Г. Ф. Пеньковский основы информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве конспект

• Название: Г. Ф. Пеньковский основы информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве конспект
• Дата: 10.04.2022
• Размер: 1.66 Mb.
• Имя файла: Penjkovskij_uchebn.pdf
• Тип: Конспект; #460391
• страница: 10 из 13

4. Примеры обоснования проектных решений
4.1. Проектирование топологии объектов
Автоматизированные системы проектирования объектов строитель- для региона – в виде зональных схем размещения объектов с указанием транспортных коммуникаций;
для города – в виде генплана;
для зданий – в виде объемно-планировочных решений этих зда- ний (ОПР).
Место этих задач в АСПОС показано на рис. 16.
АСПОС
Регион
Зональные схемы
Город
Генплан
Комплекс- район
Генплан
Здание
ОПР
Общественное
Жилое
Промышленное
Технико- экономическая часть
Инженер- ные сети
Строительная часть
Технологи- ческая часть
ОПР
Конструкции
Ограждающие
Несущие
Рис. 16. Схема АСПОС
Решение задач топологии проектирования объектов сводится к че- ловеко-машинной процедуре (рис. 17).
Разработка вариантов компоновки, архитектуры объектов включа- ет большой объем работ творческого характера, осуществляется без чет- кого описания исходных данных (часто в условиях неопределенности),
0,2 0,4 0,6 0,8 0
0,2 0,4 0,6 0,8
Y
ai
T
oi
T
нi
n
ai
= 1
n
ai
= 2 1
Рис. 15. Зависимость трудоемкости проекта от уровня автоматизации
При n
ai
= 2 и более можно получить значительное сокращение тру- доемкости проектирования при различном уровне автоматизации проек- тных работ.
Если оценить эффективность проектирования трудоемкостью про- ектирования единицы объема проектной продукции, то определится она по формуле [9]
Ф
i
= T
oi
/ V
i
. (11)
Что же касается качества проектных работ при автоматизирован- ном проектировании, то этот вопрос был затронут в п. 3.5. Оценку реше- ний на первом этапе делает сам проектировщик (внутренняя оценка); на втором этапе для этой цели привлекается заказчик и другие специалисты
(внешняя оценка).
В настоящее время автоматизация проектирования в проектных орга- низациях России не дает существенного повышения эффективности про- ектных работ вследствие малого уровня автоматизации (0,15–0,20) и недо- статочных навыков проектировщиков в использовании современных средств САПР. В передовых зарубежных фирмах Германии, США, Япо- нии уровень автоматизации проектных работ достигает значений 0,8–0,9,
что в 2–3 раза сокращает сроки проектирования в сравнении с проектиро- ванием без средств автоматизации, при этом обеспечивается высокое ка- чество проектных решений и оформления проектной документации.

