Введение. Глобальное потепление привело к значительному увеличению интенсивных медленно движущихся ливней. Поэтому во всем мире проводится политика смягчения последствий изменения климата через управление ливневыми водами на городских территориях. Рациональное управление ливневыми водами могло бы повлиять на снижение эффекта теплового острова и «остудить» города. Материалы и методы. Проведен анализ функций зеленых насаждений в городе и на конкретном примере продемонстрирована возможность внедрения элементов зеленой инфраструктуры, отмечены потенциальные выгоды моделирования процессов подобных решений в российских городах. Результаты. Для широкого применения в населенных пунктах авторы рекомендуют три основные типа сооружений: биодренажная канава, биофильтрационный склон и дождевой сад, основанные на технологии биоремедиации - метаболическом потенциале биологических объектов - высших растений и микроорганизмов. Целью такого «зеленого» подхода является поддержание естественного гидрологического баланса территории и деградация загрязнений за счет использования свойств почвы и растений. Также при благоустройстве территории предлагается применять несколько вариантов ливневых систем, которые взаимодополняют друг друга и монтируются совместно из полимерных материалов, обеспечивающих лучшую пропускную способность ливневой воды. Исследования доказывают, что при правильном анализе участка с градостроительной, инженерной и ландшафтной стороны, а также ответственном подборе растений местной флоры, биодренажные системы могут хорошо работать даже в регионах с холодным климатом, например в России. Выводы. Действующие объекты транспортной и промышленной инфраструктуры, рассмотренные в авторском видении применения гибридных моделей зеленой инфраструктуры с соответствующими расчетами по возможностям и количеству собираемой, транспортируемой и аккумулируемой дождевой и поверхностной воды, могут активно повлиять на корректировку нормативных показателей, а самое главное - на создание узнаваемого благоустройства с включением природных биотопов разной структуры и гидрофильности в целях комфортной и устойчивой среды проживания в российских городах.
Вестник МГСУ
2022. — Выпуск 11
Содержание:
Введение. Исследуется напряженно-деформированное состояние (НДС) сетчатых оболочек в форме однополостного гиперболоида, состоящих из одной, двух и трех секций, под воздействием вертикальной и ветровой нагрузок и собственного веса. Особенностью оболочек является использование в их геометрии - соотношении диаметров и высот - числа Фибоначчи. Материалы и методы. Положение прямолинейных образующих оболочки связано с углом наклона образующих, вызванного взаимным поворотом верхнего и нижнего оснований, и задает различные формы конструкции. Определение НДС оболочек проводится численным методом с применением ПК ЛИРА-САПР. Сравниваются наибольшие усилия в образующих и наибольшие горизонтальные перемещения верхнего края оболочки, вызванные ветровой нагрузкой. Результаты. Получены выражения для выявления положения образующей и размеров действительной полуоси гиперболоида. Приводятся расчетные модели оболочек с различным наклоном образующих. В результате анализа полученных данных даются предложения по оптимальным с позиций прочности и жесткости очертаниям оболочек различной высоты и этажности. При действии только вертикальной нагрузки и собственного веса взаимный поворот верхнего и нижнего оснований не сказывается на НДС оболочек. При действии ветровой нагрузки картина значительно меняется. Так, для односекционных оболочек средней высоты и высоких оболочек с оптимальными параметрами внутренних усилий и перемещений размер действительной полуоси совпадает с размером, соответствующим «золотому сечению». В то же время оболочки с малым углом взаимного поворота оснований плохо сопротивляются боковой нагрузке. В двух- и трехсекционных оболочках значение действительной полуоси несколько больше. Выводы. Применение сетчатых оболочек в виде однополостного гиперболоида, в геометрии которых использовано соотношение «золотого сечения», позволяет получить более выразительные конструктивные решения. Представлены расчетные схемы подобных конструкций.
