Россия
Россия
УДК 681.5 Автоматика. Теория, методы расчета и аппаратура систем автоматического управления и регулирования. Техническая кибернетика. Техника автоматизации
Основная цель исследования сводилась к разработке и представлению основ концепции управления жизненным циклом объектов строительства в проектах комплексного развития территорий, базирующейся на сквозном принципе принятия организационно-технических решений. В рамках предложенной концепции предлагается использовать единую количественную метрику и систему ее траекторий, включающей идеальную, проектную, фактическую и прогнозную. Такой подход позволяет не только обеспечить беспрерывный мониторинг и прогнозирование рисков на всех этапах жизненного цикла с начала проектирования до вывода их эксплуатации, но и обосновать упреждающие воздействия на объекты строительства в проектах комплексного развития территорий. Эксперимент в исследовании представлял собой имитационное моделирование динамики автономности объекта КРТ на этапе эксплуатации. Фактическая траектория формировалась на интервале 10 лет с шагом 0,05года путём комбинации линейного тренда с ускорением после 1,8 года и сглаженного гауссовского шума. Проектная траектория задавалась линейным снижением с 0,95 до 0,85. Прогноз на 5 лет строился методом линейной регрессии по последним 8 точкам с расчётом доверительного интервала. Условия эксперимента: верхняя граница автономности Amax=0,98, нижняя Amin=0,70, пороги 0,8 и 0,5, регулярность мониторинга – не реже одного раза в квартал. Исходными служили смоделированные данные мониторинга объекта. Расчёты и визуализация выполнены на языке Python с использованием библиотек numpy, scipy и matplotlib. В результате в статье представлены укрупненный итеративный алгоритм управления и визуальная модель, объединяющая траектории метрики с выделенным коридором управляемости, что позволяет наглядно интерпретировать состояние объекта и оценивать риски выхода за допустимые пределы.
управление жизненным циклом, КРТ, автономность, траектории автономности, предиктивное управление, организационно-технические решения, объект строительства
Введение
В настоящее время особое внимание уделяется вопросам комплексного развития территорий (КРТ) [1-12], объединяющих жилую, нежилую, инженерную, транспортную и социальную инфраструктуры. В этой связи актуальной становится задача повышения эффективности управления объектами строительства в таких проектах, начиная с концептуального проектирования до вывода из эксплуатации и ликвидации, то есть на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ).
Вместе с тем, при управлении ЖЦ объектов строительства в проектах КРТ возникает ряд проблем, связанных с фрагментацией данных между этапами, отсутствием единых количественных метрик оценки состояния объектов, и, главное, отставание принятия управленческих решений от реального состояния объекта. В то же время традиционные подходы, ориентированные на реактивное устранение отказов, не позволяют использовать значительный потенциал упреждающего управления и прогнозирования. Для создания технологической основы и объединения данных целесообразно использовать технологии информационного моделирования и цифровые двойники, а для реализации сквозного управления необходима разработка методологической базы, включающей систему показателей и алгоритмов принятия решений.
В научной литературе в настоящее время представлены публикации по управлению жизненным циклом объектов строительства, надежности и безопасности сложных технических систем. Разработаны нормативные стандарты, методики оценки отдельных аспектов, однако интегральный показатель, позволяющий оценить способность объекта выполнять целевую функцию без внешнего вмешательства на всех этапах жизненного цикла, отсутствует. Объектом исследования выступают объекта строительства в проектах КРТ, а предметом – концепция управления их жизненным циклом на основе сквозного принципа принятия организационно-технических решений. Таким образом, цель исследования сводится к разработке основ концепции управления жизненным циклом объектов строительства в проектах комплексного развития территорий, базирующихся на сквозном принципе принятия организационно-технических решений. Научно-техническая гипотеза предполагает возможность использования единой метрики автономности и системы ее траекторий на основе сквозного принципа управления для обеспечения обоснованности и своевременности принятия организационно-технических решений за счет прогнозирования рисков выхода за допустимые границы.
Материалы и методы
Под автономностью объекта строительства понимается интегральная количественная характеристика, отражающая способность объекта выполнять целевую функцию без внешнего вмешательства в заданных условиях эксплуатации. Автономность нормируется в интервале [0,1], где 0 соответствует полной зависимости от внешних систем, а 1 – полной независимости. Данный показатель формируется на основе таких характеристик объекта, как надёжность, устойчивость к возмущениям, безопасность и ресурсная независимость, агрегируемых с учётом иерархичности структуры объекта. Данный подход позволяет получать единую числовую оценку, сопоставимую для разных объектов и этапов жизненного цикла.
