mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2025.9.1373-1385mgssuvest-722Research ArticleИнженерные системы в строительствеEngineering systems in constructionМатематическая модель процесса потокораспределения в инженерных системах зданияMathematical model of the flow distribution process in building engineering systemshttps://orcid.org/0000-0001-6379-6825СаввинН. Ю.SavvinN. Yu.

Никита Юрьевич Саввин — кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции

308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46

РИНЦ AuthorID: 1108836, Scopus: 57219992792, ResearcherID: AAR-3129-2021

Nikita Yu. Savvin — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Heat and Gas Supply and Ventilation

46 Kostyukova st., Belgorod, 308012

RSCI AuthorID: 1108836, Scopus: 57219992792, ResearcherID: AAR-3129-2021 

n-savvin@mail.ruБелгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова)РоссияBelgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (BSTU named after V.G. Shukhov)Russian Federation20252909202520913731385Copyright © Саввин Н.Ю., 20252025Саввин Н.Ю.Savvin N.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/722Введение

Введение. В условиях современного строительства, где требования к энергоэффективности и устойчивости растут с каждым годом, необходимость в интегрированном подходе к моделированию субъектов инженерных систем (ИС) становится особенно актуальной.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для разработки математической модели жизненного цикла (ЖЦ) ИС здания использовался способ составления замкнутого ориентированного графа. Проведена математическая и графическая обработка полученных результатов.

Результаты

Результаты. Представлен подход к моделированию процессов деградации и восстановления ИС, учитывающий зависимость от времени и текущего состояния для снижения затрат на текущий и плановые ремонты. Установлена взаимосвязь каждой ИС как полноценного комплекса. Выявлены проблемы, оказывающие влияние а работоспособность ИС зданий. Для моделирования динамики изменения производительности системы предложен коэффициент, учитывающий мгновенное ухудшение и постепенное ухудшение Kущ. Приведено практическое прогнозирование результатов исследования на ЖЦ комплекса ИС объекта капитального строительства.

Выводы

Выводы. Полученные результаты могут быть использованы с целью проектирования ИС здания и оценки их функциональности на протяжении всего ЖЦ здания. Разработана математическая модель потокораспределения в ИС здания. Предложен уникальный коэффициент, учитывающий вероятность возникновения различного типа негативных воздействий. В перспективе предложенная система позволит отказаться от расчета ежегодных ожидаемых убытков, вызванных опасностями, и вместо этого сосредоточиться на оценке совокупного воздействия нескольких опасностей в контексте жизненного цикла инженерных систем.

Introduction

Introduction. In the context of modern construction, where the requirements for energy efficiency and sustainability are growing every year, the need for an integrated approach to modelling the subjects of engineering systems is becoming especially relevant.

Materials and methods

Materials and methods. To develop a mathematical model of the life cycle of building engineering systems, a method for compiling a closed directed graph was used. Mathematical and graphical processing of the obtained results was carried out.

Results

Results. An approach to modelling the processes of degradation and restoration of engineering systems is presented, taking into account the dependence on time and the current state to reduce the costs of routine and scheduled repairs. The relationship of each engineering system as a full-fledged complex is established. Problems affecting the operability of building engineering systems are identified. In order to model the dynamics of system performance change, a coefficient considering instantaneous deterioration and gradual deterioration Сloss is proposed. A practical forecast of the research results for the life cycle of a complex of engineering systems of a capital construction project is presented.

Conclusions

Conclusions. The obtained results can be used to design building engineering systems and assess their functionality throughout the entire life cycle of the building. A mathematical model of flow distribution in the engineering systems of the building was developed. A unique coefficient is proposed that takes into account the probability of occurrence of various types of negative impacts. In the future, the proposed system will allow to abandon the calculation of annual expected losses caused by hazards and instead focus on assessing the combined impact of several hazards in the context of the life cycle of engineering systems.

