Функциональное и структурное автоматизированное проектирование комплексной безопасности объектов малоэтажного жилищного строительства

Формирование области диссертационного исследования (рис.1) наглядно определяет исследовательский понятийный аппарат и место данного исследования в пространстве современных научно-прикладных направлений в системах автоматизации проектирования в строительстве. Методологическая схема диссертационного исследования (рис.2) показывает последовательность этапов исследования: от определения цели работы (блок 1) до внедрения результатов (блок 11) в САПР МЖС объектов малоэтажного индивидуального и блокированного строительства.

Актуальность работы. Многообразие современных архитектурно-строительных систем, технологий, материалов для индивидуального малоэтажного жилищного строительства (МЖС) постоянно расширяется. Это существенно усложняет количественную оценку уровня комплексной безопасности (в том числе — качества жизни) участников производственной строительной деятельности и/или жизнедеятельности (КБ ПДЖ) в возводимом здании. Требования к КБ ПДЖ формируют на стадии проектирования объекта, совмещая: субъективные представления заказчика с объективно существующими возможностями и технологиями обеспечения КБ ПДЖреальную оценку соответствия построенного здания этим требованиям выполняют на стадиях сдачи объекта и последующей его эксплуатации.

САПР в строительстве.

Организационно-технологическая надежность строительства (ОТН) I.

Система.

Человек.

Техника.

Среда".

ЧТС).

Проблема Безопасности жизнедеятельности (БЖД).

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ И.

СТРУКТУРНОЕ.

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ.

КОМПЛЕКСНОЙ.

БЕЗОПАСНОСТИ.

ОБЪЕКТОВ.

МАЛОЭТАЖНОГО.

ЖИЛИЩНОГО.

СТРОИТЕЛЬСТВА.

Организационно-антропотехническая надежность строительства (ОАН).

Стандарт систем менеджмента качества (СМК) ISO 9001:2000.

Рис. 1. Формирование области диссертационного исследования.

На ранних этапах проектирования (при функциональном и струк-туртурном проектировании, ФСП) совмещение субъективных представлений заказчика с объективно существующими возможностями и технологиями обеспечения КБ ПДЖ позволяют осуществить программные средства системотехнической диагностики (СТД), реализуемые в системах автоматизации проектирования объектов малоэтажного жилищного строительства (САПР МЖС).

Каждый из возможных подходов в проектировании нового строительства или переустройства существующих строений (нормативный или объект-субъектный, О-Склиенто-ориентированный или субъект-объектный, С-Оинтерактивный или субъект-субъектный, С-Стехнологический или объект-объектный О-О) имеет специфическую иерархию значимых приоритетов в оценке и принятии проектных решений.

Оптимальные по этим приоритетам решения в проектировании и строительстве в совокупности могут не только не способствовать, но и противодействовать результативной работе конкретной производственной системы. Часто целью строительства становится не функциональная адаптивность здания к выполняемой в нем деятельности коллектива или не комфортность обитания человека в жилище, а прибыль при реализации порой даже не достроенного до конца здания. Это не способствует повышению конкурентоспособности объектов строительства.

1.Цель: разработка проектной процедуры СТД клиента-заказчика на этапе ФСП для количественной оценки и обеспечения желаемого уровня КБ ПДЖ при выборе проектных решений малоэтажного жилого дома на примере Белгородской области России.

8.Разработка методов решения задач диссертации в САПР МЖС.

Ю.Экспериментальная проверка: проведение комплекса работ по процедуре СТД КБ ПДЖ.

5.3адачи:

— анализ влияния этапа ФСП на качество проектного решения;

— анализ типологии малоэтажного строительства, для Белгородской области;

— анализ существующих представлений о виртуальной модели здания;

— разработка процедуры СТД КБ ПДЖ клиента на этапе ФСП;

— разработка алгоритма формирования совокупности сопоставимых проектных предложений для оценки и выбора клиентом окончательного варианта проектного решения;

— экспериментальная проверка полученных результатов.

2.0бъект: ЧТС-система «клиентпроектное решениеСАПР МЖС».