Ключевые слова
Введение. Общая модель коррозии железобетонных конструкций должна включать инициирование воздействий окружающей среды, таких как карбонизация, растрескивание и проникновение ионов хлора. Это зависит от скорости и степени коррозии, а также от коррозионного воздействия уменьшенных участков и ослабленной прочности сцепления между предварительно напряженной и ненапряженной арматурой и бетоном. Большинство предыдущих исследований было сосредоточено на проблемах одномерной диффузии с предполагаемой постоянной скоростью коррозии. Материалы и методы. Вслед за общей коррозией при локальной коррозии выделяется водород с щелочной водой, ионами хлора. Распространение трещины на участках арматурной проволоки рассчитано с использованием переходной конечно-элементной программы для диффузии хлорида, зависимой от времени. Результаты. В большинстве случаев уравнение диффузии не имеет решения в замкнутой форме, и поэтому можно использовать метод конечных разностей. При плотности тока с различным В/Ц скорость коррозии со временем уменьшается. С увеличением В/Ц скорость коррозии увеличивается. Выводы. Получена конечно-элементная модель диффузии хлорида, которая может быть применена для последующей оценки надежности железобетонных конструкций с корродированной арматурой. Показано, что плотность тока и скорость коррозии зависят от наличия воды и кислорода на поверхности стали, которые нелинейно уменьшаются со временем. Выявлено, что в предварительно напряженной железобетонной балке коррозия одного стержня влияет на общую коррозию всех стержней в канате, при этом общая площадь уменьшения сечения стержней составляет не более 15 %.
Ключевые слова
Введение. Поверхностный сток имеет большое значение в процессах формирования водных ресурсов речного бассейна. Целью данного исследования является разработка пользовательского интерфейса для численного решения задачи оценки стока в бассейне реки Эль-Аси (Оронтес) в Сирии с использованием моделей искусственного интеллекта. Материалы и методы. Для проектирования пользовательского интерфейса использован метод искусственных нейронных сетей. Поставленная задача выполнялась в три процедурных этапа: обучение, проверка и тестирование. Были отработаны несколько типов модельных алгоритмов. Сравнение эффективности моделей проводилось с помощью коэффициента корреляции и среднеквадратической ошибки. Результаты. Установлено, что искусственные нейронные сети с прямой связью (FFNN) и алгоритмом обучения с обратным распространением (BP) (Feed forward (FF) back proрagation (BP) ANN) показали лучший результат в гидрологических прогнозах и моделировании нелинейных функций, поэтому они и были применены в пользовательском интерфейсе. Разработанное программное средство экономит время и усилия пользователя, поскольку генерирует очень большую группу моделей в соответствии с различными параметрами и функциям и выбирает лучшую модель по критериям их эффективности (коэффициенту корреляции R и среднеквадратической ошибке RMSE), и позволяет выполнять другие операции, например, такие как графическое отображение выходных данных или структуры принятой модели или начало оценки значений стока. Программа построена в рабочей среде числовых вычислений MATLAB. Выводы. Программное средство отличается простотой и удобством применения в соответствии с разработанной пользовательской методикой, которая легко выстраивается с момента запуска программы через последовательность активации команд интерфейса до демонстрации выходных результатов. Рекомендовано расширить использование моделей искусственного интеллекта для прогнозирования и оценки элементов гидрологического цикла, особенно в случае отсутствия доступных исходных данных.
Ключевые слова
Введение. Рассматривается решение задачи неустановившейся фильтрации в глинистом ядре высокой каменно-земляной плотины на примере плотины Нурекской ГЭС. Приводится обзор исследований и методов расчета задач неустановившейся фильтрации. С использованием программного комплекса Plaxis 2D получено численное решение фильтрационной задачи для глинистого ядра каменно-земляной плотины по его насыщению водой в процессе наполнения водохранилища и эксплуатации. Рассмотрен длительный временной период эксплуатации 30 лет. Материалы и методы. Исследования неустановившегося фильтрационного режима на примере глинистого ядра высокой каменно-земляной плотины Нурекского гидроузла выполнены методом конечных элементов (МКЭ) с помощью программного комплекса Plaxis 2D. На сегодняшний день качественно более высокий уровень решения подобных задач достигается с помощью численных методов и, прежде всего, МКЭ. Решение фильтрационной задачи в большинстве применяемых вычислительных программ и комплексов сводится к решению основного дифференциального уравнения теории фильтрации с использованием известных граничных и начального условий. Результаты. Получено численное решение фильтрационной задачи для глинистого ядра каменно-земляной плотины по его насыщению водой в процессе наполнения водохранилища и эксплуатации. Изучен временной период эксплуатации 30 лет. За это время только нижняя часть ядра полностью насыщена водой. Выводы. Подтверждены выводы, полученные ранее другими методами, о достаточно долгом процессе установления квазистатического фильтрационного режима в подобных конструкциях. Полученная разница результатов объясняется принятыми ранее допущениями и более совершенной моделью фильтрации в комплексе Plaxis 2D. Используемая в этом комплексе модель позволяет учитывать изменение водопроводимости грунта в зависимости от его водонасыщения.