математическая модельинженерные системыпроектированиеоптимизацияустойчивое развитиекоэффициент ущербапрограммный комплексжизненный циклmathematical modelengineering systemsdesignoptimizationsustainable developmentdamage coefficientsoftware packagelife cycleReferencesMichalski W. Critiques of life cycle assessment. Worcester Polytechnic Institute, 2015.Michalski W. Critiques of life cycle assessment. Worcester Polytechnic Institute, 2015. (rus.).Taheri-Rad A., Khojastehpour M., Rohani A., Khoramdel S., Nikkhah A. Energy flow modeling and predicting the yield of Iranian paddy cultivars using artificial neural networks // Energy. 2017. Vol. 135. Pp. 405–412. DOI: 10.1016/j.energy.2017.06.089Taheri-Rad A., Khojastehpour M., Rohani A., Khoramdel S., Nikkhah A. Energy flow modeling and predicting the yield of Iranian paddy cultivars using artificial neural networks. Energy. 2017; 135:405-412. DOI: 10.1016/j.energy.2017.06.089Солдатенко Т.Н. Модель остаточного ресурса инженерных систем с высоким уровнем износа // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 6 (32). С. 64–72. DOI: 10.5862/MCE.32.10. EDN PDZKGZ.Soldatenko T.N. Model of the residual life of engineering systems with a high level of wear. Magazine of Civil Engineering. 2012; 6(32):64-72. DOI: 10.5862/MCE.32.10. EDN PDZKGZ. (rus.).Galasso C., McCloskey J., Pelling M., Hope M., Bean C.J., Cremen G. et al. Editorial. Risk-based, Pro-poor Urban Design and Planning for Tomorrow’s Cities // International Journal of Disaster Risk Reduction. 2021. Vol. 58. P. 102158. DOI: 10.1016/j.ijdrr.2021.102158Galasso C., McCloskey J., Pelling M., Hope M., Bean C.J., Cremen G. et al. Editorial. Risk-based, Pro-poor Urban Design and Planning for Tomorrow’s Cities. International Journal of Disaster Risk Reduction. 2021; 58:102158. DOI: 10.1016/j.ijdrr.2021.102158Cremen G., Galasso C., McCloskey J. Modelling and quantifying tomorrow’s risks from natural hazards // Science of The Total Environment. 2022. Vol. 817. P. 152552. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.152552Cremen G., Galasso C., McCloskey J. Modelling and quantifying tomorrow’s risks from natural hazards. Science of The Total Environment. 2022; 817:152552. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.152552Gill J.C., Malamud B.D. Reviewing and visualizing the interactions of natural hazards // Reviews of Geophysics. 2014. Vol. 52. Issue 4. Pp. 680–722. DOI: 10.1002/2013RG000445Gill J.C., Malamud B.D. Reviewing and visualizing the interactions of natural hazards. Reviews of Geophysics. 2014; 52(4):680-722. DOI: 10.1002/2013RG000445Уткин В.С., Уткин Л.В. Экспертный метод определения физического износа зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2000. № 1. С. 48. EDN ZEXRXH.Utkin V.S., Utkin L.V. Expert method for determining the physical deterioration of buildings. Indust-rial and Civil Engineering. 2000; 1:48. EDN ZEXRXH. (rus.).Соколов В.А. Построение решения для оценки технического состояния конструктивных систем зданий и сооружений с использованием вероятностных методов распознавания // Инженерно-строительный журнал. 2010. № 6 (16). С. 48–57. EDN MWNNMH.Sokolov V.A. Construction of a solution for assessing the technical condition of structural systems of buildings and structures using probabilistic recognition methods. Magazine of Civil Engineering. 2010; 6(16):48-57. EDN MWNNMH. (rus.).Солдатенко Т.Н. Модель идентификации и прогноза дефектов строительной конструкции на основе результатов ее обследования // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 7 (25). С. 52–61. EDN OIYPSP.Soldatenko T.N. Model for identification and prediction of defects in a building structure based on the results of its inspection. Magazine of Civil Engineering. 2011; 7(25):52-61. EDN OIYPSP. (rus.).Shtovba S., Rotshtein A., Pankevich O. Fuzzy Rule Based System for Diagnosis of Stone Construction Cracks of Buildings // International Series in Intelligent Technologies. 2002. Pp. 401–411. DOI: 10.1007/978-94-010-0324-7_28Shtovba S., Rotshtein A., Pankevich O. Fuzzy Rule Based System for Diagnosis of Stone Construction Cracks of Buildings. International Series in Intelligent Technologies. 2002; 401-411. DOI: 10.1007/978-94-010-0324-7_28Гарина Е.П., Коробова Я.В., Цыбуцинина И.Е., Писарева В.