Удосконалення методів проектування річної програми робіт дорожньо-ремонтних організацій

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 625.76:338

05.13.22 - управління проектами та програмами

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Удосконалення методів проектування річної програми робіт дорожньо-ремонтних організацій

Харченко

Анна Миколаївна

Київ

2010



ДИСЕРТАЦІЄЮ Є РУКОПИС

Робота виконана в Національному транспортному університеті

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент

Канін Олександр Петрович,

Національний транспортний університет,

доцент кафедри організації виробництва

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Павлюк Дмитро Олександрович,

Національний транспортний університет,

завідуючий кафедрою проектування доріг

кандидат технічних наук

Франчук Ігор Іванович

ДП "Вінницький облавтодор" (м. Вінниця),

заступник директора

Захист відбудеться „ 26 "

жовтня

2010 року о 14

годині

На засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.01 у Національному

транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова,1, ауд. 333.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного транспортного університету за адресою: 01103, м. Київ, вул., Кіквідзе, 42.

Автореферат розісланий „ 23 " вересня 2010 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Мельниченко О.І.



загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Підтримка стану доріг на високому експлуатаційному рівні є важливою передумовою розвитку економіки України. Для вирішення цієї задачі дорожньою галуззю України, особливо в умовах державно-приватного партнерства, перспективним є застосування контрактної системи виконання робіт з ремонту та утримання доріг, заснованої на кінцевих результатах і якісних показниках.

В багатьох країнах світу дорожні адміністрації перейшли до такої форми контрактів, тому що вона у порівнянні з традиційними підходами забезпечує більшу задоволеність користувачів якістю доріг і дорожніх умов, економію фінансових засобів, велику ймовірність незмінності витрат, можливість використовувати меншу кількість персоналу, створює стимул для приватного сектора впроваджувати інноваційні підходи і підвищувати продуктивність праці, а також стабільне багаторічне фінансування, спрямоване на утримання доріг.

З метою реалізації контрактів, зниження ризиків як замовника, так і підрядників дорожня адміністрація повинна забезпечити інвентаризацію і збір даних з метою ретельного визначення стану дорожньої інфраструктури, визначення показників якості робіт, попередньої оцінки витрат і розробки механізму моніторингу стану доріг і витрат.

В теорії експлуатації автомобільних доріг поняття "стан дороги" є однією з фундаментальних категорій концепції експлуатаційної готовності автомобільної дороги - таких значень транспортно-експлуатаційних показників, які відповідають чинним стандартам та нормам. Стан автомобільних доріг обумовлюється дією двох протилежних процесів - з одного боку, погіршенням властивостей доріг під впливом зовнішніх та внутрішніх чинників, з другого боку, відновленням цих властивостей дорожніми організаціями. Структура і об'єм відновлювальних заходів обмежуються їх фактичною потребою та рівнем фінансування дорожнього господарства.

Найбільш реальним і прогнозованим засобом управління станом автомобільних доріг є річна програма робіт з капітального і поточного ремонтів та утримання доріг, головні параметри якої регулюються поточним бюджетом держави. Річна програма адаптує завдання середньо і довгострокових державних програм розвитку автомобільних доріг до фактичних економічних і технічних умов і, таким чином, уявляє собою важливий інструмент управління довгостроковими проектами експлуатації доріг.

Обґрунтування річної програми уявляє собою складну стохастичну техніко-економічну задачу великої розмірності з суттєвим впливом невизначеності. Незважаючи на значні зусилля в дослідженні управління станом доріг, проблему проектування річної програми, за деякими виключеннями, не можна вважати до кінця вирішеною в теоретичному плані.

Недостатньо розроблені науково-теоретичні основи: моніторингу та оцінки стану елементів доріг; індивідуального прогнозу зміни стану як елементів, так і дороги в цілому; обґрунтування критеріїв ефективності управління станом доріг та методик їх оцінки; моделей і методів оптимізації параметрів управління - призначення виду ремонтів та об'ємів робіт з урахуванням ресурсних обмежень і фактичних умов експлуатації доріг; планування стану доріг відповідного ресурсним обмеженням.

Необхідний подальший розвиток автоматизованих експертних систем управління станом доріг та їх інформаційного і програмного забезпечення у напрямку включення до цих систем моделей і даних по всім елементам доріг, тому що Система управління станом покриття (СУСП) орієнтована виключно на покриття дорожніх одягів нежорсткого типу.

Викладене обґрунтовує актуальність, економічну і соціальну вагомість наукових засад, спрямованих на удосконалення методів проектування річної програми ремонту та утримання автомобільних доріг, та є передумовою постановки його мети та задач.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано відповідно до державної бюджетної теми науково-дослідної роботи кафедри організації виробництва Національного транспортного університету № 58 "Теоретичні основи оптимального проектування організації дорожнього будівництва" (державний реєстраційний номер 0107U000430).

Особисто автором у контексті даної теми запропоновано метод і автоматизовану експертну систему проектування річної програми дорожньо-ремонтних робіт на основі визначення і планування рівня експлуатаційного стану автомобільних доріг.

Мета та задачі дослідження. Мета даної роботи полягає в удосконаленні та практичній реалізації методів проектування річної програми робіт з ремонту та утримання автомобільних доріг на основі оптимізації їх експлуатаційного стану шляхом застосування відповідної автоматизованої експертної системи.

