Интеллектуальные здания – от практики к теории.
Автор: Волков А.А. д.т.н., профессор, декан факультета ИСТАС МГСУ
Статья продолжает серию публикаций, представляющую основы перспективной 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.; №6,№7 2007г.).
Рассматривается оригинальная парадигма инновационного гомеостатического проектирования зданий и сооружений.
Рассмотрим основы методологии инновационного гомеостатического проектирования зданий и сооружений. В соответствие с приведенным в предыдущей статье определением и его трактовкой в аспекте принятой научно-технической гипотезы, функции гомеостатического проектирования могут классифицироваться как решение задач в двух основных направлениях: проектирование собственно строительного объекта и проектирование функциональных систем гомеостатического управления этим объектом (рис. 1).
Гомеостатическое проектирование строительного объекта предполагает проектирование конструкций, инженерного оборудования, технических, технологических и иных решений здания (сооружения) и/или его элементов, ориентированных на поддержку функций интеллектуальной автоматизации и активной безопасности строительных объектов на всех уровнях.
Проектирование функциональных систем гомеостатического управления подразумевает разработку элементов автоматического управления широким спектром существующих и создание оригинальных систем интеллектуальной автоматизации и активной безопасности зданий и сооружений, а также комплексной системы мониторинга.
Гомеостатическое проектирование является основой методики моделирования ситуаций и анализа проекта, представляющей комплексный аналитический подход к выявлению элементов проекта, способных в той или иной форме инициировать и/или препятствовать подавлению динамики нештатной ситуации, и разработке схем формирования решений по оптимизации таких элементов. В рамках предлагаемой методики осуществляется предварительное математическое моделирование, анализ и многокритериальная оценка возможных (вероятных) возмущений, их динамики и последствий на основе формальной информационной модели строительного объекта, создаваемой на стадии гомеостатического проектирования.
Информационная модель строительного объекта – это совокупность знаний о конструкциях, инженерном оборудовании, технических, технологических и иных решениях здания (сооружения) и его элементов, формализованная в терминах описания строительного объекта как объекта целевого управления.
Формирование решений по оптимизации проекта по критериям безопасности эксплуатации зданий и сооружений строится в контексте уместных математических оснований, использования информационной базы аналогий проектных решений и экспертных оценок. Подобный подход призван повысить объективность независимой оценки проекта по указанным критериям.
Основой информационной поддержки процессов и результатов гомеостатического проектирования является комплекс информационного обеспечения систем автоматизации проектирования (САПР) зданий (сооружений) и их элементов. Действительно, исключительно САПР являются источником формализованных данных о конструктивных, технических, технологических и иных решениях, применяемых при строительстве конкретного объекта. Оригинальное прикладное программное обеспечение на основе САПР, расширяющее возможности используемых решений в части проектирования инженерного оборудования и иных систем здания или сооружения, использует и дополняет данные САПР. Еще одним аргументом в пользу такого подхода является наличие устойчивых форматов представления и классификации данных САПР, расширенное использование и конвертирование которых – задача, успешно решаемая сегодня на уровне построения комплексов программного обеспечения. Таким образом, данные САПР являются информационной основой построения формальной модели строительного объекта, а также создания новых и проектирования элементов автоматического управления существующими системами в комплексе средств интеллектуальной автоматизации и активной безопасности строительного объекта. Следует отметить очевидные перспективы использования существующих систем и технологий автоматизации в новой проектной практике.
Кроме того, многие задачи подготовки проектной, эксплутационной и иной документации и данных, создания структур описания предметных областей, хранения и использования тематической информации уже решены в соответствие с существующими стандартами.
Концепция функциональных систем гомеостатического управления предполагает ситуационное моделирование процессов, определяющих динамику возмущения. Формально, задача управления гиперсистемой в целом может быть сведена к построению в некотором смысле целесообразных последовательностей глобальных возмущений и сопряженных с ними глобальных управлений. Очевидно, не каждое управление применимо в произвольной ситуации: нельзя выбрать такую последовательность управлений, которую можно было бы использовать независимо от последовательности возмущений. Таким образом, следует искать не последовательность, а стратегию управлений (формальное основание см. выше), т.е. однозначно определить, какое из управлений следует использовать в каждой из ситуаций всякий раз, когда эта ситуация возникнет. Выбранная стратегия предполагает построение некоторого набора сценариев гомеостатического управления.
