CC BY
17
Оригинальная статья / Original article УДК 519
DOI: https://d0i.0rg/l 0.21285/2227-2917-2020-2-220-227
Построение модели комплексного оценивания альтернативных характеристик строительной системы (на примере автотранспортных тоннелей)
© Д.Н. Кривогина, С.В. Алакина, Д.Э. Алакин
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
Резюме: Цель работы - изучение методов оценивания альтернативных характеристик строительной системы (на примере автотранспортных тоннелей). При использовании программного продукта «Джобс-Декон» выполнялось комплексное оценивание строительной системы (на примере автотранспортных тоннелей) на основе иерархических линейных сверток: определение набора существенных характеристик объекта; выполнение перевода значений характеристик объекта (исходя из сложности возведения) из фазового пространства в квалиметрическое; осуществление процедуры ранжирования характеристик объекта и определение взвешенных коэффициентов; построение модели предпочтений и получение комплексной оценки альтернатив характеристик автотранспортных тоннелей. Были получены данные автотранспортного тоннеля с оптимальным набором характеристик, имеющим комплексную оценку 3,30 - «хорошо». Алгоритм построения модели комплексного оценивания альтернативных характеристик строительной системы выделяется субъектно-ориентированным учетом функционального назначения и условий эксплуатации объекта строительства. Разобранный пример выбора оптимальных характеристик автотранспортного тоннеля показывает повышенную степень структурированности системных связей между потребителями объекта и исполнителя объекта, разработкой алгоритмов поиска оптимальных решений в задаче выбора характеристик строительной системы на основе предпочтений заинтересованных лиц в отношении качества готового объекта.
Ключевые слова: строительные системы, оценивание, задача выбора, комплексная оценка, качество готового объекта
Информация о статье: Дата поступления 14 апреля 2020 г.; дата принятия к печати 18 мая 2020 г.; дата онлайн-размещения 30 июня 2020 г.
Для цитирования: Кривогина Д.Н., Алакина С.В., Алакин Д.Э. Построение модели комплексного оценивания альтернативных характеристик строительной системы (на примере автотранспортных тоннелей). Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2020;10(2):220-227. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-2-220-227
Model for integrated assessment of alternative characteristics of a building system (on the example of road tunnels)
Daria N. Krivogina, Svetlana V. Alakina, Denis E. Alakin
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia
Abstract: The study is aimed at investigating existing methods for assessing alternative characteristics of a building system (on the example of road tunnels). Using the Jobs-Decon software, a comprehensive assessment of a road tunnel was carried out based on hierarchical linear convolutions, including determination of the essential characteristics of the object; transition of the obtained characteristics (considering the complexity of the construction) from the phase space to the qualimetric state; ranking of the characteristics and determination of their weighted coefficients; building a preference model and obtaining an integrated assessment of alternative characteristics for the road tunnel under study. Data were obtained for a road tunnel with an optimal set of characteristics, which had an integrated assessment of 3.30 (good). An algorithm for constructing an integrated assessment model of alternative characteristics for a building system should consider the functional purpose and operating conditions of the construction object under study. The analysed example of selecting optimal characteristics for a road tunnel indicates a high degree of structured systemic links between the consumers and the contractor.Algorithms for determining optimal characteristics of a building should consider preferences of the interested parties regarding the quality of the finished object.
ISSN 2227-2917 Том 10 № 2 2020 220 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 220-227 220 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No. 2 2020 _(online)_pp. 220-227
Keywords: construction systems, assessment, selection task, comprehensive assessment, quality of the finished object
Information about the article: Received April 14, 2020; accepted for publication May 18, 2020; avail-able online June 30, 2020.
