Г. Ф. Пеньковский основы информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве конспект
 Скачать 1.66 Mb.
|
|
1 Федеральное агентство по образованию Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет Г. Ф. ПЕНЬКОВСКИЙ ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Конспект лекций Санкт-Петербург 2008 2 3 УДК 681.518 Рецензенты: зам. главного инженера ЛенНИИпроекта Т. Л. Соколова; ген. директор группы строительных компаний ООО «Маяк» – ООО «ЛенСпецСтрой», зам. директора по научной работе ИПУР Северо-Западного региона, д-р техн. наук, проф. Д. О. Астафьев Пеньковский Г. Ф. Основы информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве: конспект лекций / СПбГАСУ. – СПб., 2008. – 150 с. ISBN 978-5-9227-0124-2 Конспект лекций состоит из двух частей и написан в соответствии с рабочи- ми программами дисциплин «Информационные технологии проектирования» и «Системы автоматизированного проектирования объектов строительства». Пред- назначен для студентов специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство». Табл. 13. Ил. 79. Библиогр.: 42 назв. Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия. ISBN 978-5-9227-0124-2 Г. Ф. Пеньковский, 2008 Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2008 Оглавление Введение .................................................................................................................5 I. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ .........6 1. Основные положения теории информации...........................................6 1.1. Понятие об информации, информационных технологиях и информационном обществе. ....................................................................6 1.2. Свойства информации ...........................................................................8 1.3. Виды работы с информацией ..............................................................9 1.4. Оценка количества и качества информации в технике связи ........10 1.5. Информация в проектировании и управлении строительством ...12 2. Информационные системы и комплексы ............................................16 2.1. Информационное обслуживание общества ....................................16 2.2. Информационные системы общего назначения .............................20 2.3. Специальные информационные системы в строительстве (САПР и АСУ) .............................................................................................24 2.4. Комплекс технических средств САПР для работы с информацией...25 2.5. Информационное обеспечение САПР, базы данных .....................27 3. Информационные технологии проектирования зданий и сооружений ..................................................................................................30 3.1. Системный подход в науке и его применение8 в строительстве............................................................................................30 3.2. Системный анализ, его этапы ...........................................................44 3.3. Методы принятия решений в проектировании ...............................51 3.4. Искусственный интеллект, экспертные системы ............................55 4. Информационные модели объектов строительства .........................59 4.1. Понятия модели и моделирования ....................................................59 4.2. Классификация моделей и требования к ним....................................61 4.3. Физическое моделирование. Теории подобия и размерностей .....64 4.4. Математическое моделирование систем ..........................................67 4.5. Реологические модели в строительстве ............................................70 Рекомендуемая литература к разделу I .......................................................77 II. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА .........................................................................................78 1. Общие положения проектирования объектов строительства .............78 1.1. Инвестиционный проект в строительстве, его этапы ....................78 1.2. Порядок разработки и состав проектной документации ...............79 4 5 1.3. Проектные организации, развитие компьютерной технологии проектирования ...........................................................................................81 1.4. Проектные функции ............................................................................83 1.5. Выбор подрядной проектной организации .....................................84 2. Системы автоматизации проектных работ (САПР) .........................87 2.1. Понятие САПР, принципы построения ...........................................87 2.2. Структура САПР, обеспечивающие и проектирующие подсистемы...................................................................................................88 2.3. Программные средства для автоматизированного проектирования...........................................................................................89 3. Технология автоматизированного проектирования .........................90 3.1. Задание на проектирование объектов ..............................................91 3.2. Распределение проектных работ .......................................................92 3.3. Изыскательские работы .....................................................................93 3.4. Организационно-технологическая подготовка проектирования, планирование проектных работ ................................................................94 3.5. Правила принятия проектных решений ...........................................97 3.6. Технологические линии проектирования, особенности выполнения проектных работ .................................................................101 3.7. Оценка эффективности, трудоемкости и качества автоматизированного проектирования ..................................................105 4. Примеры обоснования проектных решений ...................................109 4.1. Проектирование