Экспертные системы

При экспертизе жилых зданий и сооружений выполняется оценка технического состояния конструкций, узлов и здания в целом на кон­кретный период времени. При этом главным является выявление де­фектов, повреждений, оценка причин появления, степени опасности и прогноза остаточного ресурса прочности и деформативности.

В общем виде экспертиза — это решение вопросов, которые тре­буют специальных познаний в области науки, техники, архитектуры и т. д. Как правило, ее проводят архитектурные, технические, эколо­гические, патентоведческие, планово-экономические, бухгалтер­ские, правовые и другие организации.

Результатом экспертизы является письменное заключение, кото­рое квалифицированно оценивает причины, повлекшие несчастный случай, аварию строительных конструкций или сооружений. Она мо­жет быть сплошная (например, проектно-сметной документации), разовая, ведомственная, выборочная в порядке контроля вышестоя­щей организации и т. п.

Экспертная оценка является эффективным способом влияния на качество и как направление научно-технической деятельности чрез­вычайно сложна и многогранна.

Экспертные системы — автоматизированные системы, ориенти­рованные на решение задач, трудно поддающихся однозначному и формализованному описанию и обычно решаемых на основе опыта и неформальной логики (эвристических методов), как правило, с при­влечением высококвалифицированных экспертов. Начало их разработок относится к середине 60-х годов прошлого века, но широкое развитие они получили в 70—80-е годы. Каждая из разрабатываемых экспертных систем предназначена для использования в какой-либо определенной предметной области с целью замены эксперта-челове­ка, причем качество решений, принимаемых с ее помощью, должно превосходить качество решений квалифицированного специалиста. Системы базируются на сосредоточении максимально возможного количества форм и эвристических знаний от наиболее квалифициро­ванных специалистов в конкретной области применения с последую­щим использованием этих знаний при решении тех же проблем, с ко­торыми обычно сталкиваются в данной области специалисты. Суще­ственным отличием развитых экспертных систем от обычных компь­ютерных, используемых для поддержки принимаемых решений, является такой элемент искусственного интеллекта, как способность к самообучению.

Использование совокупности формальных и эвристических зна­ний и отказ от формальных алгоритмов, весьма условно отражающих многообразие путей решения конкретных проблем, повышают адек­ватность действий рассматриваемых систем реальным условиям по сравнению с обычными. Одновременно появляется возможность оперативной переработки большого объема информации, которая за­труднительна (иногда невозможна) для эксперта-человека. Практи­ческое использование таких систем выглядит в виде активного чело­веко-машинного диалога (интерактивный режим), в процессе кото­рого не только человек задает вопросы машине, но и наоборот. Кроме того, пользователь при желании может выяснить причину принятия того или иного решения, т. е., не вникая в суть программного обеспе­чения, получить объяснение действий машины при обосновании ре­зультата решения. Некоторые из разработок сами распознают, когда пользователю требуется помощь. На практике используется коррек­тирующая процедура для определения степени достоверности каждо­го потенциального решения с тем, чтобы отсекать неправильные ре­шения и оставлять допустимые.

Основой функционирования этих систем является база знаний. В отличие от баз данных, являющихся информационным обеспечени­ем традиционных систем, она содержит две группы знаний: деклара­тивную (факты о конкретной прикладной области) и процедурную (эвристические методы или правила для решения задач, в том числе выработки гипотез, обработки информации и логики получения вы­вода). Кроме базы знаний в нее вводят: языковый процессор для об­щения пользователя на понятном для него языке; промежуточный буфер для хранения предварительных гипотез и результатов, к которым система приходит во время решения задачи; блок управления правилами, предназначенный для выбора правила выполнения того или иного действия; интерпретатор правил, ориентированный на применение соответствующего правила к конкретным данным; аппа­рат согласования, выполняющий корректировочную процедуру оценки достоверности потенциального решения; блок обоснования, объясняющий действия пользователю.

Специфика и сложность этого привели к необходимости созда­ния специального направления по разработке экспертных систем — knowledge engineering (технология знания). Главными проблемами этого направления являются ввод знаний экспертов в систему на ос­нове знания языка ЭВМ и создание сложного и специфического про­граммного обеспечения. Появилась новая специальность «техноло­гия знаний», т. е. инженер-интерпретатор, знающий структуру и про­граммное обеспечение рассматриваемых систем и одновременно зна­комый с предметным содержанием задач, что позволяет осуществлять его совместную работу с экспертом.

Область применения экспертных систем разнообразна: экономи­ческое планирование, оперативное управление вероятностными тех­нологическими процессами (например, производство строительных конструкций и материалов и т. д.), оперативное управление предпри­ятием, техническое диагностирование, геологоразведка; различные виды проектирования, отладка вновь созданных объектов, обучение студентов и пр.

В практике обследования и экспертизы жилых зданий использу­ются следующие термины: «диагностика конструкций»; «техниче­ское обследование».

Диагностика конструкций — это отрасль знаний, устанавливаю­щая и изучающая признаки, которые свидетельствуют о наличии де­фектов в конструкциях; определяющая техническое состояние кон­струкций; выявляющая места неисправности или отказа; прогнози­рующая техническое состояние конструкций, а также разрабатываю­щая методы и средства их определения, принципы построения и организации использования систем диагностирования.