For citation: Krivogina DN, Alakina SV, Alakin DE. Model for integrated assessment of alternative characteristics of a building system (on the example of road tunnels). Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedviz-himost = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2020;10(2): 220-227. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-2-220-227
Введение
При строительстве объектов для известных условий их эксплуатации и функционального назначения становится возможным выбор наилучшего сочетания технических характеристик, конструктивного исполнения и показателей качества используемых при строительстве материалов1 [1]. В данной работе под строительной системой подразумеваются автотранспортные тоннели, характеризующиеся достаточно точными соответствиями своих характеристик заданным условиям эксплуатации и функциональному назначению при строительстве таких сооружений. Сказанное выше предполагает учет предпочтений экспертов в области строительства, отражающих интересы систем потребителя и производителя такого вида сооружений. Однако возрастающая роль человеческого фактора без использования специальных технологий ослабляет структурные связи между данными системами, что приводит к браку при строительстве или получению конечного продукта с необразцовыми свойствами и, как следствие, к дополнительному привлечению ресурсов строительной отрасли в период эксплуатации сооружения [2]. В связи с чем становится актуальным применение методов субъектно-ориентированного управления и системной инженерии при оценивании и выборе характеристик альтернатив материалов строительной системы, что позволит повысить степень структурированности системных связей между подсистемами строящегося объекта.
Построение модели комплексного оценивания
Процесс формализации требований к строительным системам предлагается строить на основе известных подходов к постановке задач многокритериального выбора и механизмов комплексного оценивания, основанных на матричной свертке, а также проведении оп-
роса экспертов в области строительства [3].
Для решения задачи выбора оптимальной строительной системы на множестве альтернатив предлагается использовать программный продукт «Джобс-Декон». Данный продукт комплексного оценивания строительных систем, в основе которого лежит механизм иерархических линейных сверток, представляет собой определенную последовательность шагов (рис. 1).
В качестве примера представим процедуру построения модели комплексного оценивания характеристик строительной системы (на примере автотранспортных тоннелей) в «Джобс-Декон».
В работах О.Р. Голли, Л.В. Маковский, Н.А. Сула, Б.С. Юшков, О.В. Третьякова и др. подробно рассматривают особенности строительства тоннелей и детально рассматриваются их характеристики [3-13]. Обратимся к литературе данных авторов для определения достаточного количества существенных характеристик, так как одним из значимых параметров оценки качества любого объекта является обеспечение полноты и достоверности выборки его основных параметров.
После определения необходимого и достаточного набора существенных характеристик объекта строительства автотранспортного тоннеля необходимо зафиксировать эти характеристики в программе, указав помимо наименования еще и единицы измерения. Также в данный программный продукт заносятся допустимые интервалы варьирования представляющих для нас интерес характеристик. Это позволит ограничить рынок предложенных материалов до допустимых к применению вариантов в данной предметной области. Данные интервалы назначаются на основе технических расчетов в соответствии с требованиями нормативной документации. Полный перечень характеристик представлен на рис. 2.
Кривогина Д.Н. Информационная система выбора характеристик материалов строительных конструкций. С использованием ассортиментного подхода (на примере тяжелого бетона): автореф. дисс. ... канд. техн. наук. 05.13.01. Пермь, 2019.
2Маковский Л.В., Сула Н.А. Расчет крепи котлованов при строительстве подземных сооружений: учеб. пособие. М.: МАДИ, 2011. 88 с.;
Маковский Л.В., Кравченко В.В., Сула Н.А. Строительство автодорожных и городских тоннелей: учебник / Под ред. проф. Л.В. Маковского. М.: РИОР : Инфра, 2014. 397 с.