А. Методические основы формирования организационно-экономических систем на примере отдельного проекта // Экономика и предпринимательство. 2025. № 2 (175). С. 1287–1290. DOI: 10.34925/EIP.2025.175.2.238. EDN IFXLIC.Garina E.P., Korobova Y.V., Tsybutsinina I.E., Pisareva V.A. Methodological foundations for the formation of organizational and economic systems using the example of a separate project. Economy and Entrepreneurship. 2025; 2(175):1287-1290. DOI: 10.34925/EIP.2025.175.2.238. EDN IFXLIC. (rus.).Сухомлин В.А., Гапанович Д.А. Эталонная модель модельно-ориентированной системной и программной инженерии (model-based systems and software engineering — MBSSE) и ее связь с процессными стандартами системной инженерии // International Journal of Open Information Technologies. 2024. Т. 12. № 1. С. 144–155. EDN PURCDJ.Sukhomlin V.A., Gapanovich D.A. Model-based systems and software engineering (MBSSE) reference model and its relationship to systems engineering process standards. International Journal of Open Information Technologies. 2024; 12(1):144-155. EDN PURCDJ. (rus.).Сборщиков С.Б., Лазарева Н.В. Реинжиниринг организационной структуры и бизнес-процессов инвестиционно-строительной деятельности. Их место в общей системе корпоративного регулирования // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 2. С. 294–306. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.2.294-306. EDN IELZVM.Sborshikov S.B., Lazareva N.V. Reengineering of the organizational structure and business processes of investment and construction activities. Their place in the general system of corporate regulation. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2024; 19(2):294-306. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.2.294-306. EDN IELZVM. (rus.).Ковалев С.П. Применение цифровых двойников в автоматизированном управлении высокотехнологичным промышленным производством // Мехатроника, автоматизация, управление. 2024. Т. 25. № 4. С. 211–220. DOI: 10.17587/mau.25.211-220. EDN AUJZZK.Kovalyov S.P. Leveraging digital twin in automated high-tech production management. Мechatronics, Automation, Control. 2024; 25(4):211-220. DOI: 10.17587/mau.25.211-220. EDN AUJZZK. (rus.).Лосев Ю.Г., Лосев К.Ю. Целостность и иерархичность структур данных в жизненном цикле объектов малоэтажного жилищного строительства // Строительство и архитектура. 2024. Т. 12. № 1 (42). С. 4. DOI: 10.29039/2308-0191-2023-12-1-4-4. EDN GNBOEP.Losev Yu., Losev K. Integrity and hierarchy of data structures in the life cycle of low-rise housing construction. Construction and Architecture. 2024; 12(1):(42):4. DOI: 10.29039/2308-0191-2023-12-1-4-4. EDN GNBOEP. (rus.).Дорошин И.Н., Халиулина О.В., Якупова Ю.М. Управление проектами промышленных и гражданских объектов на основе технологий информационного моделирования // Перспективы науки. 2024. № 1 (172). С. 122–126. EDN JYFQZP.Doroshin I.N., Khaliulina O.V., Yakupova Yu.M. Project management of industrial and civil facilities based on information modeling technologies. Science Prospects. 2024; 1(172):122-126. EDN JYFQZP. (rus.).Sjarov M., Lechler T., Fuchs J., Brossog M., Selmaier A., Faltus F. et al. The Digital Twin Concept in Industry — A Review and Systematization // 2020 25th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA). 2020. Pp. 1789–1796. DOI: 10.1109/etfa46521.2020.9212089Sjarov M., Lechler T., Fuchs J., Brossog M., Selmaier A., Faltus F. et al. The Digital Twin Concept in Industry — A Review and Systematization. 2020 25th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA). 2020; 1789-1796. DOI: 10.1109/etfa46521.2020.9212089Negri E., Fumagalli L., Macchi M. A review of the roles of digital twin in CPS-based production systems // Procedia Manufacturing. 2017. Vol. 11. Pp. 939–948. DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.198Negri E., Fumagalli L., Macchi M. A review of the roles of digital twin in CPS-based production systems. Procedia Manufacturing. 2017; 11:939-948. DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.198Talkhestani B.A., Jung T., Lindemann B., Sah-lab N., Jazdi N., Schloegl W. et al. An architecture of an intelligent digital twin in a cyber-physical production system // At — Automatisierungstechnik. 