Информационное моделирование
03.04.2023 — 09:00
Процессы, приходящие в окружающем мире, настолько сложны и многогранны, что для их изучения используется метод информационного моделирования. С помощью создания моделей появляется возможность представить реальность в упрощенном виде. Удобнее всего вести ее формирование с помощью компьютера. В результате появляется реальный образ объекта, позволяющий понять основные его свойства и использовать информацию для решения конкретной задачи. Построение и использования моделей ведется практически во всех социальных и естественных науках.
Назначение информационного моделирования
С помощью моделирования ведется познание окружающего мира путем создания заместителей исследуемых объектов, которые получили название моделей существующих прототипов или оригиналов. Примером могут служить имена реальных людей, манекены человеческие фигур, макеты действующих самолетов, парков или мостов. Сюда же можно отнести глобусы или карты.
Все выпускаемые модели не могут полностью отразить характеристики оригинала и только указывают на часть его свойств. Примером является модель автомобиля без двигателя и остальных агрегатов. При этом некоторые объекты сразу могут отражать несколько оригиналов, предоставляя информацию о присутствующих у них свойствах. Мяч можно сравнить с планетой, указывая, что она круглая. Если рассмотреть глобус, то здесь появляется информация о расположении материков.
Наиболее качественной моделью считается та, которая с максимальной полнотой отражает признаки объекта. При этом полностью охарактеризовать свой прототип не может ни одна модель. Однако часто этого и не требуется. При создании модели самолета, которая предназначается для коллекции, главным является воспроизведение его внешнего вида, а не летных характеристик.
При изготовлении модели необходимо заранее знать предъявляемые к ней требования, и какие признаки оригинала она должна отражать. Исходя из этих условий, модели бывают двух видов:
- Натурная или материальная. К ним относятся макеты или муляжи, которые являются уменьшенными копиями воспроизводимого объекта. В данном случае идет обычное копирование внешних признаков оригинала. При этом копии могут иметь разные размеры отличные от прототипа. Хорошим примером является модель солнечной системы, которая во много раз меньше реальных параметров объекта.
- Информационная. Сюда относится словесное описание, схема, чертеж или формула. В данном случае ведется предоставление набора признаков об объекте с содержанием всей необходимой информации.
Предназначения моделей состоят в следующем:
- Представление масштабных будущих проектов. Сюда может относиться план застройки жилого сектора или архитектурные особенности отдельного помещения.
- Показ сложнодоступной информации. Это касается макетов в биологическом кабинете.
- Проверка работы создаваемых в будущем агрегатов. Модель самолета проверяется в аэродинамической трубе с целью выявления всех недостатков на стадии проектирования.
- Для точного прогнозирования. Снимки, полученные из космоса, дают представление о перемещении воздушных масс.
- С целью получения необходимой информации. Наглядным примером является места указания движения поездов или автобусов.
Разновидности информационных моделей
Информационные модели отражают свойства объекта в определенной форме. По способу представления они делятся на виды:
- Образные. Такие модели несут в себе информацию об объекте с помощью зрительных образов. Это могут быть рисунки или фотографии, расположенные на носителе информации. Классическими примерами являются бумага с нанесенным на нее изображением, фотографии или спутниковые снимки. Образные модели широко используются в учебных заведениях. Здесь они присутствуют в учебниках или как иллюстрации на плакатах
- Знаковые. Выглядят в виде формул, текста или написанной на определенном языке программы.
- Смешанные. В таких моделях присутствуют как образные, так и знаковые элементы. Сюда относятся географические карты, различные диаграммы или графики.
Информационные модели широко применяются при разработке чертежей для строительных и механических конструкций, а также при формировании электронных схем.
Графические модели
С помощью графического моделирования есть возможность представить объект в виде различного вида изображений. К ним относятся:
- Схема. Это графическое изображение объекта, выполненного с помощью условных линий. В результате появляется информация о структуре системы, ее внешнем виде и данные о некоторых характерных признаках. При этом она носит ограниченный характер, поскольку схема не обладает рельефностью. Если речь идет о блок-схемах, то их задача состоит в предоставлении алгоритма определенных действий для решения проблемы.
