Экспериментальные исследования и моделирование в энергетическом строительстве

УДК 621:69 
ББК 38.73 
С47 
Рецензенты: 
доктор геолого-минералогических наук, профессор А.А. Лаврусевич,  
заведующий кафедрой инженерных изысканий и геоэкологии НИУ МГСУ; 
доктор биологических наук, профессор А.Л. Суздалева, 
профессор кафедры инженерной экологии и охраны труда  
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Слесарев, М.Ю. 
С47  
 
Экспериментальные исследования и моделирование в энергетическом строительстве 
[Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / М.Ю. Слесарев, А.А. Зяблов ; 
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный 
исследовательский Московский государственный строительный университет, кафедра 
строительства объектов тепловой и атомной энергетики. — Электрон. дан. и прогр.  
(4,1 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2020. — Режим доступа: 
http://lib.mgsu.ru/ — Загл. с титул. экрана. 
ISBN 978-5-7264-2359-3 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-2360-9 (локальное) 
 
В учебно-методическом пособии изложены основы реализации методологии решения исследовательских задач, предложены инструменты и методы постановки и планирования эксперимента, 
моделирования опасных процессов и защиты от последствий на объектах тепловой и атомной 
энергетики, инструменты и методы статистической обработки результатов эксперимента, а также 
вопросы стандартизации и оценки безопасности строительства. 
Для обучающихся по направлению подготовки 08.05.01 Строительство уникальных зданий и 
сооружений по ОПОП «Строительство сооружений тепловой и атомной энергетики». 
 
 
Учебное электронное издание 
 
 
© ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2020 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Редактор Т.Н. Донина  
Корректор В.К. Чупрова 
Компьютерная правка и верстка О.В. Суховой 
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного 
 
Для создания электронного издания использовано: 
Microsoft Word 2010, ПО Adobe Acrobat  
 
 
Подписано к использованию 09.09.2020. Объем данных 4,1 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. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95. 
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru. 
 
 

Оглавление 
ВВЕДЕНИЕ 
...................................................................................................................................................... 5 
Глава 1. МЕТОДИКИ И ОБЪЕКТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ .............................................................. 7 
1.1. Выбор и обоснование темы реферативного исследования .............................................................. 7 
1.2. Перспективные направления экспериментирования и моделирования объектов энергетики ... 11 
1.3. Методы проведения изысканий для строительства объекта энергетики 
...................................... 19 
Контрольные вопросы .............................................................................................................................. 27 
Глава 2. ПРИБОРЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 
И МОДЕЛИРОВАНИЯ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ..................................................... 28 
2.1. Оборудование для автоматизации и информатизации эксперимента и моделирования 
в энергетическом строительстве 
.............................................................................................................. 28 
2.2. Аппаратура для регистрации ионизирующего излучения и оценка результатов измерения ........ 39 
Контрольные вопросы .............................................................................................................................. 44 
Глава 3. МОДЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ 
НА ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ...................................................................................................... 46 
3.1. Модели и принципы безопасности для объектов энергетики 
........................................................ 46 
3.2. Модели объектов энергетики для экспериментальных исследований при нарушении 
нормальной эксплуатации и в аварийных ситуациях ............................................................................ 49 
3.3. Примеры моделей для объектов энергетики на этапе инвестиционно-строительного 
проектирования ......................................................................................................................................... 59 
3.4. Примеры моделей для объектов энергетики на этапах строительства и эксплуатации 
.............. 64 
Контрольные вопросы .............................................................................................................................. 72 
Глава 4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ 
ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ ......................................................................................................................... 73 
4.1. Статистическая обработка результатов исследования и моделирования 
..................................... 73 
4.2. Юридическая обработка результатов эксперимента и моделирования ........................................ 76 
Контрольные вопросы .............................................................................................................................. 77 
Контрольная работа 1. Статистическая обработка результатов исследования и моделирования ........... 77 
Контрольная работа 2. Юридическая обработка результатов эксперимента и моделирования 
(патентные исследования) ............................................................................................................................ 77 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................................................. 79 
Библиографический список 
.......................................................................................................................... 80 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
Целью учебного пособия «Экспериментальные исследования и моделирование в энергетическом строительстве» является приобретение научных и инженерных знаний, умений и 
навыков по комплексу специфических вопросов, связанных с расчетно-экспериментальными 
исследованиями и моделированием в области материалов и конструкций объектов энергетического строительства на примере блоков ат омных элект рост анций (АЭС).  
Задачи учебного пособия: 
• изучение методов, способов, аппаратуры и программ проведения исследований в области 
материалов и конструкций АЭС; 
• изучение принципов моделирования ситуаций в области проектирования защитных 
строительных конструкций; 
• изучение механизмов отрицательного воздействия на население и окружающую среду 
при эксплуатации и выводе из эксплуатации АЭС. 
Теоретические, расчетные и практические приложения практических занятий изучаются 
в процессе работы над лекционным курсом одноименной дисциплины, а также при выполнении 
самостоятельной работы с учебной и технической литературой, рекомендованной в библиографическом списке учебного пособия. 
Подготовка новых генераций специалистов, способных решать гуманитарно-экологические задачи создания безопасной и комфортной среды жизнедеятельности, базируется на 
системе новых гуманитарно-экологических знаний как совокупности мировоззренческих 
представлений, методологических принципов и методов.  
Современное строительство как средообразующая сфера человеческой деятельности 
должно базироваться на современных экологизированных и гуманизированных решениях 
проблем строительства объектов в условиях обеспечения требований безопасности строительных технологий и систем, а также комфортности среды жизнедеятельности. Достижение 
данной цели осуществляется за счет вновь создаваемой структуры и регулярной реновации 
комплекса учебно-методических материалов, поддерживающих систему гуманитарноэкологической составляющей инновационного образовательного процесса на основе прогрессивных методик обучения. «Концепция гуманитарно-экологической подготовки специалистов по гуманитарно-экологической безопасности строительных технологий и систем» 
главным отличием имеет процессный гуманитарно-экологический подход и системность в 
разработке типовой модели содержательной характеристики образовательной среды, которая 
обеспечивает инновационный формат представления в сочетании с возможностями перманентной актуализации, основанной на регулирующих эколого-гуманитарных решениях системного уровня. При формировании учебных планов специальностей высшего строительного образования и специализаций различных уровней внедрен новый подход к формированию 
содержательной компоненты учебного процесса по гуманитарно-экологическому циклу дисциплин. Инновационные технологии обучения интегрированы в гуманитарно-экологические 
и природоведческие дисциплины и устанавливают требования гуманитарно-экологической 
безопасности и комфортности среды жизнедеятельности. Основным компонентом гуманитарно-экологической образовательной среды высшей строительной школы является учебнометодическое обеспечение. 
 
