Моделі та методи інформаційної інтеграції систем проектування будівель і споруд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Київський національний університет будівництва і архітектури

УДК 004:728

05.13.12 - системи автоматизації проектувальних робіт

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Моделі та методи інформаційної інтеграції систем проектування будівель і споруд

Бородавка Євгеній Володимирович

Київ 2008

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент Демченко Віктор Вікторович, завідувач кафедри прикладної математики Київського національного університету будівництва і архітектури (м. Київ).

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Лантух-Лященко Альберт Іванович, Національний транспортний університет, професор кафедри мости і тунелі, Міністерства освіти і науки України (м. Київ);

- кандидат технічних наук Панкевич Ольга Дмитрівна, Вінницький національний технічний університет, доцент кафедри теплогазопостачання, Міністерства освіти і науки України (м. Вінниця).

Захист відбудеться "20" листопада 2008 р. о 1300 на засіданні спеціалізованої ради Д 26.056.01 в Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України за адресою: 03680, м. Київ, проспект Повітрофлотський, 31, ауд. 466.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського національного університету архітектури і будівництва за адресою: 03680, м. Київ, проспект Повітрофлотський, 31.

Автореферат розісланий "20" жовтня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д.т.н., професор С.В. Цюцюра.

Анотація

Бородавка Є.В. Моделі та методи інформаційної інтеграції систем проектування будівель і споруд. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 - системи автоматизації проектувальних робіт. - Київський національний університет будівництва і архітектури. - Київ, 2008.

На основі проведеного аналізу виявлені основні проблеми інтеграції архітектурно-будівельних програмних комплексів. Дослідження принципів і технологій інтеграції даних інформаційних систем, що використовуються в теперішній час, та проблеми інтеграції архітектурно-будівельних комплексів (АБПК) дозволили зробити висновок, що в якості методологічної основи для розробки концепції інформаційної технології інтеграції (ІТІ) САПР будівель і споруд доцільно використати комплексну цифрову модель об'єкта (ЦМО). Сформульовані основні принципи побудови ІТІ на основі комплексної ЦМО та вимоги до неї, основними з яких є: повнота, несуперечливість, цілісність, коректність та узгодженість інформації; уніфікація та розширюваність; швидкість і безпека роботи з даними. Розвинуто концепцію розширюваних систем і баз даних стосовно вирішення проблеми горизонтальної інтеграції спеціалізованих застосувань САПР на основі комплексної ЦМО. За допомогою еволюційного методу та теоретико-множинного методу пошуку бази, визначені основні базові моделі даних і процеси їх обробки - ядро ІТІ на основі комплексної ЦМО. Розроблена формальна модель ІТІ на основі комплексної ЦМО та схема взаємодії її компонентів. На її основі розроблена схема побудови інтегрованої технологічної лінії проектування (ІТЛП) будинків як одного із спектрів комплексної ЦМО. Запропоновані моделі даних і сервісів ІТІ на основі комплексної ЦМО у вигляді сукупності пакетів базових об'єктно-орієнтованих моделей даних з використанням UML. Розроблені і дослідженні об'єктно-орієнтовані засоби доступу до структури даних ЦМО та нормативної бази даних. Запропонована інформаційна технологія інтеграції САПР будівель і споруд на основі комплексної ЦМО, що реалізована в інтегрованій технологічній лінії проектування (ІТЛП) КАЛИПСО. Дана ІТЛП має впровадження в більш, ніж 20 проектних організаціях і фірмах України.

Ключові слова: проектування будівель і споруд, інтеграція, цифрова модель об'єкта, інформаційна технологія інтеграції, об'єктно-орієнтовані моделі даних, інтегрована технологічна лінія проектування.

Аннотация

Бородавка Е.В. Модели и методы информационной интеграции систем проектирования зданий и сооружений. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 - системы автоматизации проектировочных работ. - Киевский национальный университет строительства и архитектуры. - Киев, 2008.

