Информационная система экспертизы технического состояния зданий и сооружений

Строительная индустрия представляет собой одну из важнейших отраслей экономики России, где за последние годы произошли существенные структурные изменения, связанные, прежде всего, с формированием экономики переходного периода. Значительно изменились технология и организация производства работ, возросло применение современных материалов и оборудования. Увеличилась этажность зданий, расширилось многообразие их архитектурных решений, повысилась насыщенность технологическим оборудованием. В то же время повышение требований к экономии и экологии материалов, использование в проектировании зарубежных программных продуктов, не следующих российским нормам и правилам, а также увеличение скорости строительства нередко приводит к снижению качества строительных работ. Показателем данных негативных процессов являются участившиеся в последнее время аварийные ситуации на строительных объектах. Одна из наиболее тяжких — обрушение купола аквапарка московского спортивно-развлекательного комплекса «Трансвааль-Парк». Все эти факторы возводят процесс оценки безопасности строительных объектов в особо сложный вид инженерно-аналитической работы, выполнить которую могут только специализированные организации путем проведения технической экспертизы зданий и сооружений. Выполнение данного вида работ связано с накоплением, обработкой, анализом и объективированием огромного объема информации разнообразного назначения, справиться с чем на современном этапе в рамках традиционных методов проведения экспертных работ квалифицированно и быстро невозможно.

В то же время известно, что научно-методологической основой процесса обеспечения высокого качества любой продукции, в том числе зданий и сооружений, является современная теория управления процессами и информационными потоками на всех стадиях жизненного цикла изделия.

ЖЦИ). Согласно этой теории системотехническим средством повышения качества и конкурентоспособности наукоемкой продукции являются CALS-технологии (Continuous Acquisition and Life cycle Support — непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла), успешно используемые последние два десятилетия в мировой практике авиационной, судостроительной, автомобилестроительной и других отраслях промышленности. Путем рассмотрения строительных объектов как изделий, обладающих своим собственным жизненным циклом (ЖЦСО — жизненный цикл строительного объекта), опыт, накопленный в области CALS-технологий, может быть с успехом использован в строительной индустрии, в том числе и для проведения экспертного освидетельствования зданий и сооружений.

Многообразие процессов ЖЦСО, протекающих на всех стадиях, от маркетинговых исследований до утилизации здания (рис. 1), и необходимость их интенсификации требуют активного информационного.

Источники, — нтады и средства проектирования и управления, а о о о о? а а.

АрхиЬ документами на строительный объект.

Электронная модель изделия.

Мфкетинг Тех задание Лизам CAD САМ САЕ РОМ MRP ПНР Экспертиза Реконструкция.

Проект Строительство Эксплуатация.

Жизненный цикл строительного объекта.

Утилизация ¦=>

Рис. 1. Жизненный цикл строительного объекта взаимодействия различных строительных организаций, вследствие чего фактически и формируется территориально распределенное виртуальное предприятие (ВП). С ростом числа участников ВП растет объем используемой и передаваемой информации, образующей единое информационное поле (ЕИП).

Эффективность деятельности ВП напрямую зависит от развития интегрированных информационных систем (ИИС), обслуживающих ЕИП, на каждом предприятии и от способа передачи технической документации между участниками проекта. В основе ИИС лежит совместное и многократное использование данных, применение открытых архитектур, международных, национальных стандартов и апробированных программно-технических средств. Решением задач создания информационных систем в сфере эксплуатации зданий и сооружений в настоящее время занимается ряд разработчиков: А. А. Волков, С. А. Гаврилов, А. В. Егоров, В. А. Завьялов, П. Я. Паль, В. И. Теличенко, О.Е. Matthias и др. Однако большинство существующих и вновь разрабатываемых систем, таких, как «БТИ», «Экспертиза проектов», «Экотел», «Speedikon® FM» и др., затрагивают отдельные компоненты ЖЦСО и имеют узкую специализацию. Задача создания ИИС экспертизы зданий и сооружений остается решенной далеко не полностью и по-прежнему является актуальной [113, 120].