Задачі дослідження. Досягнення поставленої мети обумовило необхідність:

- розробки теоретичних засад і обґрунтування концептуальної моделі проектування річної програми робіт з ремонту та утримання автомобільних доріг як інструменту управління проектами їх експлуатації;

- розробки моделі оцінки експлуатаційного стану доріг, який узагальнює рівень серйозності та розповсюдження пошкоджень та їх сумісний вплив на експлуатаційні якості доріг;

- визначення ступеню розповсюдження пошкоджень елементів доріг, притаманних різним експлуатаційним станам елементів;

- розробки математичної моделі та алгоритму обґрунтування річної програми дорожньо-ремонтних робіт;

- створення автоматизованої експертної системи проектування річної програми робіт з відповідним інформаційним та програмним забезпеченням;

- розробки методичних рекомендацій з оцінки стану автомобільних доріг і рекомендацій з проектування річної програми робіт.

Об'єктом дослідження є процес управління експлуатаційним станом дорожньої мережі в системі управління проектами та програмами експлуатації автомобільних доріг.

Предметом дослідження є метод проектування річної програми робіт з ремонту та утримання автомобільних доріг на основі моніторингу стану доріг як інструменту управління проектами та програмами експлуатації доріг.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети у роботі використано принципи системного аналізу, методи математичного моделювання і статистичної обробки та аналізу інформації, методи обґрунтування управлінських рішень.

Методологічну основу дисертаційного дослідження становлять фундаментальні положення теорії експлуатації автомобільних доріг та теорії управління проектами.

Інформаційною базою дослідження є результати обстежень стану автомобільних доріг України, що містяться в базі даних Системи управління станом покриття, та літературні дані з експлуатації доріг провідних країн світу.

Наукова новизна одержаних результатів. Основний результат дисертаційного дослідження полягає в обґрунтуванні методу проектування річної програми робіт з ремонту та утримання доріг на основі розробки відповідних моделей і алгоритмів проектування та автоматизованої експертної системи, зокрема:

вперше:

- обґрунтовано концептуальну модель проектування річної програми робіт з ремонту та утримання автомобільних доріг як теоретичну і методологічну основу управління проектами та програмами експлуатації доріг;

- побудовано модель оцінки експлуатаційного стану елементів доріг за п'ятьма експлуатаційними станами, які визначаються інтервалами розповсюдження пошкоджень з різними рівнями серйозності;

- визначені кількісні характеристики інтервалів рівнів розповсюдження пошкоджень елементів доріг, відповідних рівням серйозності пошкоджень та експлуатаційним станам елементів;

- запропоновано математичну модель обґрунтування річної програми ремонтних робіт на основі максимізації показника експлуатаційного стану мережі доріг;

удосконалено:

- базу оперативного стану доріг загального користування України шляхом створення та впровадження інформаційної моделі оцінки стану елементів доріг;

- експертну систему автоматизованого проектування річної програми робіт з ремонту та утримання автомобільних доріг;

дістали подальшого розвитку:

- процедури оцінки експлуатаційного стану елементів доріг і обґрунтування об'ємів робіт з їх ремонту та утримання на основі теорії нечітких множин і нечіткої логіки.

Практичне значення наукових результатів. Результати дослідження призначені для використання Службою автомобільних доріг України при обґрунтовуванні річних планів робіт з ремонту та утримання автомобільних доріг.

Матеріали досліджень були використані в "Інструкції по визначенню рівнів експлуатаційного стану автомобільних доріг державного значення та їх елементів" (ІН В.3.1-218-336:2010) та "Методиці управління системою виконання поточного ремонту та експлуатаційного утримання доріг державного значення" (М 218-02070915-669:2010), які впроваджені в Державній службі автомобільних доріг України "Укравтодор" (довідки відповідно № 3/7.1-9-745 та № 3/7.1-9-744 від 02.04.2010).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним науковим дослідженням. Автором:

ь розроблено концептуальну модель проектування річної програми робіт з ремонту та утримання доріг як інструменту управління проектами та програмами експлуатації доріг;

ь створено модель оцінки експлуатаційного стану доріг в залежності від рівнів серйозності і розповсюдження пошкоджень;

ь встановлено інтервали рівнів розповсюдження пошкоджень елементів доріг, відповідні рівням серйозності пошкоджень та експлуатаційним станам елементів;

ь розроблено математичну модель обґрунтування річної програми ремонтних робіт на основі максимізації показника експлуатаційного стану доріг;

ь удосконалено експертну систему проектування річної програми робіт на основі запропонованої математичної моделі;

ь удосконалено програмно-інформаційне забезпечення проектування річної програми робіт у складі бази оперативного стану доріг Укравтодору.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертації доповідались і отримали позитивну оцінку на науковому семінарі молодих вчених та аспірантів "Сучасні технології та матеріали для будівництва і експлуатації автомобільних доріг" (м. Харків, 23 - 24 вересня 2004 р.), Міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні проблеми та перспективи розвитку дорожньо-будівельного комплексу України" (м. Київ, 30 вересня - 1 жовтня 2004 р.), Міжнародній науково-технічній конференції молодих вчених і аспірантів "Современные технологии строительства и эксплуатации автомобильных дорог" (м. Харків, 2008 р.), на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу і студентів Національного транспортного університету (м. Київ, квітень 2004 р., квітень 2005, травень 2009 р., травень 2010 р.).

Публікації. За темою дисертації та результатами досліджень автором особисто опубліковано 4 роботи в наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України, 6 тез доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків і додатків. Повний обсяг роботи складає 183 сторінки, 50 рисунків, 7 таблиць і список використаних літературних джерел з 170 найменувань.



Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми, окреслено об'єкт і предмет дослідження, подано опис основних наукових результатів, відображено наукову новизну і практичну цінність роботи, наведено відомості про впровадження, апробацію результатів дослідження.