Сценарий гомеостатического управления – направленная последовательность действий (стратегия), реализующих функции гомеостатического управления, изменение действительных функциональных и/или технических характеристик объекта управления как реакция на такие действия. Сценарии гомеостатического управления строительным объектом формируются на стадии гомеостатического проектирования.
Практическая реализация функций управления зданиями и сооружениями в описанном выше смысле – задача, решаемая средствами и на основе функциональных систем гомеостатического управления строительным объектом, представляющих комплекс взаимосвязанных информационных, аналитических, технических, технологических и иных решений, реализующий функции гомеостатического управления зданием (сооружением) и его элементами. Функциональные системы гомеостатического управления строительным объектом проектируются на основе системной интеграции стандартных и оригинальных решений. Основой такой интеграции являются среды САПР, комплекс вспомогательного прикладного программного обеспечения на основе САПР, системы электронного документирования, автоматизированные системы управления строительством и технологическими процессами и другие современные информационные и телекоммуникационные технологии.
Очевидно, представленная методология определяет необходимость создания уникальных компонент функциональных систем гомеостатического управления. Уникальными компонентами таких систем являются блоки моделирования ситуаций и анализа проекта, ситуационного моделирования, формирования стратегий и сценариев гомеостатического управления, а также решения, реализующие концепцию гомеостатического мониторинга зданий (сооружений) и их элементов – перманентного аналитического контроля соответствия наблюдаемых функциональных и/или технических характеристик объекта и/или его элементов установленным значениям и процессов изменения действительных характеристик, осуществляемого в режиме реального времени.
На основе предложенной концепции формируется структура и состав комплексной системы мониторинга, проектирование которой осуществляется, средствами и на стадии гомеостатического проектирования зданий и сооружений, что позволяет учесть особенности конкретного объекта. Основная задача комплексной системы мониторинга строительного объекта – поддержка процессов информационной афферентации (перманентного потока тематической информации, поступающего от элементов объекта управления к элементам системы управления) и элементов систем, реализующих обработку обратных связей, т.е. обратной информационной афферентации (информационных потоков, отражающих реакцию объекта управления на элементы действий системы управления и динамику возмущения, инициированную этими действиями).
Понятие “прямой” и “обратной информационной афферентации” определяются в соответствие с понятиями “прямой” и “обратной афферентации”, предложенными академиком П.К. Анохиным в рамках теории функциональных систем. Он особо подчеркивает, что “ни одна попытка понять общую архитектуру приспособлений, а тем более моделировать какие-либо жизненные проявления, не может быть признана достаточной, если в ней не учтены должным образом принципы организации функциональных систем организма: афферентный синтез, формирование действия и обратная афферентация о его результатах” (П.К. Анохин, “Избранные труды: Кибернетика функциональных систем”).
Методология гомеостатического мониторинга зданий (сооружений) и их элементов предполагает динамический контроль структур и состава информационных компонент функциональных систем гомеостатического управления в части объективной оценки основных параметров информационных потоков.
Следует подчеркнуть, что одним из основных принципов проектирования функциональных систем гомеостатического управления строительным объектом является системная интеграция стандартных и оригинальных (уникальных) компонент на всех уровнях. Проектирование информационных потоков на основе стандартных решений позволяет повысить эффективность создания комплекса информационных и технических систем, что способствует практическому внедрению представленной теоретической концепции.
Статьи по теме:
Умный дом, как основа построения дома будущего
Умный дом от Gira
Что такое Интеллектуальное Здание?
10 вопросов специалистам. Российский рынок автоматизации зданий
BACnet и KNX: открытые стандарты, дополняющие друг друга.
BACnet на «полевом» уровне: ЗА или ПРОТИВ?
BACnet работает на Почту Германии.
BACnet web- сервисы.
Энергосберегающие технологии и комплексная автоматизация Siemens.