топологии объектов ............................................109 4.2. Проектирование строительных конструкций ...............................119 4.3. Проектирование организации строительства ...............................140 Рекомендуемая литература к разделу II............................................................148 ВВЕДЕНИЕ Повышение роли информации и возможностей ее переработки с помощью вычислительной техники во второй половине XX века ста- вит перед человеком проблемы оценки эффективности использования информации, ее количества и качества в интеллектуальной деятельности человека. Невозможно напрямую связать материальные результаты тру- да с затратами умственных усилий. Пока не придумали единиц измере- ния этого труда. Мы довольствуемся экспертными оценками типа «чело- век стоит столько, сколько зарабатывает». Трудно оценить работу врача, артиста, художника, журналиста и многих других работников, занятых в информационных технологиях, в которых работа с информацией оп- ределяет успех дела в области создания духовных и материальных цен- ностей. При подготовке специалистов в учебных заведениях количество предоставляемой им информации отражается составом изучаемых дис- циплин, а качество информации – в оценках за обучение. В работе спе- циалистов понятия количества и качества информации четко не разделя- ются, работа оценивается интегральным показателем качества этой ра- боты. В этих условиях все более актуальной становится необходимость разобраться в таких понятиях, как количество и качество информации, эффективность информационных технологий, соотношение целесооб- разных затрат интеллектуального труда и полученных в результате цен- ностей. С развитием научно-технического прогресса повышается роль ин- формационных технологий во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в строительстве, при разработке проектной документации, при управлении строительным производством. Хорошо продуманные и ус- пешно реализованные проектные решения дают возможность создавать надежные, безопасные и эффективно функционирующие сооружения. Данная работа подготовлена автором для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство» с учетом опыта препо- давания дисциплин «Информационные технологии проектирования», «Основы автоматизированного проектирования» и «Системный анализ и моделирование систем в строительстве». 6 7 I. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ 1. Основные положения теории информации 1.1. Понятие об информации, информационных технологиях и информационном обществе Понятие об информации у человека появилось с изобретением пись- менности и означает сведения об окружающем мире, зафиксированные на каком-либо носителе. Некоторые авторы [10] полагают, что информа- ция является первичным понятием так же, как материя или энергия и в строгом смысле не имеет определения, хотя и обладает определенны- ми свойствами. Другие авторы [1] понимают под информацией различ- ные сообщения, зафиксированные искусственно созданными знаками, доступные восприятию и пониманию аудиторией, на которую они рас- считаны. Между тем заметим, что природой задолго до человека были созданы совершенные механизмы получения, хранения и переработки информации (недоступные пока для человека несмотря на все его успе- хи в создании современной вычислительной техники). Достаточно ука- зать на механизмы в животном и растительном мире, существующие на внутриклеточном генетическом уровне. Поэтому информацию следует понимать в самом широком смыс- ле слова как любые сведения об объектах и процессах в окружающем мире, отраженные и зафиксированные каким-либо способом и необяза- тельно понятные человеку. По степени доступности для человека информацию можно разде- лить на три разновидности (рис. 1). Для широкой общественности Информация Для узких специалистов Зашифрованная, т. е. не доступная Рис. 1. Разновидности информации Информация для широкой общественности не требует ее специаль- ной подготовки. Источниками информации являются газеты, радио, те- левидение, т. е. средства массовой информации. Информация для узких специалистов может быть понятна только людям, имеющим профессиональную подготовку в определенной отрас- ли науки и техники. Она может быть секретной, предназначенной для определенного и ограниченного круга лиц. Зашифрованная информация может содержаться в дошедших до нас пока не расшифрованных образцах письменности. Это может быть ин- формация о природных явлениях, зафиксированная в строении земли, в строении живой клетки, еще не познанная человеком. Информационные технологии представляют собой технологичес- кие процессы сбора, обработки и передачи данных для получения новой информации, используемой в материальном производстве. Информация в таких технологиях является исходным сырьем, а также конечной про- дукцией производства. Развитие научно-технического прогресса приводит к интенсивно- му росту объема информации. Ее объем удваивается каждые десять лет. Изобретение и совершенствование вычислительной техники, позволяю- щей хранить и быстро обрабатывать огромные массивы информации, способствовало повышению эффективности и развитию информацион- ных технологий, повышению их роли во всех отраслях народного хозяй- ства. Человеческое общество интенсивно развивается от индустриаль- ного с его научно-техническим прогрессом к постиндустриальному с развитием сферы обслуживания и далее, к информационному обще- ству. Такое общество характеризуется тем, что в нем главным продуктом производства являются знания, информация, информационные услуги. И все отрасли, связанные с их производством, растут более быстрыми темпами, доминируют в экономическом развитии стран [4]. Информа- ция становится ресурсом страны, который не истощается со временем, как другие материальные ресурсы, а наоборот, возрастает и становится показателем уровня страны. Наша страна пока находится на уровне постиндустриального об- щества, но опыт передовых стран показывает, что мы неизбежно придем к информационному обществу. Доля населения, занятого в информаци- онных технологиях во всем мире, имеет тенденцию к росту и уже сейчас составляет более 50 % [14]. 