У першому розділі дисертаційної роботи проаналізовано існуючі методи проектування річної програми робіт з ремонту та утримання автомобільних доріг, показано, що перспектива їх подальшого наукового розвитку базується на сучасних досягненнях теорії експлуатації автомобільних доріг і теорії управління проектами та програмами. З позицій системного підходу і теорії управління дорожньо-експлуатаційні організації розглядаються як елементи складної системи „Автомобільний транспорт ? автомобільна дорога". Дорожня організація в цій системі ? керуючий елемент, а роботи, які вона виконує, ? керуючі впливи на стан та вихідні якості автомобільних доріг. Отже, фактичний стан автомобільної дороги визначає технічну потребу в виконанні дорожніми організаціями певних об`ємів робіт з урахуванням існуючих фінансових, матеріально-технічних та часових обмежень.

Теоретичні основи експлуатації автомобільних доріг в СРСР і, зокрема в Україні, закладені Біруля О.К., Бабковим В.Ф., Сиденко В.М., Миховичем С.І., Некрасовим В.К., Тулаєвим О.Я., Васильєвим О.П., Сільяновим В.В., Павлюком Д.О., Філіпповим В.В., Ліпським Г.Є., Кизимою С.С., Прусенко Є.Д., Кіяшко І.В., Жданюком В.К., Смірновою Н.В., Усовим А.В., Алексєєвим О.П. та ін. Інтенсивні дослідження в цій галузі виконувались зарубіжними авторами: Robinson R., Danielson U., Snaith M., Mbwana, J., Karakaidou Ioanna Ch., Johannessen Bjorn, Hedfi Adel, Stephanos Peter, Golabi K., Kulkarni, R.R., Way, Gunter Zietlow та ін..

Розгляду теорії управління проектами та програмами були присвячені роботи Бушуєва С.Д., Бушуєвої Н.С., Пономаренка Л.А., Касаткіної Н.В., Далека В.Х., Ярошенка Ю.Ф., Рача В.А., Воркут Т.А., Малєєвої О.В., Phillips J., Cleland D. I., Gareis R. та ін., а в області експлуатації автомобільних доріг роботи Демішкана Д.Ф., Каніна О.П., Франчука І.І., Халай Т.О.

Досвід сучасної світової практики удосконалення управління експлуатацією доріг свідчить про необхідність використання контрактної системи, заснованої на критеріях експлуатаційної якості доріг, в якій оплата робіт з обслуговування дорожньої інфраструктури напряму пов'язана з виконанням підрядником чітко поставлених вимог до показників експлуатаційного стану доріг. Такі контракти укладаються на основі прогнозування життєвого циклу автомобільних доріг і оцінки впливу ремонтних робіт на його тривалість.

Проектування річної програми робіт можна розглядати на двох рівнях. По-перше, потрібно визначити річну потребу в ремонтах та утриманні доріг на рівні дорожньої мережі для обґрунтування розмірів фінансування з боку Державної служби автомобільних доріг України. По-друге, потрібно конкретизувати річні об'єми робіт: відібрати найбільш ефективні проекти ремонтів і встановити максимально можливий при заданих обмеженнях рівень обслуговування доріг.

Потенційні об'єми ремонтних робіт визначаються ступенем відхилення фактичного стану доріг від нормативного. Експлуатаційний стан характеризує здатність дороги забезпечувати її споживчі якості. Під впливом зовнішніх і внутрішніх чинників, що здебільшого мають імовірнісну природу, виникають і прогресують пошкодження елементів дороги, і стан дороги поступово погіршується. Беручи до уваги складний і багатовимірний простір спостережених пошкоджень, експлуатаційний стан оцінюється за допомогою безрозмірних шкал рейтингу на основі узагальнення впливу різних пошкоджень. У більшості випадків в таких шкалах рейтингу стану виділяють 3-7 рівнів, згідно з яким призначається відповідний вид ремонтного заходу.

Вибір виду і послідовності проведення заходів з ремонту і утримання дороги - це складна техніко-економічна задача, яка розв'язується в межах певного періоду аналізу, тобто життєвого циклу служби дороги (зазвичай, це 30-35 років). При виборі виду ремонту має значення не тільки очікуваний термін служби до наступного ремонтного заходу, але і продовження терміну служби елементу дороги завдяки застосуванню певної стратегії управління експлуатацією. Проведений аналіз дозволив дійти висновку, що проектування річної програми робіт повинно здійснюватись з урахуванням імовірнісних факторів та впливу невизначеності, що зумовлює необхідність застосування евристичних методів і моделей.

В останні кілька десятиріч у багатьох країнах світу впроваджуються автоматизовані експертні системи менеджменту експлуатацією автомобільних доріг. Як правило, це системи управління станом покриття (Pavement Management System) і станом мостів (Bridge Management System) або доріг в цілому (Road Management System). В Україні - це Система управління станом покриття (СУСП) та Аналітична експертна система управління мостами (АЕСУМ). Ці системи базуються на моделях деградації елементів доріг і мостів, теорії надійності і сучасному програмно-інформаційному забезпеченні.

Аналіз існуючого методичного, програмного та інформаційного забезпечення проектування річної програми робіт в системі Укравтодору дозволяє зробити висновок про їх недостатній розвиток і комплексність, особливо з позицій впровадження сучасних ідей теорії управління проектами. В діючій на практиці системі проектування річної програми робіт дорожніх організацій відсутня оцінки потенційного і фактичного впливу робіт з ремонту та утримання доріг на стан мережі автомобільних доріг, рівень інформаційного забезпечення процесу підготовки прийняття рішень недостатній, розглядається незначна кількість альтернатив ремонтних робіт, використовуються фрагментарні і не комплексні програмні засоби опрацювання вихідних даних для обґрунтування управлінських рішень.

Головним інструментом обґрунтування управлінських рішень в проектуванні річної програми робіт повинні бути експертні системи, засновані на базі знань про розвиток пошкоджень елементів доріг і про можливі варіанти дій з ремонту та утримання доріг.