В сложных долговременных проектах ИИС обеспечивает взаимодействие проектных организаций и предприятий застройщиков, поставщиков материалов, различных технических служб и конечного потребителя на всех стадиях ЖЦСО. В процессе экспертизы ВП объединяет экспертную организацию, эксплуатирующее предприятие и контролирующий органГосгортехнадзор.

Использование единого информационного пространства всеми участниками характеризуется следующими принципиальными особенностями:

— в отличие от локальной автоматизации и нацеленности на работу с отдельными компонентами, ЕИП обеспечивает комплексную информационную интеграцию на всех стадиях жизненного цикла;

— решаемые задачи создают возможности выхода за границы отдельного предприятия, участники информационного взаимодействия могут быть территориально удалены друг от друга и располагаться в разных городах;

— совместно используемая информация разнородна, поэтому способы её использования, технологии представления и корректной интерпретации данных должны быть унифицированы на основе международных и национальных стандартов;

— основной средой передачи данных являются коммуникационные каналы связи.

Для обеспечения возможности единого представления данных, включающих в себя подготовку и поддержку конструкторских и технологических решений, используется Электронная Модель Изделия (ЭМИ), которая начинает формироваться на маркетинговой стадии ЖЦ, на стадии проектирования уточняется и наполняется новым необходимым содержанием, пополняется в ходе технологической подготовки производства и используется на этапе эксплуатации изделия [80].

Информация, содержащаяся в ЭМИ, подразделяется на следующие виды:

— неграфическая или текстовая, т. е. регистрационные журналы, нормативные документы и т. п.;

— графическая, т. е. чертежи схем усиления конструкций, проектно-конструкторская документация и т. д.;

— геометрическая, т. е. двухи трехмерные модели строительного объекта;

— расчетная, т. е. поверочные расчеты несущей способности строительных конструкций объекта.

Разработка и внедрение интегрированной информационной системы для проведения экспертизы технического состояния зданий и сооружений позволит решить задачи:

— обеспечения безбумажной технологии сбора, хранения и передачи информации о техническом состоянии, наличии конструкторской, проектно-сметной и эксплуатационной документации на строительные объекты;

— организации быстрого доступа к данным электронной модели объекта и оперативной их обработки с использованием различных пакетов прикладных программ и нормативно-справочной документации;

— использования типовых проектных решений при проведении ремонтно-строительных работ и формировании результатов оценки технического состояния зданий и сооружений в базе данных для последующего анализа методов и средств ликвидации разрушений и восстановления строительных объектов;

— выбора оптимального варианта усиления конструкций при их разрушениях;

— проведения предварительных консультаций предприятий, организаций и учреждений при выполнении планово-предупредительного ремонта в процессе эксплуатации зданий и сооружений;

— сокращения рутинности ручного труда инженеров-экспертов и времени на принятие решений по устранению разрушений строительных объектов:

— исключения дублирования и разночтения информации управленческими и экспертными подразделениями;

— повышения качества информации, используемой при анализе, рассмотрении инженерных проблем.

Целью диссертационной работы является разработка информационной системы экспертизы технического состояния зданий и сооружений на основании нормативных документов директивных органов по внедрению СALS-технологий в промышленность и образование РФ.

Достижение поставленной цели потребовало разработки и практического решения следующих задач:

— определения методов и области, применения современных информационных технологий в процессе проведения экспертизы зданий и сооружений;

— выявления проблем, возникающих в процессе проведения экспертизы зданий, сооружений на основании анализа существующих информационных потоков;

— определения функциональных требований к процессу экспертизы строительных объектов;

— создания информационной системы (ИС) экспертизы технического состояния зданий и сооружений с использованием компонентно-ориентированной архитектуры на основании требований эффективного управления бизнес-процессами;

— необходимости проведения структурного анализа и проектирования функциональной модели основного бизнес-процесса с использованием CASE-средств;

— концептуального моделирования предметной области и структуры базы данных основного бизнес-процесса;

— алгоритмизации процессов создания и ведения тематической базы данных типовых решений по усилению железобетонных и каменных конструкций;

— создания справочника-классификатора и электронного архива схем усилений железобетонных и каменных конструкций с возможностями внедрения в эксплуатацию параметров ведения и использования данных этого блока ИС.