 
5 

Главным базисом гуманитарно-экологической перестройки строительства должны послужить научные исследования, а их результаты — основой технических решений гуманитарно-экологических строительных проектов. 
В среде специалистов сложилось устойчивое мнение, что основным звеном в строительстве 
является собственно архитектурно-строительный проект в прямом привычном смысле этого 
понятия и выполнение строительно-монтажных работ. Однако главную роль на всех этапах 
реализации инвестиционно-технологического строительного комплекса играет наличие высококвалифицированных инженерных кадров с надлежащим уровнем профессиональной гуманитарно-экологической подготовки для решения гуманитарно-экологических задач и учета 
специфики проекта. Главной особенностью современных строительных проектов в условиях 
развивающегося гуманитарно-экологического кризиса и повышающихся требований к качеству создаваемой среды жизни человека является обязательная необходимость научно-исследовательского сопровождения, что также требует специальной гуманитарно-экологической 
подготовки кадров высшей квалификации. Эти кадры должны обладать способностью и 
готовностью к повышению уровня своего образования на протяжении всей своей профессиональной карьеры. 
 
 
 
6 

Глава 1. МЕТОДИКИ И ОБЪЕКТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ 
1.1. Выбор и обоснование темы реферативного исследования 
В главе 1 обучающийся осуществляет выбор и обоснование темы реферативного исследования о методах эксперимента и моделирования, а также оценки безопасности инноваций 
в экспериментальных исследованиях свойств строительных материалов и систем, грунтов 
оснований объектов строительства на основе стандартов информационных технологий. В 
данном разделе приведены объекты для выбора темы реферативного исследования (рис. 1). 
 