Удосконалення методів проектування річної програми робіт повинно спиратись на досить повне інформаційне та програмне забезпечення, яке на сьогоднішній день недостатньо розвинуте як у замовників дорожньо-ремонтних робіт, так і у підрядників.

У другому розділі обґрунтовано концептуальну модель проектування річної програми робіт, розроблено модель оцінки експлуатаційного стану доріг на основі оцінки поширення пошкоджень та математичну модель і алгоритми обґрунтування річної програми дорожньо-ремонтних робіт за критерієм максимізації показника експлуатаційного стану мережі доріг при заданих ресурсних обмеженнях, запропонована експертна система проектування.

Річну програму робіт розглянуто як сукупність проектів ремонту та утримання мережі автомобільних доріг. Ці проекти стосовно окремої дороги можна визначити як керуючі дії в управлінні проектом експлуатації дороги - фази життєвого циклу дороги, коли вона виконує своє функціональне призначення ? забезпечує перевезення пасажирів та вантажів з заданими транспортно-експлуатаційними якостями (рівнем безпеки, швидкістю, комфортом і естетикою). Показано, що існує два рівні проектів: перший ? загальний, який здійснюється протягом всієї фази експлуатації дороги, а другий включає щорічні проекти з різних видів ремонту і окремо ? з утримання дороги (рис. 1).

З позицій загальної теорії управління мета управління проектом експлуатації дороги полягає у підтримці заданого стану дороги відповідно до змін параметрів транспортного потоку протягом фази експлуатації. Для досягнення мети управління організуються спеціальні зовнішні дії (ремонтні роботи), які формуються дорожньою організацією за відомим алгоритмом на основі завдання про мінімально допустимий рівень стану дороги і даних моніторингу стану (зворотного зв'язку). Таким чином, експлуатаційний стан дороги - головний параметр управління. Схема проектування річної програми робіт на основі управління станом доріг наведена на рис. 2.

Експлуатаційний стан дороги являє собою результат двох протилежних процесів: процесу розвитку пошкоджень елементів доріг і процесу ліквідації пошкоджень шляхом виконання робіт з ремонту та утримання доріг. Стан визначається наявністю і характером пошкоджень елементів доріг.

Пошкодження виявляються в процесі моніторингу стану доріг як візуально, так і інструментально (міцність дорожнього одягу, рівність, коефіцієнт зчеплення покриття). З метою обґрунтування виду моделей прогнозування розвитку пошкоджень і встановлення взаємозв'язку між інструментально виміряними міцністю дорожнього одягу, рівністю покриття і візуально спостереженими пошкодженнями виконана обробка експериментальних даних, отриманих в рамках дослідження стану покриттів автомобільних доріг державного значення за програмою СУСП, які виконані в 2007 - 2008 роках. Об'єм вибірки складає понад 7300 спостережень пошкоджень асфальтобетонного покриття, яким у відповідність були зіставлені виміри на тих же ділянках доріг міцності дорожнього одягу, показника рівності та коефіцієнту зчеплення. Проти теоретичних очікувань, не вдалося встановити кількісний взаємозв'язок між досліджуваними параметрами, тому що обчислені коефіцієнти детермінації ліній тренда мають близькі до нуля значення.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Схема формування річної програми робіт

Запропоновано п'ять рівнів експлуатаційного стану, характеристика яких наведена в таблиці 1, а опис дано в дисертаційній роботі. Для оцінки характеру та розмірів пошкоджень введені два показника:

- рівень серйозності зі шкалою: низький (Н), середній (С), високий (В);

- рівень розповсюдження зі шкалою: незначний (Н), помірний (П), значний (З).

Таблиця 1

Загальна характеристика експлуатаційних станів

Експлуатаційний стан	Назва стану	Границі рейтингу стану елементу, балів
Стан 1	Відмінний	понад 80 до 100 включно
Стан 2	Добрий	понад 60 до 80 включно
Стан 3	Задовільний	понад 40 до 60 включно
Стан 4	Поганий	понад 20 до 40 включно
Стан 5	Аварійний	понад 0 до 20 включно

Виходячи з цього і враховуючи нечіткість і неясність даних про кількісні параметри пошкоджень, розроблено модель оцінки стану доріг на основі нечіткого логічного виводу (НЛВ). З позицій теорії нечітких множин лінгвістичні змінні "рівень серйозності" і "рівень розповсюдження" приймають значення, відповідні їх шкалам. Кожне значення формалізується відповідною функцією належності, яка описується трапецієвидним або трикутним нечітким числом. Процес НЛВ виконується за алгоритмом Мамдані, що включає: формування бази правил системи нечіткого виводу; фазифікацію вхідних змінних; агрегування умов в усіх нечітких правилах продукції; активізацію висновків; акумуляцію висновків; дефазифікацію методом центру ваги або іншими методами.

Однак такий підхід до оцінки експлуатаційного стану дороги потребує визначення функцій належності великої кількості пошкоджень елементів дороги, що уявляє собою перспективну наукову задачу, тому для практичної оцінки стану доріг запропоновано інший метод. Кожен експлуатаційний стан має порогові значення (інтервали) рівнів розповсюдження пошкодження: Р_min -Р_max. Рівень серйозності враховується як якісна категорія. Принципова схема визначення експлуатаційного стану за рівнями серйозності та розповсюдження пошкоджень і призначення ремонтно-відновлювальних заходів наведена на рис.3.

В дисертаційній роботі було виконане узагальнення літературних та експериментальних даних щодо реалізації схеми оцінки експлуатаційного стану елементу за пошкодженням. Повністю результати узагальнення наведені в додатку до дисертації, приклад даних з цієї таблиці наведено в таблиці 2.

