Автоматизация проектирования инженерного мониторинга эксплуатационных параметров сложных строительных сооружений: На примере железобетонных автодорожных мостов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Козлов, Владимир Иванович

• Козлов, Владимир Иванович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козлов, Владимир Иванович

Введение.

Глава 1. Анализ состояния и перспектив мониторинга сложных строительных сооружений.

1.1 Возникновение и развитие понятия мониторинга.

1.2 Необходимость инженерного мониторинга технических объектов в условиях агрессивно-динамических воздействий внешней среды.

1.3 Взаимосвязь инженерного мониторинга и устойчивой эксплуатации сложных строительных сооружений.

1.4 Железобетонные автодорожные мосты как объекты-представители для исследования проблем эксплуатации объекта в условиях агрессивно-динамических воздействий внешней среды.

1.5 Выводы. Цель, задачи, актуальность диссертации.

Глава 2. Разработка теоретических основ инженерного мониторинга.

2.1 Системный подход к анализу сложных строительных объектов.

2.2 Понятие устойчивости систем применительно к эксплуатационному циклу строительного сооружения.

2.3 Моделирующий подход в изучении сложных строительных систем.

2.4 Применение современных технологий получения и обработки информации в системах инженерного мониторинга.

2.5 Выводы. Методологическая схема исследования

Глава 3. Исследование и разработка системы инженерного мониторинга железобетонных автодорожных мостов.

3.1 Разработка структуры САПР и проблемно-ориентированного программного обеспечения.

3.2 Решение информационно-измерительных задач в модуле наблюдения.

3.3 Математическая интерпретация параметров системы в вычислительном модуле.

3.4 Технология анализа информации и выработки решений в экспертном модуле.

3.5 Выводы.

Глава 4. Внедрение и эффективность результатов исследования при эксплуатации железобетонных автодорожных мостов.

4.1 Обоснование эффективности применения системы инженерного мониторинга.

4.2 Результаты внедрения системы инженерного мониторинга при организации эксплуатации внеклассного моста через реку Вятка на автодороге Казань - Набережные Челны.

4.3 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация проектирования инженерного мониторинга эксплуатационных параметров сложных строительных сооружений: На примере железобетонных автодорожных мостов»

Процесс постоянного усложнения строительных сооружений на фоне неизбежного усложнения проблем экологии приводит к такому состоянию природно-технический системы, в котором техногенные воздействия оказывают разрушающее влияние не только на природную среду, но и на инженерные сооружения. На крупных объектах в последние годы наблюдается множество предельных и аварийных ситуаций, обусловленных развитием неблагоприятных экологических процессов.

Проблемы общей экологической обстановки оказывают растущее дестабилизирующее влияние также на наиболее сложные и уникальные мостовые сооружения - внеклассные мосты. Загрязнение рек, воздушной среды, широкое применение химически активных веществ приводят к изменению несущих свойств грунтов в основаниях опор, а также преждевременному разрушению покрытий и конструкций мостов.

Практика показывает, что при правильной постановке системы текущих наблюдений и контроля подсистем на стадии эксплуатации сооружений с большим числом индивидуальных и уникальных характеристик, подобных ситуаций можно было бы избежать. Различные системы наблюдения за статическими и динамическими характеристиками строительных сооружений в строительстве существуют очень давно. Однако применение современных высокоточных инструментальных технологий в условиях интегрированной компьютерной информационной среды позволяют ставить и решать гораздо более сложные задачи безаварийной эксплуатации сложных строительных объектов на уровне комплексного мониторинга их эксплуатационного цикла. 5

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Козлов, Владимир Иванович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ состояния эксплуатационных параметров сложных строительных сооружений на примере объектов - представителей (внеклассных железобетонных автодорожных мостов) в условиях постоянного воздействия экологических и техногенных факторов показал, что необходим системный контроль за функционированием объектов для выявления и своевременного предупреждения их деформаций и изменений эксплуатационных параметров. Анализ данных обследований показал, например, что своевременный учёт диагностической информации позволяет более чем на 40-50% уменьшить неблагоприятные воздействия на мостовые сооружения. Установлено, что диагностические наблюдения наиболее целесообразно вести методами инженерного мониторинга, который возможно проектировать как организационно-техническую систему в современной информационной среде САПР. Предложена обобщенная функциональная последовательность инженерного мониторинга эксплуатационных параметров сложных строительных сооружений.

2. Рассмотрены железобетонные внеклассные мосты как объекты - представители сложных строительных сооружений для исследования проблем эксплуатации в условиях агрессивно-динамических воздействий внешней Среды. Выявлено, что таким мостам и мостовым переходам присущи основные специфические особенности сложных строительных сооружений.