110 111
В настоящее время разработаны геодезические приборы, имеющие встроенные ЭВМ и позволяющие получить ЦММ в процессе геодези- ческой съемки местности.
Информация о размещаемых объектах представляется с помощью реляционной модели базы данных в виде таблицы с описанием наимено- вания объектов, их назначения и основных технико-экономических по- казателей. Информация по отдельному объекту в цифровых кодах пред- ставляет собой цифровую модель объекта (ЦМО).
Информация о разрывах содержит требования к расположению объектов с учетом технологии работ, экологические, противопожарные и требования социального характера.
Информация о коммуникациях включает в себя описание сети ав- томобильных и железных дорог, станций примыкания, водных и воздуш- ных путей сообщения, линий электропередач, трансформаторных под- станций.
В качестве примеров рассмотрим задачи проектирования вертикаль- ной планировки участка строительства, размещения объектов на генпла- не и разработки объемно-планировочного решения здания.
1. Вертикальная планировка участка, водоотвод
Вертикальная планировка местности осуществляется для обеспе- чения нормального водоотвода с участка путем создания необходимых уклонов поверхности или устройства дренажной системы открытого типа
(канав) или закрытого типа (дренажные трубы). На рис. 18 показано ДЦ
для проектирования водоотвода.
Вертикальная планировка с созданием уклонов поверхности осу- ществляется по сетке квадратов 40 40 м или 10 10 м или же исправле- нием горизонталей. При проектировании по квадратам в узлах указыва- ются черные, красные и рабочие отметки. Красная (проектная) поверх- ность должна обеспечить нормальный водоотвод, при этом объем земля- ных работ должен быть минимальным и с минимальным перемещением грунта.
При проектировании дорог вертикальную планировку удобно про- изводить по продольным и поперечным профилям с черными, красными и рабочими отметками (рис. 19).
зависит от ситуации, опыта и личностных качеств проектировщика. Та- кая деятельность практически не поддается формализации, и ее проще выполнять человеку, чем поручать ЭВМ. То же можно сказать о выборе критериев для оценки вариантов и тем более – о принятии решения. До- статочно просто поручить машине хранение информации о построен- ных или проектировавшихся ранее объектах, произвести оценку вариан- тов по заданным критериям и оформить графически проектное реше- ние. Для оценки вариантов генплана пользователь должен ввести в ЭВМ
четыре группы исходных данных. Это информация о местности, разме- щаемых объектах, разрывах между объектами и коммуникациях.
Разработка вариантов компоновки
Выбор критериев для оценки вариантов
Оценка вариантов
Принятие решения
Оформление проектного решения
Оператор- постановщик
ЭВМ
Рис. 17. Человеко-машинная процедура проектирования топологии объектов
Информация о местности представляет собой цифровую модель
местности (ЦММ) – план местности с цифровыми или символьными кодами о ситуации в отдельных ее зонах, участках. ЦММ может быть модульная (блочная) с разбивкой плана наложением сетки и полигонная,
на которой участки местности показываются в виде полигонов (зон).
Модульная ЦММ удобнее в математическом описании информации, но требует довольно частую сетку для сложной ситуации на местности. На полигонной ЦММ значительно удобнее описывать линейные объекты
(коммуникации), поскольку для этого достаточно задать уравнения пря- мых участков, проходящие через определенные точки.

112 113
Коллектор
Дренажные трубы колодец
Смотровой
Рис. 20. Дренажная система водоотвода
Смотровые колодцы служат для периодического осмотра и очистки коллектора. Ливнеприемные колодцы закрыты сверху решеткой, обеспе- чивающей прием поверхностных вод, предусмотренных вертикальной планировкой участка.
В системе водоотвода часто возникает потребность отвести воду под дорожным полотном на другую сторону дороги. В этих случаях ус- траиваются перепуски воды из железобетонных труб диаметром 0,5…0,8 м.
Торцевые части перепуска укрепляют железобетонными оголовками
(рис. 21).
Оголовок
Трубы
Покрытие дороги
Обочина
Кювет
Рис. 21. Перепуски под дорожным полотном
Лучшее проектное решение для водоотвода найдется после анализа
ДЦ (см. рис. 18) с оценкой глобального оптимума по заданному критерию.
Минимальным по стоимости и трудоемкости является устройство водоотвода в виде системы открытых канав с перепусками под дорога- ми. Обычно такое решение применяется в качестве временного для осу- шения участка.
Водоотвод
По уклонам поверхности
По дренажным системам
Насыпь
Выемка
Открытого типа
Закрытого типа
Система канав
Траншеи с фильтрующей засыпкой
Дренажные трубы
Рис. 18. ДЦ для проектирования водоотвода
(с=a-в)
с - рабочая в - чёрная a - красная c
в a
Отметки:
Выемка
Насыпь i=0.003
Пикеты
Отметки
а
b
c
а – красная;
b – черная;
c – рабочая
(c = a – b)
Рис. 19. Продольный профиль дороги
Дренажные системы открытого типа представляют собой систе- му канав, обычно без крепления откосов, расположенных в плане таким образом, чтобы общий уклон по дну канав и их сечения обеспечивали водоотвод.
Дренажные системы закрытого типа – это те же канавы (траншеи),
заполненные фильтрующей засыпкой из щебня или гравия. Для улучше- ния водоотвода по дну траншей могут укладываться трубы – деревян- ные, асбоцементные, керамические или железобетонные (при больших диаметрах). Дренажные трубы отводят воду к коллекторам – заглублен- ным трубам с большим диаметром. По длине коллектора устраиваются ливнеприемные и смотровые колодцы (рис. 20).

