Кибернетика и киберфизические системы в строительстве

УДК 007:69
ББК 32.81:38
Л79      
       
        
       
Рецензенты:
 доктор технических наук, профессор А.В. Гинзбург,  
заведующий кафедрой информационных систем, технологий и автоматизации  
в строительстве НИУ МГСУ;
доктор технических наук, профессор Г.О. Чулков,  
ведущий научный сотрудник Научно-проектного центра «Развитие города», Москва  
   Лосев, К.Ю.
Л79         -                               -       -                                   Кибернетика и киберфизические системы в строительстве [Электронный ресурс] : учебнометодическое пособие / К. Ю. Лосев ; Министерство науки и высшего образования Российской 
Федерации, Национальный исследовательский Московский государственный строительный 
университет, кафедра информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве. — 
Электрон. дан. и прогр. (3,8 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2020. — Режим 
доступа: http://lib.mgsu.ru. — Загл. с титул. экрана.    
ISBN 978-5-7264-2219-0  (сетевое)          -         -         -                    
ISBN 978-5-7264-2218-3 (локальное) 
В учебно-методическом пособии приводятся указания к практическим занятиям и самостоятельным 
работам по дисциплине «Кибернетика и киберфизические системы в строительстве». Указания 
структурируют и облегчают обучающимся освоение материала дисциплины, демонстрируют 
возможности отечественного программного обеспечения по теме дисциплины, содержат список 
вопросов для самоконтроля. 
Для обучающихся по направлениям подготовки 09.04.01 Информатика и вычислительная техника.
Учебное электронное издание
© Национальный исследовательский 
Московский государственный 
строительный университет, 2020

Редактор, корректор А.А. Космина 
Компьютерная правка и вёрстка Н.А. Миловановой 
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного 
Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS6, ПО Adobe Acrobat
Подписано к использованию 05.05.2020. Объём данных 3,8 Мб.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26.
Издательство МИСИ – МГСУ
.
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.......................................................................................................................................................5
Практическое занятие №1...........................................................................................................................8
Практическое занятие №2.........................................................................................................................13
Практическое занятие №3.........................................................................................................................21
Практическое занятие №4.........................................................................................................................25
Практическое занятие №5.........................................................................................................................27
Практическое занятие №6.........................................................................................................................31
Вопросы для самопроверки......................................................................................................................42
Библиографический список .....................................................................................................................44

ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Кибернетика и киберфизические системы в строительстве» является основной 
к обучению в магистратуре по направлению 04.09.01, так как целью освоения дисциплины является формирование компетенций обучающегося в области информационного моделирования в строительстве и управления объектами и процессами на всех стадиях жизненного цикла (ЖЦ) строительного объекта, причём подразумевается не сам процесс архитектурно-строительного проектирования, 
которому посвящены другие дисциплины магистратуры направления 04.09.01 и бакалавриата по направлению 03.09.01, но процесс информационного моделирования киберфизических систем (КФС) 
в строительстве и связанных с этим знаний. Учёт при моделировании киберфизических систем всех 
стадий ЖЦ строительных объектов важен, поскольку термин «жизненный цикл» с 2009 г. вошёл 
в официальный профессиональный дискурс строительной отрасли применительно к зданиям и сооружениям. Это было отражено в Техническом регламенте о безопасности зданий и сооружений (Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ, пп.3.2, 5.1, 15.10), причём ЖЦ был описан как «период, в течение которого осуществляются инженерные изыскания, проектирование, строительство 
(в том числе консервация), эксплуатация (в том числе текущие ремонты), реконструкция, капитальный ремонт, снос здания или сооружения».
Прежде чем получать знания о кибернетике и КФС в строительстве, необходимо представить онтологию терминов и определений данной предметной области.
Строительный объект (construction object) — здание или сооружение, предполагаемое к возведению или находящееся в процесс строительно-монтажных работ, но не сданное в эксплуатацию.
Федеральный закон от 30.12.2009 № 384-ФЗ (ред. от 02.07.2013) «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (статья 2, часть 2, параграфы 6 и 23) так определяет термины здание и сооружение:
Здание (building) — «результат строительства, представляющий собой объёмную строительную 
систему, имеющую надземную и (или) подземную части, включающую в себя помещения, сети инженерно-технического обеспечения и системы инженерно-технического обеспечения и предназначенную для проживания и (или) деятельности людей, размещения производства, хранения продукции или содержания животных». 
Сооружение (structure) — «результат строительства, представляющий собой объёмную, плоскостную или линейную строительную систему, имеющую наземную, надземную и (или) подземную 
части, состоящую из несущих, а в отдельных случаях — и ограждающих строительных конструкций 
и предназначенную для выполнения производственных процессов различного вида, хранения продукции, временного пребывания людей, перемещения людей и грузов».
Жизненный цикл зданий (buildings lifecycle) — это повторяющаяся серия состояний информационных моделей зданий в процессе их жизненного пути (от создания до прекращения использования), где 
цикличность возникает через извлечение знаний и специфического опыта из моделей в среду общих 
данных (СОД) и использование последних в новых информационных моделях зданий.
Жизненный цикл существует только для категорий зданий, но не для конкретного здания в отдельности. У конкретного здания существует жизненный путь, или морфогенез. Категоризация может проводиться по различным группам: по классам капитальности, по функциональному назначению, по типу строительной системы, по влиянию на окружающую среду и др. Состоит он из 
следующих стадий: 1. Мысленная; 2. Предпроектная; 3. Проектная; 4. Строительная; 5. Эксплуатационная; 6. Демонтажная.
Каждая стадия имеет несколько этапов (также — состояний) информационной модели здания. 
ЖЦ состоит из стадий, которые суть состояния информационной модели здания (см. теорию конечных автоматов и Диаграмму Состояний языка моделирования UML). Жизненный путь состоит из 
этапов, которые есть временные периоды.
Стадия жизненного цикла (life cycle stage) — период жизненного пути здания как часть 
временнóй функции, определяющий устойчивое состояние информационной модели относительно 
её существенного, качественного изменения и относящийся к состоянию системного описания или 
реализации системы, определяющий степень развития системы.
Жизненный путь здания (морфогенез) (building lifeline) — последовательность этапов, которые 
суть процессы, происходящие при переходе здания из одного состояния в другое. В зависимости 
от категорий здания множество этапов жизненного пути между стадиями жизненного цикла могут 
5