3. Разработаны теоретические и методологические основы инженерного мониторинга, включающие системный подход к анализу сложных строительных сооружений, устойчивость систем применительно к эксплуатационному циклу строительных сооружений, моделирующий подход и современные технологии получения и обработки информации в системах наблюдений и их

138 анализа. Для проведения исследований сформирована методологическая схема.

4. Исследование и обработка информации инженерного мониторинга железобетонных автомобильных мостов проводилась в среде САПР, для чего разработана укрупненная структура САПР и состав проблемно-ориентированного программного обеспечения, включающего подсистемы: наблюдений, вычислений, экспертная подсистема и подсистема управляющих воздействий. Все подсистемы являются открытыми и могут дополняться новыми программными продуктами, а проблемная ориентация осуществляется путем дополнения системы модулями в виде компонентов базы знаний системы мониторинга.

5. Предложена концептуальная модель интегрированной подсистемы наблюдений, которая обеспечивает единую информационно-измерительную среду инженерного мониторинга, основанную на информационной совместимости всех задач получения, обработки и использования данных. Это предопределяет высокую эффективность выполнения инженерного мониторинга.

6. Предложена математическая интерпретация вычислительного модуля инженерного мониторинга, основанная на подходе к решению многокритериальных задач, при котором отсутствуют ограничения на вид функций параметров информационной модели объекта (могут быть дискретными) и область (может быть несвязной). Предлагаемая математическая модель в составе системы инженерного мониторинга автодорожных мостов позволяет установить характер воздействий внешней Среды на объект и оценить возможность устойчивой эксплуатации мостового сооружения в моделируемых экспертом внешних условиях.

7. Разработана технология анализа информации и выработки решений в экспертном модуле. Предложена структура этого модуля, включающая три блока (информационной поддержки, принятия и реализации решений) и позволяющая в среде САПР с помощью экспертных систем и экспертов-профессионалов

139 оценивать состояние объектов, прогнозировать динамику эксплуатационного цикла, вырабатывать стабилизирующие и управляющие решения. Решения могут приниматься в автоматическом режиме при условии полноты и непротиворечивости правил и в интерактивно-диалоговом режиме в условиях неопределенности системы правил и необходимости логико-семантического анализа информации экспертами.

8. Проведена на протяжении более 15 лет экспериментальная проверка статистических и аналитических наблюдений дестабилизирующих воздействий в течение цикла эксплуатации внеклассных железобетонных автодорожных мостовых сооружений, на базе которых проходило внедрение результатов диссертационных исследований.

Наиболее представительными объектами внедрения результатов исследований были автодорожные железобетонные мосты через реку Волга у г. Казани (протяженностью 1037м), через реку Вятка на автодороге Набережные Челны и мост в г. Казани через р. Казанка на 3-ей транспортной дамбе. На примере этих сооружений были экспериментально проверены результаты исследований, в частности два возможных подхода к организации эксплуатационного цикла внеклассных мостовых сооружений (традиционный подход и под контролем инженерного мониторинга). Инженерный мониторинг позволяет ограничиваться предупредительными ремонтами и эксплуатировать мосты длительный период времени без капитальных ремонтов и остановки движения по мосту, что дает очевидный экономический эффект. Эксплуатационное состояние мостов проверялась с помощью разработанной модели изменения во времени геометрических параметров конструкций в процессе эксплуатации или испытательной нагрузки. Графики деформаций от нагрузки и их теоретические значения оказались близкими, что подтвердило адекватность предложений методики обработки данных.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козлов, Владимир Иванович, 2000 год

1. Алексеев О.В., Викторов А.Д., Кутузов В.М. Проблемы и пути создания системы мониторинга окружающей среды // Мониторинг, 1995, №1.

2. Анохин ПК. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем. М., АН СССР, 1971. Базилевич Л.А. Модели и методы рационализации и проектирования организационных структур управления. Л., ЛФЭИ, 1991.

3. Борисов А.Н., Алексеев A.B., Г.В. Меркурьева и др. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений. М., Радио и связь, 1989.

4. Булгаков С.Н. Технологичность железобетонных конструкций. М., ВЗМИ, 1980.

5. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М., «Наука», 1978.

6. Васильев А.П. Ремонт и содержание искусственных сооружений. М., ГипродорНИИ, 1985.

7. Вернер Б., Питер М. Руководство по оценке эффективности инвестиций. -М. «Инфра-М», 1995.