Том 10 № 2 2020
с. 220-227 Vol. 10 No. 2 2020 pp. 220-227
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
ISSN 2227-2917
(print) ISSN 2500-154X (online)
Рис. 1. Последовательность выполнения комплексного оценивания объектов «Джобс-Декон» Fig. 1. The sequence of implementation of the comprehensive evaluation of objects "Jobs-Decon"
Рис. 2. Характеристики объекта предметной области Fig. 2. Characteristics of the subject area object
ISSN 2227-2917 222 (print) 222 ISSN 2500-154X _(online)
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
Том 10 № 2 2020
с. 220-227 Vol. 10 No. 2 2020 pp. 220-227
Далее выполняется перевод значений характеристик объекта (исходя из сложности возведения) из фазового пространства в ква-лиметрическое, при помощи построения функций приведения к стандартной шкале комплексного оценивания (к интервалу), дискретные значения стандартной шкалы будут интерпретироваться таким образом: 1 - «неудовлетворительно»; 2 - «удовлетворительно»; 3 -«хорошо» и 4 - «отлично». Данная шкала комплексного оценивания разработана в рамках дисциплины «Технологии субъектно-ориентированного управления».
В качестве примера представим построенные функции приведения для следующих характеристик (рис. 3):
- сложность возведения к рельефу поверхности;
- вид отделки;
- размер поперечного сечения;
- профиль в плане.
На первоначальном этапе задаётся интервал варьирования параметров характеристик. Затем данный интервал условно подразделяется на три части, включающими в себя области соответствия свойств материалов
представлениям об их ожидаемом качестве в рамках решаемой задачи выбора.
В связи с тем, что современные задачи выбора отличаются сложностью по параметрам многофакторности и многоальтернативно-сти, человеку не всегда удается определить наиболее значимые параметры исследуемого объекта, поэтому, в некоторых случаях, имеет целесообразность привлечение группы экспертов для принятия коллективного решения. В рамках решаемой задачи в результате опроса специалистов в области строительства автотранспортных тоннелей, мы осуществляем процедуру ранжирования характеристик объекта предметной области, представленных на рис. 4 и определим взвешенные коэффициенты (рис. 5) для их квантификации.
Выполнив ранжирование характеристик, получаем модель предпочтений.
По завершению процедуры построения моделей предпочтений производится комплексная оценка альтернатив характеристик автотранспортных тоннелей (рис. 6). В качестве примера рассмотрим три проекта разработки автотранспортных тоннелей.
а b
Рис. 3. Функции приведения характеристик: a - сложность возведения к рельефу поверхности; b - вид отделки; c - размер поперечного сечения; d - профиль в плане Fig. 3. Characteristics reduction functions: a - complexity of construction to the relief of the surface; b - type of finishing; c - cross-section size; d - plan profile
В результате чего мы получаем данные автотранспортного тоннеля с оптимальным набором характеристик, который имеет комплексную оценку 3,30, интерпретируемую как «хорошо».
При этом в результате процедуры комплексного оценивания получили наибольшую комплексную оценку бетона: класс - В25; плотность - 2200 кг/м3; морозостойкость - 200 циклов; водонепроницаемость - 10 МПа.
Том 10 № 2 2020 ISSN 2227-2917
1= Ранжирование характеристик
© © © © © ® © © © @>
С©
eg) CS) 0-0 <s> т
Рис. 4. Ранжирование характеристик с учетом экспертных оценок Fig. 4. Ranking of characteristics with regard to expert estimates
1 Б 10.02 J 15)0.06 14 0 04 ' 13 . 0.05 a' 0.05
I
11 0.07
10 009 9 10.11
о о оэмоэобэх>етэи
Щ
iL
Рис. 5. Квантирование характеристик Fig. 5. Quantization of characteristics
Рис. 6. Комплексная оценка трех автотранспортных тоннелей Fig. 6. Comprehensive assessment of three road tunnels
ISSN 2227-2917
(print) ISSN 2500-154X (online)
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
Том 10 № 2 2020
с. 220-227 Vol. 10 No. 2 2020 pp. 220-227
Заключение
Алгоритм построения такого вида модели комплексного оценивания характеристик альтернатив строительной системы выделяется субъектно-ориентированным учетом функционального назначения и условий эксплуатации объекта строительства.
