Функциональное управление зданиями.

Настоящая статья продолжает серию публикаций, представляющую основы перспективной прикладной науки проектирования “интеллектуальных” зданий, прямо ориентированной на устранение существующего методологического разрыва практики с теорией создания систем автоматизации зданий и сооружений всех уровней (см. Бюллетень АЗ, №5, 2006г.).

Вводятся необходимые термины и определения.

Перспективы функциональных систем управления зданиями и сооружениями – основной идеи,декларируемой далее – связаны с построением теории управления,позволяющей использовать принципы функционирования живых организмов для решения задач управления техническими системами на всех уровнях.

Методологией подобных изысканий является теория функциональных систем (П.К. Анохин) и системотехника строительства (А.А. Гусаков), сублимация которых позволяет обоснованно делать подобный вывод. Еще П.К.Анохин отмечал, что “… с развитием кибернетического направления в науке неизбежно должны были возникнуть вопросы,имеющие общий характер для самых различных научных дисциплин. Такая неизбежность проистекает, прежде всего, из принципиального положения кибернетики, по которому явления различного класса развиваются по единой динамической архитектуре, приводящей к получению конечного приспособительного или полезного эффекта. Такая архитектура является всегда динамической и изменчивой по техническим способам функционирования, т.е. по средствам достижения цели.

Однако она всегда обладает постоянством своей конечной цели и аппаратов, оценивающих достаточность или недостаточность выполнения этой цели.
Совершенно очевидно, что именно таким требованиям удовлетворяет любая система с автоматической регуляцией.

Такой системой могут быть система общественных взаимоотношений, регуляции какого-либо фактора в жизни организма и любое саморегулирующее устройство, т.е. машина, сделанная руками человека. Их объединяет общность архитектурного плана, построенного на основе золотого правила саморегуляции, которое можно было бы сформулировать так: само отклонение от конечного приспособительного эффекта служит стимулом возвращения системы к этому эффекту…” (П.К. Анохин,“Избранные труды: Кибернетика функциональных систем”).

Эти рассуждения дают достаточные основания для использования богатейшего опыта кибернетики, системотехники и физиологии для решения задач проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениями, т.е. – обобщить определение функциональной системы, как системы,сформированной для достижения заданного полезного результата (целевой функции) в процессе своего функционирования (А.А. Гусаков), и строить дальнейшие рассуждения на основе предположения возможности расширения научно-фундаментальной концепции функциональных систем управления на область строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Формулировке подобной научно-технической гипотезы должен предшествовать системный анализ теории и практики управления строительным объектом. Очевидно, анализ концепции управления зданиями и сооружениями тесно связан с анализом возмущений устойчивого состояния строительного объекта, инициирующих процессы управления.

Под устойчивым будем понимать состояние, при котором действительные функциональные и технические характеристики здания (сооружения) и его элементов соответствуют области допустимых значений, а характер динамики их изменения не предполагает возможности возникновения несоответствия в течение расчетного периода времени. Ситуационный характер возмущений, инициирующих процессы управления, предполагает многоуровневую иерархическую классификацию, основой которой являются расчетные и нештатные ситуации.

Расчетная ситуация в строительном объекте – это вызванное возмущением любого характера и интенсивности, прогнозируемое изменение действительных функциональных и/или технических характеристик здания (сооружения) и/или его элементов, не повлекшее утрату устойчивого состояния строительного объекта.

Нештатная ситуация характеризуется непрогнозируемым изменением характеристик и утратой устойчивого состояния строительного объекта.

В свою очередь, собственно понятие “управление строительным объектом” можно рассматривать с разных точек зрения.

Термин “управление” применим сегодня, скорее, к строительству, как к процессу создания (планирования, проектирования, возведения, реконструкции и т.п.) зданий и сооружений. В отрасли строительства известно также управление проектами, процессами и производствами, управление качеством и ряд других понятий, смысл которых сегодня очевиден, а теория и практика постоянно совершенствуются.

Управление строительным объектом как таковым долгое время представлялось абстрактной и сложно формализуемой задачей. С этим связано практически полное отсутствие работ комплексно оперирующих этим термином в контексте изложенном далее.

Итак, под управлением строительным объектом будем понимать управление процессами изменения действительных функциональных и/или технических характеристик здания (сооружения) и/или его элементов.