- Карта. Здесь идет описание местности в виде ее моделирования. Карта выглядит как уменьшенное изображение участка поверхности Земли разной по размеру территории. В результате появляется наглядная информация о рельефе местности, расположении населенных пунктов, проложенных автомагистралях и расстояний между объектами.
- Чертеж. Это нанесенный на бумагу в уменьшенном виде объект. Особенность проекта заключается в том, что он ведется методом проецирования детали в определенном масштабе. Для предоставления более полной информации в чертеже присутствуют размерные линии с нанесенными числами и текст. Их созданием занимаются проектировщики, которые работают в конструкторских бюро.
- График. Сюда включаются диаграммы, содержащие статистические данные об исследуемом явлении. График представляет собой разного вида линии, отражающие тенденцию развития процессов, их рост или падение.
На бумагу можно наносить объемные изображения узлов и деталей. Это значительно облегчает восприятие модели предмета.
Математические модели
Любые процессы можно описать с помощью математической символики. Сюда относятся разной сложности уравнения или любые типы неравенств. Существенную помощь в создании математических моделей оказало появление ЭВМ. С использованием электронно-вычислительной техники появилась возможность не только убыстрить расчеты, но и значительно их углубить. Это дало мощный толчок для формирования таких видов моделей, которых раньше невозможно было создать на практике.
Компьютерное математическое моделирование проводится в 7 этапов:
- Первый. Определяются цели моделирования, и ведется понимание структуры будущего объекта, а также взаимодействия его с окружающей средой. Определяется способ управления процессом на основании существующих целей и прогнозирование будущих последствий такого воздействия.
- Второй. Определяется степень важности входных параметров, которые разделяются по рангам.
- Третий. Ведется непосредственно разработка математической модели на основании имеющейся абстрактной формулировки.
- Четвертый. Подыскивается наиболее удобный способ исследования построенной модели. Оптимальным вариантом является численный метод, который хорошо поддается программированию.
- Пятый. Отлаживается разработанная программа.
- Шестой. Готовая программа тестируется на основании заранее известного результата. Если проверка проходит успешно, программа запускается в работу.
- Седьмой. Начинается непосредственно эксперимент и если точность полученных результатов не соответствует ожидаемым реальным процессам, модель отправляется на доработку.
Основным преимуществом математических моделей является универсальность, поскольку их можно использовать на разных явлениях, а иногда даже на целом классе.
Моделирование глобальных процессов
Во время моделирования процессов, проходящих в отдельно взятых науках, решаются локальные задачи. При этом перед человечеством стоит цель получения информации о ближайшем своем будущем. Здесь рассматривается не политическая и экономическая ситуация в отдельных государствах, а развитие человечества в целом.
Такая необходимость заключается в том, что из-за непродолжительности жизни человека, изменения, которые наблюдаются в мире, малозаметны. На развитие человечества и планеты влияет огромное количество проходящих процессов, которые взаимосвязаны между собой, но конечные результаты их деятельности предсказать невозможно. Человеческому уму не под силу решить такую проблему и только с помощью компьютерного моделирования можно спрогнозировать итог взаимодействия глобальных факторов на ближайший период и сделать относительно верный прогноз.
Возможные трудности
Причиной нестабильности могут стать следующие факторы:
- Увеличение численности населения. По статистике количество человек на Земле удваивается через каждые 40 лет. Это приводит к истощению источников, поддерживающих существование населения.
- Уменьшение природных ресурсов. Связано это с высокими темпами развития промышленного производства. К ним относятся полезные ископаемые и источники чистой воды.
- Повышенный процент в воздухе соединений углерода диоксида. Происходит это из-за уменьшения количества лесов на планете, поскольку их вырубка ведется в неконтролируемом порядке.
- Глобальное потепление на Земле. Причиной является неправильное хозяйствование человечества.
