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.
