Разработка алгоритма и автоматизированной программы оптимизации выбора метода бестраншейного восстановления напорных и безнапорных трубопроводов

Орлов Владимир Александрович; Зоткин Сергей Петрович; Орлов Евгений Владимирович; Малеева Анна Владимировна

УДК 628.14

В.А. Орлов, С.П. Зоткин, Е.В. Орлов, А.В. Малеева

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА И АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПРОГРАММЫ ОПТИМИЗАЦИИ ВЫБОРА МЕТОДА БЕСТРАНШЕЙНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАПОРНЫХ И БЕЗНАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Приведено описание факторов, влияющих на выбор оптимального метода реновации напорных и безнапорных трубопроводов, представлены алгоритм программы, входная и выходная информация для пользователя, последовательность работы с программой, приведены результаты расчета по определению оптимального метода реновации из набора рассматриваемых.

Ключевые слова: факторы, оптимизация, алгоритм, ограничения, автоматизированная программа, параметры, трубопровод, методы реновации, бестраншейные технологии.

Наряду с выбором объекта реновации (участка сети) определение оптимального метода его бестраншейной реконструкции остается на сегодняшний день весьма сложной задачей, так как требует оценки значительного количества факторов, среди которых в первую очередь следует учитывать стоимость производства работ С, технологическую продолжительность процесса Т, а также временной В, технический Д и гидравлический Г факторы. Учет всех перечисленных выше факторов требует выявления их некоторого средневзвешенного показателя, который бы стал критерием выбора оптимального метода реновации. В свою очередь наличие значительного объема информации требует разработки автоматизированной программы расчета по выбору оптимального решения из предложенных.

Расшифровка факторов и пояснение термина средневзвешенного показателя представлены ниже [1, 2].

Стоимостной показатель С: стоимость строительно-ремонтных работ на 1 п. м трубопровода (например, тыс. р.) для соответствующего метода бестраншейной реабилитации и определенного диаметра; средневзвешенный стоимостной показатель К, = С / Сср, где Сср — усредненное (среднее арифметическое) значение стоимости всех подлежащих рассмотрению вариантов бестраншейного восстановления трубопроводов.

Технологический показатель Т: продолжительность полного цикла работ (сут) при длине рабочего участка 100 м для соответствующего метода бестраншейной реабилитации и определенного диаметра; средневзвешенный технологический показатель Кт = = Т / Тср, где Тср — усредненное (среднее арифметическое) значение продолжительности полных циклов работ всех подлежащих рассмотрению вариантов бестраншейного восстановления трубопроводов.

Временной показатель В: частота проведения последующего ремонта (замены) трубопровода (1/год) при реализации соответствующего метода бестраншейного восстановления, т.е. величина обратная сроку службы восстановленного трубопровода; средневзвешенный эксплуатационный показатель Кв = В / Вср, где Вср — усредненное (среднее арифметическое) значение частот проведения ремонта (замены) всеми подлежащими рассмотрению вариантами бестраншейного восстановления трубопроводов.

Технический показатель Д: потери диаметра, %, при проведении соответствующего метода бестраншейного ремонта трубопроводов; средневзвешенный технический показатель Кд = Д / Дср, где Др — усредненное (среднее арифметическое) значение потерь диаметра всеми подлежащими рассмотрению вариантами бестраншейного восстановления трубопроводов.

181

Гидравлический показатель Г: величина, обратная важнейшему параметру водо-отводящих сетей — коэффициенту Шези (в случае ремонта безнапорных сетей) или коэффициенту гидравлического трения X (в случае ремонта напорных сетей).

Под средневзвешенным суммарным значением показателей для каждого рассматриваемого варианта понимается сумма Е (К, + Кт + Кв + Кд + Кг). Как указывалось выше, минимум средневзвешенного суммарного значения показателей рассматриваемого варианта бестраншейной реновации определяет его приоритет по отношению к другим.