На основе проведенного анализа обнаружены основные проблемы интеграции архитектурно строительных программных комплексов. Исследование принципов и технологий интеграции данных информационных систем, которые используются в настоящее время, и проблемы интеграции архитектурно строительных комплексов (АСПК) позволили сделать вывод, что в качестве методологической основы для разработки концепции информационной технологии интеграции (ИТИ) САПР зданий и сооружений целесообразно использовать комплексную цифровую модель объекта (ЦМО). Сформулированы основные принципы построения ИТИ на основе комплексной ЦМО и требования к ней, основными из которых является: полнота, непротиворечивость, целостность, корректность и согласованность информации; унификация и расширяемость; скорость и безопасность работы с данными. Развита концепция расширяемых систем и баз данных относительно решения проблемы горизонтальной интеграции специализированных приложений САПР на основе комплексной ЦМО. С помощью эволюционного метода и теоретико-множественного метода поиска базы, определенны основные базовые модели данных и процессы их обработки - ядро ИТИ на основе комплексной ЦМО. Разработана формальная модель ИТИ на основе комплексной ЦМО и схема взаимодействия ее компонентов. На ее основе разработана схема построения интегрированной технологической линии проектирования (ИТЛП) домов как одного из спектров комплексной ЦМО. Предложены модели данных и сервисов ИТИ на основе комплексной ЦМО в виде совокупности пакетов базовых объектно-ориентированных моделей данных с использованием UML. Разработанные и исследованы объектно-ориентированные средства доступа к структуре данных ЦМО и нормативной базы данных. Предложена информационная технология интеграции САПР зданий и сооружений на основе комплексной ЦМО, которая реализованная в интегрированной технологической линии проектирования (ИТЛП) КАЛИПСО. Даная ИТЛП имеет внедрение больше, чем в 20 проектных организациях и фирмах Украины.

Ключевые слова: проектирование зданий и сооружений, интеграция, цифровая модель объекта, информационная технология интеграции, объектно-ориентированные модели данных, интегрирована технологическая линия проектирования.

Annotation

Borodavka E.V. Models and methods of information integration of project building systems. - Manuscript.

Thesis for a doctoral thesis of technical sciences in speciality 05.13.12 - Automation designing system works. - Kyiv National University of construction and architecture. - Kyiv, 2008.

On the basis of the conducted analysis found out the basic problems of integration of architectonically build programmatic complexes. Research of principles and technologies of integration of these informative systems which are utilized in a present tense, and the problems of integration of architectonically build programmatic complexes (ABPC) allowed to draw a conclusion, that in quality methodological basis of development of conception of technology of integration buildings SAPR it is expedient to utilize the complex digital object model (DOM).

Basic principles of construction of DOM and requirements to it, basic from which is, are formulated: plenitude, uncontradiction, integrity, correctness and co-ordination of information; standardization and expansibility; speed and safety of work is with information.

Conception of the upgradable systems and bases given is developed as to the mean of construction of complex DOM. On its basis the chart of construction of integrated technological line of planning (ITLP) of houses is developed as one of spectrums of complex DOM. The model of data of complex DOM is offered as an aggregate of packages of the base object-oriented models (OOM). The diagrams of classes of base OOM are developed.

Developed and research the object-oriented facilities of access to the structure of data of DOM on normative database DOM. It is offered technology of integration buildings SAPR based on DOM, that realized in the computer-integrated technological line of planning (ITLP) KALIPSO. ITLP is given has introduction in more than 20 project organizations and firms of Ukraine.

Key words: planning of buildings, integration, digital object model, information technology of integration, object-oriented models of data, integrated technological line.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. На сучасному етапі ринок інформаційних технологій світу і України насичений спеціалізованими програмними засобами для автоматизації окремих етапів проектування будівель і споруд. Кожен із цих програмних засобів має свою модель подання об'єкта будівництва і оперує тими атрибутами елементів моделі, які необхідні для вирішення задач автоматизації певного етапу проектування будівельного об'єкта. Інтеграція між згаданими програмними засобами здебільшого забезпечується шляхом обміну (експорту/імпорту) файлами.

Вагомий внесок у розвиток теоретичного базису проблеми інтеграції в САПР і АСУ зробили: Городецький О.С., Здоренко В.С., Лященко А.А., Барабаш М.С., Захаров М.А. та інші. В їх роботах пропонуються різні способи формування інтегрованого інформаційного середовища: від створення систем на основі єдиної структури даних до використання великих сховищ даних.

В теперішніх умовах провідною концепцією засобів автоматизації проектування будівель і споруд стає наступна: дані вносяться один раз, а потім при необхідності змінюються або оновлюються, але не вводяться заново вручну. Реалізація цієї концепції повинна здійснюватися за рахунок використання відповідних технологій обміну і сумісного управління даними для інтеграції всіх учасників проекту.

