Алгоритм ранжирования проектов по обеспечению экологической безопасности строительных работ

В настоящее время проблема обеспечения экологической безопасности строительных работ, выполняемых при возведении зданий и сооружений, приобретает особую актуальность. Согласно действующему законодательству [4; 5] она решается на конкурсной основе путем выбора наилучшего проекта из числа представленных на конкурс. Подводя итоги конкурса, комиссия должна не только выставить оценки конкурирующим проектам, но и объяснить подателям проектных заявок, на каком основании выбран или отклонен тот или иной проект. Практическая реализация конкурсной схемы требует привлечения современных компьютерных технологий, формализующих процесс ранжирования и помогающих должностным лицам принимать обоснованные решения. Однако на этом пути возникают определенные трудности. Во-первых, показатели проектов по обеспечению экологической безопасности строительных работ (в дальнейшем – ПОЭБСР) выражаются не только числовыми, но и качественными категориями. Во-вторых, связи между показателями реальных проектов не всегда удается выразить в виде математических уравнений, вместе с тем они достаточно адекватно задаются с помощью словесных выражений. В-третьих, критерии предпочтительности ПОЭБСР зачастую задаются в виде экспертных указаний по недопустимости или желательности того или иного параметра проекта. Традиционно для парирования отмеченных трудностей использовался экспертный подход. Однако он страдает субъективизмом и зачастую порождает протекционизм.

Указанные обстоятельства вынуждают изыскивать новые подходы к решению задачи ранжирования ПОЭБСР, которые, с одной стороны, позволяли бы использовать количественные оценки, а с другой – допускали адекватный учет экспертной информации, характеризующей качественные стороны проектов. Наиболее полно таким требованиям отвечает аппарат поиска решений на семантических сетях [1; 2; 3]. Цель статьи заключается в разработке алгоритма ранжирования ПОЭБСР, реализующего этот подход.

Теоретические предпосылки

Для рассматриваемых проектов наряду с количественными выделим группу качественных показателей, существенных с точки зрения выбора предпочтительного варианта проекта, и перечислим их возможные лингвистические значения. Используя эти показатели, сформируем высказывания, адекватно описывающие существо проектов. Среди таких высказываний могут оказаться как допустимые, так и недопустимые. К недопустимым

Чертов В.А., Падалко А.В. Алгоритм ранжирования проектов...    109

отнесем высказывания либо не имеющие смысла в данной проблемной области, либо не удовлетворяющие условиям конкурса. Все остальные высказывания считаются допустимыми. Сами высказывания будем формализовывать с помощью семантической сети вида

...(Xi-1 rl Ri-1) r2 (x 1 * 1 V, ..., V xn 1 ) Л (Xi rl Ri ) r2 (x 1 * V, ..., V xn ) Л л ( X*+1r R*+1 )r ( xRi+1 V,..., V xR*+1 )...                         (1)

где X * - 1 , X * , X * _{+ 1} - показатели проекта; R * - 1 , R * , R * _{+ 1} - ярус сети; r 1 - отношение «при-

R RR надлежать ярусу»; r2- отношение «быть значением»; х* 1, x* , х* - значения показателей проекта соответствующего яруса; ∧ – знак конъюнкции (логическое И); ∨ – знак дизъюнкции (логическое ИЛИ).

Эта сеть для i- го яруса читается следующим образом: « показатель проекта X_i , принадлежащий ярусу R_i , принимает одно из n значений x ₁ ^{R i} или x ₂ ^{R i} или x ₃ ^{R i} ,…, или x_n^{R i} ».

Ранжирование проектов на такой сети будем осуществлять путем фиксации требуемых значений показателей и указания тех показателей, значения которых необходимо определить. Искомые значения показателей будем определять в два этапа. Вначале выявим допустимые проекты, то есть проекты, значения показателей которых удовлетворяют предъявленным (нормативным) требованиям. Затем (если решение неоднозначное) с помощью критерия предпочтения определим наиболее рациональный проект из числа допустимых. Иными словами, реализуется классическая двухэтапная схема принятия сложного решения, когда вначале определяются допустимые решения, а затем (если это возможно) определяется наилучшее решение.