Определим четыре траектории автономности: идеальная траектория, проектная траектория, фактическая и прогнозная траектории.
Aid (t) – идеальное значение автономности (в рассматриваемом исследование 1);
Aproject (t) – целевое значение автономности, заложенное в проект с учетом реальных ограничений;
Afact (t) – фактическое значение автономности;
Apredictive (t) – прогнозное значение автономности.
Для оценки допустимых состояний объекта устанавливаются две границы: верхняя граница -физически, технологически и экономически достижимый предел и нижняя граница – минимально допустимый уровень, определяемый нормативными требованиями, условиями безопасности и управляемости. При этом выделим полную автономность - зеленая зона, проводится стандартный мониторинг, ограниченную – желтая зона, требуется проводить анализ слабых мест в системе и принимать решения по проведению мероприятий, и критическую – красная зона, требует срочного вмешательства. На основе этих значений формируется область управляемости .
Эксперимент в исследовании представлял собой имитационное моделирование динамики автономности объекта КРТ на этапе эксплуатации. Фактическая траектория формировалась на интервале 10 лет с шагом 0,05 года путём комбинации линейного тренда с ускорением после 1,8 года и сглаженного гауссовского шума. Проектная траектория задавалась линейным снижением с 0,95 до 0,85. Прогноз на 5 лет строился методом линейной регрессии по последним 8 точкам с расчётом доверительного интервала. Условия эксперимента: верхняя граница автономности =0,98, нижняя=0,70, пороги 0,8 и 0,5, регулярность мониторинга – не реже одного раза в квартал. Исходными служили смоделированные данные мониторинга объекта. Расчёты и визуализация выполнены на языке Python с использованием библиотек numpy, scipy и matplotlib.
При этом сквозной принцип принятия организационно-технических решений в контексте управления жизненным циклом предполагает использование указанной единой метрики и непрерывного информационного потока между этапами жизненного цикла, что может быть реализовано через замкнутый цикл, представленный на рис.1, включая обратную связь в проектировании.
Рис.1. Схема реализации сквозного принципа управления
Математически можно представить данный принцип в виде системы инвариантов:
- Проектная траектория не может превышать верхнюю границу;
- Фактическая траектория не должна опускаться ниже нижней границы;
- В случае систематических отклонений проектная траектория корректируется, накопленные данные используются для уточнения прогнозных моделей.
Результаты
В результате проведенного исследования разработан итеративный алгоритм управления, представленный на рис. 2.
Рис. 2. Итеративный алгоритм управления
На рис. 3 представлена визуальная модель для поддержки принятия решений. Идеальная траектория (чёрный пунктир) задаёт верхний ориентир, проектная траектория (синяя линия) постепенно снижается, отражая нормативный износ, фактическая траектория (зелёная линия) до текущего момента t=3 года идёт ниже проектной, пересекая границу зелёной зоны и входя в жёлтую, что указывает на начало ускоренного износа после 1,8 года. Методика расчета автономности будет представлена в последующих публикациях.
Рис. 3. Пример траекторий автономности системы
Прогнозная траектория (красная линия с доверительным интервалом) показывает, что без вмешательства автономность продолжит снижаться, но останется выше нижней границы в ближайшие 5 лет. Однако отклонение от проекта нарастает.
Такое представление позволяет оперативно не только идентифицировать проблемные участки и оценить запас до критической зоны (красная), но также спланировать момент и состав профилактических мероприятий.
На основе визуальной модели можно сформулировать количественные характеристики для управленческих решений. Так, например, отмечатеся отклонение от проекта, в случае если Δ(t) = Aproject(t)-Afact(t) > Δдоп в течение установленного периода, что инициализирует анализ причин. В случае риска достижения нижней границы, когда прогноз пересекает Amin или приближается к ней, формируется план мероприятий. При этом период времени и состав работ выбираются из условия минимизации суммы затрат на ремонт.
Обсуждение
Предложенная концепция управления жизненным циклом объектов строительства на основе траектории автономности позволяет наглядно представить и интерпретировать состояние системы для лиц, принимающих решение. Прогнозная траектория позволяет перейти от реактивного управления системой к упреждающему планированию мероприятий для снижения рисков возникновения ЧС. При этом сильной стороной подхода является применение единой метрики и единого формата представления данных, которое обеспечивает сквозную связь между этапами проектирования, эксплуатации и вывода из эксплуатации.
