Впервые введён термин «экоумное» здание, базирующийся на обеспечении современных требований к энергоэффективности и экологической безопасности зданий.

Разработана и исследована модель интеграции интеллектуальных технологий на основе современных систем автоматизированного проектирования и конструирования.

Использован и доведён до практического применения при решении поставленной задачи метод экспертных оценок, позволяющий системно оценить потребительские качества зданий и энергоэффективность предполагаемой интеграции интеллектуальных технологий.

Практическая значимость исследования заключается в разработке и доведении до практического использования методов, позволяющих на различных стадиях жизненного цикла зданий (проектирование, строительство, эксплуатация, реконструкция) принимать решения, обеспечивающие оперативное управление уровнем экологической безопасности и энергоэффективностью зданий; в создании рекомендаций по внедрению инновационных мер, максимально снижающих деструктивное влияние зданий на окружающую среду и улучшающих их микроклимат; а также в применении полученных в процессе научных изысканий результатов и выводов при ведении учебного процесса в профильных ВУЗах, в т. ч. в рамках преподавания дисциплины «Использование вычислительной техники в инженерных расчётах» в Московском государственном строительном университете (МГСУ).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на конференциях молодых учёных МГСУ; опубликованы в различных научных и научно-популярных печатных и интернет-изданиях в виде специализированных и пленарных докладов и статей, включая издания, рекомендованные Высшей аттестационной комиссией (ВАК) Министерства образования Российской Федерации («Промышленное и гражданское строительство», «Экология урбанизированных территорий», «Вестник МГСУ» и других); озвучены на всероссийских и международных научно-практических конференциях и

По вопросам автоматизации зданий были проведены консультационные встречи с коллективами компаний «Kieback & Peter» и «Siemens» (ФРГ), занимающимися высокотехнологичным производством и внедрением по всему миру систем технического оснащения зданий под ключ.

С целью глубокой проработки вопросов, связанных с системами автоматизированного проектирования, неоднократно проводились совещания с представительствами в Российской Федерации компаний «Graphisoft» (Венгрия) и «Autodesk» (США).

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (150 наименований, в т. ч. 23 иностранных источника) и публикаций автора, а также приложений, подтверждающих практическое использование и внедрение результатов исследования.

Объём работы составляет 160 страниц. Основной текст содержит 145 страниц, 6 таблиц, 33 рисунка.

Автор искренне признателен и глубоко благодарен заведующему кафедрой Строительства тепловых и атомных электростанций (СТАЭ), доктору технических наук, профессору, академику РААСН Теличенко В. И., под руководством которого проводилась данная диссертационная работа.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования; определены цель, объект и предмет диссертации; раскрыты методология, научная новизна и практическая значимость работы; приведены основные научные положения, выносимые на защиту; а также рассмотрен ряд статистических показателей и даны определения базовых понятий.

В первой главе проанализированы современные методы повышения уровня экологической безопасности и энергоэффективности зданий на основе интеллектуальных технологий, в т. ч. рассмотрены: системные методы при проектировании зданий, биоклиматическая архитектура и гармонизация зданий с особенностями климата, экологически чистые строительные материалы, энергоэффективные и технические системы.

Как представляется автору, нынешние проекты зданий должны основываться на принципах анализа жизненного цикла, инженерной и экологической безопасности, энергоэффективности, комфортности, использования информационных систем, компьютерных и интеллектуальных технологий. Научные труды и опыт практических разработок показали, что объединить все эти принципы в одном здании, обеспечить совокупный эффект от их применения задача многофакторная и, в настоящее время, решается лишь фрагментарно.

Обзор литературы показал, что понятие «экологическая безопасность» в строительной отрасли впервые было введено в конце 80-х — начале 90-х годов и связано с трудами следующих учёных: Забегаев А. В., Кононович Ю. В., Маршалкович А. С., Потапов А. Д., Пупырев Е. И., Слесарев М. Ю., Теличенко В. И., Тетиор А. Н., Щербина Е. В. и ряда других. При этом оно включает в себя не только внутреннюю здоровую атмосферу, но и гармонию здания с окружающей средой, способствующую сохранению природы, городского пространства, среды жизнедеятельности человека и, в то же время, использующего природные возобновляемые (условно неисчерпаемые) ресурсы: солнечный свет и чистый воздух, атмосферное тепло и дождевую воду, ландшафт и ветер.

В ходе исследования автором акцентируется внимание на то, что новейшие продукты в области САПР дают возможность существенно повысить эффективность проектирования, управления и распространения данных. Многие проблемы, касающиеся загрязнения окружающей среды и лояльности к человеку внутренней среды, можно решить ещё в зародыше, в процессе проектирования. И сегодня уже имеются технологии, помогающие создавать экологически рациональные проекты.

Солнечная радиация, температура наружного воздуха, скорость и направление ветра — всё это относится к существенным факторам, оказывающим немаловажное воздействие на тепловой баланс зданий. Осуществляя выбор ориентации и габаритов здания необходимо стремиться лучшим образом использовать особенности и конструктивное воздействие внешней среды и минимизировать её деструктивное влияние.

