Вавилов В.В., Бурба О.В.

Управление проектно-изыскательских работ ОАО "Газпром", Россия

Управления подготовки производства ООО "Газпром центрремонт", Россия

Имитационные модели проектирования строительно-монтажных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов

В условиях развития мировой энергетики особое значение приобретают вопросы развития капитального строительства в районах добычи углеводородного сырья (газа и нефти), занимающего важнейшее место в экономике России. Необходимость развития газопроводной сети как элемента транспортной системы топливно-энергетического комплекса, а также удовлетворение дополнительных требований, предъявляемых к срокам и качеству проектирования и строительства линейно-протяженных техногенных объектов, выдвигают целый ряд научных проблем, связанных с совершенствованием автоматизированного проектирования организационно-технологических процессов строительного производства в сложных природно-климатических условиях. Поскольку проектирование и строительство магистральных газопроводов сопряжено с большими финансовыми и материальными затратами, большой металлоемкостью, отчуждением пахотных земель, опасностью загрязнения окружающей среды, то совершенствование строительного производства должно основываться на строго научных, технически возможных и экономически оправданных решениях.

Реализации методов имитационного моделирования обуславливает построение ряда гипотез для решения задачи оптимального закрепления газопровода на проектных отметках. Опыт применения имитационного моделирования в изучении социальных, экономических, технических и других систем позволил разработать новые идеи и методы, обогатившие теорию математического моделирования. В частности, предложен метод вероятностного моделирования, который с успехом применяется при решении ряда практических, социально-экономических и технических задач планирования очередности капитального ремонта участков линейной части магистральных газопроводов. Вероятностное моделирование является эффективным методом воспроизведения и оптимизации динамических процессов с учетом влияния вероятностных факторов. В исследовании реальных систем этим методом можно выделить следующие основные этапы: содержательное описание системы; статистическое исследование, построение формализованной схемы; выбор критерия эффективности; построение вероятностно-автоматной модели; программная реализация; обработка результатов исследования и выбор оптимального (наилучшего среди ограниченного множества полученных вариантов) решения. Большие перспективы видятся в сочетании метода вероятностного моделирования и методов классической и многокритериальной оптимизации.

Имитированные данные используются также для проверки различных гипотез относительно функционирования системы в будущем. Например, при определении оптимальных параметров закрепления подземных газопроводов в районах со сложными природно-климатическими условиями необходимо учитывать взаимодействие газопровода с окружающей средой в процессе эксплуатации газопровода. Характеристики перекачиваемого продукта (рабочее давление, температура), влияние внешней среды (выталкивающая сила воды на обводненных и болотистых участках, осадки и пучение грунта), температурный перепад и другие факторы влияют на прочность и устойчивость газопровода. Интенсивность взаимодействия газопровода и грунта зависит как от состояния грунта, так и технологического режима перекачки. Исследовать аналитическими методами взаимодействие газопровода с некоторыми видами грунтов в настоящее время не удается, так как нет достаточных данных не только для расчетов, но и для приближенной оценки напряжений, которые могут возникнуть в процессе взаимодействия с грунтами.

Для решения этой проблемы могут быть использованы имитированные данные о характере взаимодействия газопровода с грунтом с учетом опыта эксплуатации газопровода в условиях, сходных с проектируемыми. Строится ряд гипотез (модифицированных вариантов модели грунта с различными значениями параметров), учитывающих динамический аспект взаимодействия. Рассчитываются ограничения основной задачи для различных вариантов модели грунта. Выбираются наиболее «напряженные» ограничения, которые и используются для решения задачи оптимального закрепления газопровода на проектных отметках. Опыт применения имитационного моделирования в изучении социальных, экономических, технических и других систем позволил разработать новые идеи и методы, обогатившие теорию математического моделирования. В частности, предложен метод вероятностного моделирования, который с успехом применяется при решении ряда практических, социально-экономических и технических задач планирования очередности капитального ремонта участков линейной части магистральных газопроводов. Вероятностное моделирование является эффективным методом воспроизведения и оптимизации динамических процессов с учетом влияния вероятностных факторов. В исследовании реальных систем этим методом можно выделить следующие основные этапы: содержательное описание системы; статистическое исследование, построение формализованной схемы; выбор критерия эффективности; построение вероятностно-автоматной модели; программная реализация; обработка результатов исследования и выбор оптимального (наилучшего среди ограниченного множества полученных вариантов) решения. Большие перспективы видятся в сочетании метода вероятностного моделирования и методов классической и многокритериальной оптимизации.