Рейтинг пошкодження визначається інтерполяцією між граничними значеннями інтервалів об'ємів пошкоджень, які відповідають експлуатаційним станам:

, (1)

де - рейтинг -го пошкодження з рівнем серйозності РС в -му експлуатаційному стані; - верхня границя для -го стану в балах; - фактичний виміряний (оцінений візуально або інструментально) об'єм пошкодження (рівень розповсюдження); - границя рівня розповсюдження i-го пошкодження -го стану; - нижня границя для -го стану в балах.

Рис. 3. Принципова схема оцінки стану елементів доріг та призначення ремонтно-відновлювальних заходів



Таблиця 2

Характеристики рівня серйозності і рівня розповсюдження пошкоджень елементів автомобільних доріг (фрагмент)

Характеристика пошкодження	Рівень розповсюдження, % в експлуатаційному стані
	1	2	3	4	5
Сітка тріщин. Руйнування дорожнього покриття удосконаленого типу у вигляді сітки тріщин різної розгалуженості, що виникає при недостатній міцності дорожнього одягу або при високій жорсткості матеріалу покриття внаслідок його старіння
Низький рівень серйозності. Повздовжні та поперечні тонкі тріщини шириною не більше 3 мм паралельні одна одній; початково тільки повздовжні тонкі тріщини в смузі накату, також можуть виглядати сіткою тріщин (крокодилова шкіра).	0,0-0,9	0,9 - 7,0	7,0 - 40,0	40,0 - 100	-
Середній рівень серйозності. Сітка тріщин шириною від 3 мм до 6-7 мм вздовж полоси накату. Краї легко відколюються	0 - 0,35	0,35 - 3,0	3,0-14	14 -65	>65
Високий рівень серйозності. Руйнування прогресують, цілі куски з відколотими краями. Сітка тріщин шириною від 6 мм і більше. Можуть бути присутні вибоїни	0 - 0,18	0,18 - 1,4	1,4 - 6	6 - 16	16 - 100

Рейтинг елементу в цілому за усіма зафіксованими пошкодженнями розраховується за формулою:

(2)

де - середньозважений рейтинг стану i-го елементу;- функція обчислення рейтингу, яка враховує сумісний вплив на стан елементу декількох пошкоджень. Для всіх видів елементів застосовуються однакові функції . Позначимо

x = :

одне пошкодження:

f₁ = x; (3)

два пошкодження:

f₂ = -3.95 + 0.78x - 0.0014x²; (4)

три пошкодження:

f₃ = -7.76 + 0.75x - 0.0013x²; (5)

чотири пошкодження:

f₄ = -13.05 + 0.74x - 0.0012x²; (6)

п'ять пошкоджень і більше:

f₅ = -14.83 + 0.69x - 0.0011x²; (7)

- рейтинг стану за j-м пошкодженням; - число спостережених пошкоджень

i-го елементу.

Стан елементу визначається в залежності від обчисленого рейтингу:

(8)

де

- стан елементу за i-м пошкодженням; - номер стану; - нижня границя рейтингу -го стану; - рейтинг елементу; - верхня границя рейтингу -го стану.

Рейтинг групи елементів, які утворюють об'єкт, визначається за формулою:

, (9)

де - рейтинг стану i-го об'єкту; - пріоритет j-го елементу за таблицею 4; - рейтинг стану j-го елементу за формулою (2); - число елементів i-го об'єкту.

Таблиця 3

Загальні пріоритети пошкоджень

Пріоритет	Характеристика
1	Безпека - забезпечення безпеки дорожнього руху
2	Захист інвестицій - збереження доріг (основних фондів) від деградації
3	Комфорт - забезпечення комфорту руху
4	Екологія - захист оточуючого середовища
5	Естетика - забезпечення краси і привабливості доріг

Стан об'єкту визначається в залежності від обчисленого рейтингу:

(10)

Пріоритет об'єкту:

. (11)

Дороги розділяються на секції довжиною 1 км, як в СУСП. Рейтинг секції визначається за формулою:

, (12)

де - рейтинг стану i-ї секції; - пріоритет j-го об'єкту за формулою (11); - рейтинг стану j-го об'єкту за формулою (9); - число об'єктів i-ї секції.

Стан секції (кілометру) визначається в залежності від обчисленого рейтингу:

. (13)

Експлуатаційний стан дороги визначається на основі узагальнення станів секцій доріг і враховує середньодобову інтенсивність руху на i-му кілометрі дороги:

(14)

де - кількість секцій (кілометрів) дороги.

Експлуатаційний стан мережі доріг визначається на основі узагальнення станів доріг:

(15)

Хоча в багатьох дослідженнях та методиках розрахунку ефективності ремонтів пропонується використовувати критерій мінімуму дорожньо-транспортних витрат, при його розрахунку виникають суттєві інформаційні та методологічні проблеми, що стосуються визначення його окремих складових, зокрема транспортної складової. Крім того, цей критерій дуже важко контролювати. Тому більш реальним і практично обґрунтованим може бути критерій максимізації експлуатаційного стану мережі доріг, який може бути забезпечений в умовах ресурсних обмежень. Пропонується цільова функція:

, (16)

де - рейтинг ділянок доріг i-го типу після виконання a-ї альтернативи ремонту; - сумарна довжина ділянок доріг i-го типу з a-ю альтернативою ремонту; - довжина ділянок доріг i-го типу, ; - середньозважена інтенсивність руху на ділянках доріг i-го типу.

Пропонований критерій базується на такому очевидному припущені, що на ділянках доріг з вищим експлуатаційним станом транспортні витрати будуть меншими.