114 115
x
32
x
21
x
32
x
11
x
31
x
12
a
2
b
2
a
3
b
1
a
1
а
1
а
2
а
3
b
1
b
2
x
12
x
31
x
32
x
11
x
32
x
21
Рис. 22. Пример компоновки объектов
Критерием оценки вариантов компоновки является целевая функ- ция для минимума затрат ресурсов:
¦
¦
o
m
j
ij
ij
n
i
X
C
x
z
1 1
min
)
(
. (13)
Решение задачи может быть получено с использованием програм- мы Symplex. Определив значения неизвестных
ij
X , получаем ответ на вопрос, где и в каком количестве должно проживать население города,
где должны размещаться пункты обслуживания, чтобы затраты ресурсов на перемещение людей были минимальными.
Аналогичным образом решается транспортная задача при разме- щении районных котельных на генплане городской застройки. Далее приведен пример решения такой задачи с использованием метода мини- мальной стоимости, заимствованный из работы [2]. Схема расположе- ния котельных и потребителей тепла показана на рис. 23.
l
23
l
13
l
22
l
12
l
24
l
14
l
25
l
15
l
21
l
11
a
4
a
5
a
3
a
2
a
1
В
2
В
1
а
3
а
5
а
1
а
4
а
2
l
13
l
23
l
22
l
12
l
24
l
14
l
25
l
15
l
21
l
11
B
1
B
2
Рис. 23. Размещение котельных
Максимальным по стоимости, но и наилучшим для эксплуатации является решение с насыпью 0,5 м из щебня (гравия) с песком после уда- ления растительного грунта с устройством дренажной системы закрыто- го типа. Такое упрощенное решение в местах интенсивных нагрузок от транспорта может иметь дорожную одежду из асфальто- или цемен- тобетона.
2. Размещение объектов на генплане
Для разработки и оценки вариантов городской застройки применя- ется «Координатный метод» и метод с использованием «транспортной задачи» [2].
Наиболее простым является «Координатный метод». Вариант с пла- нировкой города покрывается прямоугольной координатной сеткой и далее, с помощью ЭВМ, подсчитываются критерии – число жителей в микрорайонах, объем перевозок пассажиров в пункты обслуживания,
протяженность коммуникаций и т. д. Подсчет производится с использо- ванием координат объектов застройки.
Несколько сложнее метод с использованием «транспортной зада- чи» линейного программирования. Пусть:
n – число жилых домов (объектов или пунктов обслуживания);
A
– население района;
i
a
– население дома (
n
i
...,
,
2
,
1
);
B – численность населения, обслуживаемого культурно-бытовыми учреждениями;
j
b – численность населения, обслуживаемого в пункте
j
(
m
j
...,
,
2
,
1
);
ij
C – затраты материальных ресурсов на перемещение одного чело- века к пункту обслуживания;
ij
x – число человек, перемещающихся из пункта
i
в пункт т
j
На рис. 22 показана схема компоновки района при
3
n
и
2
m
Область допустимых значений исходных параметров
ij
x определя- ется уравнениями:
;
;
;
3 32 31 2
22 21 1
12 11
a
x
x
a
x
x
a
x
x



;
2 32 22 12 1
31 21 11
b
x
x
x
b
x
x
x
d


d


Для замкнутой задачи:
,
и
2 1
3 2
1
B
A
B
b
b
A
a
a
a



°
°
¿
°
°
¾
½
(12)

