Russian Federation
Russian Federation
UDC 69.059
This article discusses the methodology for creating a forecasting and monitoring model for the restoration of facilities that have been affected by natural and man-made factors. The proposed model is based on the integration of three subsystems: organizational and technological solutions, organizational structures, and information flows, which interact during the restoration process. The article suggests using a PID regulator as a tool to address current deviations from target performance levels and prevent their accumulation. The differential component of the algorithm takes into account the rate of parameter changes, which significantly enhances the stability of the organizational and technological system in challenging restoration conditions. The research's mathematical apparatus included building forecast models of the technical condition dynamics of objects and quantifying the factors that determine the duration and cost of restoration work. The assessment of alternative scenarios for implementing restoration work under various organizational, technological, and managerial solutions was carried out using simulation modeling, including scenario analysis based on the Monte Carlo method.
restoration work, man-made impacts, natural impacts, flood, fire, blockages, degree of damage to buildings, building survey, organizational and technological solutions, organizational structure, information flows
Введение
Восстановление зданий и сооружений после природных и техногенных воздействий одна из наиболее сложных задач в современном строительстве, требующая не только высокой технической квалификации исполнителей, но и продуманной системы управления на всех этапах жизненного цикла восстановительных работ. В условиях роста числа природных и техногенных воздействий [1-2], увеличения масштабов разрушений и предъявления высоких требований к продолжительности и качеству восстановления, особую актуальность приобретает переход от реактивных методов реагирования к проактивным моделям управления, основанным на прогнозной оценке состояния объектов восстановления и непрерывном мониторинге хода восстановительных работ.
Традиционные подходы к организации восстановительных работ зачастую базируются на локальных решениях, принимаемых по факту выявления повреждений. Такой подход не позволяет в полной мере учитывать динамику изменения технического состояния объекта, влияние внешних факторов, их повторяющиеся действия, масштабность и взаимосвязь между различными подсистемами управления – организационно-технологическими решениями, организационными структурами и информационными потоками. В результате это приводит к увеличению продолжительности восстановления, росту затрат и снижению общей эффективности восстановительных мероприятий [3-4].
Ключевым инструментом преодоления указанных недостатков выступает прогнозно-мониторинговая модель (ПММ) управления восстановлением поврежденных объектов, которая объединяет в себе возможности прогнозирования развития ситуации на основе анализа исторических (открытые репозитории, датасеты) и текущих данных, а также механизмы оперативного мониторинга и корректировки управленческих решений в реальном времени.
Целью настоящей исследования является выявление основных принципов формирования и применения прогнозно-мониторинговой модели в рамках поддержки принятия управленческих решений при восстановлении объектов, подвергшихся воздействию природных и техногенных факторов. Методология формирования прогнозно-мониторинговой модели опирается на системный подход, основные положения системотехники строительства, инструменты имитационного моделирования. В качестве основополагающего положения рассматривается интеграция трех подсистем: организационно-технологических решений, организационных структур и информационных потоков, реализуемых при восстановлении зданий, сооружений, объектов инфраструктуры.
Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения устойчивости строительной отрасли к внешним воздействиям, оптимизации использования ресурсов и обеспечения безопасности как на этапе восстановления, так и в дальнейшей эксплуатации восстановленных объектов. Практическая значимость работы заключается в возможности применения предложенной модели для формирования эффективных организационных структур, выбора оптимальных организационно-технологических решений и построения системы мониторинга, адаптированной к специфике восстановительных работ [5-7].
Материалы и методы
Теоретической основой исследования выступают общая теория систем, системотехника строительства, методы системного анализа и проектирования, а также принципы управления жизненным циклом объектов капитального строительства. В качестве нормативной базы использованы действующие стандарты и своды правил, регламентирующие порядок обследования технического состояния зданий, организацию строительно-монтажных работ, а также требования к обеспечению безопасности и устойчивости объектов при воздействии внешних факторов [8-11].
В рамках исследования применены следующие методы:
- Системный анализ – для выявления взаимосвязей между подсистемами организационно-технологических решений, организационными структурами и информационными потоками, а также определения ключевых факторов, влияющих на эффективность восстановительных работ.
- Иерархическое моделирование – для структурирования процесса восстановления по уровням управления (стратегический, тактический, оперативный) и этапам жизненного цикла восстановительных работ (обследование, проектирование, выполнение работ, контроль качества, ввод в эксплуатацию).
- Математическое моделирование – для построения прогнозных зависимостей, описывающих динамику изменения технического состояния объектов, а также оценки влияния различных факторов на продолжительность и стоимость восстановительных мероприятий. В частности, использованы уравнения множественной регрессии с учётом двойного и тройного взаимодействия факторов, а также методы регуляризации (Ridge, LASSO) для отбора наиболее значимых переменных.
