Учебное пособие. М.: «Архитектура С»

20.01.2013 
1 
УГНТУ 
СТРОИТЕЛЬНАЯ 
ИНФОРМАТИКА
 

20.01.2013 
2 

Золотов А.Б., Акимов П.А., Сидоров В.Н., Мозгалева 
М.Л. Информатика в строительстве. Учебное пособие. 
– М.: «Архитектура – С», 2010. 

Присекин В.Л., Расторгуев Г.И. Основы метода 
конечных элементов в механике деформируемых тел. 
Учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. 

Ращепкин А.К.  Салагаев В.Б.  Методы  
вычислительной  математики  для  решения  
инженерных  задач:  Учебное  пособие. – Уфа: Изд-во  
УГНТУ, 2005. 

Бахвалов Н.С., Корнев А.А., Чижонков Е.В. 
Численные методы. Решения задач и упражнения. – 
М.: Дрофа, 2009.   
Литература
: 

20.01.2013 
3 
Строительная 
информатика 
изучает 
методы, модели, процессы 
и системы для того вида 
информации, содержание и 
передача которой 
является типичной и 
практически важной для 
строительства. 

20.01.2013 
4 
Она основана на концепции, 
что эффективное 
использование компьютеров 
является необходимой 
составляющей всех отраслей 
строительства, таких как 
расчет и проектирование 
конструкций, управление 
строительством, 
транспортные системы и др. 

20.01.2013 
5 

численные методы для анализа поведения 
конструктивных систем здания; 

геометрические методы автоматизированного 
проектирования (CAD-системы); 

методы оптимизации для проектирования 
строительных объектов; 

стохастические методы оценки надежности и 
безопасности; 

методы, основанные на теории графов для 
организации и контроля процессов в 
строительстве. 
Примеры  методов  строительной 
информатики: 

20.01.2013 
6 

конечно-элементные модели для 
конструктивных, геотехнических и 
гидротехнических расчетов; 

CAD-
модели для описания проектируемых и 
возведенных объектов; 

модели для транспортных систем и 
строительных площадок; 

модели управления недвижимостью для 
эксплуатации зданий. 
При помощи методов в каждой 
отрасли строительства создаются и 
управляются модели, например: 

20.01.2013 
7 

процессы планирования проекта; 

процессы проектирования зданий и сооружений; 

процессы расчета конструкций; 

процессы управления строительством; 

процессы приемки здания; 

процессы контроля качества работ. 
Процессы строительной информатики 
описывают изменения в моделях. 
Примеры по отраслям строительства: 

20.01.2013 
8 
Компьютерные технологии 
переводят теоретические 
методы строительства в 
практические. Существуют 
математические 
формулировки основных 
логических, физических и 
организаторских задач 
строительства. 

20.01.2013 
9 
Эффективное применение 
компьютеров начинается с 
формулирования на 
компьютерном языке 
инженерных задач и 
продолжается разработкой 
единой схемы модели, 
алгоритмов и 
пользовательского 
интерфейса. 

20.01.2013 
10 
Примером такого подхода 
является переход от 
множества классических 
методов расчета 
стержневых систем к 
моделям, алгоритмам и 
визуализациям 
метода 
конечных элементов
. 

20.01.2013 
11 
Развитие метода конечных 
элементов представляет 
собой лишь малую часть 
процесса, ведущего к 
фундаментальным 
изменениям в строительной 
науке и практике. 

20.01.2013 
12 
Комплексность современной 
инженерной деятельности 
приводит к необходимости 
осваивать средства и 
методы обработки 
информации для их 
применения в принятии 
инженерных решений. 

20.01.2013 
13 
Существует множество 
прикладных программ для 
строительства, позволяющих 
выполнить расчеты и 
визуализировать их 
результаты. Практически нет 
ограничений по расчету 
сооружений любой сложности – 
в статике и динамике, в 
упругой и неупругой стадиях 
работы. 

20.01.2013 
14 
Широкое применение находят 
автоматизированные системы 
проектирования (САПР). 
Автоматизация повышает 
качество работ, снижает 
материальные затраты, 
сокращает сроки 
проектирования, увеличивает 
производительность труда 
инженерно-технических 
работников. 