Разобранный пример выбора оптимальных характеристик автотранспортного
тоннеля показывает повышенную степень структурированности системных связей между потребителями объекта и застроищиком объекта, разработкой алгоритмов поиска оптимальных решений в задаче выбора характеристик строительной системы на основе предпочтений заинтересованных лиц в отношении качества готового объекта.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кривогина Д.Н. Оптимизация производства ассортимента строительных материалов на основе методов системной инженерии // Прикладная математика и вопросы управления. 2018. № 2. С. 79-94.
https://doi.org/10.15593/2499-9873/2018.2.05
2. Харитонов В.А., Кривогина Д.Н., Спирина
B.С., Саламатина А.С. Техно-гуманитарный взгляд на проблемы проективного управления в социально-экономических системах // Прикладная математика и вопросы управления. 2020. № 1. С. 140-158.
3. Болеев А.А. Понятие и классификация искусственных дорожных сооружений // Вестник Краснодарского университета МВД России. 2017. № 4 (38). С. 110-113.
4. Голли О.Р. Некоторые условия проектирования и строительства транспортных туннелей в условиях сурового климата // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2012. № 5.
5. Маковский Л.В., Динь В.Т. Исследование осадок поверхности земли при строительстве двух параллельных круговых тоннелей мелкого заложения щитовым методом // Наука и техника в дорожной отрасли. 2017. № 3 (81). С. 21-23.
6. Мухидинов Ф.А., Ниёзов О.Х. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия района туннеля Шар-шар в Таджикистане // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2015. № 1-1.
C. 280-284.
7. Рымаров А.Г., Лушин К.И. Особенности рас-
чета теплового режима линейных подземных сооружений на примере автотранспортного тоннеля // Наука. Строительство. Образование. 2011. № 2. С. 1-4.
8. Фотиева Н.Н., Воронина И.Ю. Исследование влияния сооружения сервисного тоннеля на напряженное состояние обделок параллельных подводных тоннелей // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2015. № 3. С. 125-134.
9. Юшков Б.С., Третьякова О.В., Ребров С.А. Рациональные подходы к проектированию заглубленных транспортных тоннелей в условиях морозного пучения грунтов // Дороги и мосты. 2015. № 2. С. 53-62.
10. Chakeri H., Hasanpour R., Hindistan M.A., Unver B. Analysis of interaction between tunnels in soft ground by 3D numerical modeling // Bull Eng Geol Environ. 2011. Vol. 70. P. 439-448.
11. Zhe Ji, Kangcheng Lu, Chaochao Ma. Classification, Causes of Tunnel Frost Damages in Gold Region and Several New Technologies to Prevent Them // Applied Mechanics and Materials. 2012. Vol. 170-173. P. 1504-1510.
12. Ocak I. A new approach for estimating the transverse surface settlement curve for twin tunnels in shallow and soft soils // Environmental Earth Sciences. 2014. Vol. 72. Iss. 76. P. 23572367.
13. Abdel Salam S., Ata A., Shaalan O., Hammad N. Modeling of TBM Tunnel Construction for the Greater Cairo Metro Line 3 // International Journal of Engineering and Innovative Technology. 2015. Vol. 4. Iss. 10. P. 18-24.
REFERENCES
1. Krivogina DN. Optimization of production of construction materials assortment based on system engineering methods. Applied Mathematics and Control Sciences. 2018;2:79-94. https://doi.org/10.15593/2499-9873/2018.2.05
(In Russ.).
2. Kharitonov VA, Krivogina DN, Spirina VS, Salamatina AS. Techno-humanitarian view on problems of projective management in socioeconomic systems. Applied Mathematics and Control Sciences. 2020. № 1. C. 140-158. https://doi.org/10.15593/2499-9873/2020.1.09
(In Russ.).
3. Boleev AA. The concept and classification of artificial road constructions. Vestnik Krasnodar-skogo universiteta MVD Rossii. 2017;4:110-113. (In Russ.).
4. Golli OR. Some conditions for the design and construction of transport tunnels in a harsh climate. Rekonstruktsiya gorodov i geo-tekhnicheskoe stroitel'stvo. 2012;5. (In Russ.).