8. Владимирский С.Р. Современные методы проектирования мостов. СПб., «Папирус», 1998.

9. Владимирский С.Р. Системотехника мостостроения. СПб., «Питер», 1994.

10. Власов В.В. Общая теория решения задач. М., Изд-во ВЗПИ, 1990.

11. Газинская Е.В. Методы моделирования инженерно-экологических проблем в системах автоматизированного проектирования городского строительства: Автореф. дис. д-ра техн. наук. /МГСУ М., 1997.

12. Гвишиани Д.М. (под ред.) Многокритериальные задачипринятия решений. М., Машиностроение, 1978.

13. Гибшман Е.М. Архитектурное проектирование мостовыхсооружений: Учебное пособие. М., МАДИ, 1988.

14. Гитберг В.Д. Системное проектирование в строительстве. Л.,

15. Стройиздат. Ленингр. отд., 1987.

16. Горбовский Б.Е. Основы нормирования деформаций мостов. -Саратов, СГУ, 1978.

17. Гохман О.Г. Экспертное оценивание. Воронеж, ВГУ, 1991. Григорьев Э.П. Методологические основы компьютерной технологии принятия решений в системном проектировании: Автореф. дис. д-ра техн. наук. /МГСУ - М., 1996.

18. Гусаков А.А.(под ред.). Системотехника строительства. М., Фонд «Новое тысячелетие», 1999.

19. Демидов H.H. Анализ экологической обстановки в регионе. В кн. Экспертные системы в проектировании и управлении строительством. М., Стройиздат, 1995.

20. Денисов A.A., Колесников Д.Н. Теория больших систем управления. JI., Энергоиздат, 1982.

21. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. М., «Наука», 1986.

22. Дюбуа Д., Прад А. Теория возможностей. Приложения к представлению знаний в информатике. М., «Радио и связь», 1990.

23. Евланов Л.Г. Основы теории принятия решений. М., АНХ СССР, 1981.

24. Еремеев В.П. Предельные и аварийные состояния мостов. -Казань, КГАСА, 1994.

25. Ермаков С.М., Михайлов Г.АП. Статистическое моделирование. —М., «Наука». 1982.

26. Ефимов П.П. Теоретические основы оценки технических параметров автодорожных мостов и методов управления ими:

27. Автореф. дис. д-ра техн. наук. / СибГАПС Новосибирск, 1997.

28. Жуковин В.Е. Нечеткие многокритериальные модели принятия решений. Тбилиси, «Мецниереба», 1988.

29. Заде JI. Размытые множества и их применение в распознавании образов и кластер-анализе. В кн. Классификация и кластер. -М., «Мир», 1980.

30. Каплинский А.И. и др. Моделирование и алгоритмизация слабоформализованных задач выбора наилучших вариантов систем. Воронеж, ВГУ, 1991.

31. Касти Дж., Большие системы, связность, сложность и катастрофы. М., «Мир», 1982.

32. Катулев А.Н., Михно В.Н., Виленчик JI.C. и др. Современный синтез критериев в задачах принятия решений. М., Радио и связь, 1992.

33. Кобылянский В.В. Развитие сети региональных и ведомственных информационно-аналитических центров. // ИВТ, 1997, №1.

34. Кошкарев A.B., Тикунов B.C. Геоинформатика. М., Картгеоцентр, 1993.

35. Коугия В.А., Грузинов В.В. Геодезические работы при строительстве мостов.

36. Красильников В.А. Промышленное зодчество и экология. М., Стройиздат, 1992.

37. Кузьмин И.В. Основы моделирования сложных систем. К., Вища школа, 1981.

38. Куликов Ю.А. Имитационные модели и их применение в управлении строительством. М., Стройиздат, 1983. Кулиш В.И. Вероятностная оценка надежности и долговечности мостовых железобетонных конструкций. -Хабаровск: ХГТУ, 1993.

39. Ларичев О.И. Объективные модели и субъективные решения. -М., Наука, 1987.

40. Ларичев О.И. и др. Выявление экспертных знаний (процедуры и реализации). М., «Наука», 1989.

41. Лебедев А.Н. Моделирование в научно-технических исследованиях. М., «Радио и связь», 1989. Леонец A.A., Василенко В.И. Навигация для всех. // Сети и телекоммуникации, 1999, №2.

42. Лисицкий Д.В. (под ред.). Геоинформатика. М., «Недра», 1993.

43. Международная конференция по ремонту и содержанию мостов // Автомобильные дороги, 1991, №3.

44. Мелихов А.Н. и др. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. М., «Наука», 1990.

