Введение к работе
Диссертация содержит результаты научно-исследовательских работ по анализу и математической формализации действий проектировщиков при разработке проектов тоннелей различного назначения - транспортных, гидротехнических, коммунальных и лр. - с целью последующей разработки алгоритмического и программного обеспечения для достижения максимально возможной автоматизации процесса проектирования.
Проектирование объектов подземного строительства, располагаемых в сложных горно-геологических условиях, требует многовариантности конструктивно-компоновочных решений и расчетов различного вида, что невозможно обеспечить в сжатые сроки с использованием традиционных неавтоматизированных методов проектирования. Следовательно, создание' САПР тоннелей является важной и актуальной задачей. В данной работе определены основные принципы формализации локальной проектной процедуры с разработкой математических моделей для каждого этапа проектирования.
Полученные результаты были апробированы на многочисленных тестовых примерах и использованы в качестве алгоритмической основы программного обеспечения элементов системы автоматизированного проектирования тоннелей различного назначения САПР "Тоннель".
Представленная к зашите диссертация основывается на
исследованиях и разработках, выполненных автором лично, а также в соавторстве под его руководством и при непосредственном участии.
Актуальность проблемы. Как известно, процесс любого технического проектирования носит ярко выраженный итеративный характер, когда на каждом шаге происходит улучшение какого-либо параметра проектируемого объекта. При этом количество итераций может быть достаточно велико и при отсутствии автоматизации проектирования весь процесс занимает много времени и требует больших трудозатрат. Следовательно, автоматизация процесса проектирования очень важна с точки зрения сокращения трудозатрат и сроков разработки' проектов. Кроме зтого, при обычном, неавтоматизированном проектировании многие решения,
требующие оптимизации, зачастую принимаются интуитивно, без рассмотрения специальных оптимизационных задач. Вместе с тем, при всей значимости таких результатов автоматизированного проектирования как повышение качества проектной документации, сокращение трудозатрат и сроков проектирования, эффективность его применения в гораздо большей мере определяется возможностью выбора на каждом этапе выполнения проекта . оптимального варианта решения из множества допустимых. Только з этом случае можно обеспечить существенное повышение надежности и технического уровня проекта объекта (что особенно важно для тоннелей, относящихся к сооружениям высокого класса капитальности), при одновременном снижении материалоемкости, стоимости и сроков строительства объекта.
Несмотря на перечисленные преимущества, САПР не нашел широкого применения в строительстве в целом, в том числе и з тоннелестроении, где до последнего времени автоматизированно выполняются лишь статические расчеты и сметная документация. Поэтому разработка математического обеспечения автоматизированного проектирования тоннелей представляет собой весьма актуальную научную задачу, очень важную в практическом отношении.
Целью работы являются:
анализ и формализация конструктивных и технологических проектных решений для всех этапов разработки проектов тоннелей различного назначения-,
разработка математической модели проектных процедур для последующего составления алгоритмов и программного обеспечения системы автоматизированного проектирования тоннелей.
Научная новизна. В представленной работе впервые в кашей стране рассмотрен комплексный подход к созданию системы автоматизированного проектирования тоннелей (в классическом смысле этого термина), при котором автоматизированно выполняются не только сложные статические расчеты конструкций или сметно-финансовые расчеты, но и все остальные элементы проектов и рабочей документации на строительство тоннелей различного назначения. В частности, впервые решены следующие вопросы.
-o-
-
Разработано математическое и алгоритмическое обеспечение, позволяющее автоматизированно выполнять расчеты геометрических параметров внутреннего и наружного контуров одно- и двухуступных тоннелей в зависимости от горно-геологических условии строительства, заданного транспортного габарита или расхода воды для транспортных л гидротехнических тоннелей соответственно с решением в необходимых случаях специальной оптимизационной задачи по рациональному распределению назначенных типов постоянного и временного крепления по длине тоннеля.
-
Разработано математическое и алгоритмическое обеспечение для автоматизированного конструирования пространственных армокаркасов монолитных и сборных железобетонных обделок тоннелей различного назначения.
-
Разработано математическое обеспечение для решения проблемы автоматизированного выбора полного комплекта технологического оборудования, необходимого для проходки тоннелей различного назначения и возведения временного и постоянного крепления.
