ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЕКТОВ ПОТОЧНОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ ОБЪЕКТОВ И КОМПЛЕКСОВ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Рассмотрена возможность анализировать и оценивать вероятность выполнения проектов поточного строительства реконструкции, обеспечение сокращения продолжительности реконструкции объектов, возможность координировать оптимальное распределение ресурсов.

Ключевые слова:
имитационное моделирование, проект поточного строительства реконструкции, поточное строительство (реконструкция), системокванты
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Имитационное моделирование является, по существу, единственным методом исследования сложных реконструктивных строительных систем, где натурный эксперимент практически неосуществим, либо требует больших затрат времени, средств и экономически нецелесообразен. Имитационные модели позволяют не только анализировать все существующие системы, но на основе этого опыта и любых гипотез прогнозировать и проектировать возможные, оптимальные по любому принятому критерию системы, обладающие принципиально новыми организационно-технологическими качествами    [3, 4].

Научную основу моделируемой производственной системы составляет теория поточного строительства и реконструкции. Имитационная модель ППС(Р) должна отражать объемно – конструктивные характеристики реконструируемых строительных объектов, организационно-технологические особенности их реконструкции и возведения, многовариантность и вероятностный характер строительного производства. Структуру организационно – технологических моделей поточной реконструкции необходимо строить по блочному принципу, что позволяет при внедрении ППС(Р) без коренной перестройки описывать различные производственные ситуации и решать практические задачи. Модели должны содержать набор понятий, обеспечивающих описание реальной реконструктивной строительной системы и ее функционирования, полнота описания системы достигается посредством отражения в моделях статистических и динамических взаимосвязей между элементами моделируемой системы. Модели должны содержать описание цели рассматриваемой системы и формальной аналог оперативного управления, существующего в реальных производственных условиях, генерировать ситуации, возникающие под воздействием случайных возмущающих факторов.

При разработке организационно – технологических моделей поточного строительства (реконструкции) удобен в применении блочно-иерархический подход, согласно которому объекты делятся на базовые элементы (захватки, ярусы, секции). Базовый элемент (модуль) – элементарная часть объекта, которую невозможно (или нецелесообразно) разделять на более мелкие части. Параметры базового элемента составляют множество его свойств, называемых атрибутами. Супер элемент (супермодуль) – типовая совокупность взаимосвязанных базовых элементов (модулей), используемая наравне с базовыми элементами. Законченная структура – совокупность взаимосвязанных модулей (супермодулей), представляющая собой возможный вариант структуры объекта (С.Р. Владимирский [10]).

При моделировании сложных систем реконструктивного строительного производства теория функциональных систем П.К. Анохина [1, 2] позволяет провести оценку адекватности модели по степени отражения (достоверности, надежности, комплексности) результата функционирования. Иерархия подсистем должна формироваться как иерархия результатов, что открывает способ и механизм соединения иерархических уровней. Функциональные системы обычно состоят из неоднородных элементов подсистем, каждый из которых несет свою функциональную и специфическую нагрузку в достижении результата. Эти подсистемы, в свою очередь, расчленяются на ряд неоднородных элементов подсистем, которые также не должны рассматриваться разрозненно и вне единой функциональной системы, созданной для достижения общего результата цели. Цель рассматривается как заданный результат; критерий - как признак, но которому определяется соответствие этому результату; ограничения - степень свободы, необходимая для достижения результата. При обеспечении единства результата или иерархии результатов можно построить строгую логику разработки и внедрения проектов поточной реконструкции объектов и комплексов [3, 4, 8, 9].

Адаптация концепции системоквантов К.В. Судакова [7, 11] весьма перспективна при разработке и внедрении проектов поточного строительства (реконструкции) ППС(Р) объектов и комплексов. Системокванты рассматриваются как дискретные единицы интегративной системной деятельности по выполнению строительных процессов в пространственно-временном континууме. Для самых разных реконструируемых и строительных объектов общность концепции системоквантов характеризуется тем, что каждый системоквант проявляется узловыми механизмами теории функциональных систем (афферентный синтез, принятия решения, акцептор результата действия, эфферентный синтез и его оценка) [5, 7].

Адаптация теории функциональных систем П.К. Анохина и концепции системоквантов К.В. Судакова к системе реконструктивного строительного производства включает следующие положения:

  • наличие приспособительного результата во всякой саморегулирующейся и самоорганизующейся системе радикально ориентирует все потоки информации в системе на этот результат;
  • любой элемент системы проводит или преобразует информацию только в эквиваленте какой-то доли этого результата;
  • каждый элемент системы, информация которого не отражает параметров результата, делается помехой для системы и немедленно преодолевается пластическими перестройками всей системы в целом [5, 6].

Построение имитационной модели возведения (реконструкции) строительных объектов и комплексов представлено на рис. 1.