Трудности ведения отслеживания проблем состоят в том, что все происходящие на Земле процессы необходимо рассматривать в комплексе. С одной стороны рост производства относится к положительному фактору. Однако он за собой тянет негативные последствия в виде загрязнению почвы и атмосферы, а также повышенному расходу невозобновляемых энергоресурсов. Увеличение численности людей позволяет развивать нашу планету, но это влечёт за собой ухудшение состояния атмосферы.
Чтобы хорошо понимать и прогнозировать будущее развитие человечества, возникает потребность в моделировании всех процессов.
Соблюдение правил
В результате моделирования появляется возможность избежать будущих катастроф. Для этого необходимо соблюдать следующие правила:
- В мире существуют возобновляемые ресурсы, к которым относятся вода, лес или рыба. Необходимо их расходовать так, чтобы они успевали восстанавливаться.
- К невозобновляемым ресурсам относятся различные виды руд, нефть или уголь. В процессе их потребления необходимо соблюдать меру, чтобы постепенно осуществлялся переход на потребление возобновляемых ресурсов, таких как солнечная энергия, или ветер. При организации научного подхода после исчезновения невозобновляемых видов природных источников произойдет плавный переход к использованию энергии от новых ресурсов.
- Загрязнение природы должно вестись такими темпами, чтобы она успевала очищаться. С этой целью на промышленных предприятиях обязательно требуется устанавливать очистительное оборудование.
Для охвата всех глобальных процессов ведется их моделирование, которое известно под названием WORLD. Полученные данные дают возможность наметить пути развития человечества для достижения благополучия и стабильности.
Современное строительное моделирование
Проектирование строительных объектов осуществляется с помощью цифрового моделирования. Обеспечивается это применением технологии BIM. Ее эффективность дает возможность существенно сэкономить финансовые и временные затраты. Такая технология позволяет создавать модели для ведения строительства объектов любой сложности, к которым относятся тоннели, мосты, высотные дома и скоростные трассы. BIM напоминает 3D моделирование с расширенной базой данных.
При создании модели 3D-объекта используются компоненты, загруженные в электронную базу. Сюда включаются стоимость используемых материалов, их физико-механические характеристики, данные инженерных изысканий. В том случае, когда параметры изменяются, программой в схему автоматически вводятся поправки.
С помощью моделирования BIM обеспечивается возможность архитекторам, проектировщикам, дизайнерам, коллективное ведение работы. Все вносимое ими данные тут же распределяются программой в нужные ячейки. Создание такой модели выражается в следующих преимуществах:
- комплексный расчет всех характеристик строительного объекта;
- устранение ошибок, которые возможны на стадии проектирования;
- выявление отклонений в заложенной технологии при ведении строительных работ;
- полная синхронизация всего процесса;
Любая задумка заказчика перед началом возведения объекта за счет использования системы моделирования предварительно просматриваются на экране. Это позволяет устранить все недопонимания между участниками проекта еще на стадии его разработки.
Функционирование модели BIM осуществляется на всех этапах:
- Проектирование. Сначала создается непосредственно 3D-модель. Это все подробные чертежи, спецификации и расчеты. Затем данные заносятся в программу, и после обработки формируется список предстоящих работ. Кроме того, на этой стадии с помощью компьютера проект дополняется такими данными как устройство подъездных путей, площадок для разгрузки и хранении, а также обслуживание спецтехники.
- Строительство. Наличия созданной 3D модели позволяет на этом этапе вести полный контроль возведения объекта. В случае выявления отклонений происходит их фиксации и корректировка. Такая работа ведется всеми участниками: заказчиком, застройщиком, инвестором и контролирующими органами.
- Эксплуатация. Технологии BIM даже после сдачи строительного объекта обладают возможностями контроля состояния строения в последующий период. Обеспечивается это наличием датчиков, подающих необходимую информацию на компьютерное оборудование.
Использование моделирования BIM позволяет сэкономить на постройке объекта до 20% средств. При этом время на его возведение сокращается на 12%, что придает проекту повышенную привлекательность.