На даний час в Україні відсутні наукові дослідження по розробці та практичній реалізації уніфікованих моделей, методів та технологій інтеграції засобів САПР. Тому сформульована і розв'язана в даній дисертаційній роботі науково-технічна задача створення моделей, засобів та технологій взаємодії спеціалізованих застосувань для забезпечення належного рівня їх інтеграції шляхом сумісного використання та обміну даними в уніфікованих форматах на різних етапах проектування будівель і споруд є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалася в Київському національному університеті будівництва і архітектури в рамках аспірантури і держбюджетних тем:

– Разработка интегрированной системы автоматизированного проектирования объектов строительства на основе пространственного моделирования и распределенной цифровой модели объекта в локальных сетях ЭВМ (№ державної реєстрації 0195U021296).

– Розробка оптимальної структури бази даних знань та інструктивних програмних засобів їх ведення для будівельних територіальних комплексів в мережах ЕОМ (№ державної реєстрації 0194U027443).

– Разработка инструментального программно-методического комплекса решения инженерных планово-производственных задач на базе информационной модели объекта (№ державної реєстрації 0194U043189).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є дослідження, розробка та практична реалізація моделей і засобів уніфікації даних архітектурно-будівельних програмних комплексів (АБПК), що отримані на різних етапах проектування будівель і споруд для забезпечення максимально можливого рівня їх інтеграції на основі комплексної цифрової моделі об'єкта (ЦМО).

Створення базових об'єктно-орієнтованих розширюваних моделей ЦМО та інформаційної технології інтеграції (ІТІ) спеціалізованих АБПК і Computer-Aided Design (CAD) систем на їх основі, повинно ґрунтуватися на основних загальносистемних принципах створення САПР, як складної організаційної, технічної та програмної системи (включення, системної єдності, розвитку, комплексності, інформаційної єдності, сумісності та інваріантності), та з урахуванням галузевих особливостей архітектурно-будівельного проектування.

Основними задачами дослідження є:

– дослідження методів інтеграції комп'ютерних застосувань;

– виокремлення і аналіз основних етапів проектування будівель і споруд та їх послідовності;

– виокремлення і аналіз основних АБПК та CAD-систем, що використовуються на основних етапах процесу проектування будівель і споруд та оцінка ступеня їх інтеграції;

– аналіз внутрішніх моделей подання даних, основних АБПК і CAD-систем та визначення на його основі основних елементів (об'єктів), якими оперують провідні АБПК та CAD-системи;

– побудова моделі комплексної ЦМО та розробка на її основі базових об'єктно-орієнтованих розширюваних моделей;

– проектування і розробка структури даних комплексної ЦМО, та її фізична реалізація;

– визначення, які інструментальні засоби необхідно розробити для функціонування інформаційної технології інтеграції систем проектування будівель і споруд на основі комплексної ЦМО та забезпечення її зв'язку з основними АБПК і CAD-системами;

– аналіз та дослідження ефективності використання розроблених моделей, методів, інструментальних засобів та інформаційної технології інтеграції на основі комплексної ЦМО в процесі проектування будівель і споруд.

Об'єкт дослідження: процес автоматизованого проектування будівель та споруд різного призначення.

Предмет дослідження: засоби автоматизації проектувальних робіт в будівництві, їх моделі подання даних, елементи, об'єкти та поняття, якими вони оперують та методи і способи їх інтеграції.

Методи дослідження. При проведенні досліджень в дисертаційній роботі використані методи системного аналізу, об'єктно-орієнтованого моделювання з використанням уніфікованої мови моделювання (UML), еволюційний метод пошуку бази розширюваних систем, онтологічні методи дослідження предметної області, теорія множин, теорія графів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що в дисертації вперше:

– розроблені моделі, методи та інформаційна технологія інтеграції (ІТІ) АБПК та CAD-систем на основі комплексної ЦМО як ядра розширюваної системи, в якій спеціалізовані застосування є своєрідними розширювачами моделей і процесів обробки даних;

– запропоновані базові розширювані моделі подання даних комплексної ЦМО та їх об'єктно-орієнтована інтерпретація;

– розроблено модель інтегрованої технологічної лінії проектування (ІТЛП) на основі комплексної ЦМО;

– розроблені методи оцінки коректності створеної ІТІ на основі комплексної ЦМО, це дозволить розробникам ІТІ перевірити ефективність різних варіантів реалізації комплексної ЦМО.

Удосконалено:

– модель комплексної ЦМО, що дало можливість розробити на її основі інформаційну технологію інтеграції систем проектування будівель і споруд.