Основными элементами системы возведения (реконструкции) объекта являются: сам объект, средства для его возведения и набор управляющих правил, согласно которым осуществляется целенаправленное взаимодействие объекта со средствами возведения в общем процессе функционирования системы. В имитационной модели каждый элемент рассматриваемой системы представляется совокупностью своих основных характеристик [3, 4].

 

Характеристики системы:

  • детерминированные (число участков, число и объем работ, допустимое и наличное число бригад, технологические связи работ и др.)
  • вероятностные (продолжительность, интенсивность выполнения работ)

 

Начало наблюдения за системой

 

Назначение ресурсов на участок по управляющим правилам П1 и П2

 

Анализ состояния системы (готовность фронта работ и наличие свободных ресурсов)

 

Назначение ресурсов на участок по управляющим правилам П3 и П4

 

Генератор случайных возмущений

 

Определение продолжительности выполнения работ и комплексов на участках

 

Проверка окончания работ и комплексов

 

Переход к следующему моменту наблюдения за системой

Определение организационно-технологических параметров (продолжительности, интенсивности и т.д.) возведения (реконструкции) объекта

 

Построение функций распределения значений организационно-технологических параметров

 

Построение план-графиков строительства (реконструкции) объектов и комплексов

Д А

НЕТ

 

Рис. 1. Схема построения имитационной модели разработки и внедрения ППС(Р) объектов и комплексов

 

Характеристики объекта реконструкции:

n;m;V=Vij; Gi=Gj1,  j2i;

Где n – число участков; m – число работ; V – матрица объемов работ на участках; Vij – объем j-й работ на i- м участке (элемент матрицы V); Gi – технологическая последовательность выполнения работ на i- м участке, выраженная графиком и представленная в матричной форме;

Gj1,  j2i –элемент технологической матрицы;

 

 

Gj1,  j2i==1, если на i-м участке j1-я работа готовит фронт работ j2-й работе;0, если на i-м участке j1-я работа не готовит фронт работ j2-й работе.

 

Если комплексы  работ на участках будут одинаковы, технологический граф G будет единым для всех участков объекта.

Характеристики средств возведения объекта:

r=r1,r2,…,rj,…,rm;D=dij;

L=l1,l2,…,lj,…,lm;

где r – матрица-вектор наличного количества ресурсов типа мощностей (бригад с приданными машинами) каждого типа на стройплощадке; rj– наличное число ресурсов j-го типа на стройплощадке ( элемент матрицы-вектора r); D– матрица максимального технологически допустимого количества ресурсов каждого типа на участках; dij– максимальное технологически допустимое число ресурсов j-го типа на i- м участке при условии их одновременной производительной работы (элемент матрицы D); L – матрица-вектор интенсивностей работы одной бригады каждого типа за смену; lj – интенсивность работы (выработка) одного ресурса j-го типа за смену (элемент матрицы-вектора L).

Набор управляющих правил:

П=П1, П2, П3, П4;

где П1 – правило, разрешающее в момент времени t начать j-ю работу на i-м участке лишь в том случае, если к этому моменту на участке выполнены все работы, технологически предшествующие j-й работе (в соответствии с технологической последовательностью выполнения работ на i-м участке — график Gi); П2 – правило, разрешающее в момент времени t начать j-ю работу на i-м участке лишь в том случае, если к этому моменту участок будет свободен; П3 – правило выбора в момент времени t назначения j-й работы на i-й участок по системе приоритетов в следующем порядке:

  1. если есть несколько свободных типов ресурсов, претендующих на занятие свободных участков, то в первую очередь производится назначение того ресурса, который претендует на большее число свободных участков;
  2. если j-й ресурс может начать работу на любом из нескольких свободных участков, то в первую очередь производится назначение ресурса на i-й участок, на котором суммарная условная трудоемкость (в бригадо-днях) всех оставшихся работ максимальная, причем из наличного числа ресурсов j-го типа  на i-й участок назначается число, соответствующее максимальному технологически допустимому числу ресурса j-го типа на i-м участке (dij из матрици Д); 3) если после назначения j-й работы на i-й участок,  остались незагруженными ресурсы j-го типа, то назначение j-го ресурса на оставшиеся свободные участки производится по предыдущему правилу;

П4 – правило назначения j-го ресурса на участок,  первый по номеру из свободных участков, если в системе приоритетов правила П3 не существует предпочтительного выбора   [3, 4, 8, 9].

