Информационное моделирование
Процессы, приходящие в окружающем мире, настолько сложны и многогранны, что для их изучения используется метод информационного моделирования. С помощью создания моделей появляется возможность представить реальность в упрощенном виде. Удобнее всего вести ее формирование с помощью компьютера. В результате появляется реальный образ объекта, позволяющий понять основные его свойства и использовать информацию для решения конкретной задачи. Построение и использования моделей ведется практически во всех социальных и естественных науках.
Назначение информационного моделирования
С помощью моделирования ведется познание окружающего мира путем создания заместителей исследуемых объектов, которые получили название моделей существующих прототипов или оригиналов. Примером могут служить имена реальных людей, манекены человеческие фигур, макеты действующих самолетов, парков или мостов. Сюда же можно отнести глобусы или карты.
Все выпускаемые модели не могут полностью отразить характеристики оригинала и только указывают на часть его свойств. Примером является модель автомобиля без двигателя и остальных агрегатов. При этом некоторые объекты сразу могут отражать несколько оригиналов, предоставляя информацию о присутствующих у них свойствах. Мяч можно сравнить с планетой, указывая, что она круглая. Если рассмотреть глобус, то здесь появляется информация о расположении материков.
Наиболее качественной моделью считается та, которая с максимальной полнотой отражает признаки объекта. При этом полностью охарактеризовать свой прототип не может ни одна модель. Однако часто этого и не требуется. При создании модели самолета, которая предназначается для коллекции, главным является воспроизведение его внешнего вида, а не летных характеристик.
При изготовлении модели необходимо заранее знать предъявляемые к ней требования, и какие признаки оригинала она должна отражать. Исходя из этих условий, модели бывают двух видов:
- Натурная или материальная. К ним относятся макеты или муляжи, которые являются уменьшенными копиями воспроизводимого объекта. В данном случае идет обычное копирование внешних признаков оригинала. При этом копии могут иметь разные размеры отличные от прототипа. Хорошим примером является модель солнечной системы, которая во много раз меньше реальных параметров объекта.
- Информационная. Сюда относится словесное описание, схема, чертеж или формула. В данном случае ведется предоставление набора признаков об объекте с содержанием всей необходимой информации.
Предназначения моделей состоят в следующем:
- Представление масштабных будущих проектов. Сюда может относиться план застройки жилого сектора или архитектурные особенности отдельного помещения.
- Показ сложнодоступной информации. Это касается макетов в биологическом кабинете.
- Проверка работы создаваемых в будущем агрегатов. Модель самолета проверяется в аэродинамической трубе с целью выявления всех недостатков на стадии проектирования.
- Для точного прогнозирования. Снимки, полученные из космоса, дают представление о перемещении воздушных масс.
- С целью получения необходимой информации. Наглядным примером является места указания движения поездов или автобусов.
Разновидности информационных моделей
Информационные модели отражают свойства объекта в определенной форме. По способу представления они делятся на виды:
- Образные. Такие модели несут в себе информацию об объекте с помощью зрительных образов. Это могут быть рисунки или фотографии, расположенные на носителе информации. Классическими примерами являются бумага с нанесенным на нее изображением, фотографии или спутниковые снимки. Образные модели широко используются в учебных заведениях. Здесь они присутствуют в учебниках или как иллюстрации на плакатах
- Знаковые. Выглядят в виде формул, текста или написанной на определенном языке программы.
- Смешанные. В таких моделях присутствуют как образные, так и знаковые элементы. Сюда относятся географические карты, различные диаграммы или графики.
Информационные модели широко применяются при разработке чертежей для строительных и механических конструкций, а также при формировании электронных схем.
Графические модели
С помощью графического моделирования есть возможность представить объект в виде различного вида изображений. К ним относятся:
- Схема. Это графическое изображение объекта, выполненного с помощью условных линий. В результате появляется информация о структуре системы, ее внешнем виде и данные о некоторых характерных признаках. При этом она носит ограниченный характер, поскольку схема не обладает рельефностью. Если речь идет о блок-схемах, то их задача состоит в предоставлении алгоритма определенных действий для решения проблемы.