Теоретична цінність полягає у тому, що розроблені моделі і методи інтеграції систем проектування будівель і споруд, а також інформаційна технологія інтеграції АБПК та CAD-систем на основі комплексної ЦМО є внеском в розвиток багаторічних досліджень в цьому напрямку. Одержані наукові результати формалізують методику і засоби інтеграції будівельних САПР.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці інформаційної технології інтеграції, що використовує комплексну ЦМО як інтегроване сховище даних, засобів розширення і вбудованих сервісів, що забезпечують якісно новий рівень автоматизації проектувальних робіт.

Проведені дослідження та розроблені в дисертації комплексна цифрова модель об'єкта, інформаційна технологія інтеграції на її основі та засоби інтеграції ЦМО з АБПК і CAD-системами були використані при створенні інтегрованої технологічної лінії проектування КАЛИПСО та кількох програмних засобів на основі комплексної ЦМО.

Розроблені програмні засоби інформаційної технології інтеграції впроваджені більш, ніж в 20 проектних організаціях і фірмах України.

Особистий внесок здобувача. У ході досліджень автором особисто виділені основні складові внутрішніх моделей подання даних про будівлі і споруди на всіх етапах проектування, та на основі теорії множин виділені спільні елементи моделей. Автору особисто належить розробка моделі ІТІ на основі комплексної ЦМО, базових об'єктно-орієнтованих розширюваних моделей подання даних цифрової моделі об'єкта будівництва, структури розширюваної бази метаданих, моделі інтегрованої лінії проектування на основі ЦМО, реалізація об'єктно-орієнтованого підходу до роботи з базами даних, реалізація основних алгоритмів і методів, що використовуються в програмних засобах ІТІ на основі комплексної ЦМО, розробка програмних інтерфейсів доступу до структур даних ЦМО. Також за безпосередньої участі автора здійснювалась розробка всіх підсистем ІТЛП КАЛИПСО.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень обговорювались на VIII міжнародній науково-практичній конференції "АВІА-2007", науково-практичних семінарах ДНДІАСБ "Інформаційні технології в будівництві і машинобудуванні" (2006, 2007), семінарах в Івано-Франківську "Визначення вартості будівельно-монтажних та ремонтно-будівельних робіт при використанні сучасних матеріалів і технологій. Управління та документообіг у будівництві" (2007), Києві "Визначення вартості будівельно-монтажних та ремонтно-будівельних робіт при використанні сучасних матеріалів та технологій" (2007) та щорічних науково-практичних конференціях КНУБА (2004, 2005, 2006, 2007).

Публікації. За результатами дослідження опубліковано 5 друкованих праць, у тому числі 4 статті в наукових фахових виданнях відповідно переліку ВАК та 1 публікація в матеріалах міжнародної науково-технічної конференції.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація складається з основного тексту на 119 сторінках, що включає вступ, чотири розділи та основні висновки, список літератури з 116 найменувань, що розміщений на 9 сторінках і 5 додатків - на 11 сторінках. У роботі містяться 40 рисунків та 6 таблиць.

2. Основний зміст

У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, формулюється мета, задачі, об'єкт і предмет дослідження.

В першому розділі проводиться аналіз процесу проектування будівель і споруд. Виділяються основні етапи процесу проектування та їх послідовність. Визначаються основні моделі подання інформації про об'єкт будівництва на різних етапах проектування. Проводиться порівняльний аналіз основних АБПК і CAD-систем, що використовуються для автоматизації процесу проектування будівель і споруд в Україні. Розглянуті загальні проблеми інтеграції, її типи і технології інтеграції. Проведено аналіз сучасних методів інтеграції та зроблено висновок про першочерговість вирішення проблеми горизонтальної інтеграції АБПК.

Моделі подання даних про об'єкт будівництва на різних етапах проектування, зв'язок між ними та ітераційність всього процесу проектування на загальному рівні показано на ітераційній схемі взаємозв'язків (рис. 1). На схемі вузли MZ, MA, MC, MS, ME, MF, MM - позначають моделі подання даних відповідно на етапах вибору земельної ділянки, архітектурного планування, конструктивних розрахунків, проектування сантехнічних та електротехнічних мереж, кошторисного розрахунку вартості об'єкта будівництва та на етапі управління будівництвом. Пунктирними лініями показані ітераційні зв'язки між різними етапами проектування і управління.

В загальному випадку модель будинку можна представити у вигляді об'єднання окремих моделей на різних етапах проектування:

В другому розділі запропоновано в якості методологічної основи для побудови засобів інтеграції АБПК обрати комплексну цифрову модель об'єкта (ЦМО) (рис. 2).