Ключевые слова
Введение. Теплоснабжение помещений электрической энергией с трансформацией ее в тепловую энергию не приветствуется в связи с низким коэффициентом полезного действия ее первичного использования. Считается, что электрическое теплоснабжение многоквартирных домов имеет более высокий углеродный след, чем при отоплении с применением газовых котлов. Если рассматривать весь процесс жизненного цикла инженерных систем теплоснабжения, а также процесс производства систем дымоудаления, воздухоснабжения, снабжения газом, эксплуатационные затраты, то итоговый результат сравнения углеродного следа при использовании электрических и газовых котлов не однозначен. Проблема использования электрических котлов для теплоснабжения апартаментов связана с лимитом выделяемой энергии, равным 15 кВт. Материалы и методы. Исследовалась работа настенного электрического котла для поквартирного теплоснабжения с иерархическим управлением нагрузкой. Применен режим управления с приоритетом на реализацию первоочередных физиологических, социальных потребностей владельцев помещений. Результаты. Получено сравнение работы электрических теплогенераторов с симисторным и релейным контролем в условиях ограничения выделенной электрической мощности. Определены границы комфортного применения электрических тепловых генераторов для поквартирного теплоснабжения. Выводы. Электрические котлы с симисторным управлением и малым шагом изменения нагрузки обладают возможностью линейной модуляции во всем диапазоне изменения тепловых нагрузок автономных систем теплоснабжения. Структура потребления электрической энергии с использованием электрических котлов носит иерархический характер. Управление электрическим котлом должно быть подключено отдельной линией с реле приоритета и реле времени. Лимит в 15 кВт достаточен для комфортного пользования любыми стандартными электрическими приборами для помещений площадью до 80 м2, расположенных в центральной части Российской Федерации.
Ключевые слова
Введение. Предметом исследования являются системы внутреннего холодного водоснабжения высотных зданий, отличающиеся особой сложностью устройства, обусловленной уникальностью архитектуры таких строений, необходимостью доставки воды на значительные высоты и соблюдения требований надежности эксплуатации инженерных систем. Высотные здания чаще всего имеют статус многофункциональных, что также отражается на процессе проектирования систем внутреннего водопровода: необходим учет различных классов функциональной пожарной опасности частей здания, оборудование отдельных помещений автоматическими установками водяного пожаротушения. Особую значимость имеет вопрос энергетической эффективности систем водоснабжения, наибольшее влияние на которую оказывает принятое в проекте насосное оборудование и режим его работы. Проект внутреннего водоснабжения любого высотного домостроения - это всегда некое компромиссное решение между интересами инвесторов (застройщиков) и нормативной базой. Цель исследования - выявление современных тенденций проектирования внутренних систем холодного водоснабжения высотных зданий (комплексов). Материалы и методы. Проведен обзор действующей нормативно-технической документации в сфере высотного строительства, опубликованных научных трудов по исследованию опыта проектирования инженерных систем высотных зданий. Выполнен анализ проектов систем внутреннего водоснабжения многофункциональных высотных зданий (построенных за последние пять лет или находящихся на стадии строительства), получивших положительное заключение экспертных организаций. Результаты. Установлено, что наибольшее распространение в современных проектах систем внутреннего водопровода высотных зданий имеют зонные схемы параллельного типа с нижней разводкой. Каждая зона водопровода может обслуживать от 11 до 18 этажей, причем увеличение числа этажей в пределах одной зоны снижает энергетическую эффективность системы в целом. Неотъемлемым элементом систем водяного пожаротушения многофункциональных высотных зданий являются автоматические установки пожаротушения, при проектировании которых следует стремиться к минимизации ущерба от ложного срабатывания оросителей. Выводы. Выполнена классификация возможных схем систем холодного водоснабжения высотных зданий, описан принцип их устройства, обозначены преимущества и недостатки, границы применимости. Представлен анализ современных проектов внутренних систем холодного водоснабжения высотных многофункциональных зданий.
