«Ассоциация московских вузов» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов»
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский государственный университет путей сообщения»
(МИИТ)
Научно-информационный материал
Инновационный бизнес. Информационные технологии, применяемые для
управления строительными процессами. Оценка состояния и развития конъюнктуры сегмента рынка для создания инновационного бизнеса
Состав научно-образовательного коллектива
1. Э.С. Спиридонов, зав. кафедрой, профессор
2. А.В. Полянский, доцент
Москва 2011
1
Актуальность работы
В условиях развития современного транспортного строительства (возведения железных и автомобильных дорог, мостов, путепроводов, эстакад)
актуализируются
задачи
совершенствования
организационно-
технологического проектирования и повышения эффективности управления
строительными процессами. Это объясняется несколькими причинами:
 увеличением объемов строительства транспортных сооружений;
 усложнением строительных процессов вследствие появления новых
материалов и технологий;
 расширением номенклатуры применяемых в строительстве технических средств;
 развитием информационных технологий в области многокритериального анализа проектных решений;
 необходимостью оперативной разработки рациональных организационно-технологических решений (ОТР) как на стадии проектирования, так и
на стадии реализации строительного процесса;
 развитием информационных технологий в области разработки систем поддержки принятия решений для управления производственной ситуацией;
 необходимостью оперативного принятия решений в ходе управления строительными процессами;
 перманентным повышением требований к качеству строительных
процессов.
Цель (задачи)
Перечисленные причины, а также потребности проектных и инжиниринговых организаций определили направление научного исследования, целью которого является создание методологии и, как следствие, программного
обеспечения для разработки модели строительного процесса и последующего
его мониторинга и управления. Программным обеспечением должна явиться
2
интеллектуальная аналитическая система (ИАС) «Интенция», представляющая собой комплекс модулей, направленных на решение следующих задач:
 выбор конструктивных (технических) решений транспортных сооружений, в том числе линейных;
 разработка строительных технологических процессов с учетом использования в строительстве новых строительных материалов и конструкций;
 разработка рациональных организационно-технологических решений в транспортном строительстве;
 синтез расписания строительных технологических операций (работ)
и распределение ресурсов;
 мониторинг качества (надежности) строительных процессов;
 управление организационно-технологической надежностью строительных процессов.
Пути решения
Решение этих задач основано на разработке теоретических положений,
лежащих в основе механизмов обработки данных нормативно-технической
базы, результатов инженерных изысканий, технического проектирования
транспортных сооружений. Параллельно с этим, по мере формирования математических моделей ведется программирование ИАС «Интенция».
В настоящее время теоретически обоснованы такие механизмы обработки данных, как:
 выбор конструктивных (технических) решений для линейных объектов транспорта с использованием экспертных технологий и нечеткой логики;
 разработка организационно-технологических решений на уровне
простого процесса с использованием комбинированного интеллектуального
подхода (экспертной системы, искусственных нейронных сетей, эволюционной оптимизации);
3
 мониторинг качества строительного процесса.
Для решения поставленных задач предлагается модель выработки ОТР,
реализуемых в проектах, для строительства транспортных объектов. В основу модели положен научный подход, реализующий функционально полный
набор автоматизированных информационных технологий с использованием
интегральных возможностей ЭВМ, методов искусственного интеллекта (ИИ)
и достижений в области транспортного строительства.
В настоящее время разработка ОТР осуществляется с использованием
методов математического моделирования. Однако в такой сфере деятельности, как организационно-технологическое проектирование (ОТП), где велика
роль человека, одних только математических методов недостаточно. Известно, что поведение человека не поддается полной формализации, а управленческие решения принимаются в первую очередь на основе опыта, интуиции,
знаний. Более того, несмотря на существенное развитие методов ОТП, решения, принимаемые человеком, зачастую оказываются правильными, в отличие от рекомендаций ЭВМ, поскольку количественные математические модели не в состоянии учесть многие качественные характеристики объекта и
его модели. Именно поэтому стратегические решения остаются прерогативой
человека, а разрабатываемые методы формализации явлений и строительного
процесса способны обеспечить поддержку в их принятии и обосновании.
Осознание этого факта привело к математической имитации способности человека качественно анализировать ситуации, позволив добавить к количественным математическим методам и моделям их качественные аналоги,
и тем самым расширило возможности систем поддержки принятия решений,
не выходя за их рамки.
Интеллектуализация ОТП предполагает использование трех направлений ИИ.