Информационное моделирование относится к процедуре формирования и построения моделей различного формата, которые представляют собой хранилища, легко воспринимаемые человеком. Разрабатываются они абсолютно для всех сфер жизни и дают возможность получить данные о наиболее слабых сторонах объекта или текущего процесса, что позволяет принять меры для исправления ситуации.
Крышные котельные: экономия и энергоэффективность
15.03.2023 — 08:38
В России достаточно активно в новых многоквартирных домах монтируются крышные газовые котельные. Но, по мнению экспертов, до массового внедрения такого вида децентрализованного теплоснабжения пока еще далеко. Мешают административные барьеры, консервативное мышление некоторых застройщиков и потребителей.
Автономные крышные газовые котельные в последние годы достаточно часто устанавливаются в новых многоквартирных домах (МКД). Такой формат системы теплоснабжения имеет ряд преимуществ, главные из которых — снижение затрат на доставку ресурса и повышение энергоэффективности жилого объекта. Кроме того, автономные газовые котельные позволяют жильцам домов, где они установлены, не зависеть от общегородского графика отопительного сезона.
Выгодная децентрализация
Эксперты отмечают существенный интерес застройщиков к использованию на своих объектах газовых крышных котельных. По словам представителя De Dietrich в Северо-Западном регионе, ООО «БДР Термия Рус» Олега Козлова, в ближайшее время в городах, городских агломерациях доля децентрализованных источников тепла будет расти. «Тому есть, во-первых, предпосылки, связанные с общей технико-экономической обоснованностью. Города развиваются, увеличивается ввод нового жилья в существующих районах большей этажности и площадей, идет застройка новых районов, отдаленных от узлов централизованного теплоснабжения. Во-вторых, проявляется интерес застройщиков, девелоперов, а также инвесторов среди инжиниринговых компаний к децентрализованному теплоснабжению новых объектов. При грамотном подходе это приводит к уменьшению стоимости получаемой тепловой энергии для потребителей при существенной выгоде для инвесторов за счет оптимального размещения котельных, сокращения протяженности тепловых сетей, применения мероприятий по увеличению энергетической эффективности», — отмечает он.
Специалист по техническому маркетингу ООО «Лемакс» Сергей Уваров полагает, что широкое распространение газовых крышных котельных может быть продиктовано возможностью оптимизации расхода природного газа при снижении теплопотерь в процессе транспортировки теплоносителя от теплового пункта к конечному потребителю. «Особенно данный вопрос становится актуальным из-за износа уже имеющихся тепловых сетей. Также очень важно отметить, что при переходе от централизованных к децентрализованным системам отопления снижаются затраты на содержание сетей, обеспечивающих транспортировку теплоносителя, и потребление газа на нагрев достаточно протяженных тепловых трасс. Выбор типа котельной при децентрализованном теплоснабжении зависит от конструктивных особенностей зданий, которые будут отапливаться собственными котельными, а также от технических условий, возможности того или иного типа размещения. Для обеспечения повсеместного использования вышеизложенных пунктов теплоснабжения необходимо обеспечить пропускную способность газораспределительных пунктов с созданием новых газовых магистралей, учитывающих объем газа», — подчеркивает эксперт.
За последние годы крышные газовые котельные существенно видоизменились, рассказывает руководитель управления развития собственных брендов GEFFEN Сергей Леонов. По его словам, ранее некоторые виды оборудования были очень больших размеров и сильно шумными, что в ряде случаев приводило даже к судебным разбирательствам с жильцами. Сейчас ситуация другая. На рынке выпускается современная техника с малыми габаритами. «Считаем, в настоящее время решение децентрализованного отопления не только допустимо, но и является наиболее эффективным и разумным. Оно предусматривает минимальное количество тепловых сетей в случае строительства отдельно стоящей котельной, а при строительстве крышной котельной наружные сети и вовсе отсутствуют. Поэтому, применяя современное оборудование, можно существенно снижать затраты, при этом не повышая капитальных вложений в строительство. В текущей реальности, — добавил он, — стоит отметить, что многие виды газовых котельных производятся в России, а значит, будут поставлены на объект вне зависимости от санкций и запретов».
