються трендовими, гармонійними і випадковими складовими. Ця обставина дозволяє підвищити ефективність прогнозування, так як виділяються складові руху мають передбачуваний характер і більш просте математичне опис, яке схематично можна представити у вигляді суми найпростіших трендових складових, що відповідають основним факторам руху складної системи; суми елементарних гармонійних складових руху, що визначаються сукупністю різних періодичних факторів і випадкової складової.

    Наприклад, при експлуатації будівель і споруд широко застосовуються для оцінки технічного стану конструкцій візуальні обстеження. У зв'язку з цим виникає необхідність у встановленні надійності обстежуваних конструкцій за зовнішніми ознаками ушкоджень. Як показали спостереження, в процесі експлуатації конструкцій відбувається циклічна зміна їх надійності, що зв'язується з мінливістю величин навантажень і зміною несучої здатності внаслідок різних ушкоджень. При досягненні конструкцій певного рівня надійності в ній будуть спостерігатися незворотні пошкодження: тріщини, втрата стійкості стиснутих елементів, пластичні деформації, корозійні пошкодження, тому необхідний облік впливу цих пошкоджень на надійність конструкції будівель і споруд. Для вирішення даного завдання доцільно використовувати новий напрямок штучного інтелекту - інформаційно-аналітичні об'єктно-орієнтовані підсистеми Data mining, яке охоплює різні технології, спрямовані на автоматичне вилучення знання з баз даних, а їх обчислювальні процеси автоматично здійснюють аналіз, видаючи звіти тільки після досягнення важливих результатів . Система data mining, використовує технологію здобуття знань в символьному вигляді (Symbolic Knowledge Acquisition Technology ™). Вона автоматично знаходить залежності і закони, приховані в даних, представляючи їх у формі правил і алгоритмів, будує емпіричні моделі досліджуваного об'єкта, представленого даними. Потім ці знання передаються в системи прийняття рішень та експертні системи, які спрощують процес прийняття рішень. Але результати, отримані нейросе-тевимі системами, неможливо інтерпретувати і контролювати. На відміну від таких систем, математичні методи ОТП представляють знайдене знання в символьному вигляді -

    як математичні формули, таблиці прогнозів, структурні правила і алгоритми, в формі, легко розуміється будівельником. Тому основна концепція комп'ютерного моделювання полягає в наданні користувачу легкої в зверненні інтегрованого середовища для автоматичного виявлення знань в даних.

    література

    1. Спектор М. Д. Вибір оптимальних варіантів організації і технології будівництва. М., 1980.

    2. Фоков Р. І. Вибір оптимальної організації і технології зведення будівель. Київ, 1969. 192 с.

    3. Шепелєв І. Г. Математичні методи і моделі управління в будівництві. М., 1980. 213 с.

    4. Соболєв В. І. Оптимізація будівельних процесів: навч. посібник / Пд. -Рос. держ. техн. ун-т. Новочеркаськ, 1999..

    5. Хібухін В.П., Величкин В.З., Втюрін В.І. ма-

    тематичні методи планування і управління будівництвом. Л., 1990..

    6. Соболєв В. І., Соболєв В. В. Економіко-математичне моделювання організації будівельних робіт // Наукова думка Кавказу: зб. тр. / Сев.-кавк. науч. центр. вищ. шк. Ростов н / Д, 2002. С. 86-96.

    7. Афанасьєв В. А., Соболєв В. І., Соболєв В. В. Економічний метод оцінки календарних планів будівництва // Теорія, методи та засоби вимірювань, контролю та діагностики: матеріали II меж-дунар. науч. -практ. конф. , М Новочеркаськ, 21 вересня 2001 року 4 ч. / Пд. -Рос. держ. техн. ун-т (НПІ). Новочеркаськ, 2001. Ч. 4. С. 41-46.

    8. Соболєв В. І. Удосконалення організаційно-технологічного проектування будівельного виробництва: монографія / Пд. -Рос. держ. техн. ун-т. Новочеркаськ, 2001..

    9. Соболєв В. В. Інформаційне моделювання в організаційно-технологічному проектуванні: навч. посібник / Пд. -Рос. держ. техн. ун-т. Новочеркаськ 2010.

    Надійшла до редакції

    9 листопада 2010 р.

    Соболєв Валерій Володимирович - канд. техн. наук, доцент, Південно-Російський державний технічний університет (Новочеркаський політехнічний інститут). Тел. 89054568751.

    Sobolev Valery Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Tel. 89054568751.


    Ключові слова: математичне моделювання / математичні методи і моделі організації та управління будівництвом / організації будівництва і технології зведення будівель і споруд,-вання / організаційно-технологічне проектування / mathematical modelling / mathematical methods and models of the organization and management of construction / the organizations of construction and technology of erection of buildings and constructions / organizational-technological designing

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити