CC BY
140
УДК 624.1
Переустройство функций зданий с применением информационных технологий «интеллектуального здания»
Андрей Игоревич Мохов, д.т.н., проф., e-mail: [email protected]
Александр Вячеславович Силуянов, к.т.н., докторант, e-mail: [email protected]
НОУ ВПО «Институт государственного управления, права и инновационных технологий»
Рассмотрено целенаправленное изменение потребительских характеристик зданий путем переустройства их функций с помощью применения информационных технологий «интеллектуального здания»; при этом «допроектирование» функций зданий достигается переустройством систем автоматизации интеллектуальных зданий, с подбором режимов работы их оборудования; показано, что такой подход позволяет получить дополнительную возможность гибкой подстройки здания под требования потребителя.
The authors considered purposeful change in consumer characteristics of buildings through the reorganization of its functions with the use of information technology «intelligent building». «Beforedesigning» of functions is achieved by reorganization of buildings automation of intelligent buildings, with the selection of modes of operation of its equipment. It is shown that this approach allows receiving extra opportunities of flexible adjustment of the building under the requirements of the consumer.
Ключевые слова: переустройство функций здания, информационные технологии, интеллектуальное здание, системы автоматизации зданий.
Keywords: reorganization of the building functions, information technologies, intelligent building, systems of building automation.
Переустройство зданий с применением информационных технологий «интеллектуального здания» (ИЗ) обусловлено проблемами размещения жилых и общественных функций в пространствах, ранее имевших совершенно иные функции, например, в бывших промышленных зданиях и сооружениях или объектах транспортной инфраструктуры. Системы автоматизации таких зданий, задействованные в реализации названных функций, должны быть замещены, трансформированы, либо наложены друг на друга в процессе их переустройства. Необходимые подходы к разрешению проблемы переустройства с применением информационных технологий ИЗ может дать исследование сущности понятия функции в здании, а также вопросов взаимодействия и взаимовлияний функций в одном объекте.
Следует заметить, что многозначный термин «функция» является одним из самых «работоспособных» в современном научном языке. Рассмотрим его общенаучный и философский смысл. В математике он означает зависимость одних величин от других, а также саму зависимую величину (в отличие от независимой переменной - аргумента); в философии - отношение между объектами, когда изменение одного из них ведет к изменению другого; в социологии и экономике - роль, играемую определенным
общественным институтом или процессом. Именно этому варианту научный язык обязан появлением понятия «функционирование», или формы существования, социально-экономической системы, выполняющей роль (отправляющей свою функцию) в системе более высокого ранга и воспроизводящей при этом саму себя. В данном определении ориентация термина проявляется дважды: система существует, поскольку каждый ее элемент отправляет присущую ему функцию, и, существуя, она выполняет свою «системную функцию». При этом, если система воспроизводит себя на расширенной основе, функционирование сопровождается прогрессивным изменением структуры, налицо «развитие». Однако от многозначности термина «функция» («роль», «зависимость») нам освободиться не удается, и поэтому в данном исследовании дается такое определение: функция (объекта) - это роль данного объекта в системе более высокого порядка, которая реализуется через ее функционирование.
Рассмотрим трактовку понятия функции здания с точки зрения архитектуры [1]. Согласно определению А.В. Иконникова [2], функция в архитектуре - это «весь комплекс решаемых архитектурой разносторонних задач, материально-технических и информационных». Функция, выделенная в контексте архитектуры, может служить критерием
для построения классификации объектов архитектуры, причем именно такая классификация приводит к выделению типов зданий. Однако типология не может определить функцию здания на весь срок его жизни. Причины и характер перемены функции при этом могут быть различны и подчас совершенно неожиданны - так, в истории современной архитектуры особо известен пример театра в Детройте, переделанного под автостоянку. Американский исследователь С. Брэнд в своей книге «Как здания учатся» в этой связи выделяет шесть основных структур здания, имеющих, по его оценке, разные скорости трансформации [3]. Именно эта работа совпадает по своему названию с содержанием функционирования ИЗ. Австрийский исследователь М. Плотэгг вместо замещения или трансформации функции выдвигает в рамках своей концепции «гибридной архитектуры» тезис о наложении функций, позволяющем значительно интенсифицировать использование пространства [4].
Начиная с 1990-х годов по всей Европе прокатилась волна громких социально значимых проектов рефункционализации промышленных объектов и территорий. Она не завершена и по сей день, причем эта тенденция распространяется не только на крупные, но и на достаточно мелкие объекты - отдельные квартиры, мастерские художников и архитекторов.
Производственные здания имеют собственную типологию, которая специфическим образом эволюционировала (от «пространства машины» к «универсальному пространству»). Характер новой функции, как правило, зависит от типа бывшего производственного здания. Художественные галереи и выставочные помещения удачно вписываются в пространства зального характера (машинные залы электростанций, аналогично - помещения вокзалов), а многоэтажные промздания с однотипной структурой лучшим образом перепрофилируются в офисные, торговые и многофункциональные комплексы.
Отдельный интерес вызывают здания, представляющие собой примеры нового использования объектов транспортной и производственной инфраструктуры - элеваторов, газгольдеров, портовых сооружений и железнодорожных эстакад. Как правило, эти проекты демонстрируют больший диапазон применяемых архитекторами приемов формообразования. Примеры привнесения жилой
функции в бывшие промышленные и транспортные объекты не так многочисленны и поэтому тем более интересны. Жилая функция наиболее требовательна. Чаще всего речь идет не об использовании предыдущих зданий, а о комплексном освоении территории, которая раньше использовалась как-то иначе; при этом функцию меняет не здание, а целая территория. Имеет смысл отдельно рассматривать, на какие категории людей рассчитано данное жилье, при этом интерес представляет отношения человека к нетипичной среде обитания. Именно для таких случаев переустройство систем автоматизации ИЗ становится выходом из создавшегося положения.
Рассмотрение вопросов взаимоотношения первоначальных и привнесенных функций объекта, основанное на понимании конструкта функции в архитектуре, с одной стороны, дает ключ к дальнейшим исследованиям возможностей размещения жилых и общественных функций в пространствах, ранее обусловленных доминированием иных функций, а с другой - определяет направления обеспечения стабильности характеристик пространств, сформированных средствами ИЗ.
Проведем оценку переустройства функций зданий с использованием технологий ИЗ, сводящуюся к переустройству собственно ИЗ. Задача функционального переустройства интеллектуальных зданий (ИЗ) включает в себя и проблему дополнения и расширения существующих функций ИЗ, что требует оценки затрат на наполнение объекта новой функцией. Для этого на всем множестве параметров ИЗ в пространстве Р необходимо задать область О(Е), включенную в Р, внутри которой ИЗ может выполнять желаемую функцию ^ с качеством К(О). Находя минимальное значение затрат на такое изменение параметров ИЗ (точка Х в пространстве Р на представленном рисунке), что качество выполнения желаемой функции К(Х) не меньше заданного К', получаем решение поставленной задачи (рисунок).
Однако в реальных приложениях не известна ни зависимость затрат на переход от одной точки в пространстве параметров Р к другой, ни сама функция качества К^) и терминальное значение К ', ни область О(Е). Да и осуществление длительных расчетов в многомерном пространстве параметров ИЗ Р будет непреодолимо даже для современной вычислительной техники.
Графическое представление постановки задачи оценки затрат наполнения объекта новой функцией
Нахождение указанных функций является само по себе сложной нетривиальной задачей, но применение полученных знаний на практике натолкнется также на то, что попытка получить подробное описание приведет к увеличению размерности пространства параметров Р, а это ведет с степенному росту сложности задачи.
Для решения проблемы может быть использована следующая модель. Будем искать решение проблемы в условиях, когда область параметров О(Р) задана фреймом, т.е. структурированной информацией, определяющей объект, в простейшем случае -списком требований к ИЗ, а функция качества К(Х) является ступенчатой, принимающей значение 1 на G(F) и 0 вне этой области:
0, если X ^ G(^),
1,еслиX с G(^).
Тогда задача решается следующим образом: вначале находим теоретико-множественную
разность двух множеств - множества параметров конкретного ИЗ Мь и множества требований к ИЗ Мс, накладываемых выполнением желаемой функции. Затем, имея список различий в параметрах, которые следует устранить, вычисляем затраты приведения параметров к желаемым. При этом необходимо учесть, что стоимость не является аддитивной функцией затрат на приведение «в норму» отдельных параметров, а может (причем существенно) зависеть от порядка их «нормализации». Поэтому для вычисления минимальных затрат необходимо рассмотреть все возможные пути приведения параметров к желаемым, воспользовавшись, например, методом динамического программирования Беллмана.
Метод динамического программирования дает возможность заменить перебор всех вариантов определенной системой действий, при которых отыскание экстремума многих переменных заменяется многократным отысканием экстремума функции одной переменной. Оптимизируемый процесс разделяется на ряд последовательных шагов, и производится оптимизация каждого шага. Для решения данной задачи воспользуемся рекуррентным уравнением Беллмана, записав его для нашей задачи следующим образом:
(к-1 )= тах {/к (хк) + 2*к+1 (к).
°<Хк <хк-1
Алгоритм выбора оптимального зонального расположения устройств и приборов здания состоит из двух основных этапов.
На первом этапе пошагово выбираются условные максимумы и условные оптимальные управления.
На втором этапе идет безусловная оптимизация так, чтобы выбираемое решение соответствовало принципу Беллмана: каково бы не было начальное состояние на любом шаге и управление, выбранное на этом шаге, последующие управления должны выбираться оптимальными относительно состояния, к которому придет система в конце данного шага.
Примером может служить решение задачи об оптимальном распределении энергии между осветительными приборами здания, чтобы создать максимальную освещенность в заданном месте жилища. Такая задача была решена ранее в работе [6]. Было показано, что интеграция приборов, осуществляющих функцию «освещения», позволила путем подстройки режимов функционирования получить функцию «фокусировки» системы приборов. Таким образом, ориентация функционирования здания на «потребителя», обоснованная «комплексотехническим» [5] принципом, достигается интеграцией оборудования в интеллектуальном здании, путем реализации дизайна функций оборудования различного вида.
Настоящая статья расширяет применение разработанного подхода на распределение любых функций здания. Управлением приборов можно достигать требуемых распределений параметров -
сформированных за счет дизайна температурных полей, воздушных потоков, звука (технология «мультирум») и др.
Таким образом, приведены доказательства управляемости параметров жилища за счет применения информационных технологий «интеллектуального здания», а также подтверждена возможность переустройства систем автоматизации, задействованных в реализации взаимодействия и взаимовлияний функций в одном здании.
Исследование выполнено при поддержке гранта РГНФ №11-02-00635а.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волков Е. М. Здание, функция и другая функция: замещение, трансформация, наложение // Архитектон: Изв. Вузов. Вып.2б. archvuz.ru.
2. Иконников А. В. Функция, форма, образ в архитектуре. М.: Стройиздат. 198б.
3. Brand, S., How Buildings Learn: What Happens After They’re Built / S. Brand. New York: Viking press. 1994.
4. Wolff-Plotegg M. Hybrid Architektur & Hyper Funktionen / M.Wolff-Plotegg, - Wien: Passagen, 2QQQ.
5. Мохов А. И. Отличие в подходе системотехники и ком-плексотехники к созданию технических систем // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2Q11. Т. 7. № 1. С.41 - 44.
6. Мохов А. И. и др. Автоматизированная система интеграции функциональных зон строений в САПР объектов строительства // Промышленное и гражданское строительство. 2QQ4. № б/2. С.31 - 34.
Поступила 07.07. 2011 г.