Первое направление основано на моделировании знаний с использованием баз знаний и механизмов принятия решений, что в совокупности формирует экспертную систему, имитирующую действия и решения наиболее
4
квалифицированных специалистов – экспертов. В основе экспертных систем
лежат знания и опыт, накопленные в отрасли в течение нескольких десятилетий.
Второе направление основано на применении аппарата искусственных
нейронных сетей. Такие сети имитируют деятельность человеческого мозга,
образуя совокупность заимствованных из нейрофизиологии моделей параллельных вычислительных структур.
Наконец, третье направление реализуется в рамках эволюционных методов, к которым можно отнести генетические алгоритмы. В основу эволюционных методов легло заложенное самой природой свойство живых организмов осуществлять правильный выбор, в частности, на основе эволюционного отбора. Генетические алгоритмы являются мощным универсальным
средством решения задач глобальной оптимизации, с помощью которого выбираются решения если и не оптимальные, то достаточно близкие к ним.
В последние два десятилетия методы ИИ получили значительное развитие и применение в гражданском строительстве. Здесь интеллектуальные
технологии применяют, в основном, на стадии эксплуатации объекта (в частности, мониторинг его состояния, оценка и управление его качеством в совокупности составляют систему интеллектуального здания «Умный дом») и частично – в проектировании оптимальных конструктивных решений. В транспортном строительстве интеллектуальные технологии только начинают
внедряться на двух стадиях жизненного цикла строительного объекта: в проектировании и в строительстве.
На кафедре «Организация, технология и управление строительством»
МИИТа разрабатывается теоретический аппарат и проводится практическая
реализация компьютерной программной среды, включающие интеллектуализацию процесса разработки ОТР и управления строительными процессами.
ОТР само по себе рассматривается как информационная модель создания транспортного строительного объекта. В этом случае под процессом разработки ОТР понимается совокупность процедур создания, изменения, акту5
ализации, передачи, анализа информационной модели, позволяющая впоследствии контролировать и управлять строительным процессом.
Разрабатываемое программное обеспечение позволит автоматизировать
решение такой трудоемкой задачи как разработка индивидуальных ОТР для
возведения транспортных сооружений. Также предполагается поддержка
функции выбора конструктивных решений транспортного объекта, разработки технологии и организации его возведения, оптимизации полученного решения, мониторинга и управления процессом строительства.
ИАС состоит из интегрированных модулей, позволяющих объединить
проектную, технологическую, организационную и контрольную информацию в единую систему. Разработка ОТР с применением ИАС предполагает
генерацию строительного технологического процесса с учетом его ресурсообеспечения.
Генерация осуществляется на уровне простого процесса, занимающего
в иерархии строительного технологического процесса центральное положение и являющегося наиболее оптимальным с точки зрения вычислительных
мощностей современных ЭВМ. Генерация основана на применении экспертной системы с байесовской системой логического вывода и искусственных
нейронных сетей, обучаемых по алгоритму обратного распространения
ошибки (back propagation).
Результатом генерации является логическая последовательность простых процессов, каждый из которых характеризуется технологическими, организационными, техническими параметрами и т.д. В совокупности полученные данные формируют ОТР, требующее оптимизации, для чего используется генетический метод комбинирования эвристик, в основе которого лежит
генетический алгоритм.
Контроль реализации ОТР в процессе возведения транспортных сооружений также предполагает использование возможностей ИАС «Интенция»,
ориентированной на мониторинг и управление строительным процессом, с
возможностью его оценки и прогноза развития. Реализация этих функций ос6
новывается на применении технологии экспертных систем и искусственных
нейронных сетей.
Разработка и внедрение ИАС «Интенция», как результата научноисследовательской работы, проводимой в области интеллектуализации организационно-технологического проектирования и управления строительными
процессами, позволит коренным образом изменить ситуацию с разработкой
проектной документации и последующим повышением качества и эффективности строительно-монтажных работ. Таким образом, у проектных и инжиниринговых организаций появится инструмент для генерации новых строительных технологических процессов с последующим формированием оптимальных организационно-технологических решений при разработке проектов
организации строительства (ПОС). У подрядных организаций, осуществляющих строительство транспортных сооружений, появится инструмент оптимального календарного планирования в рамках формирования проектов производства работ (ППР), а также возможность непрерывного контроля (мониторинга) и управления качеством строительных процессов
Контингент
Разрабатываемая методология инновационного проектирования и
управления строительными процессами, а также внедрение элементов ИАС
«Интенция» в проектную деятельность, может быть полезна студентам строительных специальностей, научным работникам и сотрудникам проектных и
инжиниринговых организаций.
7