В главе подчёркивается важность принятия разнообразных мер, которые могут способствовать повышению уровня экологической безопасности вновь строящихся, эксплуатируемых и реконструируемых зданий, а именно: применение экологически корректных материалов (дерево, камень, кирпич) и продуктов рециклизации неорганического мусора (бетон, стекло, металл) с отказом от вредных стройматериалов (асбест); улучшение изоляции воздуховодов и трубопроводов; снижение потерь за счёт большой теплоотдачи зданий; замена обычных окон на стеклопакеты с низким показателем теплопередачи и использование стёкол с переменной управляемой прозрачностью; изоляция стен и крыш; оборудование приточно-вытяжной вентиляции установками рекуперации тёплого воздуха; модернизация систем автоматизации и оснащение их энергосберегающими приборами и средствами; перенос температурных установок в граничные зоны комфортных уровней.

В конце первой главы проанализированы технические системы и сделан вывод о том, что современные автоматические системы управления технологическими процессами, являясь «мозговым центром» здания и интегрируя важную информацию о его инженерных системах, наблюдают, управляют, регулируют и оптимизируют: системы отопления, вентиляции, кондиционирования и охлаждения; освещение и жалюзи; противопожарные и охранные системы; лифты и т. д.

Во второй главе представлены методологические основы оценки потребительских качеств зданий при внедрении интеллектуальных технологий. В процессе систематизации и рационализации всего спектра полученной информации пришло понимание того, что важно иметь эффективную методику оценки потребительских качеств зданий. При этом было выявлено то обстоятельство, что потребительские показатели (рис. 1) имеют различную физическую природу, и ряд из них не поддаётся математическому описанию с последующей возможностью нахождения оптимального сочетания показателей.

В сложившейся ситуации, в качестве методологической основы решения задачи оценки потребительских качеств зданий в данной диссертационной работе предлагается использовать методологию экспертных оценок — группы методов, наиболее часто используемых в практике оценивания сложных систем на качественном уровне на основе мнений экспертов.

Сущность методов экспертных оценок заключается в проведении экспертами интуитивно-логического анализа проблемы с количественной оценкой суждений и формальной обработкой результатов. Получаемое обобщённое мнение экспертов принимается как решение поставленной задачи.

Рис. 1. Показатели потребительских качеств зданий с точки зрения инженерной инфраструктуры.

Поднятые в диссертации проблемы, решаемые методами экспертных оценок, относятся к таким, в отношении которых имеется достаточное обеспечение информацией. В связи с этим, методы опроса и обработки основываются на использовании принципа «хорошего измерителя». Данный принцип означает, что выполняются следующие гипотезы:

эксперт является хранилищем большого объёма рационально обработанной информации, и поэтому он может рассматриваться как качественный источник информации;

групповое мнение экспертов близко к истинному решению проблемы.

-требованиями нормативных и других предписывающих документов, а также с учётом международного опыта, требований заказчика-инвестора, требованиями потребителей и на основе знаний и практического опыта самих экспертов.

При этом среди множества потребительских качеств зданий рекомендуется выделить один главный; в качестве последнего, в нашем случае, с целью повышения уровня экологической безопасности зданий и экономии энергии, следует выбрать систему показателей энергетической эффективности зданий.

Для высокоточного анализа полученных в ходе опроса данных, автором, в рамках ведения научной деятельности, на базе основ по вычислительной информатике в диссертационной работе разработана специализированная программа под условным названием «Эксперт», написанная на языке программирования «C++» с использованием программного комплекса «C++ Builder». Основанная на методе ранжирования, она позволяет систематизировать полученную информацию от экспертов и выявить наиболее рациональный вариант.

Анализ, проведённый в данной главе, позволил автору окончательно сформулировать методологическую схему исследования (рис. 2).

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований, выполненных автором на базе инновационных разработок от Graphisoft, в области систем автоматизированного проектирования экологически безопасных энергоэффективных интеллектуальных зданий (рис. 3).

Рис. 3. Программное обеспечение для осуществления проектирования на базе комплекса инновационных решений от Graphisoft.

На основе суммирования результатов анализа достоверно установлено и обосновано, что проектировщики имеют возможность использовать для решения стоящих перед ними задач:

мощные системы автоматизированного проектирования (САПР, или CAD — Computer-Aided Design)  для создания чертежей, конструкторской, технологической документации и 3D моделей;

CAE-системы (Computer-aided engineering) для инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов;

CAM-системы (Computer-Aided Manufacturing) для технологической подготовки производства.

Показано, что информационное моделирование строительства (BIM — Building Information Modeling) даёт возможность тщательно подготовить и оптимизировать цифровой прототип, прежде чем он будет реализован физически. При этом пользователи не просто видят модель на экране, но и могут испытать её. Благодаря этому экономятся время и средства, повышается качество и рождаются новаторские экологические решения.

В конце данного раздела диссертации последовательно исследованы и систематизированы этапы применения систем автоматизированного проектирования с целью выработки и принятия решений по наиболее эффективной реализации зданий с высоким уровнем экологической безопасности и энергоэффективности (рис. 4).

Четвёртая глава посвящена интеграции интеллектуальных технологий при проектировании, возведении и реконструкции зданий.

Анализ современного состояния градостроительной сферы наглядно показал, что «зелёные» и «умные» здания, позволяющие экономить энергию и улучшать внутреннюю среду здания, оказывающую непосредственное влияние на состояние здоровья и функционирование человека, — самые актуальные и востребованные направления в области повышения уровня экологической безопасности урбанизированных территорий.