Модель оптимізації річної програми робіт доцільно будувати на основі імовірнісного підходу, в якому процес деградації елементів дороги характеризується напівмарківською матрицею ймовірностей переходу - ймовірностей того, що сегмент елементу дороги, який знаходиться в стані i, перейде в стан j за один рік. Якщо сегмент вже знаходиться за даними СУСП або АЕСУМ в стані, який вимагає капітального ремонту, то перехідна імовірність знаходження в цьому стані дорівнює 1.

Перехід елементу з одного експлуатаційного стану в інший описується як процес Пуассона з дискретними станами і безперервним часом. Це окремий випадок марківського процесу, що дає можливість описати модель деградації елементу нелінійним рівнянням ? експоненціальною функцією часу t. Інтегральна функція розподілу P(t) для часу Tn, який пройде, доки відбудуться всі n подій процесу, має вигляд:

, (17)

де - параметр процесу - інтенсивність відмов. В термінах таблиці експлуатаційних станів P(t) - вірогідність того, що елемент перейде в стан k протягом часу t < Tk.

При k = 5 рівняння (17) записується у вигляді

(18)

Формулювання задачі. Мережа доріг складається з доріг D різних категорій визначеної протяжності L. Дороги діляться на більш-менш однорідні ділянки - K секцій довжиною 1 км, як це прийнято в СУСП. Кожна секція включає елементи з множини E.

Прийнято: d - номер дороги, d = 1,…,D; k - номер секції, k = 1,…,K; a - варіант ремонтних робіт, a = 1,…,N; r - номер ресурсу необхідного для виконання робіт, r = 1,...,N; s, i, j - номер стану елементу, 1,...,5; - інтенсивність руху на дорозі d в секції k;- рейтинг стану k -ї секції, що досягає стану s після виконання альтернативи робіт a;- вартість виконання альтернативи робіт a з ремонту на дорозі d в секції k;- потреба в ресурсах r-го типу виконання альтернативи робіт a з ремонту на дорозі d в секції k;- загальна вартість робіт (бюджетні асигнування);- наявність r-го виду ресурсу;- імовірність переходу секції k на дорозі d в стан j після виконання робіт альтернативи a, якщо секція знаходився в стані s;- максимальна кількість секцій на дорозі d в недопустимому рівні стану;- мінімальна кількість секцій на дорозі d в допустимому рівні стану.

Змінні рішення:

- довжина k-ї секції на дорозі d в стані s, що потребує виконання роботи з варіантом a.

Конкретизуємо функцію цілі (16):

. (19)

Обмеження:

а) з вартості робіт

; (20)

б) динамічні зміни в стані деградації елементу (напівмарковський процес)

; (21)

в) ресурсні

, (22)

де N - кількість типів ресурсів;

г) специфікація умов деградації елементу мережі

, (23)

якщо стан s недопустимий;

, (24)

якщо стан j допустимий;

д) невід'ємність

(25)

Модель (19 - 25) може відноситься до моделей лінійного програмування, отже може бути вирішена стандартними методами, але слід зауважити, що задача має значні розміри і містить в собі елементи стохастичного і експертного лінгвістичного обґрунтування. Тому більш обґрунтованим буде розв'язання задачі експертним шляхом, спираючись на систему пріоритетів: доріг, ділянок доріг, інтенсивності руху, елементів доріг, ремонтів тощо. Проектування річної програми робіт вимагає застосування певного досвіду, накопиченого спеціалістами дорожньої галузі, тому доцільно використати модель (19 - 25) як конструктивну основу для створення експертної системи.

Експертна система уявляє собою спеціалізоване програмне та інформаційне забезпечення, яке містить знання експертів з питань планування робіт в дорожній галузі та має здатність робити логічні висновки на основі цих знань, забезпечуючи вирішення специфічних завдань, зокрема, проектування річної програми робіт. Структура експертної системи наведена на рис. 4.

База знань в експертній системі проектування річної програми дорожньо-ремонтних робіт включає:

- функції належності рівнів серйозності і розповсюдження пошкоджень;

- дані про варіанти робіт з ремонту та утримання доріг, які відповідають певним станам елементів доріг.

База даних включає:

- дані про наявність елементів доріг, їх об'єми та розміщення;

- дані про спостережені пошкодження елементів доріг, отримані в результаті моніторингу стану доріг.

В основу проектування ремонтно-відновлювальних заходів в експертній системі покладено схему, наведену на рис. 3. Така схема передбачає варіантний вибір ремонтно-відновлювальних заходів. В результаті проектування експертною системою формується пакет кошторисної документації у відповідності до вимог будівельних норм.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Структура експертної системи

У третьому розділі характеризується інформаційне забезпечення менеджменту експлуатації доріг України та пропонується інфологічна модель експертної системи, що забезпечує проектування річної програми робіт (ЕСПР). експлуатаційний дорога пошкодження ремонтний

Основними задачами реалізації моделі проектування річної програми робіт на основі розроблених теоретичних підходів є створення комп'ютерної бази даних як інформаційної моделі експертної системи та розробка програмного забезпечення для редагування бази даних, виведення результатів розрахунку та пред'явлення користувачу необхідної інформації про річну програму робіт.

Під час вирішення окреслених задач брались до уваги існуючі бази даних та програмне забезпечення, які використовуються в дорожній галузі (програмні комплекси СУСП, АЕСУМ, АРМ-СК - Автоматизоване робоче місце складання кошторисів).

Інструментарієм до зниження трудомісткості розробки програмного забезпечення ЕСПР є використання вже наповнених баз даних про наявність і поточний стан автомобільних доріг. Тому база даних ЕСПР поєднана з базами даних Укравтодору, а програмний комплекс СУСП модифікований доповненням необхідних модулів ЕСПР.