Ключевые слова
Введение. Стоимость строительства - важнейшая характеристика любого инвестиционно-строительного проекта. Проблема эффективного управления стоимостью строительства на протяжении жизненного цикла (ЖЦ) объекта приобретает особую актуальность в условиях нестабильности экономической ситуации. Успешное решение задач, связанных с планированием, оценкой и определением достоверной стоимости строительства, а также эффективным контролем ее изменения в процессе строительства, играет ключевую роль для всех участников инвестиционно--строительного процесса. Процесс управления стоимостью строительства объекта складывается из взаимосвязанных подпроцессов, реализуемых на разных стадиях ЖЦ объекта капитального строительства (ОКС): определения достоверной стоимости строительства на стадиях разработки предпроектной и проектной документации (ПД), контроля и удержания стоимости строительства на последующих стадиях разработки рабочей документации (РД), строительства и ввода объекта в эксплуатацию. Объектом исследования является система взаимосвязанных практических (организационных, методологических и технологических) инструментов, применяющихся для решения задач управления стоимостью строительства на всех стадиях ЖЦ ОКС. Материалы и методы. Выполнены сбор, систематизация и анализ данных о существующих процессах, методах и инструментах определения стоимости строительства на всех стадиях ЖЦ ОКС. Использованы методы системного подхода к исследованию, методы анализа и синтеза, экспертных и сравнительных оценок. Результаты. Предложены основные принципы методологического подхода и система практических инструментов, составляющих комплексную систему управления стоимостью строительства ОКС. Выводы. Предложенные методологические подходы и практические инструменты управления стоимостью строительства могут быть использованы при реализации инвестиционно-строительных проектов любой сложности.
Ключевые слова
Введение. Рассматриваются вопросы оптимизации технологических решений при устройстве дополнительных подземных пространств в существующих зданиях. Актуальность выполненных работ продиктована все меньшим количеством свободных мест в центральной части развивающихся городов, а также тем, что расширение подземного пространства под существующей застройкой дает возможность городу эффективно и органично развивать свои территории. Материалы и методы. Применен центральный композиционный план Бокса, который используется для построения полиномов второго порядка. Тип плана: двухфакторный композиционный (ротатабельный) эксперимент с квадратичной моделью. Для решения данной задачи использовались программы: Gradient 3.1; Mathematica. Объектом для выполнения численных расчетов выступает бескаркасное 3-этажное здание. Конструкциями для расчета трудоемкости выполняемых работ выступали сваи, рандбалки, ростверки. Исследуемыми параметрами являлись: вес металлических конструкций и трудоемкость. Результаты. Разработана математическая модель и получены функции зависимости исследуемых параметров, влияющих на усиление существующего здания при разработке его подземного пространства. Установлены оптимальные значения веса металлических конструкций и трудоемкости, снижающие общую стоимость предлагаемой технологии. С использованием программного комплекса Mathematica определено, что оптимальный шаг расположения балок колеблется в интервале от 1,2 до 1,5 м. Выводы. Получена функция, описывающая кривую зависимости двух параметров: веса металлических конструкций, используемых для усиления здания, и трудоемкости монтажа конструкций. Выявлены оптимальные точки исследуемых параметров, при которых вес и трудоемкость будут минимальными. Это способствует снижению общего веса используемых металлических конструкций для усиления существующего здания и снижению общей стоимости предлагаемой технологии.
