CC BY
22
удк 721.012
А.Г. Огиренко
ЗАО «Нафтам-ИНПРО»
МОДЕЛЬ СИНТЕЗА АППАРАТНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ОФИСНОГО ЗДАНИЯ
Рассмотрены вопросы проектирования технической структуры системы интеллектуализации современных объектов недвижимости, предложена модель ее оптимизации. Данная модель использовалась при создании интеллектуального квартала офисных зданий в центре Москвы.
Ключевые слова: информационные технологии, моделирование, интеллектуальное здание, комплекс технических средств, оптимизация структуры, экономическая эффективность.
Проникновение современных информационных технологий в практическую деятельность передовых предприятий, занятых в сфере недвижимости, привело к появлению административных офисных зданий, способных не только воспринять и интегрировать в себя эти технологии, но и обеспечить их дальнейшее развитие. такие передовые предприятия в своих проектах реализуют современные перспективные подходы, включая сохранение индустриального наследия, энергосбережение, «зеленые» технологии строительства, концепцию интеллектуального здания. офисные сооружения, удовлетворяющие концепции интеллектуального здания, обеспечивают пользователям весь спектр услуг, в т.ч. различные средства связи и компьютерные сети, а арендодателям — гибкие возможности по эксплуатации зданий и обеспечения безопасности и комфорта пользователей.
среди основных технических подсистем таких зданий можно выделить комплексы:
телекоммуникационного оборудования (включая структурированные кабельные сети, каналы связи и соответствующие устройства);
средств управления инженерным оборудованием (вентиляция, кондиционирование, температурный режим, освещенность, лифты, средства пожаротушения и пр.); контроля доступа (включая систему гаражной автоматики); средств охранной сигнализации; средств металлодетекции; средств видеонаблюдения; оборудования оповещения и радиотрансляции.
объединяет эти подсистемы здания комплекс управления техническими средствами, включающий в себя, как правило, несколько уровней привилегий операторов, хранящий в памяти требуемое число событий. При этом рост доходов от аренды и эксплуатации здания за счет его интеллектуализации среди прочего включает в себя: снижение эксплуатационных расходов за счет объединения всего комплекса зданий в единую систему мониторинга и управления;
детальную тарификацию услуг, оказываемых арендодателем; возможность использования ранее созданной инфраструктуры для ее дальнейшего развития при смене арендатора;
снижение затрат на страхование за счет использования систем защиты от протечек, пожаров и других неприятностей.
Преобладающей тенденцией в структурах систем, реализующих концепцию интеллектуального здания, является широкое использование сетевой организации,
перераспределение выполняемых системных функций с верхнего иерархического уровня на нижние, создание автономных локальных контуров управления на базе интеллектуальных датчиков и терминальных блоков, обеспечивающих работу объектов и агрегатов без постоянного присутствия обслуживающего персонала.
решение задачи проектирования структуры системы интеллектуализации современных объектов недвижимости может базироваться на использовании различных подходов к построению и синтезу структур сложных систем. к ним относятся: методы декомпозиции, координации и агрегации, развитые М. Месаровичем [1]; методы агрегативного описания сложных систем, развитые в трудах н.П. Бусленко [2];
методы оптимизации структурного построения автоматизированных информационно-управляющих систем, предложенных А.д. цвиркуном [3].
однако, несмотря на многообразие подходов к построению структур сложных систем, ряда исследований и технико-экономических обоснований, которые были проведены при внедрении средств и систем интеллектуализации объектов недвижимости, открытыми остаются вопросы оценки эффективности таких систем, а также тесно связанные с ними вопросы разработки их рациональной структуры.
с целью решения данных вопросов проведен анализ таких систем по следующим основным признакам:
по целевому назначению и типам выполняемых системных функций (система оперативного управления);
принципу подчиненности и характеру связей между подсистемами (иерархические системы);
видам, типам и характеристикам взаимосвязей (радиально-древовидные системы); принципам разбиения элементов на подсистемы (терминал агрегата, объекта, управляющий комплекс);
числу уровней иерархии (многоуровневые); идентичности элементов (однородные и неоднородные); типу применяемой элементной базы.
на основе предложенной классификации и проведенного анализа разработана обобщенная структура многоуровневой распределенной системы с радиально-дре-вовидными связями.
обобщенную структуру системы интеллектуализации современных объектов недвижимости представляется в виде композиции двух структур — функциональной и технической. элементами технической структуры являются составляющие комплекса технических средств автоматизации с определенной степенью детализации (датчики, исполнительные механизмы, каналы связи, терминалы и т.д.); элементами функциональной структуры — системные функции и информационные взаимосвязи.
задача построения рациональной структуры указанного вида должна заключаться в нахождении таких значений варьируемых параметров (уровни размещения элементов комплекса технических средств (ктс), тип выполняемых системных функций, уровни выполнения и др.), которые доставляют экстремум критерия эффективности при выполнении заданных ограничений и допущений.