З.Предмет: процедура СТД КБ ПДЖ системы «клиент — проектное решение — САПР МЖС».

4.Анализ практики ФСП и работы с заказчиком в среде САПР МЖС. j б. Методологические основы:

— теория принятия решений- -теория информации;

— системотехника в строительстве;

— теория временной перспективы;

— строительная антропотехника;

— параметрическое проектирование- -теория мотивации.

7.Исследование: область пред-проектных работ с заказчиком в среде САПР МЖС.

Э.Результаты: процедура, алгоритмы СТД КБ ПДЖ, рекомендации по выбору архитектурно-строительной системы, модели проектных решений на этапе ФСП.

11.Внедрение результатов в САПР МЖС в проектно-строительных организациях.

Рис. 2. Методологическая схема диссертационного исследования.

Информационные технологии САПР в строительстве позволяют сократить сроки проектирования, снизить себестоимость и оптимизировать потребление разнообразных ресурсов, обеспечивают вариантность проектных решений в соответствии с заданием на проектирование. Сама информационная технология не способна гарантировать КБ ПДЖ клиента, если в проектном задании не сформулированы соответствующие требования, а руководитель проекта (проектировщик) по конъюнктурным соображениям, либо из-за коммуникативных барьеров общения с клиентом, или по другим причинам поддерживает непрофессиональные или некомпетентные пожелания заказчика.

Возможность диагностики функционального состояния человека в конкретной среде обитания и обеспечения заданного уровня комфортности трудовой деятельности и жизнедеятельности в рамках вышеназванных подходов (О-С, С-О, С-С, О-О) реализует интеллектуальный мониторинг. Этот мониторинг выполняют в системе «человек-техника-среда» (ЧТС). Развитием информационных технологий интеллектуального мониторинга является СТД системы ЧТС: «клиент (индивидуальный инвестор или дольщик) — проектное решение (виртуальная модель объекта) — САПР МЖС (средаформирования проектного решения)».

СТД помогает свободе выбора заказчика в формировании КБ ПДЖ и нацеливает проектировщика на максимально полное выявление потребностей клиента в отношении будущего жилья. Такой подход соответствует существующим международными требованиям к качеству менеджмента, учитывая психологические особенности человека и принципы организационно-технологической надежности (ОТН) строительства.

Поэтому тема диссертации актуальна по своей научной и практической направленности для этапов функционального и структурного проектирования (ФСП), реализуемых в среде САПР МЖС при определении требований к проекту и компетентном выборе заказчиком предложенного проектного решения.

Тема соответствует пунктам 1, 3 и 4 паспорта специальности 05.13.12 — Системы автоматизации проектирования (строительство).

Научно-техническая гипотеза предполагает, что методики проектной процедуры СТД, включенные в среду интегрированной конструкторской САПР МЖС, позволят проектировщику предложить клиенту проектное решение жилого дома, в наибольшей степени обеспечивающее уровень КБ ПДЖ на основе информационной оценки качества сопоставимых вариантов проектных решений.

Цель диссертации — разработка проектной процедуры СТД клиента-заказчика на этапе ФСП для количественной оценки и обеспечения желаемого уровня КБ ПДЖ при выборе проектных решений малоэтажного индивидуального жилого дома на примере Белгородской области России.

Задачи исследования:

• анализ зарубежного и отечественного опыта ФСП индивидуального жилья;

• анализ зарубежных и отечественных исследований, выявляющих влияние диагностики потребностей и ожиданий клиента на стадии ФСП на качество проектного решения;

• анализ важности и приоритетности малоэтажного строительства для регионов Белгородской области России;

• анализ типологии малоэтажного строительства для Белгородской области;

• анализ существующих представлений о виртуальной модели здания в САПР МЖС;

• разработка информационных технологий СТД в САПР МЖС;

• разработка алгоритма анализа иерархий значимых приоритетов клиента и проектировщика, позволяющих сформировать модель приемлемого проектного решения;

• разработка алгоритма формирования совокупности сопоставимых проектных решений для оценки ее клиентом и выбора им окончательного варианта проектного решения;

• экспериментальная проверка полученных результатов.