-
Разработаны математическое и алгоритмическое обеспечения автоматизированного выбора норм времени на все производственные операции с расчетом циклограмм и составлением сетевого графика строительства тоннеля с оптимизацией его по заданным критериям.
-
Разработано математическое обеспечение автоматизированной графической реализации практически всех элементов основного комплекта чертежей рабочей документации в части конструктивных и технологических решении строительства тоннеля.
Некоторые элементы данной работы не имеют аналогов и з зарубежных разработках автоматизированного проектирования тоннелей. В частности, это можно сказать о проблемах постановки и методах решения оптимизационных задач и использовании теории графов при назначении технологических схем строительства тоннелей.
Практическая ценность работы заключается з разработке математического обеспечения автоматизированного проектирования тоннелей в виде методов и алгоритмов выполнения проектных процедур,
- D -
по которым осуществляется программное обеспечение САПР "Тоннель".
Зта система практически используется з акционерном обществе "Институт Гидроспецпроект" при проектировании тоннелей для гидротехнического, транспортного и коммунального строительства.
Разработки, представленные в диссертации, используются как основа курса "Автоматизированное проектирование тоннелей", преподаваемого автором ка кафедре САПР факультета "Мосты и тоннели" МИИТа.
Достоверность. Достоверность разработанного математического обеспечения проверялась в процессе отладки программного обеспечения путем решения тестовых задач.
Часть расчетных алгоритмов при отладке программ была опробована з специализированных учебных и проектных институтах - МИСИ, Мосгидросталь, Гидропроект и других. Кроме этого, достоверность разработанного математического обеспечения контролируется в системе автоматизированного проектирования специальными подпрограммами, проверяющими непротиворечивость исходных данных и отдельных результатов расчета, а также при автоматизированной графической реализации результатов расчета в виде поперечных сечений, разрезов и узлов тоннельной обделки, армокаркасов и металлоконструкций арочного крепления и т.д.
Реализация работы в строительстве. Результаты работы использовались з полком объеме или частично при проектировании следующих объектов энергетического, транспортного и коммунального строительства:
строительно-эксплуатационный водосброс Ирганайской ГЭС (построен);
Зеравшанский ирригационный тоннель Ш);
деривационный тоннель Советской ГЭС (130);
транспортный тоннель Т-4 Рогунской ГЭС (построен);
тоннели водоснабжения г. Ставрополя (ТЭО);
автодорожный тоннель г. Дамаска, Сирия (П);
турбинные водоеоды ГЭС Капанда, Ангола (построены);
строительно-экслуатационный водосброс и подводящий тоннель Тельмамской ГЭС (РД);
- деривационные тоннели и турбинные водоводы двухступенчатого
варианта Майнакской ГЭС з Казахстане (Ї30) и многие другие.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в работе, докладывались на следующих конференциях и совещаниях:
о'сесоюзное научно-техническое совещание Минэнерго СССР "Разработка и внедрение САПР в отрасли". Москва. 18-20 шля 1988 г.
Научно-практическая конференция по система}-) автоматизированного проектирования. г.Москва, июль 1989 г.
Отраслевое научно-техническое совещание Минэнерго СССР по внедрению систем автоматизированного проектирования. Москва, 10-11 декабря 1991 г.
Межрегиональный научно-технический симпозиум "От качественного проекта к совершенному подземному сооружению". Москва.9-10 июня 1993
В 1994 г. работа экспонировалась з павильоне "Электрификация" ВВЦ РФ, и решением Совета ВВЦ автор награжден медалью "Лауреат ВВЦ".
Международный тоннельный конгресс, конференция Немецкого тоннельного общества "ШТУВА" и 21-я ежегодная Генеральная ассамблея Международной тоннельной ассоциации. Штутгарт (Германия) 6-11 мая 1995г.
Всего по теме диссертации опубликовано 15 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глаз, основных результатов и выводов, списка литературы из 130 наименований и приложения. Диссертация содержит 111 страниц машинописного текста, 16 рисунков, 5 таблиц.
Похожие диссертации на Анализ и формализация проектных решений по строительству тоннелей с разработкой математической модели для автоматизации процесса проектирования