- Карта. Здесь идет описание местности в виде ее моделирования. Карта выглядит как уменьшенное изображение участка поверхности Земли разной по размеру территории. В результате появляется наглядная информация о рельефе местности, расположении населенных пунктов, проложенных автомагистралях и расстояний между объектами.
- Чертеж. Это нанесенный на бумагу в уменьшенном виде объект. Особенность проекта заключается в том, что он ведется методом проецирования детали в определенном масштабе. Для предоставления более полной информации в чертеже присутствуют размерные линии с нанесенными числами и текст. Их созданием занимаются проектировщики, которые работают в конструкторских бюро.
- График. Сюда включаются диаграммы, содержащие статистические данные об исследуемом явлении. График представляет собой разного вида линии, отражающие тенденцию развития процессов, их рост или падение.
На бумагу можно наносить объемные изображения узлов и деталей. Это значительно облегчает восприятие модели предмета.
Математические модели
Любые процессы можно описать с помощью математической символики. Сюда относятся разной сложности уравнения или любые типы неравенств. Существенную помощь в создании математических моделей оказало появление ЭВМ. С использованием электронно-вычислительной техники появилась возможность не только убыстрить расчеты, но и значительно их углубить. Это дало мощный толчок для формирования таких видов моделей, которых раньше невозможно было создать на практике.
Компьютерное математическое моделирование проводится в 7 этапов:
- Первый. Определяются цели моделирования, и ведется понимание структуры будущего объекта, а также взаимодействия его с окружающей средой. Определяется способ управления процессом на основании существующих целей и прогнозирование будущих последствий такого воздействия.
- Второй. Определяется степень важности входных параметров, которые разделяются по рангам.
- Третий. Ведется непосредственно разработка математической модели на основании имеющейся абстрактной формулировки.
- Четвертый. Подыскивается наиболее удобный способ исследования построенной модели. Оптимальным вариантом является численный метод, который хорошо поддается программированию.
- Пятый. Отлаживается разработанная программа.
- Шестой. Готовая программа тестируется на основании заранее известного результата. Если проверка проходит успешно, программа запускается в работу.
- Седьмой. Начинается непосредственно эксперимент и если точность полученных результатов не соответствует ожидаемым реальным процессам, модель отправляется на доработку.
Основным преимуществом математических моделей является универсальность, поскольку их можно использовать на разных явлениях, а иногда даже на целом классе.
Моделирование глобальных процессов
Во время моделирования процессов, проходящих в отдельно взятых науках, решаются локальные задачи. При этом перед человечеством стоит цель получения информации о ближайшем своем будущем. Здесь рассматривается не политическая и экономическая ситуация в отдельных государствах, а развитие человечества в целом.
Такая необходимость заключается в том, что из-за непродолжительности жизни человека, изменения, которые наблюдаются в мире, малозаметны. На развитие человечества и планеты влияет огромное количество проходящих процессов, которые взаимосвязаны между собой, но конечные результаты их деятельности предсказать невозможно. Человеческому уму не под силу решить такую проблему и только с помощью компьютерного моделирования можно спрогнозировать итог взаимодействия глобальных факторов на ближайший период и сделать относительно верный прогноз.
Возможные трудности
Причиной нестабильности могут стать следующие факторы:
- Увеличение численности населения. По статистике количество человек на Земле удваивается через каждые 40 лет. Это приводит к истощению источников, поддерживающих существование населения.
- Уменьшение природных ресурсов. Связано это с высокими темпами развития промышленного производства. К ним относятся полезные ископаемые и источники чистой воды.
- Повышенный процент в воздухе соединений углерода диоксида. Происходит это из-за уменьшения количества лесов на планете, поскольку их вырубка ведется в неконтролируемом порядке.
- Глобальное потепление на Земле. Причиной является неправильное хозяйствование человечества.
Трудности ведения отслеживания проблем состоят в том, что все происходящие на Земле процессы необходимо рассматривать в комплексе. С одной стороны рост производства относится к положительному фактору. Однако он за собой тянет негативные последствия в виде загрязнению почвы и атмосферы, а также повышенному расходу невозобновляемых энергоресурсов. Увеличение численности людей позволяет развивать нашу планету, но это влечёт за собой ухудшение состояния атмосферы.