Объект исследования: система «клиент (индивидуальный инвестор или дольщик) — проектное решение (виртуальная модель объекта) — САПР МЖС (среда формирования проектного решения)».

Предмет исследования: проектная процедура СТД КБ ПДЖ системы «клиент (индивидуальный инвестор или дольщик) — проектное решение (виртуальная модель объекта) — САПР МЖС (среда формирования проектного решения)».

Методология исследования: открытые публикации отечественных и зарубежных ученых по: системотехнике строительствакомфортности обитания и безопасности жизнедеятельностистроительной антропотехникеметодам анализа иерархий и информационной оценки качества принятия решенийпроцессному подходу к описанию производственной деятельностиметодам прогнозирования и оценки организационно-технологической надежности строительства.

Достоверность результатов обеспечена применением обоснованных теоретических и экспериментальных методов с приемлемой сходимостью полученных данных, а также результатами применения проектной процедуры СТД при проектировании малоэтажной индивидуальной и блокированной застройки в городе Старый Оскол Белгородской области.

Научная новизна выносимых на защиту результатов диссертационного исследования состоит в том, что впервые: информационные технологии интеллектуального мониторинга развиты в проектную процедуру СТД для применения в среде САПР МЖС на этапе ФСП для обеспечения КБ ПДЖ заказчикаразработана модель для ФСП, автоматизирующая формализацию намерений и пожеланий клиента в параметрическое трехмерное проектное решение, обеспечивающее максимальное качество предоставляемых услуг через необходимый заказчику уровень КБ ПДЖразработана проектная процедура интеллектуального мониторинга в САПР МЖС, совмещающая в себе математические, информационные и инженерно-психологические методики структурированного интервью, анализа иерархий и информационной оценки качества проектных решенийсовокупность совместных действий проектировщика и заказчика на этапе СТД представлена в виде проектной процедуры формирования бизнес-плана проектирования и строительства объекта и включена в качестве компонента в методическое обеспечение САПР МЖС в соответствии с требованиями международного стандарта менеджмента качества ISO 9001:2000; научно обоснованная информационная технология системотехнической диагностики КБ ПДЖ, сформированная соискателем как программа для ЭВМ — компонент САПР МЖС, применена для работы с клиентами при проектировании малоэтажных индивидуальных и блокированных домов в г. Старый Оскол, включена в реестр РОСПАТЕНТА и может быть распространена для использования на другие регионы Центральной части России.

Практическая значимость работы. Разработанные соискателем автоматизированный методика и технология СТД в составе САПР МЖС, собственно процедура СТД, алгоритмы анализа иерархий, информационной оценки качества проектных решений и методические материалы по проведению структурированного интервью обладают практической ценностью и значимостью для строительных компаний, полного цикла, проектных организаций, архитектурно-дизайнерских бюро и риэлторских компаний. Они получили применение при проектировании возведения и переустройства объектов МЖС и мониторинге их параметров в процессе дальнейшей эксплуатации возведенных или переустроенных строительных объектов. Это позволило осуществить выбор варианта, приемлемого для заказчика по критерию КБ ПДЖ, добиться снижения затрат на проектирование и обеспечить своевременное привлечение ресурсов в инвестирование проектирования объектов МЖС.

Внедрение результатов. Результаты теоретических исследований, модели, алгоритмы и процедура СТД получили применение:

— 17 В ООО «Инжиниринговая Строительная Фирма» при проектировании квартала малоэтажной застройки для профессорско-преподавательского состава в 2003;2005гг. осуществлена оценка вариантов проектных решений строительства индивидуальных и блокированных малоэтажных домов на городской территории с развивающейся инфраструктурой, которая позволила: определить показатели КБ ПДЖ в проектном решении жилого дома с учетом намерений и пожеланий клиентаповысить на 15−25% вероятность гарантированного инвестирования клиентом в проектирование объектаснизить на 8% количество конфликтов клиентов и проектировщиков в процессе их общения на этапе ФСПсократить на 50% сроки предпроектной работы с клиентомуменьшить риск возможных негативных воздействий на клиента при будущей эксплуатации жилого домаположительно мотивировать клиента на активную кооперацию в работе с проектировщиком, что может гарантировать качество исполнения строительного проектав Управлении архитектуры и градостроительства администрации г. Старый Оскол и Старооскольского района в процессе работы с индивидуальными застройщиками, размещавшими заказы на разработку проектных решений малоэтажной жилой застройки городской территории, в соответствии с генеральным планом развития г. Старый Оскол в 2003;2005гг.;