Следует отметить, что, несмотря на существующие работы, отражающие различные аспекты создания и применения инженерных и информационно-аналитических технологий в областях, близких к предмету нашего рассуждения, ни одна из них не содержит комплексной оценки сути, теоретических и практических предложений по решению задач управления строительным объектом, а равно и адекватной формулировки таких задач в терминах стройной методологической концепции.

В рамках рассматриваемой предметной области управление строительным объектом может носить адаптивный и/или оперативный характер.
Адаптивное управление строительным объектом – управление, инициированное объективной необходимостью выявленного несоответствия наблюдаемых функциональных и/или технических характеристик здания (сооружения) и/или его элементов области допустимых значений, и/или устойчивой динамике их изменения, могущей привести к такому несоответствию.

Оперативное управление строительным объектом – управление в режиме реального времени в условиях, когда его недостаток может существенно ограничить процессы изменения действительных функциональных и/или технических характеристик здания (сооружения) и/или его элементов, и/или сделать управление таковыми невозможным.

Очевидно, адаптивное управление может носить оперативный характер, в случаях, когда специфика ситуации предполагает оперативную управляющую реакцию и/или процесс управления инициирован с неадекватным запаздыванием.

Парадигма функционального управления строительным объектом в изложенном контексте предполагает реализацию функций управления как реакцию на возникающие расчетные/нештатные ситуации.

Адекватной управляющей реакцией на большинство расчетных ситуаций является адаптивное управление.

Адаптивное управление как адекватная реакция на расчетную ситуацию есть основа интеллектуальной автоматизации зданий и сооружений.

Интеллектуальная автоматизация (в контексте возведения и эксплуатации) строительных объектов – комплекс оригинальных инженернотехнических решений, средств и информационно-аналитического обеспечения, ориентированный на реализацию приемлемого набора функций целевого управления процессами изменения наблюдаемых функциональных и технических характеристик здания (сооружения) и его элементов.

В свою очередь, адекватной управляющей реакцией на большинство нештатных ситуаций является адаптивное управление, носящее, как правило, оперативный характер и составляющее основу активной безопасности зданий и сооружений.

Активная безопасность строительных объектов – комплекс свойств здания (сооружения) и его элементов на основе оригинальных инженерно-технических решений, ориентированный на снижение возможности возникновения нештатных ситуаций и/или подавление их динамики.

Динамика изменения характеристик объекта может трансформировать расчетную ситуацию в нештатную и придать адаптивному управлению оперативный характер. Очевидно, ситуация и характер управления могут изменяться и прямо противоположно.

Изложенный взгляд на процесс управления отражен на рис. 1.

funkcionalnoe upravlenie zdaniyami 2

Анализ методов аналитической и информационной поддержки процессов управления строительным объектом позволил выявить основные проблемы, возникающие на пути проектирования и использования систем интеллектуальной автоматизации и активной безопасности зданий и сооружений:
• в настоящее время не существует целостной методологической концепции, позволяющей создавать системы комплексного управления строительным объектом в рамках единой стратегии проектирования информационного, аналитического и технического обеспечения процессов строительного проектирования, производства и управления;
• существующий комплекс информационного, аналитического и технического обеспечения процессов строительного проектирования, производства и управления не ориентирован на поддержку проектирования и функционирования систем управления строительным объектом как таковым;
• не существует единых принципов формального описания зданий и сооружений как объектов целевого управления;
• субъективно, процессы комплексного, в том числе – оперативного, адаптивного управления строительным объектом представляются не достаточно эффективными в силу технических,технологических, информационных, экономических и иных ограничений.

Комплексное решение обозначенных проблем предполагает возможность проектирования функциональных систем управления строительным объектом в рамках стройной методологической концепции, позволяющих значительно повысить “жизнеспособность” зданий и сооружений в условиях возможных чрезвычайных ситуаций, качественно изменить подход к решению задач безопасности и эффективной эксплуатации строительных объектов на протяжении всего жизненного цикла. Анализ практики управления строительным объектом показал, что основой такого решения может стать использование принципов гомеостата в концепии функциональных систем управления зданиями и сооружениями.

Продолжение читайте в следующем номере.

Бюллетень АЗ №7 2007

Бюллетень АЗ №9 2007