Чтобы хорошо понимать и прогнозировать будущее развитие человечества, возникает потребность в моделировании всех процессов.
Соблюдение правил
В результате моделирования появляется возможность избежать будущих катастроф. Для этого необходимо соблюдать следующие правила:
- В мире существуют возобновляемые ресурсы, к которым относятся вода, лес или рыба. Необходимо их расходовать так, чтобы они успевали восстанавливаться.
- К невозобновляемым ресурсам относятся различные виды руд, нефть или уголь. В процессе их потребления необходимо соблюдать меру, чтобы постепенно осуществлялся переход на потребление возобновляемых ресурсов, таких как солнечная энергия, или ветер. При организации научного подхода после исчезновения невозобновляемых видов природных источников произойдет плавный переход к использованию энергии от новых ресурсов.
- Загрязнение природы должно вестись такими темпами, чтобы она успевала очищаться. С этой целью на промышленных предприятиях обязательно требуется устанавливать очистительное оборудование.
Для охвата всех глобальных процессов ведется их моделирование, которое известно под названием WORLD. Полученные данные дают возможность наметить пути развития человечества для достижения благополучия и стабильности.
Современное строительное моделирование
Проектирование строительных объектов осуществляется с помощью цифрового моделирования. Обеспечивается это применением технологии BIM. Ее эффективность дает возможность существенно сэкономить финансовые и временные затраты. Такая технология позволяет создавать модели для ведения строительства объектов любой сложности, к которым относятся тоннели, мосты, высотные дома и скоростные трассы. BIM напоминает 3D моделирование с расширенной базой данных.
При создании модели 3D-объекта используются компоненты, загруженные в электронную базу. Сюда включаются стоимость используемых материалов, их физико-механические характеристики, данные инженерных изысканий. В том случае, когда параметры изменяются, программой в схему автоматически вводятся поправки.
С помощью моделирования BIM обеспечивается возможность архитекторам, проектировщикам, дизайнерам, коллективное ведение работы. Все вносимое ими данные тут же распределяются программой в нужные ячейки. Создание такой модели выражается в следующих преимуществах:
- комплексный расчет всех характеристик строительного объекта;
- устранение ошибок, которые возможны на стадии проектирования;
- выявление отклонений в заложенной технологии при ведении строительных работ;
- полная синхронизация всего процесса;
Любая задумка заказчика перед началом возведения объекта за счет использования системы моделирования предварительно просматриваются на экране. Это позволяет устранить все недопонимания между участниками проекта еще на стадии его разработки.
Функционирование модели BIM осуществляется на всех этапах:
- Проектирование. Сначала создается непосредственно 3D-модель. Это все подробные чертежи, спецификации и расчеты. Затем данные заносятся в программу, и после обработки формируется список предстоящих работ. Кроме того, на этой стадии с помощью компьютера проект дополняется такими данными как устройство подъездных путей, площадок для разгрузки и хранении, а также обслуживание спецтехники.
- Строительство. Наличия созданной 3D модели позволяет на этом этапе вести полный контроль возведения объекта. В случае выявления отклонений происходит их фиксации и корректировка. Такая работа ведется всеми участниками: заказчиком, застройщиком, инвестором и контролирующими органами.
- Эксплуатация. Технологии BIM даже после сдачи строительного объекта обладают возможностями контроля состояния строения в последующий период. Обеспечивается это наличием датчиков, подающих необходимую информацию на компьютерное оборудование.
Использование моделирования BIM позволяет сэкономить на постройке объекта до 20% средств. При этом время на его возведение сокращается на 12%, что придает проекту повышенную привлекательность.
Информационное моделирование относится к процедуре формирования и построения моделей различного формата, которые представляют собой хранилища, легко воспринимаемые человеком. Разрабатываются они абсолютно для всех сфер жизни и дают возможность получить данные о наиболее слабых сторонах объекта или текущего процесса, что позволяет принять меры для исправления ситуации.