Ключевые слова
Введение. Строительная отрасль активно развивается в части нормативного регулирования по информационному моделированию зданий. Одним из важных шагов эффективного перехода к цифровому строительству является создание классификатора строительной информации, который служит основой большого количества сценариев, начиная от простейшей навигации в модели и заканчивая получением различных практически ценных результатов в виде смет, ведомостей объемов работ, материалов. На практике классификация занимает длительное время и требует новых подходов для автоматизации процесса. Инновационным решением для данной проблемы выступают алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ), представляющие инструмент прогнозирования посредством автоматического метода внесения кода в информационную модель на основе обработанных исходных данных с использованием предобученных моделей ИИ. Материалы и методы. Материалом исследования являются подготовленные данные для обучающей выборки модели, основанные на цифровых информационных моделях гражданских и промышленных объектов. Результаты. Исследованы российский и зарубежные классификаторы строительной информации, рассмотрены модели машинного обучения, обработана и сформирована обучающая выборка на основе цифровых информационных моделей гражданских и промышленных объектов, а также произведена оценка моделей классификации на основе обработанных данных и выбрана наиболее качественная модель классификации по скорости предобработки, времени обучения/переобучения и F1-score. Выводы. Модель машинного обучения, случайный лес, может применяться в качестве основного алгоритма искусственного интеллекта при классификации строительной информации. Данное решение позволит ускорить процесс классификации посредством автоматического внесения кодов в модель и повысит эффективность рабочих процессов.
Ключевые слова
Введение. Рассматривается применение метода сетевого планирования в процессе моделирования последовательно реализующихся технологических операций и отдельных стадий технологии пеностекла. Преимущества технологии - простота применения, доступность и логичность. Доказана целесообразность внедрения метода как в бизнес-процессы, так и при обеспечении работы отраслей народного хозяйства. Материалы и методы. Технологический процесс производства пеностекла приведен в виде сетевого графика, который представляет собой специфический взвешенный граф. Исходным материалом для сетевого планирования служит перечень технологических операций с указанием их последовательности в производственном цикле, который обусловлен возможностью начала одних технологических операций после завершения других, а также продолжительностью реализации каждой из них. При преобразовании операционных этапов применяли распределение Гаусса, которое задавали плотностью вероятностей, представляющей индикаторную функцию для методов сетевого планирования. При оценке параметров эффективности внедрения модели производили расчет D-функции Харрингтона. Результаты. Показана результативность предлагаемых методов сетевого планирования и управления при производстве пеностекла. Экспериментально доказано повышение значения эффективности технологических операций на 10 % в процессе моделирования показателей теплового воздействия на пеностекло. Выводы. Технологический процесс производства пеностекла включает набор операций, которые характеризуются временем их выполнения и последовательностью в производственном цикле, что позволяет произвести оценку каждой отдельной стадии с учетом затраченного временного параметра и объема выполненной работы на каждом участке, используя методы сетевого планирования. Корректировка оценочных показателей осуществления отдельных операций при модернизации сетевого графика способствует уменьшению общего времени технологического процесса производства пеностекла, что влияет на себестоимость готового материала. Количественной оценкой при использовании методов сетевого планирования и управления выступало время протекания всех стадий с заданными значениями вероятностей. В качестве показателя эффективности (качественной оценки) применения методов сетевого планирования применяли функцию желательности Харрингтона.
Ключевые слова
Введение. В настоящее время в научно-техническом и образовательном обороте в части проектной подготовки, организации и технологии строительства и ряда смежных областей значительное место заняли определения, применяемые к понятиям «моделирование» и «модель», которые не отражают их специальную принадлежность. Целью настоящего исследования является предложение и обоснование классификационной структуры определений научных и инженерных моделей, охватывающей задачи организации и технологии строительства, решаемые в периоды проектной подготовки и производства строительных работ. Данная классификация позволит структурировать названия моделей и связанных с ними методов решения задач технологии и организации, взаимно увязывать модели, а также методы решений, ограничить использование общих определений в специальных научных и инженерных моделях. Материалы и методы. Проведен анализ стандартов информационного моделирования в строительстве, общих определений моделей и моделирования, часто используемых в организации, проектной подготовке и технологии строительства. Приведены научные и инженерные представления о задачах моделирования и классификации моделей. Представлены схема научной классификации видов моделирования и примеры атрибуции теоретических моделей. Результаты. Выполнена классификация некоторых известных научных и инженерных моделей, применяемых в проектировании, технологии и организации строительства. На примере интерпретации уравнения непрерывности математической физики осуществлен анализ и атрибуция математической модели строительного технологического потока и подтверждена необходимость атрибуции моделей по переменным, физическим параметрам и смыслу решаемых с их помощью задач. Предложен формат записи названия теоретической модели в указанных областях строительной науки. Выводы. Сделаны выводы о необходимости внедрения в практику исследований в области организации, а также проектной подготовки и технологии строительства атрибуции действующих и новых теоретических моделей; единства научной, инженерной и образовательной терминологии описания теоретических моделей. Предложен порядок функционирования системы атрибуции теоретических моделей.