— 18 В институте ЦНИИГражданстрой (г.Москва) в 2004;2005гг. в процессе работы с индивидуальными заказчиками при проектировании объектов малоэтажной жилой застройки.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были обсуждены на: семинаре секции «Системотехника строительства» Научного Совета по комплексной проблеме «Кибернетика» РАН (2002;2005гг.) — Московском городском семинаре «Системология и системотехника комплексной обработки данных и документации» (2001;2005гг.), научных семинарах лаборатории «Информационные технологии, экономика и безопасность жизнедеятельности» ЦНИИОМТП (2001;2005гг.) — Межрегиональной научно-практической конференции МК-103−15 «Экология и жизнь», г. Пенза (2005г.) — Межрегиональной научно-практической конференции МК-73−15 «Системы качества и их метрологическая поддержка: от преподавания к сертификации», г. Пенза (2005г.) — Региональной научной-практической конференции «Современные проблемы технического, естественно-научного и гуманитарного знания», г. Губкин, Белгородской области (2005г.) — Региональной научной конференции СТИ МИСиС «Образование, наука, производство и управление в XXI веке», г. Старый Оскол (2005г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ общим объемом 2,4 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Основной текст диссертации содержит 98 страниц машинописного текста, 19 рисунков и 8 таблиц. Список использованной литературы содержит 114 наименований отечественных и зарубежных источников.

Основные выводы и предложения.

В результате проведенного в диссертации комплекса теоретических и экспериментальных научно-исследовательских работ сделаны следующие выводы:

1. Проведенный анализ зарубежного и отечественного опыта проектирования объектов малоэтажного жилищного строительства на этапе ФСП показал смещение проблем строительства с технологического на когнитивный и коммуникативный аспекты. Подходы к проектированию, ориентированные на жесткие стандарты и нормы уступают место подходам, ориентированным на клиента-потребителя, эксплуатирующего жилье, на активную кооперацию клиента-потребителя и заинтересованных сторон строительного проекта. Использование САПР сдвигает решение вопросов об обеспечении КБ ПДЖ клиента на самые ранние стадии проектирования, где происходит первое общение заинтересованных сторон строительного проекта и определяются возможности, ограничения и роли участников строительного проекта.

2. Расчеты по суждениям клиентов показывают, что распределение пяти АСС по КБ ПДЖ имеет следующий вид (в убывающем порядке): деревянный дом, гипсовый дом, железобетонный дом, газосиликатный дом, кирпично-каменный дом. Экспертные оценки, проделанные по аналогичному алгоритму, относят АСС «железобетонный дом» на последнее место. Несоответствие экспертных и клиентских оценок в данном пункте косвенно свидетельствует о влиянии средств массовой информации на формирование общественного мнения в ущерб КБ ПДЖ клиентов и в угоду финансовым интересам крупных корпораций застройщиков («девелоперов»).

3. Средние значения расчетов суждений клиентов показывают, что распределение приоритетности групп критериев КБ ПДЖ при анализе клиентом собственного будущего дома имеет следующий вид (в убывающем порядке): функциональность, ресурсы эксплуатации, экологичность. Не подтвердилось предположение о приоритетности групппы критериев «экологичность». Чем выше образовательный ценз клиента, тем выше оценка «экологичности» проектного решения, как критерия КБ ПДЖ, и ниже оценка «функциональность» проектного решения. Это свидетельствует о том, что понятие «комфорт» не ассоциируется у респондентов с понятием «экологичность».