116 117
Полученное решение проверим подсчетом целевой функции:
¦
¦
5 1
2 1
j
ij
ij
i
l
X
Z
Для решения, приведенного в таблице, значение целевой функции
5
,
32
о
Z
Гкалл км/ч.
Если все потребители получают тепло от первой котельной, целе- вая функция
5
,
51 1
Z
Гкалл км/ч больше о
Z
на 70 %.
При отоплении всех потребителей от второй котельной
44 2
Z
Гкалл км/ч больше на 30 %.
Таким образом, меняя расположение котельных на генплане город- ской застройки, можно добиться минимальной стоимости транспорти- ровки тепла к его потребителям. Заметим, что всю вычислительную ра- боту по обоснованию расположения котельных удобно выполнять с ис- пользованием электронных таблиц Excel.
3. Объемно-планировочное решение зданий
В курсовом проектировании по дисциплине САПР разрабатывает- ся объемно-планировочное решение (ОПР) для промышленного здания из сборных железобетонных элементов. Исходными данными являются площадь здания и нагрузки на покрытие и на междуэтажное перекрытие
(для многоэтажных зданий). По площади здания формируется план зда- ния с сеткой колонн с шагом 6 или 12 м и типовыми пролетами несущих конструкций – 6, 9, 12, 18 и 24 м.
Для выбора лучшего варианта ОПР используется разработанная на кафедре ТПЗиС автоматизированная информационно-поисковая систе- ма (АИПС), в которой для принятого плана здания определяется потреб- ность всех элементов каркаса из числа предлагаемых в базе данных ти- повых элементов с последующим автоматическим определением общей потребности железобетона на устройство каркаса здания.
На рис. 24 приведен план одноэтажного здания с площадью
2
м
1584
A
с нагрузкой на покрытие
2
кН/м
7
q
. В табл. 5 приведены данные подсчета потребности железобетона. Расход железобетона на устройство одного элемента заимствован из работы [4]. Разделив общий расход железобетона на площадь здания, получим приведенную толщи- ну железобетона на 1 м
2
его площади, по которой можно определить луч- ший вариант объемно-планировочного решения с минимальным расхо- дом железобетона.
Расстояния от потребителей тепла до котельных:
км.
2
;
км
5
,
1
;
км
5
,
1
;
км
2
;
км
4
;
км
3
;
км
4
;
км
3
;
км
5
,
1
;
км
5
,
1 25 24 23 22 21 15 14 13 12 11
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
Потребности потребителей тепла:
а
1
= 4 Гкал/ч; а
2
= 3 Гкал/ч; а
3
= 6 Гкал/ч; а
4
= 2 Гкал/ч; а
5
= 5 Гкал/ч.
Требуется определить мощности котельных
1
B
и
2
B
при указанном м
расположении потребителей тепла, обеспечить их теплом с минималь- ными потерями. Обозначим
ij
X количество тепла, поставляемое из ко- тельной
i
B
к потребителю
j
a (
5 1
;
2
,
1

j
i
). Решение получаем в таб- аб- личной форме (табл. 4).
Таблица 4
Потребители
Котельная
1
a
2
a
3
a
4
a
5
a
Мощность котельных
1
B
5
,
1 4
11
X
5
,
1 3
12
X
3 0
13
X
4 0
14
X
3 0
15
X
7 2
B
4 0
21
X
2 0
22
X
5
,
1 6
23
X
5
,
1 2
24
X
2 5
25
X
13 4
3 6
2 5
20
Под таблицей приведены потребности в тепле всех потребителей.
В ячейках таблицы вначале записываются неизвестные
ij
X , подлежащие определению, а под ними указывается расстояние
ij
l . Полагая, что поте- ри тепла пропорциональны этому расстоянию, заполнение таблицы зна- чениями
ij
X производится следующим образом.
В первом столбце тепло к потребителю a можно подать от котель- ной
1
B
на расстояние 1,5 км и от котельной
2
B
на расстояние 4 км. По- ставляя тепло на меньшее расстояние, принимаем
Гкал/ч
4 11
X
и
0 21
X
. Стоимость отопления будет при этом меньше за счет умень- шения потерь тепла. Отсюда название метода (наименьшей стоимости).
Таким же образом заполняем остальные столбцы таблицы. После этого определяем мощности котельных, Гкал/ч:
7 3
4 1

B
13 5
2 6
2


B

118 119
В Московском инженерно-строительном институте разработана программа ВАРТ [15], с помощью которой делается оценка вариантов
ОПР по следующим критериям:
коэффициенты компоновки здания:
,
;
;
о пов
3
о зд
2
о р.п
1
A
A
K
A
V
K
A
A
K
где р.п
A – площадь рабочих помещений; о
A
– общая площадь здания;
зд
V
– объем здания; пов
A
– площадь поверхности здания;
форма плана;
затраты на строительство здания;
затраты на эксплуатацию здания;
расход основных строительных материалов;
трудоемкость возведения здания;
интенсивность «людских потоков»:
,
1 1
¦
¦
m
j
ij
ij
n
i
Z
K
F
где
n
i
...,
,
1
– количество помещений в здании;
m
j
...,
,
1
– число свя- я- зей между помещениями;
ij
K – количество человек в людских потоках;
ij
Z
совместимость помещений.
Лучший вариант ОПР находится либо методом ранжирования кри- териев, либо методом комплексного критерия с весовыми коэффициен- тами, заданными для каждого критерия экспертным путем (см. п. 3.5).