Предметом исследования является информатизация процесса экспертизы зданий и сооружений.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

— использована ранее не применявшаяся методология CALS-технологий для решения задач экспертизы технического состояния зданий и сооружений;

— выявлен и классифицирован состав задач, решаемых при информатизации процесса экспертизы зданий и сооружений, а именно: необходимость сбора и анализа данных об объекте экспертизы-. определение фактического состояния обследуемого объекта с фиксацией результатов-. выполнение поверочного расчетаформирование заключения о техническом состоянии объекта экспертизы;

— определен состав и систематизированы источники и потоки информации между потребителем и экспертом;

— разработана оригинальная модель управления процессом экспертизы зданий и сооружений на основании компонентно-ориентированного подхода к построению информационной системы;

— проведено функциональное моделирование основного бизнес-процесса с использованием методологии SADT (Structured Analysis and Design Technique — технология структурного анализа и проектирования), создана древовидная структура взаимоувязанных функций;

— разработаны и реализованы алгоритмы ведения и использования базы данных информационной системы экспертизы технического состояния зданий и сооружений на основании концептуальной модели.

Практическая значимость работы, выполненной во исполнение приказа Минобразования России № 2674 от 12.07.2002 г. «Об оценке технического состояния объектов образовательных учреждений» и «Положения об организации в РФ государственного технического учета и технической инвентаризации объектов государственной деятельности», утвержденного Постановлением Правительства РФ от 04.12.2000 года, а также фундаментальной НИР «Разработка теоретических основ алгоритмов и программ геометрии и графики для параллельных технологий проектирования» (ГР № 1 970 004 538, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет) и хоздоговорных работ, состоит в том, что на основе предлагаемых подходов и алгоритмов разработана и введена в опытную эксплуатацию в Нижегородском управлении Госгортехнадзора России информационная система проведения экспертизы зданий и сооружений, которая позволяет:

— автоматизировать работу эксперта в процессе проведения оценки технического состояния строительного объекта;

— оперативно, на основании применения типовых схем усиления конструкций принимать решения по устранению дефектов, возникающих в процессе эксплуатации зданий и сооружений;

— повысить качество и скорость исполнения проектно-конструкторской документации по технической экспертизе строительных объектов путем замены традиционного последовательного линейного подхода комплексом синхронных, перекрывающихся во времени операций;

— проводить автоматизированный статистический анализ наиболее часто встречающихся дефектов и схем усиления конструкций с целью пополнения электронного архива новыми методами устранения разрушений.

На защиту выносятся:

— архитектура информационной системы управления процессом экспертизы зданий и сооружений;

— состав и классификация задач основного бизнес-процесса на основании функциональной модели;

— ER-модель базы данных для сбора исходной информации, хранения результатов экспертизы и формирования отчетов;

— алгоритм создания и использования тематических баз данных, в которых определяются значимые для конкретной задачи экспертизы элементы и их характеристики.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования были доложены на Научно-технической конференции ННГАСУ «Архитектура и строительство — 2003» (Н.Новгород, 2003 г.), IX нижегородской сессии молодых ученых (Дзержинск, 2004 г.), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов» (Йошкар-Ола, 2004 г.), второй международной (VII традиционной) научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство — формирование среды жизнедеятельности» (Москва, 2004 г.) — на семинарах кафедры начертательной геометрии, машинной графики и теоретических основ САПР ННГАСУ, 2001;2004гг.

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано десять работ [112−121].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений общим объемом 166 страниц, в том числе 148 страниц основного текста, 49 рисунков, 7 таблиц. Список использованных литературных источников включает в себя 121 позицию.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

1. CALS-технологии и создание электронной модели изделия, а также использование единого информационного пространства экспертной организации обеспечивают новые функциональные возможности управления процессом экспертизы объектов строительства.