8 9 1.2. Свойства информации Разновидности информации, связанные с определением и степенью доступности, уже рассмотрены ранее. Здесь укажем на те свойства ин- формации, которые имеют большое значение для применения в инфор- мационных технологиях. Основные из них следующие. 1. Нематериальность информации. Однако при различном ее ис- пользовании она может оказывать большое влияние на эффективность материальных процессов и, более того, сама может обмениваться на ма- териальные ценности. 2. Субъективность информации. Ее значение зависит от субъекта, обладающего информацией, от его профессиональной готовности к ра- боте с информацией. Субъективность информации всегда относительна и при переработке может становиться объективной в различной степени. 3. Различная ценность информации, зависящая от ее полезности для решения конкретных задач. При этом возможно старение информа- ции или изменение актуальности ее использования. 4. Независимость содержания информации от способов ее полу- чения, представления и передачи, которые могут вносить искажения в информацию, отражаться на ее достоверности и полноте. 5. Условность разделения понятий количества и качества в оцен- ке информации. Полная, подробная, достоверная и представительная по количеству сообщений информация получает более высокую оценку ка- чества, чем информация отрывочная и не полная. 6. Неподчинение информации законам математической логики (законам аддитивности, коммуникативности, ассоциативности). Содер- жание и смысл информации зависят от полноты и последовательности отдельных сообщений, от их взаимной зависимости и влияния на цели работы с информацией. Комплекс сообщений обладает свойством цело- го быть больше простой суммы составляющих. Заметим, что свойства информации являются свойствами абстракт- ных систем, создаваемых человеком в теории системного анализа для обоснования принимаемых решений [8]. Основные принципы систем- ного подхода – принципы цели, целостности и сложности, справедливы и для информационных систем. Например, для книги, являющейся источником информации для читателя, принцип цели реализуется общей направленностью ее содер- жания, отраженной в названии книги. Цель книги как системообразую- щего фактора – определить состав глав и разделов как элементов систе- мы. Принцип целостности проявляется в выделении книги из общего массива книг и во взаимодействии всех глав между собой в сознании читателя, что и обеспечивает формирование нового качества – общего впечатления от прочитанной книги, которого нет у отдельных глав как элементов системы. Наконец, принцип сложности проявляется в иерар- хическом построении структуры книги. Иерархия элементов книги сле- дующая: символ (буква, знак), слово, предложение, абзац, глава, книга. 1.3. Виды работы с информацией Создание теории информации исторически связано с потребностя- ми в решении проблем передачи информации по различным каналам свя- зи. Этим проблемам посвящены работы Н. Винера, А. Н. Колмогорова, К. Шеннона [3, 8, 15]. Простейшая схема передачи информации по кана- лам связи показана на рис. 2. Источник информации Сообщение Кодирующее устройство Передатчик Линия связи Сигнал Приемник Декодирующее устройство Адресат Сообщение Сигнал Помехи Рис. 2. Схема передачи информации Источник информации передает ее адресату в виде сообщений, ко- торые кодируются специальными устройствами для компактной переда- чи сигналами по линиям связи. После приема сигналов, их декодирова- ния и устранения помех сигналы преобразуются в сообщение для адре- сата. В общем случае работа с информацией представляет собой следу- ющие разновидности. 1. Получение информации. Этот процесс является следствием наблюдения за окружающими предметами, явлениями природы, иссле- дований их взаимосвязей. Информация может быть получена из систе- мы хранения или по каналам связи от другого источника информации. 10 11 2. Передача информации. Как видно из схемы передачи информа- ции (см. рис. 2), процедура передачи включает в себя кодирование и раско- дирование сигналов, передачу и прием сигналов, передачу сигналов по каналам связи – электрическим, электромагнитным, световым, механичес- ким, звуковым, с помощью провода, световода или без их использования. 3. Переработка информации. В информационных технологиях переработка информации осуществляется получателем информации (ад- ресатом) в соответствии с задачами этих технологий, с применением или без применения средств автоматизации. В современных технологиях для этой цели используется вычислительная техника четвертого и пятого поколений с большой памятью и скоростью проведения операций. 4. Использование информации. Конечной целью всех видов ра- бот с информацией является ее использование в конкретных производ- ственных или политических процессах – начиная от создания этих про- цессов (проектирования), их организации и управления процессами до получения нужного результата. 5. Хранение информации. Как важный ресурс информационного общества информация требует бережного отношения к своей сохранно- сти и готовности к использованию. Фиксируется и хранится информа- ция на различных носителях, которые могут быть: а) бумажными – печатные издания, рукописные работы; б) пленочными – кинофильмы, диапозитивы; в) пластмассовыми – диски, пластины; г) магнитными – диски, ленты; д) оптическими – лазерные компакт-диски; е) биологическими – в растительном и животном мире. 1.4. Оценка количества и качества информации в технике связи В статистической теории информации К. Шеннона, используемой в технике связи, количество информации оценивается степенью сниже- ния неопределенности состояния некоторой системы после поступления в нее соответствующего количества информации. Неопределенность состояния системы характеризуется заимство- ванным из молекулярной физики понятием – |