45. Методические рекомендации по вопросам охраны окружающей среды при проектировании автодорожных переходов через водотоки. М., СоюздорНИИ, 1985.

46. Михалевич B.C., Волкович В.Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М., «Наука», 1982.

47. Мосты. Взаимосвязь между технологией возведения и конструкциями: Симпозиум АИПК. Л., 1991. М., ВПТИТРАНССТРОЙ, 1991.

48. Натан A.A. Разработка математического обеспечения процессов автоматической обработки экологической информации с целью обнаружения экстремальных ситуаций. -г. Долгопрудный, МФТИ, 1991.

49. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему. М., Энергоатомиздат, 1991.

50. Новожилова Н.И. Исследование долговечности и экономичности искусственных сооружений. Л., ЛИСИ, 1998. Новожилова Н.И., Быстрое В.А., Шайкевич В.Л. Прогнозирование надежности конструкций стальных и железобетонных мостов. - Л., ЛИСИ, 1989.

51. Носарев A.B. Мосты: История, дискуссии. Новые решения, опыт. -М., 1997.

52. Орлов В.Г. Эксплуатационная надежность искусственных сооружений. Сб. научн. тр. // ВНИИ ж.-д. трансп. М., «Транспорт», 1989.

53. Осипов В.О. (под ред.) Содержание, реконструкция, усиление и ремонт мостов. М. Транспорт, 1996.

54. Пассек B.B. Обрушение мостовых конструкций за рубежом (обзор). М., ЦИНИТИ, 1990.

55. Пичужкин И.В., Жарков В.Н., Фадеева М.М., Каркова Т.В. Организационные структуры управления в условиях рынка. -Владимир, ВГТУ, 1994.

56. Поспелов Д.А. Большие системы. Ситуационное управление. — М., «Знание», 1975.

57. Принципы и методы определения норм нагрузок на ландшафты. М., Ин-т географии АН СССР, 1987. Руднев В.Е., Володин В.В., Лучанский K.M., Петров В.Б. Формирование технических объектов на основе системного анализа. - М., Машиностроение, 1991.

58. Сильянов В.В. Проблемы эксплуатации автомобильных дорог и мостов. М., ВИНИТИ, 1990.

59. СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы / Госстрой СССР. М., АПП ЦИТП, 1996.

60. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М., Высшая школа, 1985.

61. Супонницкий С.З. К вопросу о долговечности железобетонных мостов // Совершенствование конструкций и методов расчета автодорожных мостов: Межвуз. сб. научн. тр. / ЛИСИ. Л., 1987.

62. Техническая диагностика и эксплуатационная надежность искусственных сооружений (монограмма). Дмитриев Ю.В. -Хабаровск, ДВГУПС, 1999.

63. Тюрин Ю.Н., Макаров A.A. Статистический анализ данных на компьютере. М., «ИНФРА», 1998.147

64. Углицкий Б.Е. Применение математических методов и моделирования в исследовании и проектировании конструкций мостов. М., Стройиздат, 1979.

65. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам. М., Мир, 1989.

66. Ушаков И.А. (под ред.) Надежность технических систем. М., Радио и связь, 1985.

67. Федоренко Н.П. (под ред.) Математика и кибернетика в экономике. М., Экономика, 1985.

68. Федулов A.A. и др. Введение в теорию статистически ненадежных решений. М., Статистика, 1979.

69. Федулов Ю.Г. Основы автоматизированного организационного управления. М., «РАГС», 1997.

70. Хакен Г. синергетика: Иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М., Мир, 1985.

71. Цикризис Д., Лоховски Ф. Модели данных. Финансы и статистика, 1985.

72. Шапиро В.Д. (под ред.) Управление проектами. СПб., «ДваТри» , 1993.

73. Шаталин В.Н. Экология человека и устойчивое развитие // Авиакосмическая и экологическая медицина, 1995, №3.

74. Шеко А.И. (под ред.) Мониторинг экзогенных геологических процессов. М., ВСЕГИНГЕО, 1986.

75. Шрейбер А.К. (под ред.). Строительное производство. М., Стройиздат, 1995.

76. Цвиркун А.Д. и др. Имитационное моделирование в задачах синтеза структуры сложных систем (оптимизационно-имитационный подход). М., Наука, 1985.

77. Чичварин Н.В. Экспертные компоненты САПР. М., Машиностроение, 1991.

78. Элти д., Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры. М., Финансы и статистика, 1987.