Поясним сказанное на примере. Введем характеристики, описывающие некоторый класс ПОЭБСР, и укажем их возможные значения: Х ₁ – тип проекта: инвестиционный – x ₁¹ ; бюджетный – x ¹₂ ; Х ₂ – цель проекта: реконструкция старых очистных сооружений – x ₁² ; снос старых очистных сооружений и строительство новых – x ₂²; Х ₃ – место реализации проекта: центральный район городского округа – x ₁³; вне территории городского 3

округа – x ₂ ; Х ₄ – соответствие региональным экологическим программам: полностью 4   44

соответствует – x ₁ ; соответствует частично – x ₂ ; не соответствует – x ₃ ; Х ₅ – наличие разрешительных документов, требуемых законодательством, для начала реализации про- 55

екта: полный комплект – x ₁ ; неполный комплект – x ₂; отсутствуют (находятся в стадии проработки) – x ₃⁵; Х ₆ – потребный объем финансирования: 100–200 тыс. у.е. – x ₁⁶; 200–400 тыс. у.е. – x ₂⁶ ; Х ₇ – наличие независимой экологической экспертизы: «да» – x ₁⁷ , 7        88

«нет» – x ₂ ; Х ₈ – степень готовности к реализации: полная – x ₁ , частичная – x ₂; Х ₉ – уро-

9 вень природоохранных технологий, используемых для реализации проекта: новые – x ₁ ; апробированные – x ₂⁹; смешанные – x ₃⁹; Х ₁₀ – ожидаемая прибыль от реализации проекта: не менее 100–200 тыс. у.е. – x ₁¹⁰; примерно 200–400 тыс. у.е. – x ¹₂⁰; примерно 400– 10                          10

600 тыс. у.е. – x ₃ ; отсутствует – x ₄ .

Таким образом, для описания ПОЭБСР вводится десятиярусная семантическая сеть, каждый ярус которой соответствуют одному из десяти показателей X ₁ –Х ₁₀ . Сами показатели могут принимать по одному из двух, трех или четырех возможных значений.

Семантическая сеть P , описывающая всю совокупность возможных вариантов ПОЭБ-СР в объеме введенных показателей и их значений, выглядит следующим образом:

110 в ыпуск 2/2020

P = ( X i r i ^R 1 ) r 2 ( x ¹ V x 2 ) Л ( X 2 r i R 2 ) ^r 2 ( x 2 V x ² ) Л

Л 3 Г 3 r 2 x 1 V x 2 л 4 ' 1 4 r 2 x 1 v x 2 v x 3 л

^Л ( X 5 ^r1 ^R 5 ) ^r 2 ( x 1 ^V x 2 ^V x 3 ) ^Л ( X 6 ^r1 ^R6 ) ^r2 ( x 1 ^V x 2 ) ^Л

^Л ( X 7 ^r1 ^R 7 ) ^r 2 ( x 1 ^V x 2 ) ^Л ( X 8 ^r1 ^R 8 ) ^r 2 ( ^x 1 ^{V x} 2 ) ^Л

999                   10   10   1010

л ( x9 r r9 ) r x 1 v x2 v x3  л i x 10 Г[ R10 ) r x 1 v x2 v x3 v x4 .

Часть этой сети, на каждом ярусе которой отсутствуют знаки « ∨ », назовем полной синтагмой. Иными словами, полная синтагма – это часть Р , выделенная из нее путем назначени я конкр етных значений показателей X ₁ –Х ₁₀. Очевидно, что каждой такой синтагме P k ( k = 1; 13824 ) соответствует один из возможных вариантов проекта рассматриваемого типа, описанный в объеме введенных показателей и их конкретных значений. Например, полной синтагме

1  23

P k   ( X 1 ^r 1 R 1 ) ' 2 ( ^x 1 ) ^A ( X 2 ^r 1 ^R 2 ) ^r 2 ( ^x 2 ) ^A ( X 3 ^r 1 ^R 3 ) ' 2 ( ^x 2 )'

^{A (} X 4 ^r 1 ^R 4 ) ^r 2 ( x 1 ) ^A ( X 5 ^r 1 ^R 5 ) ^r 2 ( x 2 ) ^{A (} X 6 ^r 1 ^R 6 ) ^r 2 ( x 2 ) ^A

A ⁽ X 7 ^r 1 ^R 7 ) r 2 ( x 2 ) ^{A (} X 8 ^r 1 ^R 8 ) ^r 2 ( x 2 ) ^A ( X 9 r 1 ^R 9 ) r 2 ( x 2 ) ^/X

^Л ( ^X 10 ^r 1 ^R 10 ) r 2 ( x 2 )

соответствует следующий вариант проекта: « готовый инвестиционный проект, направленный на снос старых очистных сооружений и строительство новых, полностью соответствующий приоритетным федеральным программам, с неполным комплектом разрешительной документации, без независимой экспертизы, с потребным объемом финансирования – 200–400 тыс. у.е. и ожидаемой прибылью – примерно 200–400 тыс. у.е. ».