Також в другому розділі проводиться визначення оптимальної структури інформаційної технології інтеграції АБПК на основі багатокритеріального вибору альтернатив різними методами згортання (адитивне, мультиплікативне та максимінне).

На першому етапі проведено оцінювання всіх критеріїв за шкалою [0;1]. Оцінки кількісних критеріїв отримані експериментально, а оцінки якісних критеріїв виставлені експертами (табл. 1).

Таблиця 1

Оцінки критеріїв інтеграції

Варіанти інтеграції / критерії	Час проектування (К1)	Трудомісткість проектування (К2)	Надійність проектування (К3)	Можливість розширювання (К4)
Окремі моделі (x1)	0,3	0,4	0,8	0,2
Узагальнені моделі (x2)	0,6	0,7	0,2	0,5
Комплексна ЦМО (x3)	0,9	0,8	0,7	0,7

На другому етапі експертами проведено розстановку вагових коефіцієнтів для кожного критерію (табл. 2).

За результатами проведених досліджень і розрахунків оптимальним методом інтеграції АБПК і CAD-систем є ІТІ на основі комплексної ЦМО.

Комплексна ЦМО це лише складова інформаційної технології інтеграції засобів САПР будівель і споруд, тобто це деяке сховище даних уніфікованого формату. Окрім комплексної ЦМО в ІТІ входять засоби інформаційної та програмної інтеграції АБПК, а також засоби розширення комплексної ЦМО.

Побудову і реалізацію ІТІ на основі комплексної ЦМО доцільно здійснювати за схемою розширюваних систем, яка дозволяє досягти найбільш повної відповідності розроблюваних засобів основним системотехнічним принципам створення систем автоматизованого проектування (включення, системної єдності, розвитку, комплексності і розширюваності). Згідно цієї схеми, розробка ІТІ на основі комплексної ЦМО зводиться до визначення базових моделей структури даних і процесів їх обробки (ядра системи) та створення механізмів їх розширення на різних рівнях.

На різних етапах проектування будівель і споруд має місце своя модель подання даних про об'єкт, яка описує певний розділ проектування. Виходячи з цього, модель будівлі M можна представити у вигляді об'єднання моделей даних на різних етапах проектування:

де MA - архітектурна модель будівлі. Містить інформацію про об'ємно-планувальні архітектурні рішення (кількість поверхів, розбиття поверхів на приміщення, ліфтові шахти, сходи і т.д.);

MC - конструктивно-розрахункова модель будівлі. Частково включає інформацію про архітектурну частину проекту, а також інформацію про міцнісні характеристики елементів споруди;

ME - модель подання даних про внутрішні електротехнічні мережі та прилади будівлі. Включає інформацію про всі електротехнічні прилади, що використовуються в будівлі, мережі їх з'єднання, а також розрахункові дані;

MS - модель подання даних про внутрішні сантехнічні мережі та прилади будівлі. Включає інформацію про всі сантехнічні та газопровідні прилади, що використовуються в будівлі, мережі їх з'єднання, а також розрахункові дані;

MF - кошторисно-фінансова модель будівлі. Включає інформацію про вартість зведення окремого елемента, групи елементів, поверху та всієї споруди в цілому;

MM - модель подання даних про етап управління будівництвом об'єкта. Включає інформацію про розбиття будівлі на захватки і черги, а також інформацію про календарне планування проведення будівельних робіт.

Для визначення початкового варіанту базових моделей даних і розширювачів першого рівня можна скористатися теоретико-множинним методом пошуку бази. Для цього побудуємо діаграму Вена для множин, що представляють моделі будівлі на різних етапах проектування, і визначимо їх перетин результатом якого є базові набори даних за змістом, що складають основу ядра розширюваної моделі ІТІ на основі комплексної ЦМО.

Також в другому розділі розроблена модель побудови інтегрованої технологічної лінії проектування будинків як одного із спектрів (спеціалізованих розширень) комплексної ЦМО. Розглянуті принципи функціонування ІТІ САПР будинків і споруд на основі комплексної ЦМО.

В загальному випадку, формальна модель ІТЛП на основі ЦМО є об'єднанням моделей, програмних засобів і мов опису та взаємодії ЦМО з зовнішніми моделями, спеціалізованими програмними засобами і мовами:

де МX - сукупність зовнішніх моделей подання даних про будівельний об'єкт на окремих етапах проектування;

PX - сукупність спеціалізованих програмних засобів (в тому числі альтернативних), які забезпечують відповідні функції роботи з власними моделями та обмін з ЦМО на рівні імпорту/експорту моделей;

LX - сукупність мовних засобів роботи з зовнішніми моделями.