 
 
Реактор 
АЭС 
Водо-водяные 
энергетические 
реакторы 
Атомные 
ледоколы 
Переработка 
ОЯТ 
Ядерное 
топливо 
 
 
 
 
 
 
Транспортные 
энергоустановки 
Быстрые 
реакторы 
Модульные 
АЭС малой 
мощности 
АСУ ТП 
Лазерные 
установки 
Канальные 
энергетические 
реакторы 
Композитные 
материалы 
Обогащение 
урана 
Добыча 
урана 
Системы  
инициирования 
Физика высоких 
энергий 
Выделения 
плутония 
Инжиниринг 
MULTI-D 
Электромагнитный 
подвес 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис. 1. Объекты для выбора темы реферативного исследования 
 
7 

Сегодня в теории и практике управления высок интерес к идеям самоорганизации систем 
и организационных структур. Каким образом в формальных организациях, проводящих экспериментальные исследования и изыскания для строительства, генерировать самоорганизующиеся структуры — это центральный вопрос. В [1] речь идет не о любых случаях самоорганизации, а только о тех, когда профессиональные (по должности) управленцы целенаправленно «генерируют» самоорганизующиеся формы как структурные единицы организации 
и обеспечивают их существование. Научно-техническая проблема создания технопарков, в 
которых создают самоорганизующиеся структуры для выполнения экспериментальных исследований и изыскательских работ в строительстве, — это проблема их автоматизации на 
основе использования современных достижений в области информационных технологий и 
обеспечивающих логистическое решение экспериментальных и изыскательских задач в области методов и средств измерения [2].  
В последние десятилетия в России значительно возрос уровень требований к комплексности экспериментальных исследований и изысканий перед началом возведения строительных объектов [3]. Появились межгосударственные и национальные стандарты по менеджменту эксперимента и изысканий для строительства, используются рыночные атрибуты сертификации и страхования рисков при проведении изысканий для строительства, применяются 
современные методы экспериментальных исследований и испытаний, а также средств измерений [4]. Законодательство России пополнилось нормативно-правовыми документами в 
области защиты интеллектуальной собственности, инновационной и научной деятельности, 
метрологии и единства измерений [5]. 
К настоящему времени разработан и описан обширный набор инструментов коммуникации, структурирован процесс коммуникации, предложены схемы планирования и реализации 
коммуникационной политики [6]. Передовые разработки в области информационных технологий и коммуникаций, а также богатый опыт исследователей прочностных свойств грунтов 
и горных пород оснований, строительных материалов, конструкций и строительных систем 
требуют адаптации к практической организации процессов экспериментальных исследований и изысканий инноваций в строительстве [7]. 
Простое сведение всех вопросов к комплексности методов и средств измерений для производства изысканий может нанести экономический ущерб из-за потери возможных бифуркаций этого процесса, которые создают предпосылки положительных синергических эффектов в процессе экспериментальных исследований, например, исследования грунтов и скальных пород оснований крупных строительных объектов, которыми, как правило, являются 
объекты энергетики [8; 9].  
Для подготовки реферата по теме главы 1 могут быть актуальны следующие проблемные 
вопросы экспериментаторов [10]:  
• экспериментальные методы атомной физики. Онлайн-эксперименты;  
• необходимый и достаточный объем экспериментальных исследований; 
• моделирование источников излучения; 
• моделирование радионуклидного состава; 
• моделирование радиационно-физических и экологических характеристик; 
• моделирование пассивных и активных методов защиты; 
• модели расчета толщины локальных и теневых защитных экранов; 
• модели расчета допустимого времени пребывания в зоне контролируемого доступа 
при обследовании и ремонте в боксах и помещениях радиационно-опасных объектов; 
• модели реакции активации; 
• модели элементного состава; 
8 