На основе изложенных выше теоретических предпосылок были составлены алгоритм автоматизированной программы и сама программа. В частности, алгоритм предусматривает наличие входной и выходной форм, где представляется информация: о ремонтном участке трубопровода с конкретными сведениями о диаметре и материале изготовления трубопровода, режиме движения жидкости в нем (напорный или безнапорный) и степени повреждения (нарушение или ненарушение несущей способности трубопровода);

методах бестраншейной реновации, соответственно характерных для напорных или безнапорных трубопроводов.

В алгоритме расчета оптимальных параметров заложены циклы ограничений: внешний, где отсекаются методы реновации по восстанавливаемому диаметру трубопровода, если он не входит в интервал диаметров, соответствующих тому или иному методу реновации из числа рассматриваемых;

первый внутренний, где отсекаются методы реновации по материалам, т.е. металлические или неметаллические трубопроводы;

второй внутренний, где отсекаются методы реновации по степени повреждения, т.е. несущая способность нарушена и несущая способность не нарушена;

третий внутренний цикл оптимизации по минимальному средневзвешенному показателю. Автоматизированная программа расчета с условным названием «РЕМОНТ 2011» позволяет на основании исчерпывающей информации о диапазонах и возможностях, задействованных к рассмотрению методов бестраншейной реновации, определить наиболее эффективный вариант восстановления. В задачи автоматизированной программы входит также построение в автоматизированном режиме гистограмм, иллюстрирующих пять указанных выше показателей оптимального метода бестраншейной реновации.

Программа построена таким образом, чтобы она смогла являться своеобразным каталогом (базой данных) всех бестраншейных технологий, используемых для восстановления как водопроводных, так и водоотводящих сетей.

При выводе на дисплей автоматизированная программа включает в качестве базовой информации четыре вкладки, отражающие паспортные данные и другую информацию, в частности: диаметры, режим работы трубопровода, материал изготовления и степень повреждения (рис. 1). Под вкладками расположено окно «Циклы оптимизации по» с пятью позициями, соответствующими факторам С (1), Т (2), В (3), Д (4) и Г (5).

Рис. 1. Диалоговое окно программы оптимизации выбора метода бестраншейного восстановления напорных и безнапорных трубопроводов

182

/ББИ 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 4

В нижней части экрана представлены строчная буквенная информация по методам бестраншейной реновации и цифровая информация по параметрам, входящим в циклы ограничений: диапазонам диаметров, кодам материала изготовления и степени повреждений, а также конкретным данным по факторам 1—5.

Над информацией о методах реновации имеются кнопки «Показать», «Все методы» и «Только допустимый», а также «Правка», «+» и «-».

В правой стороне экрана расположены кнопки «Выходная форма», предполагающая распечатку выходной информации, и «Гистограмма».

Для выхода из программы предусмотрена кнопка «Закрыть программу».

Работа с программным комплексом включает следующую последовательность операций:

1) производится заполнение верхних четырех вкладок, т.е. указываются диаметр, режим работы трубопровода, материал изготовления и степень повреждения; после внесения информации автоматически производится корректировка в окне «Циклы оптимизации»;

2) перед проведением операций по внесению изменений, дополнений по тому или иному методу производится нажатие на кнопку «Все», а затем «Показать»; когда необходимо просмотреть только оптимальный вариант реновации, следует нажать кнопку «Только допустимый» и потом «Показать»;

3) для операций по правке сведений в методах реновации или введения новых методов (режим корректировки базы данных) нажимается кнопка «Правка» и в крайнем левом столбце напротив искомого метода реновации ставится черная метка; далее вносится вся буквенная и цифровая информация по соответствующему методу; любое изменение информации подтверждается нажатием кнопки «Применить», которая автоматически появляется на месте кнопки «Показать» при работе программы в режиме корректировки методов; при необходимости отмены правки нажимается кнопка «Отменить», которая также автоматически появляется в режиме корректировки базы данных;

4) при необходимости внесения в базу данных нового метода нажимается кнопка «+» и появляется новая строка с названием «Новый метод»; напротив него ставится черная метка и производится внесение буквенной и числовой информации; после внесения информации нажимается кнопка «Подтвердить»;

5) для удаления из базы данных вновь введенного или какого-либо другого введенного ранее метода реновации напротив него ставится черная метка и нажимается кнопка «-», после чего подтверждается или опровергается команда на удаление;

6) для распечатки выходной информации, гистограммы нажимаются соответствующие кнопки «Выходная форма» или «Гистограмма».