таким образом, задача синтеза структуры системы интеллектуализации объектов недвижимости сводится к следующим четырем этапам:
построение дискретной математической модели структуры; идентификация параметров модели;
обоснование выбора системотехнических и ресурсных ограничений и допущений; обоснование рациональной структуры.
для решения задачи синтеза структуры предложен аппликативный метод, позволяющий разработать структуру системы и определить ее эффективность на пред-проектной стадии разработки.
В качестве критерия технической эффективности предлагается использовать критерий максимизации эффекта или минимизации полных затрат, которые достигаются за счет обустройства технологических объектов и агрегатов элементами КТС ^-й структуры, соответственно F1(S) и F2(S).
Задача выбора рациональной (оптимальной) структуры формализуется следующим образом:
F(S) — интегральное значение критерия технической эффективности;
S — тип структуры КТС;
/ = I, I — тип выполняемых элементами КТС системных функций;
к = I, К — уточнение выполняемой системной функции;
¡к — номер выполняемой системной функции с уточнением;
] = I, J — номер элемента КТС;
I = I, Ь — номер уровня размещения элемента КТС;
Эikjl — эффект от решения /к-й системной функции с помощью .-го элемента КТС, установленного на 1-м уровне;
П. — потери, вызванные отказами .-го элемента КТС, установленного на 1-м уровне, при решении ¡к -й задачи;
Кц — коэффициент перевода;
Лк— множество номеров элементов КТС, каждое из которых решает Iк системную функцию;
Ь. — множество номеров уровней, на которых возможно размещение j-гo элемен-
та КТС;
у=1, V — номер возможного типа канала связи (КС); V и, — множество типов КС между I и I' смежными уровнями.
Требуется доставить экстремум критериям F1(S) и F2(S).
( \
Ъ(5) = тах X I I Кц {Э1к]1 -тк]1 )Х1к]1 -ЦС& -£ XС'¿и;
Л е1 ¡еу,к 1е1] ¡еу 1еЬ И'еЬуеГ
(
Р2 (Б) = шт
Е Е Е квп1к]1Х1к]1+ЕЕ сл +ЕЕ
гк е! ]еу 1еЬ И'еЬ уе¥
/
Х1к]1 =
1, если 1к системная функция решается ] м техническим средством, установленном на I м уровне;
0, если 1к системная функция не решается ] м техническим средством, установленном на I м уровне.
1, если у е техническое средство установлено на 1м уровне;
= \п ■ г
[0, если у е техническое средство не установлено на 1м уровне.
|1, если между I и I' смежными уровнями существует V й тип КС; Х1к]1 = <
[0, если между I и I' смежными уровнями не существует V й тип KC. В качестве исходных выступают следующие допущения, характеризующие рассматриваемую обобщенную структуру и ресурсные ограничения.
1. Задано множество Т технологических агрегатов и объектов, подлежащих автоматизации, I = 1,Т.
2. Задано множество I системных функций, решение которых необходимо на технологических объектах и агрегатах, / = I, I.
3. Задано множество 3 возможных для использования КТС автоматизации (задается типом структуры), _/ = I,3 .
4. Задано множество Vвозможных типов КС, V = 1,У .
5. Каждая системная функция решается не более, чем на одном уровне, и не более, чем одним техническим средством:
££Хц]1 < I ^ е I.
6. Между двумя уровнями может быть организовано не более одного типа КС из множества вариантов организации связи между I и I' смежными уровнями:
£ III 'V < I.
7. Между двумя элементами КТС, расположенными на одном уровне, не может быть организован КС:
£ = 0,
где ]1 — множество номеров элементов КТС, расположенных на 1-м уровне.
8. Сх + с2 < Сшах ,
где Сшах — максимально возможные затраты на систему в целом; С1 — затраты на КТС; С2 — затраты на КС.
для идентификации параметров предложенных критериев разработан метод определения потерь П1к]1 на основе построения математической модели объекта, использующий экспертные оценки определения коэффициентов эффективности Э/кД
Сущность метода сводится к построению математической модели объекта, позволяющей отразить взаимосвязь между его показателями, в частности доходностью, и основными техническими характеристиками системы. К таким характеристикам относятся надежностные показатели технических средств (интенсивность отказов, количество ложных срабатываний и несрабатывания защищенных устройств), а также показатели, определяющие среднее время обнаружения отказов объектов, наличие связи с верхним уровнем, наличие средств контроля, измерения и др.
Оценка коэффициентов П1к]1 осуществляется в следующей последовательности. Строится модель, представляющая работу объекта в виде графа, вершинами которого являются состояния объекта, а ребра соответствуют плотностям потоков событий, обеспечивающих переходы в них. Составляется и решается система уравнений Колмогорова для финальных (? ^ да) вероятностей пребывания в указанных состояниях. Определяются соответствующие вероятности возможных потерь П/'кД на основе чего определяется критерий F2(S).
В целях обоснования выбора системотехнических и ресурсных ограничений в рассматриваемой оптимизационной задаче проведено исследование особенностей совокупности параметров, характеризующих структуру системы и влияющих на ее эффективность.