Лицом к фасаду. Застройщики при облицовке зданий активно используют как новые, так и классические фасадные материалы
Предпочтения застройщиков в облицовке зданий продолжают смещаться к навесным вентилируемым фасадам.
Однако более классические виды материалов также остаются востребованными.
Ставка на энергоэффективность
В настоящее время в массовом строительстве в основном применяют четыре вида фасадных материалов. Это декоративные штукатурки типа «шуба» и «короед» с использованием минераловатных плит, лицевой кирпич, облицовочные листы из легких сплавов, фиброцемента, керамогранита для устройства вентилируемых фасадов, а также выравнивающие цементно-известковые штукатурки (для последующего покрытия акриловыми красками).
Наиболее дорогой материал из четырех, отмечает пофессор кафедры технологии строительных материалов и метрологии СПбГАСУ, д. т. н. Алексей Харитонов, – вентилируемые фасады. В Петербурге же чаще всего применяют лицевой кирпич с устройством вентилируемого зазора между облицовкой и ограждающей конструкцией. В реставрации используются известковые штукатурки с окраской силикатными составами, а также терразитовые декоративные штукатурки, которые наиболее сложны по нанесению и дорогостоящи, но придают фасадам уникальный внешний вид.
По словам директора направления «Сопровождение строительных проектов» Группы компаний SRG Елены Самсоновой, в настоящее время сегмент фасадов представлен как традиционными, так и новыми материалами и технологиями, которые нацелены, с одной стороны, на увеличение энергоэффективности ограждающих конструкций зданий, с другой – на реализацию самых смелых архитектурных идей. В результате доля фасадов, выполненных традиционными способами с помощью облицовочного кирпича или панельных конструкций, где ограждающие конструкции одновременно играют роль фасада, стремительно уменьшается. В то же время применение навесных систем, как штукатурных, так и вентилируемых фасадов, увеличивается с каждым годом.
Большинство основных компонентов навесных систем делают на локальных производствах. «Лишь малая часть дорогих и эксклюзивных материалов для облицовки зданий бизнес-класса и выше импортируется из других стран. Идет активное импортозамещение, доказательством чего служит открытие локальных производств у множества иностранных компаний, которые также поставляют материалы для фасадной отрасли», – отмечает Елена Самсонова.
О востребованности навесных вентилируемых фасадов говорит и генеральный директор ГК «Высота» Ирина Харченко. Она напоминает, что такие материалы представляют собой трехслойную конструкцию, состоящую из утеплителя (закрепленного на поверхности стены), воздушной вентилируемой прослойки и декоративно-защитного слоя, крепящегося на фасадную подсистему к наружным ограждающим конструкциям здания. В роли декоративно-защитного слоя, как правило, выступают керамогранит, фиброцементные плиты, сэндвич-панели и алюмо-композитные панели.
«К основным преимуществам навесных вентилируемых фасадов стоит отнести энергоэффективность, достигаемую за счет снижения объема влаги в стене и благодаря воздушному пирогу, в прослойке которого температура на 2-3 °С выше, чем температура на улице. Кроме того, навесные фасады позволяют реализовывать различные варианты художественных решений. Результатами технических испытаний подтверждено, что при корректном выборе фасадного утеплителя, соответствующего климатической зоне, и правильном монтаже, вентилируемые фасады могут служить до 50 лет», – подчеркивает Ирина Харченко.
Критерий – качество
О своих предпочтениях в выборе фасадных материалов рассказывают и петербургские застройщики. По словам генерального директора ООО «Дудергофский проект» (ГК «БФА-Девелопмент») Дмитрия Сухотина, во внешней отделке всех домов ЖК «Огни залива» применяются и будут применяться вентилируемые фасады. Они дают высокую скорость монтажа и возможность выбора практически любого цвета и фактуры.
Использование навесных конструкций делает фасад нарядным, концептуальным, позволяет улучшить теплозащитные и ветрозащитные показатели ограждающей конструкции и защитить ее от вредных атмосферных воздействий. Вентилируемые фасады выглядят выразительно, выигрышно выделяя объект среди конкурентов.
Дмитрий Сухотин отмечает, что в целом ситуация на рынке фасадных материалов устойчива. Фасадные вентилируемые системы используются на рынке давно. В этой сфере успешно налажено импортозамещение, есть предложения отечественных аналогов.