На рис. 2 в качестве примера работы автоматизированного комплекса представлена результирующая гистограмма для оптимального метода реновации трубопроводной сети.

Протаски вание I II йкм11 предварительна сжатой

ПОЛИ МСрНОЙ Т рубы (( НСЙИЖ . III мнши}

Средневзвешенные EiOKa.iare.iiH бестраншейных

Mil O.IUII

Рис. 2. Гистограмма оптимального метода реновации участка водопроводной сети

Краткие выводы. 1. Для исследователей, проектировщиков и специалистов строительных и эксплуатационных организаций разработана автоматизированная программа выбора оптимального метода бестраншейной реновации напорных или безнапорных трубопроводов.

2. По результатам работы программы представлена гистограмма, отражающая стоимость производства работ, технологическую продолжительность процесса, временной, технический и гидравлический факторы оптимального метода бестраншейной реновации, для которого характерен наименьший средневзвешенный показатель.

Библиографический список

1. Храменков С.В., Орлов В.А., Харькин В.А. Оптимизация восстановления водоотводящих сетей. М. : Стройиздат, 2002. 160 с.

2. Орлов В.А. Строительство и реконструкция инженерных сетей и сооружений // Академия. 2010. 301 с.

Поступила в редакцию в январе 2012 г.

Об авторах: Орлов Владимир Александрович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водоснабжения, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, orlov950@yandex.ru;

Зоткин Сергей Петрович — кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной математики и информатики, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, spzot-kin@mtu-net.ru;

Орлов Евгений Владимирович — кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, viv-k@yandex.ru;

Малеева Анна Владимировна — магистрант кафедры водоснабжения, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, anuta_lutic@mail.ru.

Для цитирования: Разработка алгоритма и автоматизированной программы оптимизации выбора метода бестраншейного восстановления напорных и безнапорных трубопроводов / В.А. Орлов, С.П. Зоткин, Е.В. Орлов, А.В. Малеева // Вестник МГСУ. 2012. № 4. С. 181—185.

V.A. Orlov, S.P. Zotkin, E.V. Orlov, A.V. Maleeva

DEVELOPMENT OF THE ALGORITHM AND THE COMPUTER-AIDED PROGRAMME FOR OPTIMIZATION OF THE PROCESS OF SELECTION OF THE TRENCHLESS METHOD OF RENOVATION OF PRESSURE AND PRESSURE-FREE PIPELINES

The factors of impact onto the process of selection of the optimal method of renovation of pressure and pressure-free pipes are considered in the article. The programme algorithm, input and output user information, the sequence of actions within the framework of the user-to-software interaction are presented, and the optimal renovation method is provided. The software programme is designated for researchers, designers and specialists of construction companies and design firms.

The output data are arranged as a bar chart that covers the cost of work, the timing of work, as well as the time, technology and hydraulics-related factors that impact the choice of a trenchless renovation method characterized by the smallest average-weighted indicator.

Key words: factors, optimization, algorithm, limits, computer-aided programme, parameters, pipeline, renovation methods, trenchless technologies.

References

1. Khramenkov S.V., Orlov V.A., Khar'kin V.A. Optimizatsiya vosstanovleniya vodootvodyashchikh setey [Optimization of Repair of Water Disposal Networks]. Moscow, Stroyizdat Publ., 2002, 159 p.

184 /SSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 4

2. Orlov V.A. Stroitel'stvo i rekonstruktsiya inzhenernyh setey i sooruzheniy [Construction and Restructuring of Engineering Networks and Structures]. Akademiya Publ., 2010, 301 p.