20.01.2013 
15 
Новые информационные 
технологии позволяют 
унифицировать нормативную 
и информационную базу 
проектирования, организовать 
международную техническую и 
экономическую кооперацию с 
применением единых методов, 
алгоритмов и программ. 

20.01.2013 
16 
Информация в 
проектировании и управлении 
строительством 

20.01.2013 
17 
В широком смысле 
информацию
 
следует понимать как любые 
сведения об объектах и 
процессах в окружающем 
мире, отраженные и 
зафиксированные каким-либо 
способом и необязательно 
понятные человеку. 

20.01.2013 
18 
В широком смысле 
информацию
 
следует понимать как любые 
сведения об объектах и 
процессах в окружающем 
мире, отраженные и 
зафиксированные каким-либо 
способом и необязательно 
понятные человеку. 

20.01.2013 
19 

Информация для широкой общественности (не 
требует её специальной подготовки); 

Информация для узких специалистов (может 
быть понятна только людям, имеющим 
профессиональную подготовку в определенной 
отрасли науки и техники). Она может быть 
секретной, предназначенной для определенного 
и ограниченного круга лиц; 

Зашифрованная информация (например, еще не 
познанная человеком). 
По степени доступности для человека 
информацию можно разделить на три 
разновидности: 

20.01.2013 
20 
В современном мире информация 
является главным потенциалом 
научно-технического и социально-
экономического развития 
общества. С информационных 
позиций сегодня рассматриваются 
проблемы разных отраслей науки и 
техники, в том числе 
строительства. 

20.01.2013 
21 
Информационная основа - важная 
составляющая сферы 
строительства. Каждый 
строительный объект имеет  
жизненный цикл, включающий в 
себя этапы проектирования, 
подготовки производства и 
возведения объекта, его 
последующей эксплуатации, 
модернизации и возможной 
ликвидации объекта.   
  

20.01.2013 
22 
Каждый из этапов может быть 
разделен на отдельные стадии, 
имеющие количественные и 
качественные параметры и 
характеристики. Именно такой 
подход позволяет достаточно 
адекватно моделировать создание 
объекта в виде строительного 
производственного процесса, 
имеющего достаточно 
разветвленную структуру.   
  

20.01.2013 
23 
Организация информационного 
пространства объекта, поэтапно 
формируемая в процессе его 
жизненного цикла, требует сегодня 
значительных затрат, часто 
сопоставимых со стоимостью 
материальных ресурсов на 
строительство самого объекта.   
  

20.01.2013 
24 
С позиций информационного 
подхода в структуру жизненного 
цикла объекта входят следующие 
информационные процессы: 

изучение рынка; 

принятие решений в ходе тендеров и 
конкурсов; 

накопление и обработка информации; 

коммуникации; 

управление качеством; 

обеспечение инженерной и экологической 
безопасности. 

20.01.2013 
25 
В последние годы появилось новое 
название процессов, относящихся к 
информационной сфере 
производства, - 
бизнес-процессы
, 
что характеризует строительную 
систему как совокупность 
материальных и информационных 
элементов с учетом воздействия 
на нее технологических и 
экономических факторов внешней 
среды.   
  

20.01.2013 
26 
Процессы проектирования и 
возведения объекта часто 
выполняются параллельно, что 
определяет необходимость 
интенсивного обмена результатами 
работы между проектными и 
строительными организациями, 
включая подрядчиков, поставщиков и 
других участников проекта, 
зачастую удаленных друг от друга и 
использующих разные программные 
средства.  

20.01.2013 
27 
Взаимодействие участников 
может быть эффективным, 
только если оно базируется на 
единой 
информационной модели 
объекта
. 

20.01.2013 
28 
Создание информационных систем, 
поддерживающих жизненный цикл 
строительных объектов, сегодня 
ведется в рамках концепции 
CALS
 
(Continuous Acquisition and Life cycle 
Support - 
непрерывные поставки и 
информационная поддержка 
жизненного цикла продукции). 

20.01.2013 
29 
Первая часть - 
непрерывные 
поставки
 
означает непрерывность 
информационного взаимодействия 
с заказчиком в ходе формализации 
его потребностей, формирования 
заказа, процесса поставки и т.д. 
Вторая часть - 
поддержка 
жизненного цикла
 - 
означает 
системность подхода к 
информационной поддержке всех 
процессов жизненного цикла 
продукции. 