- Имитационное моделирование – для оценки сценариев развития восстановительных работ при различных вариантах организационно-технологических решений и организационных структур, включая сценарное моделирование с помощью метода Монте-Карло.
Важным элементом методологии является использование цифровых технологий, в частности информационного моделирования (ТИМ). Информационные модели позволяют интегрировать данные о текущем состоянии объекта, полученные в ходе обследования, с проектной документацией и технологическими картами, что обеспечивает единое информационное пространство для всех участников процесса восстановления объектов.
Результаты
Для формирования прогнозно-мониторинговой модели выделены три ключевые подсистемы (рис. 1):
- Подсистема организационно-технологических решений – включает в себя комплекс мер, определяющих способ восстановления объекта: выбор технологий и методов производства работ, последовательность выполнения операций, потребность в ресурсах, а также мероприятия по обеспечению безопасности и охране окружающей среды. ОТР формируются на каждом этапе жизненного цикла восстановительных работ и должны учитывать уровень автономности объекта, определяемый как способность системы функционировать в условиях неопределённости при минимальном вмешательстве извне.
- Подсистема организационных структур – определяет состав и взаимодействие участников восстановительных работ на различных уровнях управления: от стратегического планирования до оперативного контроля. Организационные структуры формируются по принципу многоуровневой иерархии, где каждый уровень отвечает за определённые функции и задачи, а взаимодействие между уровнями обеспечивается через чётко регламентированные каналы коммуникации и распределения ответственности.
- Подсистема информационных потоков – охватывает процессы сбора, обработки, хранения и передачи данных (потоков информации), необходимых для принятия управленческих решений. Формирование информационных потоков происходит на всех этапах по каждому их реализуемых сценариев восстановления, при этом в качестве входных данных используется информация, получаемая на каждом уровне функционирования организационных структур. Результатом обработки информационных потоков являются набор выходных данных по этапам восстановительных работ, позволяющих формировать и реализовывать эффективные организационно-технологические решения.
Рис. 1. Структура прогнозно-мониторинговой модели управления восстановлением объектов, подвергшихся природным и техногенным воздействиям
С точки зрения управления, восстановление объектов, подвергшихся природным и техногенным воздействиям, представляет собой сложную задачу, для которой характерна множественность решений. Организационно-технологическая система восстановления также является динамической системой с высокой степенью неопределённости исходных данных, изменяемостью условий при реализации организационно-технологических и управленческих решений. В таких условиях особую важность приобретает способность системы адаптироваться под фактически действующие факторы (повторяющиеся воздействия, увеличение объема восстановительных работ, дефицит ресурсов и др.). Следовательно, рациональным решением становится интеграция адаптивного инструментария в составе применяемого метода поддержки принятия управленческих решений на основе прогнозно-мониторинговой модели.
В этой связи для устойчивого и адаптивного управления восстановлением объектов, подвергшихся воздействию природных и техногенных факторов, в прогнозно‑мониторинговой модели применяется ПИД-регулятор. Данный инструмент позволяет скорректировать реализуемые организационно-технологические решения на основе выявления и устранения отклонений текущего состояния от целевой эффективности в процессе восстановления объектов. Благодаря пропорциональному, интегральному и дифференциальному компоненту, ПИД‑регулятор, как элемент мониторингового контура, не только устраняет текущие отклонения, но и предотвращает их накопление, учитывает скорость изменения параметров, что критически важно при управлении сложными восстановительными работами. Таким образом, интеграция ПИД‑регулятора в прогнозно‑мониторинговую модель существенно повышает устойчивость и результативность поддержки принятия решений при восстановлении объектов, подвергшихся природным и техногенным воздействиям.
Заключение
Предложенная прогнозно-мониторинговая модель позволяет адаптировать рассматриваемые подсистемы – организационно-технологические решения, организационные структуры, информационные потоки – к различным сценариям и этапам восстановления объектов, подвергшихся природным и техногенным воздействиям. Такая модель может рассматриваться для реализации комплексного восстановления зданий, сооружений, объектов инфраструктуры микрорайонов, районов и отдельных населенных пунктов с учетом фактических исходных данных (информационных потоков). Прогнозно-мониторинговая модель является основой для формирования управленческих решений и адаптации функций организационных структур к текущей ситуации восстановления.
На каждом этапе и в каждом сценарии информационные потоки обеспечивают непрерывное обновление прогнозных оценок, а организационные структуры – оперативную реализацию корректирующих решений. Это позволяет минимизировать отклонения от целевой эффективности восстановления, сократить продолжительность и затраты за счет своевременного выявления и реагирования на отклонения.