About the authors: Orlov Vladimir Aleksandrovich, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; orlov950@yandex.ru;

Zotkin Sergey Petrovich, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; spzotkin@mtu-net.ru;

Orlov Evgeniy Vladimirovich, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Ya-roslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; viv-k@yandex.ru;

Maleeva Anna Vladimirovna, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; anuta_lutic@mail.ru.

For citation: Orlov V.A., Zotkin S.P., Orlov E.V., Maleeva A.V. Razrabotka algoritma i avtomatiziro-vannoy programmy optimizacii vybora metoda bestransheynogo vosstanovleniya napornykh i bez-napornykh truboprovodov [Development of the Algorithm and the Computer-Aided Programme for Optimization of the Process of Selection of the Trenchless Method of Renovation of Pressure and Pressure-Free Pipelines]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no. 4, pp. 181—185.

БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ. ГЕОЭКОЛОГИЯ

УДК 621.039

И.В. Калиберда, Ф.Ф. Брюхань*

ФБУ «НТЦЭнергобезопасность», *ФГБОУ ВПО «МГСУ»

ДИСТАНЦИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЦИОННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ С ПОМОЩЬЮ БЕСПИЛОТНОГО ДОЗИМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Радиационный мониторинг территорий, на которых расположены объекты использования атомной энергии, как правило, выполняется с помощью стационарных систем измерения гамма-излучения. Радиационно-опасные объекты должны отвечать требованиям безопасности в нормальных условиях эксплуатации и в случае радиационных аварий. Поэтому используемые в настоящее время во многих областях радиоактивные материалы должны подвергаться строгому регламенту эксплуатации.

Учет и контроль применения радиоактивных материалов, их правильная эксплуатация, соблюдение правил и мер безопасности сводят к минимуму их радиационное воздействие на окружающую среду. Потеря профессионального контроля над ними (различные нештатные и аварийные ситуации, утери при перевозках, хищения) может привести к серьезным последствиям.

Одним из наиболее эффективных методов радиационной разведки в районах, пострадавших от радиоактивного загрязнения, а также поиска радионуклидных источников, является измерение приземного гамма-излучения с помощью измерительного оборудования, установленного на борту беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Основным преимуществом использования БПЛА в качестве носителя оборудования для измерений ионизирующего излучения является его приемлемая стоимость. На БПЛА также может быть размещено оборудование для визуального наблюдения источников различных опасностей.

Приведены результаты разработки и испытаний беспилотного дозиметрического комплекса, предназначенного для дистанционного измерения приземного гамма-излучения. Рассмотрена возможность оценки мощности источника и поля концентраций радионуклидов. Отмечается, что технология дистанционного сканирования местности может использоваться также при производстве инженерно-экологических изысканий, техническом обследовании состояния зданий и сооружений, выявлении очагов пожаров, фотосъемке высоковольтных линий и других объектов, расположенных в труднодоступных местах.

Ключевые слова: гамма-излучение, дистанционные измерения, беспилотный летательный аппарат, радиационная безопасность, радиационный мониторинг, атмосферная дисперсия, инженерно-экологические изыскания.

Строительство объектов атомной энергетики, использование атомной энергии в мирных и оборонных целях, применение источников ионизирующего излучения в различных отраслях привело к тому, что одной из важнейших составляющих национальной безопасности страны становится обеспечение ядерной и радиационной безопасности.

Радиационный мониторинг территорий, на которых размещаются объекты использования атомной энергии, как правило, выполняется с использованием стационарных систем измерения гамма-излучения. Радиационно-опасные объекты должны отвечать требованиям безопасности в нормальных условиях эксплуатации и в случае радиационных аварий на объектах.

Учет и контроль радионуклидных источников, обеспечение их безопасной эксплуатации и вывода из эксплуатации после истечения срока службы, соблюдение правил и норм безопасности позволяют свести к минимуму их радиационное воздействие на окружающую среду. Потеря профессионального контроля над ними (различные непредвиденные чрезвычайные ситуации, связанные с их утерей или хищением, нарушением герметичности) могут привести к серьезным последствиям.