В рамках дальнейших исследований предполагается интеграция подхода с BIM платформами для автоматического расчета траекторий и применение методов машинного обучения для повышения точности прогнозирования.
Заключение
В статье представлена концепция управления жизненным циклом объектов строительства в проектах КРТ, основанная на сквозном принципе принятия организационно-технических решений. Ключевым элементом концепции является использование единой метрики и области ее траекторий, которая формирует коридор управляемости. Таким образом, концепция обеспечивает непрерывный мониторинг, прогнозирование рисков, обоснование принятия организационно-технических решений на всех этапах жизненного цикла и может быть интегрирована в цифровые информационные модели для создания автоматизированных систем поддержки принятия решений при управлении проектами комплексного развития территорий.
1. Лапидус А.А. Проект организации территории (ПОТ) - необходимый элемент комплексного развития территорий (КРТ)//Строительное производство. 2024. № 3. С. 2-6. DOI: https://doi.org/10.54950/26585340_2024_3_2; EDN: https://elibrary.ru/OOQREA
2. Лапидус А.А., Красновский Б.М., Муртазаев С.А.Ю., Алиев С.А. Методология организации строительства комплексного развития территорий для обеспечения ресурсной и логистической координации// Строительное производство. 2025. № 1. С. 3-7. DOI: https://doi.org/10.54950/26585340_2025_1_3; EDN: https://elibrary.ru/NKSCFC
3. Sarchenko V.I., Khirevich S.A. Cost modeling of integrated urban development//Real Estate: Economics, Management. 2022. № 4. С. 50-54. EDN: https://elibrary.ru/BFDSJH
4. Maksimov S.N. Integrated development of territories and its bottlenecks//Real Estate: Economics, Management. 2023. № 1. С. 54-58. DOI:https://doi.org/10.22337/2073-8412-2023-1-54-58 EDN: https://elibrary.ru/PWKJZL
5. Плотникова Е.В., Шичиях Б.З. Развитие социальной инфраструктуры на основе механизма комплексного развития территории// Экономика и предпринимательство. 2023. № 9 (158). С. 136-140. DOI: https://doi.org/10.34925/EIP.2023.158.09.022; EDN: https://elibrary.ru/VVASYE
6. Беляков С.И. Механизмы формирования и развития инвестиционного портфеля организаций, осуществляющих комплексное развитие территорий//Недвижимость: экономика, управление. 2023. № S3. С. 164-167. EDN: https://elibrary.ru/BKEDCL
7. Tsypkin Yu.A., Orlov S.V.Methodology for assessing the integrated development of territories: the integral coefficient of CDT//Real Estate: Economics, Management. 2025. № 3. С. 21-27. DOI: https://doi.org/10.22337/2073-8412-2025-3-21-27; EDN: https://elibrary.ru/HYCEGD
8. Korostelev Yu.S. Value assessment in integrated territorial development projects//Real Estate: Economics, Management. 2025. № 2. С. 32-37. DOI: https://doi.org/10.22337/2073-8412-2025-2-32-37; EDN: https://elibrary.ru/JBHZRG
9. Дударева А.А. Использование принципов устойчивого развития при комплексном развитии территорий//Международный журнал прикладных наук и технологий Integral. 2018. № 2. С. 46. EDN: https://elibrary.ru/XQGBEL
10. Пешков В.В., Кудрявцева В.А., Никишина О.В. Механизм комплексного развития территорий как базовый ресурс для развития регионального жилищного строительства//Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2024. Т. 14. № 1 (48). С. 10-19. DOI: https://doi.org/10.21285/2227-2917-2024-1-10-19; EDN: https://elibrary.ru/UINEZA
11. Kulakov K.Yu., Abdalov R.E. Integrated development of the territory: the principle of the mechanism and its attractiveness for developers//Real Estate: Economics, Management. 2025. № 3. С. 28-3 DOI: https://doi.org/10.22337/2073-8412-2025-3-28-34; EDN: https://elibrary.ru/NKFJOH
12. Лапидус А.А., Бидов Т.Х., Лоткин В.С. Особенности организации строительства при комплексном развитии городских территорий//Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 4. С. 238-242. DOI: https://doi.org/10.24412/2071-6168-2024-4-238-239; EDN: https://elibrary.ru/EZLWNM