2. Создание единого информационного пространства экспертной организации предполагает автоматизацию основного бизнес-процесса «Экспертиза» и вспомогательных бизнес-процессов, представляющих собой набор функционально-независимых и информационно-связанных модулей (компонентов).

3. Компонентно-ориентированный подход к построению ИС «ЭКСПЕРТ» обеспечил весь функциональный набор операций, необходимых для проведения процесса экспертизы, отдельные из которых являются типовыми и разработаны в PDM/ERP-системах.

4. Разработка функциональной модели основного бизнес-процесса «Экспертиза» по методологии SADT позволила выявить функции экспертов, задачи и взаимосвязи между отдельными видами работ и механизмами их исполнения.

5. На основе функциональной модели построена ER-модель предметной области, включающая в себя состав и структуру информации, сгруппированной в тематические базы данных, на основе которой разработан и реализован алгоритм основного бизнес-процесса «Экспертиза».

6. На основе ER-модели разработан и реализован алгоритм автоматического формирования дефектной ведомости.

7. Разработанные алгоритмы реализованы в виде пилотной версии ИС «ЭКСПЕРТ».

8. Предложенный в диссертации метод проектирования информационных систем может рекомендоваться к использованию при разработке новых систем для проектных, строительных и эксплуатационных организаций.

9. ИС «ЭКСПЕРТ» позволяет повысить эффективность работы эксперта за счет информационной полноты установленных связей между документами, ведения статистического анализа дефектов, причин и методов усиления конструкций и их элементов.

г, А К .1 Ю Ч Е Н И Е.

Экспертизы промышленной безопасности по исследованию технического состояния КОНСТРУКЦИЙ корпусаNs 175 производства МДЭА йьИк НПИГ. W-iWE а- ^ЯУ.

PwJlm^2П2Жи I.

Рис. 3.13. Реестр (EXPRT/Закл J.

Таким образом, процедурный подход к формированию базы данных ИС «ЭКСПЕРТ» позволяет автоматически заполнить шаблон заключения и вывести его на печать.

Производственная версия системы ориентирована на технологию клиент-сервер, используя операционную платформу Windows 2000/ Windows ХР, и реализована на системе программирования Borland Delphi 7. В качестве СУБД оптимально выбрана система Oracle Server 9i. Удаленный контролируемый доступ экспертов к системе через ИНТЕРНЕТ обеспечивается промежуточным слоем программного обеспечения на основе технологии Java Server Pages (JSP). Для более тесной интеграции с пакетами «КОМПАС» и «SCAD» используются программные интерфейсы этих пакетов.

В процессе сбора информации для пополнения БД ИС «ЭКСПЕРТ» выявлено, что не все Заказчики, имеют необходимую информацию для проведения экспертной оценки технического состояния объекта. В лучшем случае находились технические паспорта на обследуемые задания и неполный комплект ПКД. Так, из сорока обследуемых объектов Волго-Вятского региона только три имели полный комплект необходимой документации. Существует два пути для выхода из подобных негативных ситуаций — это поиск проектной организации, когда-то выполнявшей проект исследуемого объекта, либо полное восстановление документации путем обмера конструкций. В этом случае необходимо создание собственного КБ экспертной организации, деятельность которого направлена на восстановление и занесение проектной документации по обследуемым объектам в БД ИС «ЭКСПЕРТ».

Результаты экспериментальной отработки ИС «ЭКСПЕРТ» показали рациональность выбранной структуры информации, организации хранения и поиска текстовых, графических данных, а также эффективность управления информацией за счет повышения доступности данных в электронном архиве. Сведения о состоянии строительных объектов любых регионов страны могут использоваться для передачи данных участникам ВП по информационной поддержке ЖЦСО, а также при обмене опытом применения методов усиления строительных конструкций в зависимости от факторов воздействия и причин разрушения.