Фактично, МX, PX і LX є своєрідними розширювачами функцій ІТІ на основі комплексної ЦМО.

Для оцінки економічної доцільності створення ІТІ на основі комплексної ЦМО в конкретній проектній організації необхідно вивести спеціалізовану цільову функцію.

Нехай деяка проектна організація повинна реалізувати множину функцій на основі комплексної ЦМО:

.

Для кожної функції fj, необхідно мати деяку інформацію, що необхідна для її реалізації:

В результаті реалізації кожної функції буде вирішена деяка задача в проектуванні, економічний ефект від якої можна виразити значенням:

Щоб реалізувати кожну функцію, необхідно затратити на це деякі ресурси, що можна позначити наступною формулою:

будівля споруда інструментальний інтеграція

Також необхідно здійснити деякі затрати на отримання самої інформації. Ці затрати позначимо .

В пакеті Building представлені об'єктно-орієнтовані моделі (ООМ), що вміщують інформацію про будівлю, для якої побудована цифрова модель об'єкта (M). Пакет NDB містить ООМ, що описують нормативну кошторисно-фінансову інформацію, яка використовується при оцінці вартості будівлі (MN). В пакеті Metadata знаходяться ООМ, що інкапсулюють метадані для розширення комплексної ЦМО (MD). Пакет Services вміщує сервісні ООМ, що призначені для перетворення моделей подання, імпорту та експорту даних комплексної ЦМО (P, L).

Для реалізації компонентів абстрактних моделей на множині класів, отриманих теоретико-множинним методом та з використанням онтологічних методів пошуку ієрархії абстрактних класів, запропоновані базові об'єктно-орієнтовані моделі об'єктів предметної області (доменів).

Модель пакету NDB описує ієрархічну організацію кошторисно-фінансових нормативів:

де T - типи нормативів, складається з книг;

B - книги нормативів, складається з частин;

C - частини, що складаються з нормативів;

N - нормативи, можуть бути роботами (W) або ресурсами (R):

де MT - ресурси - матеріали;

MS - ресурси - машини;

BR - ресурси - устаткування;

PG - ресурси - перевезення;

ZP - ресурси - зарплата.

Модель пакету Metadata можна представити наступним чином:

де P - розширювана множина параметрів для опису елементів будинку (матеріали, шари, типи елементів, типи перерізів, одиниці виміру і т.д.):



R - розширювана множина всіх правил, які описують принципи зв'язування елементів будівлі і кошторисних нормативів;

G - розширювана множина геометричних примітивів, які дозволяють описувати різні елементи будівлі (відрізок, коло, прямокутник, еліпс, полігон і т.д.):

Пакет Metadata містить ООМ, що забезпечують розширення даних ЦМО. Розширення забезпечується введенням нових типів елементів та їх параметрів, а також нових геометричних примітивів.

Модель будинку M (вона ж комплексна ЦМО), складається з логічного об'єднання моделей подання будівлі на різних етапах проектування. Якщо більш конкретизувати ієрархію ЦМО для реалізації, то отримаємо наступну модель:

де S - множина планів поверхів, з яких складається будинок;

R - множина приміщень, з яких складаються поверхи будинку;

E - множина всіх елементів будівлі, які об'єднані в приміщення і поверхи:

,

де EA, EC, ES, EE - елементи певного типу (архітектурні, конструкторські, сантехнічні, електротехнічні);

P - параметри, що є актуальними для кожного конкретного елементу;

G - геометричні примітиви, якими описується кожен конкретний елемент;

N - кошторисно-фінансові нормативи, що відповідають конкретному елементу.

Оскільки при використанні ЦМО планується здійснювати обмін досить великими об'ємами зв'язаних даних і при цьому частими будуть операції пошуку, синхронізації елементів даних та інших, що будуть описані нижче, то доцільно використати в якості сховища структурованої інформації реляційну базу даних. При цьому обмін даними з АБПК буде здійснюватися вбудованими механізмами доступу до ЦМО або шляхом обміну XML-документами.

Логічно комплексна ЦМО в уніфікованих форматах розділена на групи, призначені для зберігання інформації про об'єкт будівництва, отриманої на різних етапах проектування. Наприклад, для збереження інформації про архітектуру будівлі використовується одна група даних, для конструкторських і розрахункових даних - інша, і т.д. Такий підхід дозволяє організувати розподілений доступ до ЦМО, тобто в залежності від конкретних потреб відкривається доступ до певної групи даних.

