Математическая модель процесса потокораспределения в инженерных системах здания

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

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. 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.

1. Michalski W. Critiques of life cycle assessment. Worcester Polytechnic Institute, 2015.

2. 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.2017.06.089

3. Солдатенко 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.

4. 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.2021.102158

5. Cremen 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.2021.152552

6. Gill 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: 10.1002/2013RG000445

7. Уткин В.С., Уткин Л.В. Экспертный метод определения физического износа зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2000. № 1. С. 48. EDN ZEXRXH.

8. 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.

9. 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.

10. 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_28

11. Гарина 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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/etfa46521.2020.9212089

18. Negri 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.2017.07.198

19. Talkhestani 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-2019-0039

20. Braun 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.2022.04.020

21. Talkhestani 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.2020.03.014

22. Jazdi 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.2020.05.257

23. Hermann 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.2022.04.014

24. Серая 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.

25. 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)00043-5

26. Akiyama 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: 10.1080/15732479.2019.1604770

27. Саввин 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.