У четвертому розділі характеризується розроблене програмне забезпечення та наведені методичні рекомендації з впровадження та використання ЕСПР.

В основу розробки програмного забезпечення ЕСПР покладена ідея взаємодії ЕСПР з комплексом програмних засобів планування ремонтно-відновлювальних заходів (СУСП, АЕСУМ, АРМ-СК) (рис. 5). З огляду на те, що існуючі програмні засоби були створені в середовищі розробки Delphi 7.0, в якості процедурної мови програмування була вибрана мова Object Pascal, яка в повному обсязі реалізує сучасні принципи об'єктно-орієнтованого програмування. Вихідні екранні форм - інтерфейси користувача побудовані за принципом інтуїтивної зрозумілості, згідно з яким користувач ЕСПР спирається на свій досвід використання різноманітних програм, що знайшли широке розповсюдження в практиці і вивчаються в освітніх закладах. В якості системи управління базами даних використовувався MS SQL Server 2005, що застосований в СУСП, АЕСУМ та АРМ-СК.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Місце експертної системи ЕСПР в галузевому програмному комплексі управління станом автомобільних доріг

Взаємодія програмних засобів (рис. 5) полягає в наступному.

1. Обробка в СУСП даних інструментальних вимірювань міцності, рівності та коефіцієнту зчеплення дозволяє визначити ділянки доріг, дорожній одяг яких потребує капітального або поточного планово-попереджувального ремонтів.

2. АЕСУМ використовується для планування всіх видів ремонтів та утримання автодорожніх мостів.

3. До програмного комплексу АРМ-СК експортуються необхідні дані обчислених об'ємів робіт. АРМ-СК виконує розрахунки кошторисної вартості робіт і потреби трудових і матеріально-технічних ресурсів (інвесторського кошторису і договірної ціни) та забезпечує видачу кошторисної документації в передбаченій ДБН стандартній формі.

Методика застосування розроблених моделей викладена в "Інструкції по визначенню рівнів експлуатаційного стану автомобільних доріг державного значення та їх елементів" (ІН В.3.1-218-336:2010) та "Методиці управління системою виконання поточного ремонту та експлуатаційного утримання доріг державного значення" (М 218-02070915-669:2010), що були впроваджені в Державній службі автомобільних доріг України "Укравтодор".



ВИСНОВКИ

В роботі отримані наступні наукові і практичні результати:

1. Узагальнюючим критерієм прийняття рішень в проектуванні річної програми робіт запропоновано прийняти рівень експлуатаційного стану дороги ? ступінь відповідності нормативним вимогам змінних параметрів і характеристик дороги. Підтримка рівня експлуатаційного стану доріг не нижче запланованого складає головну мету управління проектами та програмами експлуатації доріг.

2. Кількісну оцінку фактичного і планового рівня експлуатаційного стану доріг потрібно здійснювати шляхом узагальнення багатовимірного впливу пошкоджень елементів доріг. В дисертаційній роботі пошкодження прийнято характеризувати рівнем серйозності і рівнем розповсюдження. Розроблена модель оцінки експлуатаційного стану доріг, для чого запропоновано п'ять можливих експлуатаційних станів елементу дороги і рейтинг стану на основі безрозмірної шкали. Встановлені межі розповсюдження пошкоджень, відповідні запропонованим експлуатаційним станам. Алгоритми оцінки рейтингу стану базуються на системі нечітких або спрощених чітких правил виведення.

3. За прийнятим критерієм максимуму рівня стану мережі доріг при заданих ресурсних обмеженнях і марківським процесом деградації елементів доріг розроблена математична модель розрахунку річної програми дорожньо-ремонтних робіт - конструктивної основи для експертної системи проектування річної програми дорожньо-ремонтних робіт.

4. Розроблена експертна система проектування річної програми робіт, яка базується на інструментальних і візуальних спостереженнях стану конкретних елементів доріг, історичних даних, накопичених в спеціальних комп'ютерних базах даних, а також на судженнях досвідчених спеціалістів - експертів в сфері експлуатації доріг. Користувачі експертної системи мають змогу формувати річну програму робіт шляхом відбору найбільш доцільних раціональних альтернативних варіантів ремонтно-відновлювальних заходів.

5. Створено інформаційну модель експертної системи та програмне забезпечення, які утворюють комплекс програмних засобів, призначених для оцінки стану автомобільних доріг і планування ремонтно-відновлювальних заходів і функціонують разом з програмними комплексами СУСП, АЕСУМ та АРМ-СК у складі Бази оперативного стану автомобільних доріг Укравтодору. Експертна система проектування річної програми робіт дозволяє перейти від інтуїтивного до наукового обґрунтування прийнятих у ході проектування рішень в управлінні проектами та програмами експлуатації автомобільних доріг.

6. Результати досліджень, отримані в дисертаційній роботі, були впроваджені в галузевих "Інструкції по визначенню рівнів експлуатаційного стану автомобільних доріг державного значення та їх елементів" (ІН В.3.1-218-336:2010) та "Методиці управління системою виконання поточного ремонту та експлуатаційного утримання доріг державного значення" (М 218-02070915-669:2010) (довідки Державної служби автомобільних доріг України "Укравтодор" відповідно № 3/7.1-9-745 та № 3/7.1-9-744 від 02.04.2010).



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМАЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Харченко А.М. Додаткові джерела фінансування при розробці річної програми дорожньо-ремонтних робіт / А.М. Харченко // Весник ХНАДУ. Вип.26. - Харків, 2004. ? С.68-69.

2. Харченко А.М. Проектування річної програми робіт дорожньо-ремонтної організації в сучасних умовах / А.М. Харченко // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. Вип.68. - Київ, 2003. - С.206-210.