Для ранжирования проектов введем следующий критерий: лучшим из числа допустимых считается проект, заданный полной синтагмой P_k , который ближе всех находится к некоторому эталонному проекту, заданному полной синтагмой Е . За меру близости проектов, заданными синтагмами P k и Е , примем величину р ( P k , Е ), равную числу несовпадающих значений одноименных компонентов x_i^{R i} . Нетрудно проверить, что такая мера удовлетворяет аксиомам метрики и имеет простой смысл: чем меньше несовпадающих значений одноименных показателей эталонного и оцениваемого проектов, тем меньше отличаются эти проекты. Формально можно записать

P opt = Arg min р ( P k , E ) ,                                  ⁽⁴⁾

Pk e Pdop где Pdop – допустимые по условию конкурса проекты.

Допустимыми будем считать проекты, в полных синтагмах которых нет недопустимых комбинаций значений показателей X ₁ –Х ₁₀. Предположим, что в нашем примере недопустимыми являются следующие сочетания значений показателей проекта:

( X 1 ^r 2 ^x 2 )^Л [ X 10 ^r 2 ( ^x “ ^{V x} 20 ^{V x} 30 ) ] ^{-                         (5)}

прибыль от реализации бюджетного проекта;

( X 1 r 2 ^x l ¹ )^Л( X 7 ^r 2 ^{x 7} ) ^{-                                  (6)}

отсутствие независимой экологической экспертизы на момент представления инвестици- онного проекта к рассмотрению;

Чертов В.А., Падалко А.В. Алгоритм ранжирования проектов...    111

( X 1 r 2 x ¹ ) л ( X io r 2 x 40 ) ^{-                                 (7)}

отсутствие прибыли от реализации инвестиционного проекта.

Тогда допустимыми будут все варианты проектов, описываемые сетью (1), в полных синтагмах которых отсутствуют фрагменты вида (5)–(7) На практике формирование таких фрагментов осуществляется исходя из действующих нормативных документов и условий конкурса.

Эталонные проекты Е формулируются специалистами административных органов, осуществляющих формирование и финансирование экологических программ региона, с учетом содержания этих программ, конкретной экологической обстановки в регионе и других факторов.

Алгоритм ранжирования

Разработанный с учетом сказанного алгоритм ранжирования ПОЭБСР представлен на рисунке 1. В соответствии с этим алгоритмом поставленная задача решается пошагово.

Рис. 1. Алгоритм ранжирования проектов по обеспечению экологической безопасности строительных работ

На первом шаге определяется перечень показателей, характеризующих проекты данного класса, и задаются возможные значения этих показателей.

На втором шаге , отталкиваясь от нормативных документов, формируются недопустимые комбинации значений параметров проектов и осуществляется их запись в виде семантических лексем, подобных (5)–(7).

112 в ыпуск 2/2020

На третьем шаге составляется многоярусная семантическая сеть, подобная сети (2), описывающая всю совокупность проектов, представленных на конкурс и подлежащих ранжированию.

На четвертом шаге с помощью экспертов формируется эталонный проект E и составляется его полная лексема.

На пятом шаге решается оптимизационная задача (4), по результатам которой из всех проектов, представленных на конкурс, выбирается оптимальный вариант P_opt , которому присваивается ранг R = 1,0/номер цикла.

Рис. 2. Пример выходного интерфейса алгоритма ранжирования проектов по обеспечению экологической безопасности строительных работ

На шестом шаге производится удаление полной лексемы этого проекта из исходной семантической сети, формируется новая семантическая сеть и осуществляется переход к предыдущему шагу. Цикл повторяется до тех пор, пока не будет исчерпан весь перечень проектов, представленных на конкурс.

Чертов В.А., Падалко А.В. Алгоритм ранжирования проектов...    113

На седьмом шаге осуществляется оформление представления результатов лицу, принимающему решение. Пример выходного интерфейса для случая ранжирования пяти проектов показан на рисунке 2.

Заключение

Предложенный алгоритм ранжирования проектов по обеспечению экологической безопасности строительных работ отличается от известных аналогов тем, что основан на аппарате поиска решений на семантических сетях. Это позволило совместить количественные оценки проектов с экспертными данными, характеризующими их качественные стороны.

Показано, что, вводя на семантических сетях соответствующую метрику, можно не только осуществлять формализованное описание проектов данного типа, но и производить их ранжирование по критерию минимума отклонения от эталонных требований.

Основные трудности компьютерной реализации такого подхода связаны с разработкой подробных и однозначных классификаторов понятий данной проблемной области, формулированием базовых аксиом и правил вывода, составлением алгоритмов ведения эффективного диалога с пользователем, а также с необходимостью владения современными технологиями и языками программирования. Естественно, что отмеченные обстоятельства сдерживают внедрение этого подхода в практику проектных работ, однако не являются непреодолимым заслоном на этом пути.