20.01.2013 
30 
CALS-
технологии базируются на 
международных и национальных 
CALS-
стандартах. Они определяют 
формат и содержание 
информационных моделей 
продукции, ее жизненного цикла и 
производственной среды. 

20.01.2013 
31 
Стандартизация конструкторско-
технологических данных 
позволяет решить проблему 
обмена информацией между 
участниками кооперации, 
оснащенными разными системами 
проектирования, а также 
возможность оперативной 
передачи функций одного 
подрядчика другому. Это особенно 
важно для продукции с длительным 
жизненным циклом. 

20.01.2013 
32 
В рамках CALS создается 
виртуальный строительный 
объект, виртуальная стройка или 
виртуальное строительное 
предприятие. Оно не является 
юридическим лицом, но 
характеризуется единым 
информационным пространством, 
обеспечивающим, совместное 
использование информации. 

20.01.2013 
33 
Опыт внедрения CALS-
технологий на зарубежных 
предприятиях показывает, что: 
−
затраты на проектирование сокращаются 
на 20%; 
−
время вывода новых услуг на рынок 
сокращаются на 55%; 
−
затраты на подготовку технической 
документации сокращаются на 40%; 
−
затраты на разработку эксплуатационной 
документации сокращаются на 30%. 

20.01.2013 
34 
Разработка проектно-сметной 
документации представляет собой 
процесс создания информационной 
модели объекта строительства. 
При проектировании происходит сбор 
и обработка информации, энтропия 
модели как мера неопределенности ее 
состояния уменьшается по 
мере накопления в модели необходимой 
информации и становится 
минимальной к моменту готовности 
документации. 

20.01.2013 
35 
Например, определим энтропию по 
формуле Шеннона для процесса 
формирования модели строительных 
конструкций. 
Имеем два несовместных события:  

условия прочности и эксплуатационной 
пригодности удовлетворяются с 
вероятностью, равной величине 
надежности конструкций  
P
. 

условия не выполняются с вероятностью 
противоположного события 
1–P
  
(риск 
модели от несоблюдения условий 
предельного состояния строительных 
конструкций). 

20.01.2013 
36 
Для группы из двух событий получим 
энтропию (меру неопределенности) 
H = – P Ln(P) – (1–P) Ln(1–P) 
0,2 
0,8 
0,6 
0,4 
Эн
тропия
  
H
 
0            0,2           0,4           0,6          0,8           1,0 
            
Надежность   P  

20.01.2013 
37 
Левая часть графика при 
P = 0÷0,5 
характеризует неопределенность 
состояния системы относительно 
нарушения условия надежности.  
Правая часть графика при 
P = 0,5÷1 
характеризует состояние, в котором 
условие прочности выполняется, и 
при 
P = 1, H = 0 
 
надежность 
конструкции обеспечена абсолютно 
достоверно. 

20.01.2013 
38 
Для снижения энтропии и 
повышения надежности в модель 
системы необходимо ввести 
дополнительную информацию, 
например, сведения, повышающие 
достоверность исходных 
данных, сведения о 
дополнительных ресурсах 
прочности конструкций, 
о конкретных условиях их работы и 
условиях загружения. 

20.01.2013 
39 
Действующими нормами 
предусмотрено наполнение 
информацией модели 
строительных конструкций до тех 
пор, пока уровень их надежности 
станет не ниже 0,999. 

20.01.2013 
40 
При решении проблем 
проектирования и управления 
строительством количество 
информации 
J
 
удобно представлять 
в форме   
J =
 
C V
D
, 
где  
C
 
– коэффициент 
содержательности информации;  
V
D
 
– объем данных для 
проектирования. 

20.01.2013 
41 
Содержательность или ценность 
информации определяет лицо 
принимающее решение на основе 
экспертных оценок этой 
информации. 

20.01.2013 
42 
Процесс наполнения модели объекта 
информацией часто  удобнее 
оценивать не энтропией, а степенью 
готовности модели к моменту времени 
t 
 
 
 
где 
J(t)
 
– объем полезной информации 
в готовой части проектно-сметной 
документации к моменту времени 
t
; 
J
0
 
– полный объем информации в 
проекте. 
%),
100
(
)
(
)
(
0


J
t
J
t
Г

20.01.2013 
43 
Эффективность проектирования 
определяется через трудозатраты