выявлены следующие особенности указанных параметров: большое число параметров, изменяющихся от структуры к структуре, отсутствие количественного выражения у ряда параметров, существенная взаимосвязь между параметрами, определяемая физическими закономерностями изменения величин.
Анализ матриц парных коэффициентов корреляции между параметрами различных систем выявил их плохую обусловленность, что может быть связано с наличием существенной линейной взаимосвязи между параметрами или групп линейно взаимосвязанных параметров. При этом визуальный анализ корреляционной матрицы позволяет выявить группы взаимосвязанных параметров из-за их большого числа.
При обосновании ограничений необходимо учитывать указанные особенности совокупности параметров.
на основе проведенных исследований и экспертных оценок выявлен перечень параметров структуры, предположительно влияющих на эффективность; для параметров, не имеющих количественного выражения, вводятся соответствующие ранги.
Предложенная модель использовалась при оптимизации структуры системы управления интеллектуальным кварталом, включающим в себя комплекс офисных зданий и многоярусную парковку [4, 5]. Использование модели позволило не только получить рациональный вариант организации структуры, но и на проектной стадии оценить ее экономическую эффективность.
Библиографический список
1. Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем: математические основы. М. : Мир,
1978.
2. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М. : Наука, 1978.
3. Цвиркун А.Д. Структура сложных систем. М. : Советское радио, 1975.
4. Огиренко А.Г. Прикладные модели эконометрики. Международный форум информатизации МФИ-93. Всемирный конгресс ITS-93 «Информационные коммуникации, сети, системы и технологии». М., 1993.
5. Огиренко А.Г., Смирнов М.И. Решение экологических вопросов при сохранении и реабилитации архитектурного комплекса зданий текстильной фабрики в историческом центре Москвы // Экологические системы и приборы. 2009. № 9.
Поступила в редакцию в мае 2012 г.
Об авторе: Огиренко Андрей Григорьевич — кандидат технических наук, начальник отдела, ЗАО «Нафтам-ИНПРО», 119180, г. Москва, Якиманская набережная, д. 4, стр. 1, 8 (495) 228-77-00, gs@golutvino.ru.
Для цитирования: Огиренко А.Г. Модель синтеза аппаратно-технической структуры для интеллектуального офисного здания // Вестник МГСУ. 2012. № 6. С. 48—53.
A.G. Ogirenko
MODEL OF SYNTHESIS OF A HARDWARE AND SOFTWARE SYSTEM DESIGNATED FOR AN INTELLIGENT OFFICE BUILDING
The problem of synthesis of technology-intensive constituents of an intelligent office system, implemented in advanced office buildings, is the subject matter of this article. On the basis of the proposed classification and the analysis performed by the author, the general structure of the multilevel distributed system, that has radial treelike lines of communications, is developed. The structure of the intelligent office system designated for advanced real estate facilities represents an integration of two structures, including the functional constituent and the hardware constituent. The model of optimization of the hardware constituent is proposed by the author. The article also contains an overview of the model implementation within the framework of a set of intelligent buildings in the centre of Moscow.
Key words: modern information technology, modeling, intelligent building, structure optimization, economic efficiency.
References
1. Mesarovich M., Takakhara Ya. Obshchaya teoriya sistem: matematicheskie osnovy [General Systems Theory: Mathematical Foundations]. Moscow, Mir Publ., 1978.
2. Buslenko N.P. Modelirovanie slozhnykh system [Modeling of Composite Systems]. Moscow, Nauka Publ., 1978.
3. Tsvirkun A.D. Struktura slozhnykh system [Structure of Composite Systems]. Moscow, Sovetskoe Radio Publ., 1975.
4. Ogirenko A.G. Prikladnye modeli ekonometriki. Mezhdunarodnyy forum informatiza-tsii MFI-93. Vsemirnyy kongress ITS-93 «Informatsionnye kommunikatsii, seti, sistemy i tekhnologii» [Applied Models of Econometrics. International Forum of Informatization MFI-93. World Congress ITS-93. Information Communication, Networks, Systems and Technologies]. Moscow, 1993.
5. Ogirenko A.G., Smirnov M.I. Reshenie ekologicheskikh voprosov pri sokhranenii i reabilitatsii arkhitekturnogo kompleksa zdaniy tekstil>noy fabriki v istoricheskom tsentre Moskvy [Resolution of Ecological Problems as part of Conservation and Rehabilitation of Buildings of the Textile Factory in the Historic Centre of Moscow]. Ekologicheskie sistemy i pribory, 2009, no. 9.
About the author: Ogirenko Andrey Grigor'evich — Candidate of Technical Sciences, Director of Department, Naftam-INPRO Joint Stock Company, Building 1, 4 Yakimanskaya Embankment, Moscow, 119180, Russian Federation; +7 (495) 228-77-00; gs@golutvino.ru.
For citation: Ogirenko A.G. Model' sinteza apparatno-tekhnicheskoy struktury dlya intellektual'nogo ofisnogo zdaniya [Model of Synthesis of a Hardware and Software System Designated for an Intelligent Office Building] Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 6, pp. 48—53.