Генеральный директор ГК «Абсолют Строй Сервис» Евгений Жуков полагает, что потенциальные покупатели чаще всего судят о новостройках по фасадам – на уровне «нравится – не нравится». «Однако для нас как девелоперской компании основную роль играет качественная составляющая – ведь важна не только внешняя эстетика, но и эксплуатационные характеристики домов, особенно в высотном строительстве. Наиболее популярными и модными материалами в настоящее время являются клинкерный кирпич и клинкерная плитка, камень, керамические панели. Наравне с этим всегда актуальны натуральные классические материалы. Интересный дизайн фасадов достигается и с помощью фиброцементных панелей, а также композитных металлокассет, которые используются при монтаже вентилируемых фасадных систем».
В «Группе ЛСР» в своих проектах стараются комбинировать фасадные решения, при этом использовать как импортные, так и отечественные материалы. «Подход всегда индивидуален: учитывается класс дома, его окружение, концепция. К примеру, в элитном классе соотношение импортных составляющих выше, нежели в комфорте. Особенно когда речь идет о технологической начинке здания», – отмечает исполнительный директор компании «ЛСР. Недвижимость – Северо-Запад» Вадим Бельман.
По его словам, одной из последних тенденций, актуальной в климатических условиях Северной столицы, стало использование в проектах больших окон – и в частности, панорамного остекления. Обилие света является важной составляющей уютной и комфортной квартиры, а широкие окна от пола до потолка позволяют добиться этого. Они визуально расширяют пространство, меняя его восприятие.
Руководитель управления фасадных работ ГК «КВС» Виталий Куликов рассказывает, что в большинстве проектов компании применяется «мокрое» утепление фасадов: «Сначала к кирпичной кладке или к монолитной стене приклеивается плита утеплителя, дополнительно производится механическое укрепление плиты дюбелями. После нанесения еще одного слоя клея в плиту утеплителя «утапливается» сетка из стекловолокна, по которой тонким слоем наносят специальную штукатурку. Затем поверхность красят. Более экономичные фасады – «мокрого» типа. Вентилируемые фасады считаются долговечнее, но уступают «мокрым» по энергосберегающим характеристикам».
Индивидуальный вариант
В частном домостроении востребован такой фасадный материал, как сайдинг. В частности, наиболее популярен виниловый сайдинг.
Как отмечает руководитель службы региональных технических представителей направления «Скатная кровля и холст» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Яна Герасимова, сайдинг отличается небольшим весом, невысокой ценой, легким монтажом, но на морозе становится хрупким, при нагреве солнцем линейно расширяется. Как и все ПВХ, при ультрафиолете выгорает, т. е. изменяет оттенок. «Кроме того, за время присутствия на рынке виниловый сайдинг уже многим порядком поднадоел и воспринимается как немодный, устаревший материал», – считает Яна Герасимова.
Как фасадный материал, также используется металлический сайдинг. «Он более прочный по сравнению с виниловым, негорючий, устойчив к коррозии за счет своего покрытия. Монтаж материала достаточно легкий. Но при повреждении покрытия появится ржавчина. Кроме того, материал экранирует здание. Хуже работает сотовая связь, при сильном ветре и дожде – шум. Есть еще деревянный сайдинг – обработанный высушенный деревянный профиль в виде бруса или бревна. У этого материала отличный внешний вид, он натуральный, выдерживает низкие температуры, но требует постоянного обслуживания», – объясняет Яна Герасимова.
Зимний вариант. Технологии зимнего бетонирования совершенствуются
Технологии зимнего бетонирования активно совершенствуются. Значительная часть из них предполагает использование противоморозных добавок в бетон.
Длительное время строительные процессы, связанные с бетонированием в зимний период, старались сводить к минимуму. Обусловлено это особенностями отвердевания бетона при отрицательных температурах. Присутствующая в материале вода при замерзании превращается в лед и после оттаивания разрушает структуру бетона.