В четвертому розділі запропонована багаторівнева архітектура інструментальних програмних засобів ІТІ на основі комплексної ЦМО та побудована схема їх взаємодії.

Інформаційна технологія інтеграції на основі комплексної ЦМО це не лише структурована інформація про об'єкт будівництва, а також і набір програмних засобів для організації роботи з базами даних та інформацією, що зберігається в них. До цих програмних засобів належать інструменти роботи з НБД, інструменти роботи з БД проекту ЦМО, модуль імпорту XML-документів, модуль тріангуляції, модуль імпорту із AutoCAD, механізми побудови планів поверхів та тривимірної моделі об'єкта і т.д.

Будь-яке зовнішнє застосування (АБПК, CAD-система) може здійснювати експорт своєї моделі безпосередньо в БД ЦМО через API-інтерфейс, або в XML-документ. В першому випадку БД ЦМО повністю готова для передачі далі по лінії проектування наступному АБПК, або для відкриття і редагування її в Навігаторі ЦМО. Якщо експорт було здійснено в XML-документ, то його потрібно імпортувати в БД ЦМО за допомогою модуля імпорту XML-документів.

Для перевірки результатів впровадження ЦМО як стандарту інтеграції АБПК в Україні була створена інтегрована технологічна лінія проектування КАЛИПСО. В зазначену ІТЛП увійшли програми, що виконують автоматизацію певних етапів проектування будівель і споруд, а також ЦМО та програмне забезпечення його супроводу (рис. 7).

Щоб виконати оцінку ефективності розроблених моделей та інструментальних засобів використано два підходи. Перший - це дослідження ступеня покриття інформації на різних етапах проектування будівель і споруд даними, що містяться в ЦМО. Другий - визначення часових характеристик процесу проектування будівель і споруд з використанням ІТЛП КАЛИПСО та без її використання.

Результатом дослідження ступеня покриття інформації на різних етапах проектування будинків даними ЦМО є діаграма покриття (рис. 8). На діаграмі у відсотках вказана кількість інформації, якою оперує ЦМО відносно відповідних спеціалізованих АБПК на певному етапі проектування об'єктів будівництва.

Ступінь покриття визначався в залежності від того, якою кількістю об'єктів (елементів) і якими їх атрибутами (властивостями) здатна оперувати ЦМО.

Для оцінки часових характеристик були проведені декілька прикладних досліджень на будинках різної складності. При їх проектуванні використовувалися різноманітні програмні засоби окремо і в складі ІТЛП КАЛИПСО. Повний цикл проектування від створення архітектурного проекту до побудови календарних графіків будівництва виконано на одному сегменті реального 14-ти поверхового будинку. Отримані результати дозволили зробити висновок про ефективність використання ІТЛП КАЛИПСО на основі комплексної ЦМО при проектування будівель і споруд, як засобу інтеграції моделей подання даних про об'єкт будівництва на різних етапах проектування і управління.

Висновки

В дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-технічну задачу створення моделей та методів інформаційної інтеграції систем проектування будівель і споруд. В результати виконаної роботи було розроблено інформаційну технологію інтеграції САПР будівель і споруд на основі комплексної цифрової моделі об'єкта. Ця технологія була використана для розробки прикладних інструментальних засобів, які знайшли практичне застосування на всіх етапах процесу проектування будівель та споруд, що дозволило збільшити кількісні та якісні показники ефективності проектувальних робіт.

У дисертації одержані такі основні теоретичні та практичні результати:

1. Досліджені і виявлені основні проблеми інтеграції спеціалізованих архітектурно-будівельних програмних комплексів. Проаналізовані принципи і технології інтеграції даних інформаційних систем (ІС), що застосовуються в теперішній час. Проаналізовані проблеми інтеграції ІС та тенденції розвитку засобів їх інтеграції. Зроблено висновок про першочерговість вирішення на сучасному етапі задачі горизонтальної інтеграції спеціалізованих АБПК.

2. Запропоновано в якості методологічної основи розробки концепції інформаційної технології інтеграції АБПК використати комплексну цифрову модель об'єкта (ЦМО). Сформульовані основні принципи її побудови та вимоги до неї, основними з яких є: повнота, несуперечливість, цілісність, коректність та узгодженість інформації; уніфікація та розширюваність; швидкість і безпека роботи з даними.