Техническая диагностика конструкций и узлов проводится в про­цессе производства (при необходимости), эксплуатации и ремонта. Ее цель — поддержание установленного уровня надежности конст­рукций, обеспечение требуемой безопасности и эффективности экс­плуатации зданий.

Диагностирование (испытания) при исследовании процессов ста­рения, износа и усталости материалов, выбор параметров конструк­ций, позволяющих определить их техническое состояние, оценку фактических значений диагностических параметров, достигнутых при изготовлении, проводят в основном в лабораторных условиях на относительно ограниченном числе образцов. При испытаниях ис­пользуют тестовые воздействия на конструкции, т. е. воздействуют на объект только с целью диагностики.

Диагностирование в процессе эксплуатации осуществляется при рабочих воздействиях внешним осмотром конструкций либо при по­мощи диагностической аппаратуры, дающей возможность измерять или контролировать нужный параметр с заданной точностью.

Средства технического диагностирования обеспечивают разру­шающий или неразрушающий контроль конструкции, когда опреде­ление характеристик и качества материалов выполняют без разруше­ния конструкции либо путем отбора образца на основе зависимости некоторых физических величин от определенных свойств материа­лов.

Для перехода от измерения физических величин к искомым пара­метрам, характеризующим искомые свойства материалов конструк­ции, используют тарировочные зависимости, т. е. производят на­стройку диагностических средств на образцах с известными и по воз­можности близкими к контролируемому объекту свойствами.

Неразрушающий контроль при эксплуатации зданий и сооруже­ний в зависимости от физических явлений, положенных в его основу, подразделяется на следующие основные виды:

• механический — определение прочности бетона строительных конструкций методом упругого отскока;
• магнитный — определение толщины диэлектрических, лако­красочных покрытий на металлических конструкциях методом маг­нитной проницаемости;
• электрический — определение сплошности лакокрасочных по­крытий на металлических конструкциях электроискровым методом;
• вихретоковый — определение толщины защитных металличе­ских покрытий на металлических конструкциях методом прошедше­го излучения;
• радиоволновой — определение влажности каменных стен СВЧ-влагомерами;
• тепловой — определение температуры поверхности ограждаю­щих конструкций пирометрическим методом;
• оптический — определение напряжений в конструкциях с по­мощью поляризационных датчиков;
• радиационный — контроль качества сварки выпусков арматуры в узлах конструкций радиографическим методом;
• акустический — контроль повреждений конструкций акустико-эмиссионным методом;
• проникающими веществами — контроль повреждения дере­вянных конструкций люминесцентным методом.

Методы каждого вида неразрушающего контроля классифициру­ют по следующим признакам: характеру взаимодействия физических полей с контролируемым материалом конструкции; первичным ин­формативным параметрам; способам получения первичной инфор­мации. Развитие неразрушающих методов контроля связано с дости­жениями в области прикладной физики, развитием фундаменталь­ных исследований в области электроники, физики твердого тела, фи­зики элементарных частиц и др.

Применение методов неразрушающего контроля при диагностике конструкций и элементов дает большие преимущества по сравнению с традиционными визуальными и лабораторными методами испытания проб: во многих случаях позволяет получить более достоверную ин­формацию о техническом состоянии и в то же время многократно по­вторять измерения любого параметра, производить измерения в массе материала контролируемого объекта, повысить оперативность получе­ния информации о техническом состоянии контролируемой конст­рукции, снизить трудоемкость проведения измерений, получать ин­формацию в виде, пригодном для непосредственного ввода в ЭВМ.

Дальнейшее развитие диагностики связано с разработкой диагно­стической модели здания в целом, а также алгоритма непрерывного диагностирования эксплуатируемых конструкций с соответствую­щим программным и материальным обеспечением обработки диаг­ностической информации и принятия решения, направленного на повышение надежности конструкций.

Основы таких диагностических систем заложены в диспетчерских службах жилищного хозяйства, осуществляющих непрерывный кон­троль функционирования ряда элементов инженерного оборудова­ния и исправности конструкций и элементов зданий и сооружений. Контролируемыми параметрами являются: перемещения несущих конструкций зданий, эксплуатируемых на территориях; поврежде­ния строительных конструкций огнем; уровень воды в технических подпольях зданий; концентрация газов в помещениях и т. п.

Техническое обследование (ТО) является процессом определения (контроль) технического состояния эксплуатируемого здания или со­оружения или их элементов. Различают следующие виды ТО: инстру­ментальный приемочный контроль построенного или капитально от­ремонтированного, а также реконструированного здания или соору­жения; инструментальный контроль технического состояния строительных конструкций и инженерного оборудования перед текущим ремонтом здания или сооружения; ТО жилых зданий для постановки на плановый капитальный ремонт, модернизацию или реконструк­цию; ТО жилых зданий и сооружений при повреждениях конструк­ций и авариях в процессе эксплуатации.

В состав работ по техническому обследованию зданий входят: оп­ределение цели; получение исходных данных от заказчика; общее ТО; детальное ТО; составление технического заключения. Поскольку для контроля исправности, работоспособности или нормального функ­ционирования здания инженерного сооружения или его элементов необходимо знание его фактического технического состояния, оно всегда содержит диагностику конструкций.