• модели расчета наведенной активности и объемов радиоактивных отходов; 
• моделирование: объекты, параметры, методы и средства контроля радиационных характеристик среды обитания человека; 
• моделирование и радиационный контроль в санитарно-защитной зоне; 
• моделирование и расчет мощности дозы в жилых и производственных помещениях; 
• моделирование и расчет безопасного расстояния; 
• моделирование и расчет толщины защитных барьеров; 
• оперативная оценка мощности дозы на местности; 
• анализ радиационной обстановки на местности. 
В сочетании указанных направлений в реферате производится научный поиск в направлении создания и развития метода логистической организации процесса изыскания метрологических инноваций в экспериментальных исследованиях для строительства уникальных 
зданий и сооружений тепловой и атомной энергетики [11]. 
Предложенный для использования метод логистической организации изысканий метрологических инноваций в экспериментальных исследованиях для строительства может явиться 
наиболее эффективным. 
Цель написания реферата — решение научно-технической проблемы создания информационной технологии, обеспечивающей системный подход к логистической организации 
изыскания метрологических инноваций для масштабных задач строительного комплекса. 
Обучающийся составляет реферат на примере выбора методов моделирования и оценки 
инноваций в метрологию прочностных и других свойств строительных материалов и систем, 
а также грунтов оснований объектов строительства на основе стандартов информационных 
технологий [12].  
Совершенствование обмена информацией в области изыскания метрологических инноваций в строительстве позволит использовать синергические факторы и создаст предпосылки 
устойчивого подъёма строительного комплекса страны. Для достижения поставленной цели 
в реферативном исследовании решаются задачи функционального анализа и синтеза методологии логистической организации структуры управления процессом изыскания метрологических инноваций для строительства [13].  
Объектом реферативного исследования являются интеллектуальные информационные 
системы, логистические информационные системы и другие автоматизированные системы 
обработки информации [14]. 
Предметом реферативного исследования являются гибридные инт еллект уальные информационные сист емы (ГИИС), инновационные методы логистической организации изыскания 
нововведений для строительства, методы оценки моделей и средств измерения прочностных 
и других свойств строительных материалов и систем, а также грунтов оснований объектов 
строительства, в частности для решения проблемы их рационального выбора [15]. 
Основаниями реферативной работы являются:  
• принцип логистической организации процесса изысканий метрологических инноваций 
для строительства; 
• методология менеджмента инноваций в области метрологических изысканий для 
строительства; 
• метод логистического параметрирования организационной структуры объекта строительства; 
• методы логистического моделирования информационных систем процесса изысканий 
для строительства на функциональном и технологическом уровне; 
9 

• логистическая модель управления системой мониторинга инновационного процесса 
на функциональном уровне; 
• методология экспертизы метрологических инноваций в процесс изыскания грунтов 
оснований строительных объектов; 
• синергическая модель процесса изыскания метрологических инноваций в строительстве. 
Практическая значимость результатов реферативного исследования заключается в том, 
что реферат, решая проблему логистической организации процессов изысканий для гидротехнических сооружений, вносит существенный вклад не только в сфере метрологии прочностных свойств грунтов, но и в методологию системного моделирования и управления инновационными процессами в любых других сферах [14].  
Практическая значимость реферативной работы заключается в возможности использования предложенного инновационного метода логистического моделирования.  
В состав методологии могут входить: методология менеджмента инноваций в области 
метрологических изысканий для строительства; метод логистического параметрирования 
организационной структуры объекта строительства; метод функционально-логистического 
моделирования информационных систем изыскательского процесса для строительства; 
функционально-логистическая модель управления системой мониторинга инновационного 
процесса на функциональном уровне; методология экспертизы и сертификации метрологических инноваций в процесс изысканий для строительства [15]. 
Методологические результаты, описанные в реферате, найдут применение при создании 
логистических систем мониторинга изысканий для строительства крупных объектов техносферы, их виртуальных интерактивных моделей для логистического анализа на глобальном, 
региональном, территориальном, местном (объектном) и персональном уровнях принятия 
решений [16]. Методологические результаты, полученные автором реферата, в первую очередь будут полезны ему при проведении экспертизы инновационных проектов планов, программ и конкретных проектов создания технических (строительных) объектов, а также для 
дипломного проекта [17]. 
Современные информационные технологии позволяют разработать систему мониторинга 
нововведений для строительства в целях обеспечения процесса изысканий для локального 
строительного объекта оперативной информацией [18]. 
Однако в строительной науке и практике не известны методологические подходы к системной организации изысканий вообще и в частности изыскания нововведений для строительства. Методологию решения этой проблемы студенты могут решать на примере рейтинговой оценки [19]. 
При оформлении реферата обучающийся должен использовать следующие стандарты 
структурирования, оформления и правомерного заимствования ссылочного материала других 
авторов: 
1. ГОСТ 7.32–2017 «Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому 
делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления». — 
Москва : Стандартинформ, 2017. — 32 с. 
2. ГОСТ Р 7.0.5–2008 «Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая ссылка. Общие требования и правила составления. Издание 
официальное». — Москва : Стандартинформ, 2008. — 20 с. 
3. ГОСТ Р 7.0.11–2011 «Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Диссертация и автореферат диссертации. Структура и правила оформления». — 
Москва : Стандартинформ, 2017. — 18 с. 
 
10