3. Вперше розвинуто концепцію розширюваних систем і баз даних стосовно проблеми горизонтальної інтеграції спеціалізованих АБПК на основі комплексної ЦМО, як інструментарію, що складається з базових моделей об'єктів предметної області, вбудованих сервісів та вбудованих засобів розширення. В процесі інтеграції спеціалізовані АБПК розглядаються і використовуються як високорівневі сервіси і своєрідні розширювачі даних комплексної ЦМО та процесів їх обробки.

4. За допомогою комбінації теоретико-множинного та еволюційного методу пошуку бази розширюваних систем, визначено в першому наближенні множину елементів базових об'єктно-орієнтованих моделей даних ЦМО та сервісів ІТІ на її основі, а також визначені їх розширювачі.

5. За допомогою онтологічного аналізу виділено ієрархію абстрактних класів базових ООМ, які дозволили уточнити вимоги до організації інформаційно-логічних моделей.

6. Вперше запропоновано модель інформаційної технології інтеграції на основі комплексної ЦМО як розширюваної системи, а також формальну модель ІТЛП на її основі, як обробну систему та сформульовані основні вимоги до її компонентів.

7. Вперше запропонована модель ІТІ на основі комплексної ЦМО у вигляді сукупності пакетів базових об'єктно-орієнтованих моделей даних з використанням уніфікованої мови моделювання (UML).

8. Розроблена, досліджена і оптимізована структура бази даних (БД) комплексної ЦМО. Розроблені та дослідженні об'єктно-орієнтовані засоби доступу до БД комплексної ЦМО і нормативної бази даних ІТІ на основі ЦМО.

9. Запропонована методологія побудови інформаційної технології інтеграції САПР будівель і споруд на основі ЦМО, що реалізована в ІТЛП КАЛИПСО. Дана ІТЛП має впровадження в більш, ніж 20 проектних організаціях і фірмах України.

10. Проведено дослідження практичної ефективності використання ІТІ на основі комплексної ЦМО, які підтверджують достовірність основних науково-практичних результатів роботи.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Статті у фахових виданнях, перелік яких затверджений ВАК України

1. Бородавка Є.В. Логічна і фізична організація структури даних цифрової моделі об'єкта. Концептуальна модель ЦМО / Є.В. Бородавка // Східноєвропейський журнал передових технологій. - 2006. - №3/3(21). - С. 47-49.

2. Бородавка Є.В. Цифрова модель об'єкта як засіб інтеграції архітектурно-будівельних програмних комплексів / Є.В. Бородавка // Східноєвропейський журнал передових технологій. - 2006. - №2/2(20). - С. 1-4.

3. Городецький О.С. Засоби підтримки процесу проектування будівель і споруд з використанням уніфікованої цифрової моделі об'єкта / О.С. Городецький, Є.В. Бородавка // Будівництво України. - 2007. - №4. - С. 36-39. Автору особисто належить розробка моделі інформаційної технології інтеграції на основі комплексної ЦМО.

4. Демченко В.В. Формальний опис і практичне використання уніфікованої цифрової моделі об'єкта будівництва / В.В. Демченко, Є.В. Бородавка // Східноєвропейський журнал передових технологій. - 2007. - №2/2(26). - С. 64-69. Автором запропонована реалізація об'єктно-орієнтованого підходу до роботи з базами даних, реалізація основних алгоритмів і методів, що використовуються в програмних засобах ІТІ на основі комплексної ЦМО.

Додаткові публікації та матеріали конференцій

5. Демченко В.В. Комплексна цифрова модель об'єктів будівництва / В.В. Демченко, Є.В. Бородавка // Матеріали VIII Міжнар. наук.-тех. конф. "АВІА-2007". - К.: НАУ, 2007. - Т. 3. - С. 42.38-42.40. Автором сформовані основні принципи інформаційної технології інтеграції систем проектування будівель і споруд.

6. Демченко В. Самоучитель ArchiCAD 8 / В. Демченко, А. Михайленко, Е. Бородавка - СПб.: Питер; К.: Издательская группа BHV, 2005. - 432 с. Автором написано переважну більшість розділів підручника. Даний підручник використовується в навчальному процесі студентами комп'ютерних спеціальностей при вивченні систем проектування будівель і споруд.

7. Демченко В. Самоучитель ArchiCAD 9 / В. Демченко, А. Михайленко, Е. Бородавка - СПб.: Питер; К.: Издательская группа BHV, 2006. - 448 с. Автором написано всі основні розділи підручника. Підручник використовується в навчальному процесі студентами комп'ютерних спеціальностей при вивченні систем проектування будівель і споруд.

Размещено на Allbest.ru

...