Практическая ценность применение прогнозно‑мониторинговой модели в совокупности с ПИД‑регулятором позволяет:
- оперативно адаптироваться меняющимся нестабильным условиям восстановления объектов, включая изменение объемов работ, ресурсной обеспеченности, погодных факторов и технологических ограничений;
- обеспечивать устойчивость системы управления даже при недостаточности или запаздывании входных данных, что характерно для восстановительных работ в условиях действия дестабилизирующих факторов;
- поддерживать требуемый уровень эффективности выполнения восстановительных работ путём удержания ключевых показателей (продолжительность, трудоёмкость) в заданных ограничениях.
Дальнейшие исследования целесообразно проводить в направлении автоматизации сбора и обработки информационных потоков, их интеграцию системам по принципу «одного окна», а также разработку шкал оценки эффективности восстановления для различных типов зданий и сооружений по ключевым отраслям.
1. Lapidus A.A., E`kba S.I. Metodika klassifikacii ob``ektov stroitel`stva s kriticheskimi defektami [Methodology for classifying construction sites with critical defects] // Inzhenerny`j vestnik Dona. 2023. №10 (106). S.485-496.
2. Bondarenko S.M., E`kba S.I. Kriterii vy`bora texnologij vozvedeniya ob``ektov vosstanovitel`nogo stroitel`stva. E`konomika stroitel`stva. 2026. № 2. S. 596-599.
3. Rimshin V.I., Shubin I.L., Erofeev V.T., Avetisyan A.A. Avtomatizaciya zhiznennogo cikla zdanij pri rekonstrukcii i kapital`nom remonte [Automation of the building lifecycle during reconstruction and major repairs] // Zhilishhnoe stroitel`stvo. 2022. № 7. S. 6–12. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2022-7-6-12.
4. Akulich, V.V., Shirshikov B.F. Organizacionno-texnologicheskie resheniya pri provedenii vosstanovitel`ny`x rabot [Organizational and technological solutions for restoration work] / V.V. Akulich, B.F. Shirshikov // Sbornik XIV Mezhdunarodnoj mezhvuzovskoj nauchno-prakticheskoj konferencii molody`x ucheny`x, doktorantov i aspirantov «Stroitel`stvo – formirovanie sredy` zhiznedeyatel`nosti». 2011. S. 168-170.
5. Lapidus A.A., E`kba S.I. Formirovanie organizacionno-texnologicheskix reshenij pri vosstanovlenii ob``ektov, podvergshixsya prirodny`m i texnogenny`m vozdejstviyam. Stroitel`noe proizvodstvo. 2025. № 3. S. 96-100.
6. Adamcevich L. A., Lapidus A. A. Organizacionno-texnologicheskie resheniya pri upravlenii zhiznenny`m ciklom ob``ektov stroitel`stva v proektax kompleksnogo razvitiya territorij // Stroitel`stvo: nauka i obrazovanie. 2025. №3. №3. S. 176-188. DOI: https://doi.org/10.22227/2305-5502.2025.3.11
7. Simulation Modeling in Organizational and Management Research / Richard Harrison, Zhiang Lin, Glenn R. Carroll, Kathleen M. Carley // Academy of Management Review. – 2007. – Vol. 32. – № 4. – P. 1229-1245. DOI: https://doi.org/10.5465/amr.2007.26586485
8. Thalpawila O A Study of the De-Mining Process in the Former War Zones in Sri Lanka (2009–2015) / O Thalpawila // Acta Politica Polonica. – 2019. – № 48. – P. 55-66. DOI: https://doi.org/10.18276/ap.2019.48-05
9. Olejnik P. P., Mirikov V. N. Analiz matematicheskix i analiticheskix instrumentov, primenyaemy`x dlya povy`sheniya e`ffektivnosti vzaimodejstviya uchastnikov stroitel`nogo proekta // Stroitel`noe proizvodstvo. – 2024. – № 3. – S. 26-31.
10. Chumak S. P. Avarijno-spasatel`ny`e raboty` v usloviyax razrushenny`x zdanij. Osobennosti texnologii, organizacii i upravleniya. Monografiya; MChS Rossii. – M.: FGU VNII GOChS (FCz), 2010. – 232 s.
11. Slepenkova M.V., Rudenko A.A., Biryukov A.N. Matematicheskaya model`, metodika planirovaniya i dinamicheskoj korrektirovki prodolzhitel`nosti vosstanovitel`nogo remonta ob``ektov posle vzry`vnogo vozdejstviya // E`konomika stroitel`stva. 2026. № 2. S. 676-679.