4. Исследования показали, что принципы международных стандартов менеджмента совпадают с основными положениями теоретических основ процедуры КБ ПДЖ: результативность, обратная связь и высокая адаптивность для выполнения собственных функций. Показано, что интеллектуальный мониторинг систем ЧТС на этапе ФСП видоизменяется в СТД с целью обеспечения уровня КБ ПДЖ, максимально соответствующего намерениям и пожеланиям клиента-заказчика.

5. Показана необходимость внедрения инструментов САПР МЖС для обеспечения КБ ПДЖ клиента на этапе ФПС и гибких строительных технологий и производств, которые также должны максимально обеспечить КБ ПДЖ как на стадии строительства, так и на стадии эксплуатации объекта. Таким инструментом явился набор САПР МЖС, состоящий из средства параметрического строительного моделирования, средства математических табличных расчетов и СУБД. Предложена процедура СТД КП ПДЖ клиента при выборе проектного решения в среде САПР МЖС. Методологическое обеспечение СТД клиента составили четыре методики: структурированное интервью, определение «временной перспективы», анализ иерархий и информационная оценка качества проектных решений. Данная процедура базируется на свободе выражения клиентом пожеланий к комфортности будущего дома, с одной стороны, и осознании необходимости высказать суждения в отношении критериев собственной КБ ПДЖ, с другой. В результате формируют проектное решение, наилучшим образом отвечающее иерархии показателей КБ ПДЖ клиента.

6. Выдвинута научная гипотеза о том, что методики, включенные в процедуру СТД могут позволить проектировщику предложить клиенту проектное решение в наибольшей степени обеспечивающее уровень его КБ ПДЖ на основе информационной оценки качества сопоставимых вариантов.

7. Дальнейшие исследования показали необходимость уменьшить имеющиеся противоречия между внедрением новых технологий и требованиями КБ ПДЖ. В ситуации несоответствия начального пожелания клиента по АСС будущего дома и расчетной АСС, возможность количественной аргументации степени ущерба для КБ ПДЖ от неверного выбора АСС, играет важную роль в окончательном решении клиента.

8. Результатом применения СТД КБ ПДЖ стало снижение на 8% уровня конфликтов клиентов, повышение на 15−25% вероятность гарантированного инвестирования клиентом в проектирование объекта через повышение мотивации клиента на активную кооперацию и оформление договорных отношений, а также сокращение на 50% сроков прохождения этапа ФСП.

Э.Дальнейшее развитие диссертационного исследования должно быть направлено на изучение многообразия параметров КБ ПДЖ и построение базы знаний по проектной процедуре СТД в САПР МЖС.

Перспектива дальнейших исследований.

Выполненная работа и полученные теоретические и практические результаты позволяют определить основные направления дальнейших исследований в рамках рассматриваемой предметной области:

— 1191. Собрать статистику по всей Белгородской области и сопоставить экспертные оценки влияния АСС на КБ ПДЖ с предпочтениями АСС заказчиков всей области, для корректировки базового уровня иерархии КБ ПДЖ.

2. Создать Интернет-портал и отработать технологию дистанционного взаимодействия с заказчиком, предоставляя заказчикам права доступа к визуализации текущего состояния разработки проектного решения.

3. Автоматизировать процесс обмена данными между расчетной программой и программой графического конструирования, а также интерфейс между СУБД и расчетной программой, автоматизирующий процесс передачи данных КБ ПДЖ.

4. Расширить количество показателей КБ ПДЖ в областях комфортности проживания, местоположения будущего здания, электронно-технических средств безопасности жизнедеятельности, экономических показателях стоимости здания, независимости энергетических ресурсов, «модульности» — способности развитию и видоизменению.

5. Автоматизировать преобразование понятий «комфортность», «эстетика» в критерии иерархии КБ ПДЖ.

6. Совершенствовать состав и содержание вопросов и заданий структурированного интервью.

7. Продолжить исследования по совершенствованию методических указаний для проектировщика и руководителя проектов по выражению собственных комментариев к намерениям и пожеланиям заказчика в формализованных значениях шкалы оценки.