2019. Vol. 67. Issue 9. Pp. 762–782. DOI: 10.1515/auto-2019-0039Talkhestani B.A., Jung T., Lindemann B., Sahlab N., Jazdi N., Schloegl W. et al. An architecture of an intelligent digital twin in a cyber-physical production system. At — Automatisierungstechnik. 2019; 67(9):762-782. DOI: 10.1515/auto-2019-0039Braun D., Riedhammer M., Jazdi N., Schlo-egl W., Weyrich M. A methodology for the detection of functional relations of mechatronic components and assemblies in brownfield systems // Procedia CIRP. 2022. Vol. 107. Pp. 119–124. DOI: 10.1016/j.procir.2022.04.020Braun D., Riedhammer M., Jazdi N., Schloegl W., Weyrich M. A methodology for the detection of functional relations of mechatronic components and assemblies in brownfield systems. Procedia CIRP. 2022; 107:119-124. DOI: 10.1016/j.procir.2022.04.020Talkhestani B.A., Braun D., Schloegl W., Weyrich M. Qualitative and quantitative evaluation of reconfiguring an automation system using Digital Twin // Procedia CIRP. 2020. Vol. 93. Pp. 268–273. DOI: 10.1016/j.procir.2020.03.014Talkhestani B.A., Braun D., Schloegl W., Weyrich M. Qualitative and quantitative evaluation of reconfiguring an automation system using Digital Twin. Procedia CIRP. 2020; 93:268-273. DOI: 10.1016/j.procir.2020.03.014Jazdi N., Talkhestani B.A., Maschler B., Weyrich M. Realization of AI-enhanced industrial automation systems using intelligent Digital Twins // Procedia CIRP. 2021. Vol. 97. Pp. 396–400. DOI: 10.1016/j.procir.2020.05.257Jazdi N., Talkhestani B.A., Maschler B., Weyrich M. Realization of AI-enhanced industrial automation systems using intelligent Digital Twins. Procedia CIRP. 2021; 97:396-400. DOI: 10.1016/j.procir.2020.05.257Hermann F., Chen B., Ghasemi G., Stegmaier V., Ackermann T., Reimann P. et al. A digital twin approach for the prediction of the geometry of single tracks produced by laser metal deposition // Procedia CIRP. 2022. Vol. 107. Pp. 83–88. DOI: 10.1016/j.procir.2022.04.014Hermann F., Chen B., Ghasemi G., Stegmaier V., Ackermann T., Reimann P. et al. A digital twin approach for the prediction of the geometry of single tracks produced by laser metal deposition. Procedia CIRP. 2022; 107:83-88. DOI: 10.1016/j.procir.2022.04.014Серая Д.С., Козыренко Н.Е. Новаторство в современной архитектуре // Новые идеи нового века : мат. Междунар. науч. конф. ФАД ТОГУ. 2013. Т. 2. С. 152–158. EDN QCUXPD.Seraya D., Kozyrenko N. Innovation in modern architecture. New ideas of the new century : materials of the international scientific conference of the FAD PNU. 2013; 2:152-158. EDN QCUXPD. (rus.).Fonseca D.J., Navaresse D.O., Moynihan G.P. Simulation metamodeling through artificial neural networks // Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2003. Vol. 16. Issue 3. Pp. 177–183. DOI: 10.1016/S0952-1976(03)00043-5Fonseca D.J., Navaresse D.O., Moynihan G.P. Simulation metamodeling through artificial neural networks. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2003; 16(3):177-183. DOI: 10.1016/S0952-1976(03)00043-5Akiyama M., Frangopol D.M., Ishibashi H. Toward life-cycle reliability-, risk- and resilience-based design and assessment of bridges and bridge networks under independent and interacting hazards: emphasis on earthquake, tsunami and corrosion // Structure and Infrastructure Engineering. 2020. Vol. 16. Issue 1. Pp. 26–50. DOI: 10.1080/15732479.2019.1604770Akiyama M., Frangopol D.M., Ishibashi H. Toward life-cycle reliability-, risk- and resilience-based design and assessment of bridges and bridge networks under independent and interacting hazards: emphasis on earthquake, tsunami and corrosion. Structure and Infrastructure Engineering. 2020; 16(1):26-50. DOI: 10.1080/15732479.2019.1604770Саввин Н.Ю., Гарбузов Д.Д. Исследование эффективности охлаждения пластинчатого теплообменника конденсатора промышленной холодильной машины при различных скоростях вращения вентиляторов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2023. № 10. С. 42–56. DOI: 10.34031/2071-7318-2023-8-10-42-56. EDN FLWLIB.Savvin N., Garbuzov D. Investigation of the cooling efficiency of the plate heat exchanger of the condenser of an industrial refrigeration machine at different fan speeds. Bulletin of Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. 2023; 10:42-56. DOI: 10.34031/2071-7318-2023-8-10-42-56. EDN FLWLIB. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.