Программные продукты и системы

В условиях плотной застройки в городах прокладка инженерных коммуникаций открытым способом в таких чувствительных зонах, как магистральные автомобильные и железные дороги или места исторического значения, является неэффективной, а иногда и невозможной. Кроме того, например в Москве, существует большое количество действующих, бездействующих и проектируемых коммуникаций, расположенных на различных уровнях, что существенно влияет на поиск оптимальных решений при выборе способа прокладки коммуникаций. При согласовании проектов ин- женерных коммуникаций с эксплуатирующими службами, местными органами власти и управлениями почти всегда выдвигаются требования выполнить пересечение проезжей части улиц или какой-нибудь территории закрытым способом. Таким образом, в условиях городской застройки потребность в закрытых прокладках инженерных коммуникаций многократно возрастает.

Самой сложной задачей для специалиста является грамотный выбор технических решений при прокладке инженерных коммуникаций. Распространена практика субъективного выбора способа прокладки коммуникаций, а не основанная на расчетах, что, к сожалению, не всегда оправданно при заданных условиях.

Существуют несколько основных методов бестраншейной прокладки, таких как микротоннелирование, горизонтальное шнековое бурение, горизонтально направленное бурение (ГНБ), щитовая проходка, продавливание стального футляра.

Выбор способа прокладки основывается на методе построения дерева решений для отсекания неактуальных способов прокладки и на использовании метода нечеткого программирования с учетом перечня сформированных оценочных критериев.

На первом этапе структурируются методы прокладки инженерных коммуникаций и даются их основные характеристики (рис. 1). В качестве исходных способов прокладки были использованы следующие: открытая прокладка коммуникаций, горизонтально направленное бурение, микротоннелирование, щитовая проходка, продавливание стального футляра, горизонтальное шнековое бурение.

Выбор способа прокладки инженерных коммуникаций включает два этапа: построение дерева решений и определение на его основании перечня возможных способов прокладки инженерных коммуникаций.

Техническое задание (ТЗ) (рассматривается на примере проектов ООО «Институт Каналстройпроект», г. Москва) содержит вводные исходные данные, на основании которых решается задача выбора оптимального способа прокладки инженерных коммуникаций (табл. 1).

Таблица 1

Исходные вводные данные (по материалам ТЗ)

Описанные вводные исходные данные лежат в основе формирования базы знаний и построения дерева решений (рис. 2).

Построение дерева решений позволяет определить два варианта развития ситуации: выбор единственного способа прокладки инженерных коммуникаций или оптимального способа прокладки методом нечеткого программирования.

Построение дерева решений дает возможность определить пять способов закрытой прокладки инженерных коммуникаций.

Для этого необходимо сформировать множество оценочных критериев (табл. 2).

Таблица 2

Оценочные критерии выбора способа прокладки инженерных коммуникаций

Необходимо выбрать способ прокладки инженерных коммуникаций из пяти возможных:

.

Каждый способ оценивается по множеству критериев K={K1, K2, K3, K4, K5}. Каждая альтернатива заданного множества Х характеризуется пятью критериями: К1, …, К5. Результаты первоначальных расчетов инженера, показывающие значения критериев aij=Ki(Xj) для каждой рассматриваемой альтернативы, представлены в таблице 3.

Таблица 3

Значения оценочных критериев для каждого из рассматриваемых альтернативных вариантов  прокладки инженерных коммуникаций

На основании этих расчетов построены матрицы Mi, , попарного сравнения альтернатив по каждому из признаков Ki следующего вида:

.

Предполагается, что результаты попарного сравнения альтернатив по указанным критериям могут описываться отношением весов этих альтернатив.

Очевидно, что каждый из критериев Ki, , имеет различную значимость при принятии решения. В реальной ситуации относительная важность заданных критериев описывается нечетким отношением типа «не менее важно» на множестве критериев. То есть элементы множества К различны по важности, что позволяет ввести функцию a: K*K®[0; 1] – заданное нечеткое отношение важности критериев, где величина a(Ki, Kj) понимается как степень, с которой критерий Ki считается не менее важным, чем критерий Kj.