Определяя стандарты
Если раньше организовать систему теплоснабжения целого дома было чем-то очень сложным, глобальным и громоздким, продолжает тему представитель компании-производителя WOLF Роман Гренков, то сейчас уровень развития техники позволяет предложить потребителям небольшие, компактные модели, которые доступны и удобны в обслуживании. «Но до массового развития децентрализованного теплоснабжения еще должно дорасти сознание как потребителя, так и застройщиков. Ситуация на рынке должна измениться до того момента, когда сохранность энергоресурсов станет важнее заработка, оценка энергоэффективности на долгий срок станет важнее разовой экономии, а платить собственной ответственностью за индивидуальный комфорт станет новым уровнем осознанности населения», — считает он.
Массовому применению крышных котельных в жилищном строительстве, отмечает эксперт, также, возможно, мешает недостаточная информированность проектировщиков о существовании современных решений, небольших, легких, но мощных котлах для крышных котельных. Также затрудняют внедрение крышных котельных сложные согласования. В частности, иногда мешают оформления ОПО (опасных производственных объектов) и дополнительное согласование ограничения по ГПЗУ. Для этого нужны силы, время, средства и вера в успех.
По мнению специалиста по обучению и технической поддержке ELCO Юрия Кузнецова, большинство застройщиков отдало бы предпочтение автономному теплоснабжению для своих объектов как менее затратному и быстрее окупаемому варианту. Но в настоящее время в большинстве регионов нашей страны центральное теплоснабжение имеет поддержку на административном уровне. Причиной, как видится, является возможность реконструировать существующие системы теплоснабжения за счет нового жилищного строительства. В результате чего строительными компаниями предпочтение вынужденно отдается центральным системам вопреки экономическим показателям строительства.
«В целом в России создана неплохая нормативная база по проектированию и строительству крышных котельных. Это СП 373.1325800.2018 "Источники теплоснабжения автономные" и СП 281.1325800.2016 "Установки теплогенераторные мощностью до 360 кВт, интегрированные в здание". Но хочется отметить некоторый законодательный вакуум в области автономного теплоснабжения. Ни в ФЗ № 190 "О теплоснабжении", ни в ФЗ № 210 "Об основах регулирования тарифов организаций коммунального комплекса" нет его упоминания и, следовательно, нет четких правил для строительства и эксплуатации автономных источников теплоснабжения», — констатирует он.
По словам Сергея Леонова, в настоящее время наблюдается большая путаница у проектировщиков касаемо обязательных и добровольных норм применения сводов правил. Многие проектируют крышные котельные, которые относятся к СП 373.1325800.2018 Источники теплоснабжения автономные, по СП 89.13330.2016 Котельные установки. «Но, что важно, область применения приведенных сводов правил абсолютно разная, а значит, отличается и порядок проектирования. Проектные организации делают проект крышной котельной по СП, который имеет отношение к отдельно стоящей котельной. Но там же разные нормы резервирования котельной, не учитываются нагрузки на перекрытия, шумы и прочее. Поэтому стоит обращать внимание на то, чтобы, применяя своды правил, на добровольной основе проектирование вели по действующим нормам, соответствующим типу здания, так как ответственности с проектной организации никто при этом не снимает», — подчеркивает эксперт.
По мнению Олега Козлова, вероятно, использование типовых решений при проектировании крышных котельных помогло бы ускорить процесс проектирования, согласований, а также при должном подходе и строительства котельной. Для того, чтобы данные изменения имели положительный эффект, застройщики и инженерные компании должны иметь нормативно закрепленные предпосылки для сокращения сроков реализации котельных, а потенциально и для сокращения их стоимости, по крайней мере, в типовом исполнении. Однако такие решения не должны исключать гибкости в выборе моделей оборудования и производителей.