Самая простая защита от холода – укрытие бетонной смеси ПВХ-пленкой и другими утеплителями. Чаще всего эти материалы используют при строительстве индивидуальных домов, но при сильных морозах они малоэфективны. Очень часто на стройках задействуется принудительная термообработка бетона нагревательными проводами и электродами. Продолжительность обогрева зависит от требуемой конечной прочности бетона.
Активно используют строители временные укрытия с прогревом тепловыми пушками. Причем такие навесы бывают весьма современны. Как отмечает директор по развитию бизнеса, первый заместитель генерального директора компании «Дока Рус» Алексей Мотов, обеспечение нужного температурного режима осуществляется с помощью устройства теплозащитных межэтажных штор или шатров. В частности, так называемый «тепляк» был оборудован на высоте более 13 м в одном из недавних масштабных энергетических проектов – при возведении завода по сжижению газа «Ямал СПГ», где Doka выступила проектировщиком и поставщиком опалубочных систем.
Химией по морозу
Последние два десятилетия в зимнем бетонировании применяются специальные химические противоморозные добавки. Они активируют в бетоне процессы твердения и понижают температуру замерзания жидкой фазы. Количество видов противоморозных добавок постоянно растет, а технологии их производства совершенствуются.
Руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Катарина Путкова отмечает, что когда среднесуточная температура опускается до +5 °С, строительные нормы регламентируют переход на зимний вариант работ, и здесь уже необходимо использование противоморозных добавок.
По словам эксперта, после укладки бетонной смеси, в том числе с применением противоморозных добавок, необходимо провести ряд мероприятий по уходу за свежеуложенным бетоном по СП 70.13330.2012, особое внимание уделяя п. 5.3 и п. 5.11. Полученная смесь должна готовиться из подогретых материалов – для создания теплой и влажной среды, необходимого условия для твердения бетона. Чтобы сохранить эту среду на продолжительное время, после укладки следует утеплить поверхность бетона. В процессе твердения, изолированный от холодного воздуха щитами и матами, он будет выделять дополнительное тепло. На разных строительных участках, в зависимости от их особенностей, и в конструкциях разного объема эта экзотермическая реакция будет проходить с разной интенсивностью.
«Если сразу же после бетонирования накрыть открытую поверхность гидроизоляционным материалом, это поможет избежать не только потерь влаги, но и образования высолов. Также не рекомендуется производить заливку в снегопад. Если снег начнется во время этого процесса, то уже уложенный бетон необходимо экстренно укрыть слоем гидроизоляции», – рассказывает Катарина Путкова.
Внимание к опалубке
По словам Алексея Мотова, для опалубочных работ при бетонировании в зимний период крайне важно, чтобы основание конструкции и другие примыкающие поверхности опалубки были тщательно очищены от снега и льда. «Причем очистка должна производиться сухой струей сжатого воздуха, с использованием щеток или скребков. Мы всегда предупреждаем наших клиентов, что использование для данных целей солевых растворов запрещено», – отметил он.
Также всегда необходимо помнить, что при снижении температуры воздуха до -10 °С поверхности вместе с арматурой желательно прогреть до достижения положительной температуры. Прогрев осуществляется с помощью калориферов или инфракрасных обогревателей, которые устанавливают рядом с прогреваемой конструкцией. Время прогрева зависит от температуры окружающей среды и назначается специальной лабораторной службой непосредственного производителя работ.
Кроме того, очень большое значение для высокого качества получаемой конструкции, отмечает Алексей Мотов, имеют мероприятия по уходу за бетоном уже после распалубливания. В частности, необходимо иметь возможность постепенного выравнивания температур твердеющего бетона и наружного воздуха. Для этого в зонах выдерживания и охлаждения конструкций устанавливаются теплозащитные межэтажные шторы или шатры, а при необходимости – калориферы или тепловые пушки.
Мнение
Катарина Путкова, руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Часто обстоятельства вынуждают начинать строительство в холодное время года. Это не критично, так как качественная противоморозная добавка позволяет работать с бетоном зимой, улучшает его прочностные характеристики и антикоррозийные свойства. Даже летом, применяя противоморозную добавку при плюсовых температурах, мы получим дополнительный эффект ускорения набора прочности бетона.