На основании введенной функции a(Ki; Kj) матрица результатов попарного сравнения альтернатив друг с другом по важности (матрица отношений весов признаков) имеет следующий вид.

,

где aij=a(Ki, Kj) и .

На первом этапе решения задачи происходит упорядочение способов прокладки – восстановление относительной важности альтернатив по заданной матрице критериев К, то есть нахождение нормированного к 1 собственного вектора этой матрицы, соответствующего максимальному собственному числу, путем решения уравнений типа {K–lK*E=0}.

Вектор lK будет показывать относительную важность каждого признака по заданной матрице попарных сравнений. Аналогичным способом находятся относительные веса способа проходки по каждому признаку в отдельности.

Поскольку способ прокладки, обладающий меньшим весом, более предпочтительный, так как целевой функцией является минимизация оценочных критериев (затрат, срока работ, количества рабочих и т.д.), распределение весов способов прокладки для данной альтернативы можно использовать как функцию цели. То есть задача формулируется как выбор альтернатив с учетом пяти функций цели, причем коэффициенты относительной важности этих функций уже заданы.

В этом случае для решения задачи будет использоваться следующий прием: строится взвешенная сумма заданных функций цели с заданными коэффициентами важности и выбирается та альтернатива, которой соответствует наименьшее значение построенной взвеси. Информация в форме матрицы отношений весов альтернатив будет содержать в себе четкое описание отношения предпочтения на множестве альтернатив. Таким образом, для каждой ветви дерева решений будет выбран оптимальный способ бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций.

Апробация методов и внедрение результатов исследования проходили на базе проектов инженерного обеспечения застроек Московской области отдела проекта организации строительства компании ООО «Институт «Каналстройпроект».

Один из таких проектов – «Подающие водоводы для жилого района «Рублево-Архангельское» г. Красногорска Московской области». В данном проекте на определенных участках возникала необходимость прокладки водопроводной трубы в футляре диаметром D=1000 мм в условиях плотной городской застройки и многочисленных зеленых насаждений. На первом этапе с помощью построенного дерева решений были выявлены три возможные альтернативы прокладки инженерной коммуникации: микротоннелирование (Х1), бурошнековая установка (Х2) и продавливание стального футляра (Х3). На втором этапе введены оценочные критерии: К1 – стоимость работ; К2 – длительность выполнения проекта; К3 – необходимое количество квалифицированных рабочих; К4 – габариты рабочего котлована; К5 – габариты приемного котлована (табл. 4).

Таблица 4

Значения множества оценочных критериев проекта

Матрица результатов попарного сравнения альтернатив имеет следующий вид:

.

В результате расчетов выявлено, что оптимальной для данного проекта является прокладка водопроводной сети методом микротоннелирования со следующими показателями: стоимость выполнения проекта выбранным методом составляет 2 500 000 рублей; минимально необходимое количество рабочих – 15 человек; срок выполнения работ – 2,5 месяца.

Таким образом, в ходе проведенных исследований обоснованы методы выбора оптимального способа прокладки инженерных коммуникаций, в основе которых лежат методы дерева допустимых решений и нечеткого программирования. Решение поставленной задачи данными методами позволяет обосновать и выбрать способ прокладки инженерных коммуникаций на основе сформированного множества оценочных критериев.

Литература

1.   Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981. 208 с.

2.   Картозия Б.А. [и др.]. Шахтное и подземное строительство: В 2-х т. М.: Мир горной книги, 2003. 815 с.

3.   Бреннер В.А. [и др.]. Щитовые проходческие комплексы. М.: Мир горной книги, 2009. 447 с.

4.   Бондаренко И.С., Баранникова И.В.   Анализ факторов, влияющих на выбор технологии строительства коммуникационного тоннеля // Горный информ.-аналит. бюлл.: Вып. 10: Информатизация и управление-1. М.: Мир горной книги, 2008. С. 124–129.

5.   Ишин А.В., Корчак А.А. Анализ факторов, влияющих на эколого-экономическую эффективность использования подземного пространства реконструируемых городских территорий // Горный информ.-аналит. бюлл.: Вып. 9. М.: Мир горной книги, 2009. С. 165–170.