3. Харченко А.М. Методологічні основи розробки річної програми дорожньо-ремонтних робіт / А.М. Харченко // Материалы международной научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов "Современные технологии строительства и эксплуатации автомобильных дорог", 24-25 апреля 2008 г./ М-во образования и науки Украины, Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет. - Харьков: ХНАДУ, 2008. - С.302-306.

4. Харченко А.М. Методичні підходи до розробки річної програми робіт дорожньо-ремонтних організацій / А.М. Харченко // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. Вип.74. - Київ, 2008. - С.68-71.

5. Харченко А.М. Річна програма дорожньо-ремонтних робіт: проблеми та перспективи розробки / А.М. Харченко // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. Вип.75. - Київ, 2008. - С.245-248.

6. Харченко А.М. Розробка річної програми робіт дорожньо-ремонтних організацій з урахуванням додаткових джерел фінансування / А.М. Харченко // Матеріали наукового семінару молодих вчених та аспірантів "Сучасні технології та матеріали для будівництва й експлуатації автомобільних доріг". - Харків: ХНАДУ, 2004. - С.66-67.

7. Харченко А.М. Проектування річної програми дорожньо-ремонтних робіт в сучасних умовах / А.М. Харченко // Міжнародна науково-технічна конференція присвячена 60-річчю НТУ "Сучасні проблеми та перспективи розвитку дорожньо-будівельного комплексу України", 30 вересня - 1 жовтня 2004 р./М-во освіти і науки України, М-во транспорту України [та _н..]. - Київ: НТУ, 2004. - С.23.

8. Харченко А.М. Удосконалення методів проектування річної програми робіт дорожньо-ремонтних організацій / А.М. Харченко // 60-та ювілейна наукова конференція професорсько-викладацького складу і студентів університету: Тези доповідей. - Київ: НТУ, 2004. - С.77-78.

9. Харченко А.М. Проектування річної програми робіт дорожньо-ремонтних організацій в сучасних умовах / А.М. Харченко // 61-ша наукова конференція професорсько-викладацького складу і студентів університету: Тези доповідей. - Київ: НТУ, 2005. - С.67-68.

10. Харченко А.М. Сучасні аспекти проектування річної програми робіт дорожньо-ремонтних організацій / А.М. Харченко // 65-та науково-практична конференція науково-педагогічних працівників, аспірантів, студентів та структурних підрозділів університету: Тези доповідей. - Київ: НТУ, 2009. - С.122.



Анотація

Харченко А.М. Удосконалення методів проектування річної програми робіт дорожньо-ремонтних організацій. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.22 - управління проектами та програмами. - Національний транспортний університет, Київ, 2010.

Дисертація присвячена удосконаленню методів проектування річної програми робіт дорожньо-ремонтних організацій.

Розроблено програмне забезпечення і методичні рекомендації з впровадження та використання експертної системи проектування річної програми дорожньо-ремонтних робіт.

Розроблені методичні рекомендації базуються на побудованій в роботі моделі оцінки експлуатаційного стану елементів доріг, в основу якої покладено п'ять експлуатаційних станів, що визначаються інтервалами рівнів серйозності і розповсюдження їх пошкоджень; та на запропонованій математичній моделі обґрунтування річної програми ремонтних робіт на основі максимізації показника експлуатаційного стану мережі доріг.

Ключові слова: річна програма робіт, експлуатаційний стан, проект експлуатації, експертна система.



Аннотация

Харченко А.М. Усовершенствование методов проектирования годовой программы работ дорожно-ремонтных организаций. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.22 - управление проектами и программами. ? Национальный транспортный университет, Киев, 2010. Диссертация посвящена усовершенствованию методов проектирования годовой программы работ дорожно-ремонтных организаций. Разработано программное обеспечение и методические рекомендации по внедрению и использованию экспертной системы проектирования годовой программы дорожно-ремонтных работ. Разработанные методические рекомендации базируются на построенной в работе модели оценки эксплуатационного состояния элементов дорог, в основу которой положено пять эксплуатационных состояний, которые определяются интервалами уровней серьезности и распространения их повреждений; и на предложенной математической модели обоснования годовой программы ремонтных работ на основе максимизации показателя эксплуатационного состояния сети дорог. Результаты исследований, полученные в диссертационной работе, были отражены в отраслевых "Инструкции по определению уровней эксплуатационного состояния автомобильных дорог государственного значения и их элементов" (ИН В.3.1-218-336:2010) и "Методике управления системой выполнения текущего ремонта и эксплуатационного содержания дорог государственного значения" (М 218-02070915-669:2010), которые внедрены в Государственной службе автомобильных дорог Украины "Укравтодор" (акты внедрения соответственно № 3/7.1-9-745 та № 3/7.1-9-744 от 02.04.2010).

Ключевые слова: годовая программа работ, эксплуатационное состояние, проект эксплуатации, экспертная система.



Annotation

Kharchenko A.M. Improvement of methods of annual program design of road-repair organizations' works. - Manuscript.

The thesis for an Associate professor's degree in specialty 05.13.22 - management of projects and programs. - the National transport university, Kiev, 2010.

The thesis is devoted to the improvement of methods of annual program design of road-repair organizations' works.

The software and the methodical recommendations are developed on introduction and use of consulting model of annual program design of road-repair works.

The developed methodical recommendations are based on the built in work model of estimation of the operating conditions of roads' elements, in the basis of which fixed five operating conditions, that are determined by the intervals of seriousness levels and distribution of their damages; and on the offered mathematical model of the annual program of repair works on the basis of maximization of index of the operating condition of roads network.

Keywords: annual program of works, operating state, project of exploitation, consulting model.

Размещено на Allbest.ru

...