Автор: Андрей Волков, доктор технических наук, профессор, декан факультета информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве (ИСТАС) МГСУ.
Эта статья по сути изложение основ инновационного подхода Московского государственного строительного университета (МГСУ) к проекции опыта и результатов многолетнего труда ученых и исследователей разных направлений теоретической и прикладной науки на одну из самых важных областей жизни и деятельности человека – строительство, период возникновения которой совпадает с началом осмысленного существования человека.
Именно с тех пор человек-строитель решает проблему создания прочного и надежного дома, в котором он чувствовал бы себя безопасно и комфортно. Спустя тысячелетия перед ним стоит все та же задача. Но что же изменилось? Что заставляет нас и сегодня искать принципиально новые формы и методы ее решения, что, отмечу, вовсе не так просто?
Причин много. Основные из них кроются в постоянной естественной и искусственной коррекции смысла понятий «безопасность» и «комфорт». Характер и многообразие форм природных и техногенных катастроф не дают возможности строителям поставить точку в любом из самых современных проектов ни сегодня, ни в оцениваемой перспективе. Более того, если в пещере уместно было говорить лишь о защите от диких животных и непогоды, то сегодня, как это ни печально, человеку приходится думать о защите от человека. По обеим сторонам «баррикад» в этом случае становятся самые современные технологии созидания и разрушения. Любые достижения ученых мгновенно разделяются на две «стороны медали».
В контексте сказанного изменение представлений человека о комфорте в течение последних тысячелетий не выглядит столь масштабной проблемой. Однако в последние годы специалистам сложно найти компромисс и в этом вопросе. Экономическая составляющая, играющая не последнюю роль, все чаще заставляет современных строителей «прыгать выше собственной головы». К сожалению, можно привести много примеров, когда такой «прыжок» стоил человеку слишком дорого…
Несмотря на столь пессимистичную картину, отчаиваться, конечно, не следует. Сегодня формируется, существует и развивается несколько серьезных современных научных школ, предлагающих комплексные и предметно ориентированные решения различных аспектов очерченных проблем. С гордостью отмечу, что основные из них созданы и развиваются именно в МГСУ.
Анализ проблем построения общих теорий управления зданиями и сооружениями уместно начать с анализа смысла и содержания понятия «интеллектуальное здание» (Intelligent Building – IB – англ.), возникшего как результат практики использования новых инженерных решений в современном строительстве.
Сегодня, несмотря на то что понятие «интеллектуальное здание» довольно часто используется учеными и специалистами, представляющими разные направления строительного проектирования, производства и управления, невозможно сформулировать сколь-либо универсальное определение этого термина, удовлетворяющего многообразию существующих контекстов.
Речь идет кроме упомянутого о таких понятиях, используемых в современном строительстве и архитектуре, как «устойчивое здание» (Sustainable Building – англ.), «энергетически эффективное здание» (Energy-efficiency Building – англ.), «биоклиматическая архитектура» (Bioclimatic Architecture – англ.), «здоровое здание» (Healthy Building – англ.) и пр. Можно с некоторым недоумением говорить о том, что сегодня здание или сооружение «становится» «интеллектуальным» по воле его создателей, посчитавших возможным отнести одну или несколько инженерных систем к модному направлению, позволяя позиционировать объект на рынке на качественно новом уровне и оправдать ничем не обоснованные затраты.
В этом, наверное, нет ничего плохого, но с той лишь оговоркой, что речь во многих случаях идет о некой ауре «интеллектуального дома», которая сопровождает те или иные инженерно-технические решения, оригинальность и качество которых варьируются в весьма широких пределах.
В любом случае, их можно отнести к одной или нескольким известным категориям:
– автоматизация систем и процессов;
– безопасность;
– информация и коммуникации;
– оптимизация использования ресурсов;
– функциональное/техническое соответствие и гибкость;
– экология;
– эргономика и комфорт.
Несмотря на терминологическую неопределенность, актуальность научных и практических изысканий в каждом из этих направлений не вызывает никаких сомнений. Более того, во многих странах такие задачи получают статус государственных приоритетов и решаются в рамках федеральных правительственных программ на всех уровнях.
Нисколько не умаляя достоинств современных инженерных решений в рамках обозначенной области, попробуем взглянуть на проблему несколько шире.
Превалирующая нынче парадигма «интеллектуального здания» и смежных направлений может быть сформулирована на основе понятия так называемой системы управления зданием (Building Management Systems – BMS – англ.), основная задача которой состоит в автоматизации процессов оценки ситуаций, возникающих при эксплуатации здания, и реакции на них определенным образом.
Основная проблема, с которой сталкивается любой специалист, оценивающий подобные решения с позиций анализа основ методологии построения оригинальных систем, заключается в том, что они носят в целом исключительно узкий, предметно ориентированный характер, что ограничивает возможности системотехники проекта инженерным уровнем.
Методологический разрыв в существующей парадигме «Интеллектуального здания»
Предлагаемые некоторыми, в основном зарубежными производителями «комплексные решения» и «системная интеграция» BMS качественно не меняют сложившейся ситуации, поскольку являются не чем иным, как совместимыми по одному или нескольким ключевым параметрам так называемыми автоматизированными системами управления (АСУ) разных уровней и направленности, имеющими развернутые средства информационной поддержки эксплуатационных интерфейсов.
