Орловский государственный технический университет
Экспертная система оценки и прогнозирования технического состояния зданий
Савва Ю.Б.
Some problems of making an expert system for estimation and forecasting of conditions of buildings are discussed.
В ходе проводящихся в России экономических реформ абсолютное большинство производственных, административных и жилых зданий, а так же объекты инфраструктуры были переданы в частную и муниципальную собственность. Это привело к тому, что жилищно-коммунальная отрасль, которая всегда была дотационной, в условиях хронического дефицита местных бюджетов и низкой платежеспособности населения оказалась в жесточайшем кризисе, о чем красноречиво свидетельствуют данные Госстроя России [1]:
- более 50 миллионов квадратных метров жилья находится в ветхом жилищном фонде (в нем проживает около двух миллионов человек) и за последние 10 лет он увеличился в 2 раза;
- износ коммунальной инфрастуктуры составляет более 60%, а около четверти основных фондов полностью отслужили свой срок;
- количество аварий выросло за эти 10 лет примерно в 5 раз.
В этих условиях задача обеспечения нормального функционирования зданий, как сложных технических объектов, оснащенных средствами жизнеобеспечения (электро-, газо-, водо- и теплоснабжения, кондиционирования, канализации и т.п.) в настоящее время превратилась из инженерно-технической в научно-техническую, так как в процесс их функционирования привносится существенно больший элемент неопределенности, обусловленный старением и износом их конструкций, материалов и систем инженерного оборудования.
Одним из путей предотвращения аварийных ситуаций является переход от планово-предупредительного обслуживания и ремонта зданий к обслуживанию и ремонту по их действительному техническому состоянию. Однако получение объективной оценки технического состояния зданий различного функционального назначения осложняется отсутствием систем регулярного мониторинга и, как следствие этого - базы ретроспективных данных, отражающих эволюцию наблюдаемого объекта с момента ввода его в эксплуатацию. В этих условиях, как рекомендуется в [2], необходимо изучить нечеткие данные, полученные при внешнем осмотре, а так же имеющие к этому отношение факторы и другую информацию (причины повреждений, проектные данные, состояние на данный момент, окружающая среда и т.п.) с различных позиций и на основе опыта и интуиции сделать заключение о степени и последствиях повреждений. В настоящее время эту работу выполняют специалисты-оценщики. Но число квалифицированных оценщиков невелико по сравнению с потребностью в них, поэтому стала актуальной задача создания такой экспертной системы оценки технического состояния зданий, с помощью которой можно было бы получать результаты на уровне квалифицированных оценщиков.
Для решения этой задачи создана экспертная геоинформационная система оценки и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений. Учитывая особенности предметной области, автоматизация процедур оценки и прогнозирования состояний зданий и сооружения основывается на использовании теории обработки нечетких данных текущих наблюдений за характеристиками исследуемых объектов и теории лингвистического прогнозирования. Теоретические аспекты построения указанной экспертной системы изложены в докладе [3]. Рассмотрим некоторые вопросы практической реализации этой экспертной системы.
Построение модели процессов предметной области
Модель процессов предметной области для оценки технического состояния зданий была построена с использованием case-системы BP-win фирмы Logic works, которая является реализацией стандарта IDEF0, позволяющего в графическом виде отразить основные функции, характерные для исследуемой области, информацию и ресурсы, необходимые для выполнения этих функций на каждом шаге. Данная модель является существующей (as-is), так как она отражает процессы, происходящее в предметной области в настоящее время. В соответствии с целью разработки системы в качестве основной выбрана точка зрения оценщика.
Контекстная диаграмма предметной области по автоматизации оценки технического состояния жилых зданий, отражающая границы модели в ширину, представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Контекстная диаграмма предметной области
Таким образом, активность, изображенную на контекстной диаграмме, можно представить как совокупность пяти дочерних активностей (рисунок 2):
1) собрать исходные данные;
2) оценить текущее состояние;
3) сформировать выводы;
4) сформировать техническое заключение;
5) сделать прогноз.
Рисунок 2 - Диаграмма А1 «Собрать исходные данные»
Полученные на 1-м шаге данные являются входом для активности «Оценить текущее состояние». Эта активность при декомпозиции разбивается на 4 функции:
1) Определить составные части объекта;
2) Определить износ составных частей;
3) Определить износ объекта в целом;
4) Составить акт технического обследования дома;
5) Занести результаты в архив.
Декомпозиция процесса «Оценить текущее состояние» представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 - Диаграмма А2 «Оценить текущее состояние»
экспертная оценка здание
В процессе оценки определяются конструктивные элементы из которых состоит здание. Далее по правилам, определенным в ВСН и СНиП определяется износ составных частей. На основе этого рассчитывается износ объекта в целом. Результаты оценки заносятся в архив.
После процесса оценки формируются выводы. Декомпозиция процесса «Сформировать выводы» представлена на рисунке 4. В процессе декомпозиции получены 3 функции:
1) Выявление дефектов которые необходимо устранить
2) Определить конструкции у которых качество монтажа не соответствует требованиям;
3) Определить конструкции за которыми необходимо наблюдение в процессе эксплуатации
Рисунок 4 - Диаграмма А3 «Сформировать выводы»
На основе результата оценки и полученных выводов формируется техническое заключение. Активность «Сформировать техническое заключение» является сложной и в ходе декомпозиции разбивается на 2 активности:
1) Сформировать техническое заключение по результатам приемочного контроля инженерного оборудования
2) Сформировать техническое заключение по результатам приемочного контроля жилого дома
Результат декомпозиции представлен на рисунке 5.
Рисунок 7 - Диаграмма А4 «Сформировать техническое заключение»
В заключении на основе оценки состояния здания и полученных выводов строится прогноз состояния объекта.
Программные средства реализации экспертной системы
Для обеспечения хранения данных в нашей информационной системе была выбрана реляционная СУБД Interbase, обеспечивающая быструю обработку транзакций и разделение данных в одно- и многопользовательском окружении. Ядро Interbase обеспечивает прозрачный доступ к базе данных в гетерогенных сетях.
Для отражения состояния различных зданий на карте города использовании геоинформационная система MapInfo.
Экранные формы процесса получения оценки состояния одного из зданий приведены на рисунках 8-10.
Рисунок 8 - Выбор конструктивного элемента здания для оценки
Рисунок 9 - Определение износа конструктивного элемента здания для оценки
Рисунок 10 - Получение результата оценки износа конструктивного элемента здания
Литература
1. Чернышов Л.Н. Современные аспекты реформирования ЖКХ// Промышленное и гражданское строительство. - 2002. - № 2. - С. 8-10.
2. Прикладные нечеткие системы: Пер. с япон./ К.Асаи, Д. Ватада, С. Иваи и др.// Под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. - М.: Мир, 1993. - 368 с.
3. Константинов И.С., Савва Ю.Б. Автоматизированный анализ состояний в управлении сложными многопараметрическими техническими объектами// Известия ОрелГТУ. Сер. Информационные системы и технологии. Международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в науке, образовании и производстве». -2004. - № 1(2).