79. Эндрюс Д., Мак-Лоун Р. Математическое моделирование. М., «Мир», 1989.149

80. ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ, ПАТЕНТЫ И АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

81. Козлов В.И. Методологические основы мониторинга деформаций строительных сооружений. Научно-технический сборник Центра образования, науки и культуры ГАНГ им. И.М. Губкина. -М.: "Блок", 1997. с. 22-23.

82. Самитов P.A. Козлов В.И. Системотехнический мониторинг деформаций строительных сооружений в составе расчетно-конструктивной подсистемы САПР (на примере автодорожных мостов). Сборник науч. и педагог, тр. кафедры САПР МГСУ. М.: МГСУ. - 2000. - с. 87-89.

83. Самитов P.A. Козлов В.И. САПР мониторинга деформаций автодорожных мостов. Сборник науч. тр. кафедры САПР МГСУ. Изд. 2-е.-М.: Фонд "Новое тысячелетие". 2000. с. 149-151.

84. Самитов P.A. Козлов В.И. Мониторинг деформаций автодорожных мостов. Научно-технический сборник Центра образования, науки и культуры ГАНГ им. И.М. Губкина. -М.: "Блок", 1997. с. 22-23.

85. Козлов В.И., Еремеев В.П. Мост на плитных опорах. Сельское строительство, 1985, №9.

86. Козлов В.И., Еремеев В.П. Ремонт устоя моста. Автомобильные дороги, 1986, №8.

87. Козлов В.И., Самитов P.A. Оползнеустойчивое водопропускное сооружение. Татарский центр научно-технической информации. Казань, 1994.

88. Козлов В.И., Самитов P.A. Противозаиливающая конструкция для водопропускных труб транспортных сооружений. Татарский центр научно-технической информации. Казань, 1994.

89. Козлов В.И., Самитов P.A. Усиленный балочный мост. Патент №1717693 от 28.12. 1992.

90. Ю.Козлов В.И., Еремеев В.П. Ограждение проезжей части моста. Авторское свидетельство №1451203 от 15.09.1988.

91. ТАТАРСТАН АВТОМОБИЛЬ ЮЛЛАРЫ ПРОЕКТЛАУ РЕМОНТЛАУ -Т03У БЕРЛ5ШМ5СЕ

92. ТАТАРСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОЕКТНО-РЕМОНТНО-СТРОИТЕЛЬНОЕ

93. ОБЪЕДИНЕНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ТАТАРСТАНА1. ТАТАВТОДОР1. ТАТАВТОДОР

94. Казанское линейное Дорожное управление

95. Казан, Односторонне-Ноксинская ур., 2 тел. 74-37-12, факс 74-36-82

96. Мост через реку Волга является основным и единственным по которому осуществляется движение автомобильного транспорта на правый берег в сторону "Москвы и Ульяновска. Это чрезвычайно важный объект не только для Татарстана, но и для России.

97. Проводимые постоянные высокоточные геодезические наблюдения за мостовым переходом позволяют уверенно эксплуатировать . мост и планировать ремонтно-восстановительные работы.

98. Мост через реку Волга «моложе» и планировать его усиление рано, поэтому сегодня нет смысла говорить об эффективности тех или иных мероприятий.

99. Очевидно только то, что постоянные геодезические наблюдения необходимы и полностью себя оправдывают.1. Мухьянов Р.С.

100. ТАТАРСТАН АВТОМОБИЛЬ ЮЛЛАРЫ РОЕКТЛАУ РЕМОНТЛАУ - TÖ3Y1. БЕРЛЭШМЭСЕ

101. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОЕКТНО-РЕМОНТНО-СТРОИТЕЛЬНОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ТАТАРСТАНА1. ТАТАВТОДОР1. ТАТАВТОДОР

102. Татарстан, 420039 Казан, Журналист ур. 2а

103. Мостовой переход через реку Вятка на автомобильной дороге Казань-Набережные Челны связывает не только г.Казань с Набережными Челнами с восточными районами Татарстана, но является еще и основной автомобильной дорогой в г.Уфу и на Урал.

104. Предварительный расчет экономической эффективности проводимых мероприятий показывает, что только за счет перепробега грузового автотранспорта по маршруту Казань-Сорочьи Горы-Набережные Челны потери составили бы 54 607569 рублей в год .

105. В этот расчет не вошли потери от грузовых автомобилей средней и малой грузоподъемности, а так же легковых автомобилей, автобусов, тракторов и др. Не включены потери от простоев на пароме у с. Сорочьи

106. В настоящее время планируется продолжение усиления пролетного строения моста.1. Горы.1. Шафиков Р.Х.