5. Makovskiy LV, Dinh Viet Thanh. Investigation of ground surface settlement in construction of twin shallow tunnels by TBM. Nauka i tekhnika v
Том 10 № 2 2020 ISSN 2227-2917
dorozhnoi otrasli = Science and Engineering for Highways. 2017;3:21-23. (In Russ.)
6. Mukhidinov FA, Niezov OKh. Engineering-geological and hydrogeological background of the shar-shar tonnel site in Tajikistan. Vestnik Tadz-hikskogo natsional'nogo universiteta. Seriya estestvennykh nauk. 2015;(1-1):280-284. (In Russ.).
7. Rymarov AG, Lushin KI. Features of thermal behavior calculating of linear buried structures as exemplified by automotive tunnel. Nauka, stroi-tel'stvo, obrazovanie. 2011;2:1-4. (In Russ.)
8. Fotieva NN, Voronina lYu. Researching influence of constructing service tunnel upon lining stress condition of parallel underwater tunnels. Izvestija Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2015;3:125-134. (In Russ.).
9. Yushkov BS, Tret'yakova OV, Rebrov SA. Rational approaches to the design of deep transport
tunnels in conditions of frosty soil heaving. Dorogi i mosty. 2015;2:53-62. (In Russ.).
10. Chakeri H., Hasanpour R., Hindistan M.A., Unver B. Analysis of interaction between tunnels in soft ground by 3D numerical modeling. Bull Eng Geol Environ. 2011 ;70:439-448.
11. Zhe Ji, Kangcheng Lu, Chaochao Ma. Classification, Causes of Tunnel Frost Damages in Gold Region and Several New Technologies to Prevent Them. Applied Mechanics and Materials. 2012;170-173:1504-1510.
12. Ocak I. A new approach for estimating the transverse surface settlement curve for twin tunnels in shallow and soft soils. Environmental Earth Sciences. 2014;72(76):2357-2367.
13. Abdel Salam S., Ata A., Shaalan O., Hammad N. Modeling of TBM Tunnel Construction for the Greater Cairo Metro Line 3. International Journal of Engineering and Innovative Technology. 2015;4(10):18-24.
Критерии авторства
Кривогина Д.Н., Алакина С.В., Алакин Д.Э. имеют равные авторские права. Алакина С.В. несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Сведения об авторах
Кривогина Дарья Николаевна,
кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры строительного инжиниринга и материаловедения,
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет,
614000, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29,
Россия,
e-mail: krivogina@cems.pstu.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6453-3701
Алакина Светлана Витальевна,
магистр,
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет,
614000, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29,
Россия,
Ие-mail: sveta_dmitrieva_92@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8594-0592
Contribution
Krivogina D.N., Alakina S.V., Alakin D.E. have equal author's rights. Alakina S.V. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
The final manuscript has been read and approved by all the co-authors.
Information about the authors
Daria N. Krivogina
Cand. Sci. (Eng.),
Senior Lecturer of the Department Construction
Engineering and Materials Science,
Perm National Research Polytechnic University,
29 Komsomolsky prospekt, Perm 614000, Russia,
e-mail: krivogina@cems.pstu.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6453-3701
Svetlana V. Alakina,
Master Degree,
Perm National Research Polytechnic University, 29 Komsomolsky prospekt, Perm 614000, Russia, He-mail: sveta_dmitrieva_92@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8594-0592
ISSN 2227-2917 Том 10 № 2 2020 226 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 220-227 226 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No. 2 2020 _(online)_pp. 220-227
Алакин Денис Эдуардович,
магистр,
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет,
614000, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29,
Россия,
e-mail: alakin.den@mail.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6598-984X
Denis E. Alakin,
Master Degree,
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia,
29 Komsomolsky prospekt, Perm 614000, Russia,
e-mail: alakin.den@mail.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6598-984X
Том 10 № 2 2020 ISSN 2227-2917