Каждое из  перечисленных управляющих правил представляется в рассматриваемой имитационной модели ППС(Р) соответствующим алгоритмом, случайными величинами в рассматриваемой модели являются продолжительности отдельных работ комплекса (dt)ij, при этом характер функции распределения времени выполнения каждой из работ считается известным и для полного вероятностного описания указанных случайных величин достаточно задания двух величин: математического ожидания и дисперсии. Предполагается, что свободные в момент наблюдения t участки, оставшиеся не занятыми после назначения освободившихся к этому моменту ресурсов, простаивают в ожидании ресурса и свободные ресурсы, оставшиеся не назначенными ни на один из участков, простаивают в ожидании фронта работ. Моделируемая система ППС(Р) наблюдается в дискретные моменты времени 0, t1, t2, … tv, …, причем выбор значений tv производится таким образом, что моменту времени О соответствует прибытие на стройплощадку первых ресурсов, а следующие моменты времени характеризуются либо окончанием работы на участке, либо прибытием новых ресурсов. Схема моделирующего алгоритма представлена на рис. 2. В соответствии с алгоритмом в каждый момент наблюдения производятся распределения по участкам ресурсов, имеющихся на стройплощадке, вычисляются случайные продолжительности работ на участках (dt)ij и моменты их окончания Vij с учетом выделенного количества ресурсов и функций распределения продолжительности работ,  устанавливается продолжительность выполнения всего комплекса работ на объекте и по серии ее реализации строится функция распределения. Время работы моделирующей программы определяется видом реконструируемого строительного объекта и используемой ЭВМ [8, 9].

Использование разработанной имитационной модели для исследования возведения промышленных объектов показало ее широкие возможности для оценки организационно-технологической надежности и установления различных зависимостей, имеющих важное практическое значение. При построении имитационной модели организации возведения строительных объектов использован один из основных принципов ситуационного управления: соизмерение совокупности управляющих правил с многообразием состояний моделируемой системы.

 

НЕТ

НЕТ

Характеристика системы ППС(Р)

Фиксация всех видов свободных ресурсов. Начало внедрения ППС(Р) объектов и ресурсов

Проверка выполнения предшествующих работ (управляющее правило П1)

Проверка наличия свободных участков  (управляющее правило П2)

Проверка наличия свободных ресурсов для включения в работу

Определение простоя участков

Определение простоя ресурсов

Определение окончания работ

Проверка окончания всех работ комплекса

Фиксация результатов одной реализации

Назначение ресурса на свободный участок (управляющие правила П3 и П4)

Проиграны ли все реализации?

Установление следующего момента наблюдения

Получение искомых параметров: уровень ОТН, гистограмма продолжительностей, средние простои фронтов и ресурсов и т.д.

ДА

ДА

 

               Рис. 2. Схема моделирующего алгоритма внедрения ППС(Р)

 

 

В модели рассматриваются три группы возможных состояний моделируемой системы: освободившимся ресурсам не предоставлен фронт работ в объеме свободного участка; на каждом из свободных участков предоставлен фронт работ только одному из незанятых ресурсов; на свободных участках предоставлен фронт работ для двух и более незанятых ресурсов. Модель построена таким образом, что блоку управления предшествует блок распознавания состояния системы, определяющий характер отношений между открывшимися фронтами работ (объект) и незанятыми ресурсами (средствами возведения  объекта) [3, 4].

Описанная имитационная модель возведения строительных объектов и комплексов позволяет не только оценивать (анализировать), но и формировать (синтезировать) при заданном уровне ОТН оптимальные по выбранному критерию календарные планы.

Список литературы

1. Анохин П.К. Избранные труды: кибернетика функциональных систем / Под ред. К.В. Судакова / Сост. В.А.Макаров. М.: Медицина, 1998. 400с.

2. Анохин П.К. Избр. тр. Философские аспекты теории функциональной системы. М.: Изд-во Наука, 1978. 400с.

3. Гусаков А.А. Системотехника строительства. М.: Стройиздат, 1983. 440с.

4. Гусаков А.А. Системотехника строительства. М.: Стройиздат, 1993. 368с.

5. Гусаков А.А. Новая парадигма строительной деятельности защитит нашу жизнь. // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. №5. 2004.

6. Дикман Л.Г. Организация и планирование строительного производства: Управление строительными предприятиями с основами АСУ: 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1988.- 559с.

7. Информационные модели функциональных систем /под ред. К.В. Судакова и А.А. Гусакова. М.: Фонд «Новое тысячелетие», 2004. 304с.

8. Лебедев В.М. Системотехника управления проектами реконструкции городской застройки. Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. 230 с.

9. Лебедев В.М. Системотехника управления проектами реконструкции городской застройки. Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. 254 с.

10. Системотехника. Под. ред. А.А. Гусакова. М.: Фонд «Новое тысячелетие», 2002. 768с.

11. Судаков К.В., Агаян Г.Ц. и др. Системокванты физиологических процессов. М.: Межд. Гуманит. фонд арменоведения им. акад. Ц.П. Агаяна, 1997.


Войти или Создать
* Забыли пароль?