Можно обоснованно утверждать, что сегодня практика создания систем управления зданиями значительно опережает теорию. Объективной причиной этого является актуальность рассматриваемого вопроса в первую очередь именно с практических позиций, что и определяет готовность заказчика (инвестора) идти на дополнительные расходы, окупаемость которых в наши дни уже не вызывает сомнений. Результат подобных проектов часто далек не только от идеала, но и от сколь-нибудь приемлемого уровня в оцениваемой перспективе. С точки зрения реального проектирования BMS сказанное приводит к тому, что инженер все чаще сталкивается с вопросами, принципиально нерешаемыми на его уровне.
Налицо серьезная методологическая проблема, обусловленная отсутствием основ прикладной науки – теории проектирования и построения систем в описанном контексте (рисунок).
Более всего печально то, что бесценный опыт, накопленный несколькими поколениями ученых и исследователей во многих областях современного естествознания в течение последних столетий, используется для решения этой проблемы далеко не надлежащим образом.
Сегодня сформированы или формируются целые направления фундаментальных научных знаний, способных качественно изменить парадигму инженерной практики средствами развития соответствующих прикладных наук. Можно с уверенностью говорить о том, что строительство зданий и сооружений – одна из самых перспективных отраслей в этом плане.
Таким образом, усилия современников должны быть направлены прежде всего на устранение противоречий, характеризующих ситуацию, когда многие практические решения остро нуждаются в теоретическом обосновании, а декларируемые достижения фундаментальной науки не в состоянии войти в нашу жизнь, не имея никакой реальной возможности отраслевой апробации.
Парадигма абстрактной кибернетики, декларирующая общие принципы и методы изучения систем качественно различной природы (биологических, технических, социальных и пр.), сложившаяся к началу второй половины XX века, высокий уровень развития информационных и телекоммуникационных технологий в технических системах, фундаментальные и прикладные исследования ведущих научных школ, отражающие различные направления современного знания в контексте принципов теории функциональных систем, могут и должны стать сегодня методологической основой качественно нового подхода к генерации и оценке инженерных решений в строительстве – одной из самых востребованных, динамично развивающихся и перспективных отраслей промышленного производства, во многом определяющей уровень научно-технического прогресса в целом. Объективная необходимость такого подхода диктуется целым рядом техногенных и социальных факторов, актуальность самого пристального внимания к которым подтверждается неутешительной для человечества статистикой собственных ошибок.
Очевидно, что использование последних достижений науки и техники наряду с ощутимой выгодой таит в себе потенциальную опасность, иногда столь значительную, что масштабы возможных катастроф не поддаются никакой оценке.
С другой стороны, остановить развитие научно-технического прогресса сегодня не только невозможно, но и опасно в силу не менее весомого набора объективных причин. Нам остается лишь умело лавировать в области разумных компромиссов собственных достижений с природой и окружающим миром.
Норберт Винер, профессор математики Массачусетского технологического института отмечал, что «… природа, в широком смысле этого слова, может и должна служить не только источником задач, решаемых в моих исследованиях, но и подсказывать аппарат, пригодный для их решения …». Именно этот тезис создателя основ кибернетики и положен в основу концепции инженерных функциональных систем управления зданиями и сооружениями на гомеостатическом уровне, предполагающем использование принципов функционирования живых организмов для решения задач управления сложными техническими системами.
Возможность, а равно и успех решения задач в подобной формулировке зависят напрямую от того, насколько современный исследователь способен воспринять и использовать опыт и знания, накопленные к настоящему времени наукой о природе человека и технике, как продукты его интеллекта.
Сегодня созданы основы прикладной науки, позволяющие проектировать самые современные технологии «интеллектуального здания» на качественно новом уровне практики реализации подобных систем.
Следующий этап развития предложенной парадигмы – «умный город», теория создания которого составляет сегодня основу инновационного развития МГСУ в научном, прикладном и образовательном аспектах, позволяя отечественной строительной науке не только не отставать от мировых достижений в этой области, но и в некоторых вопросах делиться опытом с зарубежными коллегами.
Заявленные результаты научно-инновационной и образовательной деятельности подтверждены десятками защищенных в последние годы диссертаций, сотнями научных публикаций и учебно-методических разработок наших преподавателей самого высокого уровня.
Важной особенностью предложенной в МГСУ парадигмы проектирования, строительства и эксплуатации «интеллектуальных зданий» и «умного города» является возможность привлечения к ее развитию ученых и специалистов, имеющих соответствующий практический опыт и знания в конкретных прикладных областях из любых научных, образовательных, производственных, проектных и других организаций как на уровне теории, так и на уровне практики предложенных решений.
Тесное сотрудничество нашего университета с Ассоциацией по автоматизации зданий и системам управления инженерным оборудованием BIG-RU в изложенном контексте, активно развивающееся в последнее время, может и должно стать основой создания инновационного научно-образовательного центра, вовлекающего и обобщающего отечественный и зарубежный опыт теории и практики реализации решений из области «интеллектуальных зданий» и «умного города» в процесс создания и трансфера промышленных технологий проектирования, строительства и эксплуатации современных зданий и сооружений на качественно новом уровне безопасных, энергетически эффективных, экологически чистых и комфортных объектов – представителей самой сложной триады «человек – техника – среда обитания».
Читайте продолжение в следующем номере
Бюллетень АЗ №6 2007
Бюллетень АЗ №7 2007
Бюллетень АЗ №9 2007 |