быть различными, т.е. при одинаковом ЖЦ технические объекты из разных категорий имеют не полностью отображаемые друг в друга множества этапов.
Этапы ЖЦ здания: отчуждение мысленной модели и маркетинг; эскизное проектирование; предпроектные изыскания; проектирование; прохождение экспертизы; подготовка рабочей документации; подготовка строительного производства; строительно-монтажные работы; ввод в эксплуатацию (сдача-приёмка); проведение ремонтов и реставрации; проведение реконструкций; вывод из 
эксплуатации, снос (демонтаж); выделение специфического опыта и сохранение знаний информационной модели (ИМ) здания в среде общих данных (СОД) (по ГОСТ 57311-2016).
Этап жизненного цикла (life cycle phase) — состояние ИМ здания в процессе жизненного пути 
здания, характеризующееся определённой доминирующей деятельностью.
Среда общих данных (Common Data Environment, СОД) — комплекс программно-технических 
средств, функционирующих в организации информационно-управляющих систем, обеспечивающий их совместное пользование в составе эксплуатационной модели здания для управления информацией об активах.
Актив (asset) — находящийся в собственности и принятый в эксплуатацию объект капитального строительства (сооружение производственного и непроизводственного назначения, жилое и административное здание, земельный участок, производственное оборудование и механизмы) (по 
ГОСТ 57311-2016).
Объект-система (object&system) — целостная группа объектов, находящихся в отношениях 
друг с другом и образующих причинно-следственную связь.
Модель (model) — объект-система, описывающая основные характеристики более сложной системы (реального объекта, процесса, явления) и являющаяся образом-заместителем, представляющим изучаемый объект.
Мета-система (meta-system) — совокупность объект-систем.
Информационная модель (information model, ИМ) — мета-система, являющаяся совокупностью 
объект-систем, в соответствии с предметной областью.
Объект — нечто (сущность), что выделено из профессиональной предметной области и получившее имя в профессиональном сообществе.
Информационная модель здания (building information model, BIM)
Вариант 1. Мета-система, являющаяся совокупностью цифровой информационной модели 
(ЦИМ) здания, инженерно-цифровой модели местности (ИЦММ) и, при необходимости, дополнительных взаимосвязанных сведений, документов и материалов о здании, формируемых в электронном виде на стадиях жизненного пути мета-системы (от создания модели до прекращения использования).
Вариант 2. Мета-система, являющаяся совокупностью цифровой информационной модели 
(ЦИМ) здания, инженерно-цифровой модели местности (ИЦММ) и, при необходимости, дополнительных структурированных и неструктурированных информационных контейнеров (ISO 19650-1), 
формируемых в электронном виде на стадиях жизненного пути мета-системы (от создания до прекращения использования).
Проект (design project) — координируемая и управляемая деятельность, результатом которой является создание инфографического набора требований к объект-системе; состоящая из этапов: предпроектных исследований, начальной стадии дизайн-концепции, стадии детального дизайна, стадии 
разработки и стадии воплощения; предпринятая для достижения конкретных требований, включая 
ограничения по времени, стоимости и ресурсам.
Цифровой двойник (Digital Twin, DT) — динамическая информационная модель технического 
объекта с постоянными обратными связями от физических процессов, с которыми взаимодействует технический объект.
Система систем (System-of-systems, SoS), {она же техноценоз (сообщество технических объектов)} — мета-система, ограниченная в пространстве и времени, возникающая в результате соединения множества технических объектов разных категорий в определённый момент их жизненного 
пути. Характеризуется SoS:
1) слабыми связями и слабыми взаимодействиями между объектами;
2) невозможностью выделения однозначной системы показателей;
3) несопоставимостью времени жизненного пути технического объекта и системы систем (SoS);
6