Ключевые слова
Введение. Условия нестабильной мировой экономики, обусловленные макроэкономической и геополитической неопределенностью, выдвигают новые требования к обеспечению информационной безопасности (ИБ) предприятий различных секторов экономики, результатом которых является иное видение проблемы оценки рисков ИБ. Проанализированы используемые системы оценки риска ИБ в международной практике, на этой основе выявлены их недостатки, которые взяты автором за основу при выборе подхода к оценке риска ИБ. Выбранный подход к оценке риска ИБ в соответствии с международным стандартом FAIR применительно к строительным предприятиям основан на факторном анализе риска ИБ. Материалы и методы. Применялись методы исследований, входящие в группу аналитических методов (анализ, классификация, сравнительный анализ), которые позволили обеспечить интегрированное решение относительно выбора подхода к оценке рисков ИБ строительного предприятия в соответствии с международным стандартом FAIR. Использовались российская нормативно-законодательная база в сфере оценки рисков ИБ, международные стандарты к оценке рисков ИБ, а также информация из открытых российских и зарубежных источников. Результаты. Последовательное решение поставленных задач способствовало выбору подхода к оценке рисков ИБ в соответствии с международным стандартом FAIR и формированию набора факторов для возможности проведения факторного анализа рисков ИБ строительного предприятия. Предлагаемая система факторов учитывает накопленный практический опыт обеспечения ИБ предприятиями различных сфер деятельности и актуальные теоретические разработки, представленные в научных работах. Выводы. В процессе анализа предметной области выявлены и решены задачи, которые обеспечивают выбор подхода к оценке рисков ИБ строительных предприятий, фокусирующего в себе качественную и количественную оценку факторов, обуславливающих возникновение рисков ИБ в соответствии с международным стандартом FAIR.
Ключевые слова
Введение. Рассматриваются тенденции и перспективы применения инноваций в жилищном строительстве (ЖС) РФ. Материалы и методы. Использованы системный подход, методы структурного анализа, методы классификации и группировок, сравнительный и статистический анализ и прогнозирование, методы экспертных оценок. Материалом для исследования послужили работы отечественных и зарубежных авторов, опыт строительных компаний, статистика Росстата, информация Агентства инноваций г. Москвы, деловых программ специализированных выставок, конференций и форумов. Результаты. Систематизированы существующие инновационные тенденции, которые разделены на два направления: разработка и внедрение инновационных строительных материалов и создание и внедрение инновационных технологий строительства. Все инновации в конечном счете способствуют снижению стоимости, сокращению сроков, улучшению качества или повышению экологичности строительства. Сформулировано принципиальное условие целесообразности внедрения инновации: улучшение показателя инновационного проекта по сравнению с базовым вариантом при прочих равных (и/или не ухудшающихся) условиях. Также анализ ситуации позволил выявить барьеры, препятствующие активному внедрению инноваций в ЖС РФ. Выводы. Проведенный анализ доказывает, что в нашей стране есть востребованность и предпосылки для развития инновационной активности в сфере ЖС. Для преодоления существующих барьеров широкого применения инновационных технологий в ЖС требуются определенные условия: совершенствование методики оценки инновационных проектов с учетом специфики ЖС, а следовательно, активизация инвестиций в инновационные проекты ЖС, разумное государственное регулирование, совершенствование нормативно-правовой базы, повышение квалификации управленческих кадров и обеспечение отрасли менеджерами-инноваторами. В качестве наиболее перспективных для внедрения инноваций секторов выделены малоэтажное и индивидуальное строительство и возведение доходных домов.