Технологическое обоснование конструктивных решений железнодорожного земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах с применением экспертной системы

Шепитько Т.В., Полянский А.В., Артюшенко И.А., Ноздрачёв А.С. Технологическое обоснование конструктивных решений железнодорожного земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах с применением экспертной системы. Нанотехнологии в строительстве. 2025;17(6):760–774. – EDN: TBQTFA.

Интеграция искусственного интеллекта в решение организационно-технологических задач железнодорожного строительства (ЖДС) открывает новые возможности для повышения эффективности производства работ. Применение методов и средств искусственного интеллекта способно существенно преобразовать методологию проектирования и реализации объектов железнодорожной инфраструктуры, особенно в зонах со сложными природно-климатическими и инженерно-геологическими условиями. В числе ключевых сфер воздействия выделяются [1, 2]:

• 1)    анализ данных осуществленных проектов для планирования временных и финансовых параметров с учетом меняющихся условий производства работ;

• 2)    оптимизация распределения строительных ресурсов (рабочих и техники) по участкам строительства;

• 3)    оценка технологичности конструктивных решений;

• 4)    поиск оптимальных вариантов технологических процессов.

Ориентация на интеллектуальные методы обусловлена спецификой технологических задач ЖДС, которые часто относятся к классу сложных систем с нечеткими границами. Такие задачи не поддаются описанию средствами традиционной математики и требуют оригинальных подходов. В частности, формализация процесса технологического обоснования конструктивных решений, требующая интуитивных приемов и опытных знаний разработчика организационно-технологической документации (ОТД) [2, 3], сталкивается с масштабностью поискового пространства. Несмотря на дискретность множества решений, их комбинационное разнообразие делает непригодными исключительно вычислительные методы [4–7].

Средства искусственного интеллекта, обладающие способностью к обучению и адаптации, становятся ключевым инструментом в таких ситуациях. Коренное отличие их подхода от аналитических методов заключается во внедрении опыта специалистов и профессиональных знаний в алгоритмические решения. Это обеспечит разработчикам ОТД возможность не только сохранять, но и систематизировать накопленный опыт, что приведет к повышению надежности решений и сокращению времени их принятия [2, 8].

Внедрение таких систем обеспечивает переход от рутинных процедур к построению адаптивных моделей, способных учитывать нелинейные связи между технико-экономическими параметрами, динамикой среды и организационными ограничениями.

Это, в свою очередь, создает основу для разработки гибких и эффективных технологических решений для ЖДС в сложных условиях.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование применения искусственного интеллекта в технологическом проектировании ЖДС в сложных условиях способствовало созданию перспективных схем разработки ОТД. На рис. 1 представлена структурная схема интеллектуального проектирования технологического процесса возведения железнодорожного земляного полотна (ЖДЗП) на многолетнемерзлых грунтах (ММГ). Согласно представленной в работе схеме (рис. 1), этапы 1, 2, 3, 6 и 8 реализуют расчетные процедуры, тогда как этапы 4, 5 и 7 требуют реализации алгоритмов, сочетающих математические расчеты с логическими операциями для анализа взаимозависимостей между модулями. Последние, выступая связующим звеном между расчетными блоками, подтверждают необходимость создания комплексной автоматизированной платформы, объединяющей традиционные расчетные методы с интеллектуальными компонентами, что обеспечивает системную координацию этапов технологического обоснования конструктивных решений ЖДЗП на ММГ [2, 7, 8].

В настоящей работе рассмотрено решение задач технологического обоснования конструктивных решений ЖДЗП на ММГ, охватывающих этапы 3 и 4. Следует отметить, что процесс возведения ЖДЗП в таких условиях характеризуется длительностью, высокой ресурсоемкостью и необходимостью координации всех участников строительства. Эти факторы определяют ключевые технологические особенности [9]:

• 1)    территориальная привязка ЖДЗП;

• 2)    ресурсная мобильность (перемещение рабочих и техники, транспортировка материалов, монтаж/ демонтаж техники и конструкций);

• 3)    вариативность параметров (разнообразие форм, размеров, эксплуатационных характеристик);

• 4)    специфику круглогодичного строительства в сложных (неблагоприятных) природно-климатических условиях.

Для учета вышеуказанных особенностей предлагается разбить технологический процесс возведения ЖДЗП на простые технологические процессы (ПТП), выполняемые на отдельных захватках с привлечением квалифицированных бригад. Учет технологических особенностей требует системного подхода к планированию работ, обеспечивающего синхронизацию во времени и пространстве для достижения качества, безопасности и экономичности.

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Рис. 1. Структурная схема интеллектуального проектирования технологического процесса возведения железнодорожного земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах

Первым этапом технологического обоснования является анализ конструкции ЖДЗП на ММГ (рис. 1, этап 3). Для этого разработана процедура декомпозиции объекта на составляющие элементы (рис. 2), что позволяет рассматривать ЖДЗП как иерархическую систему с определенными взаимосвязями между подсистемами. Формирование информационной модели ЖДЗП на ММГ включает описание технических и конструктивных параметров для последующей автоматизации процедуры декомпозиции.

Для осуществления декомпозиции ЖДЗП используется графовая модель конструктивного решения (КР), представленная ориентированным графом (орграфом) G _R ^C _S ^S (рис. 3). Вершины графа соответствуют конструктивным элементам (КЭ), а ребра отражают технологические зависимости между ними. Реализация процедуры декомпозиции ЖДЗП на ММГ в автоматизированном режиме предполагает представление орграфа в матричной форме. Для этого можно воспользоваться матрицей смежности A = || a_{i , j} ||, которая позволяет формализовать вершины орграфа ( a_i и a_j ) и связи (ребра) между ними ( v_{i , j}) , что может быть представлено как:

'a, j = 1, if vt j * 0; a., = 0, else

Это позволяет свести задачу к поиску оптимального пути в орграфе, где конструктивные элементы и связи между ними формализуют модель конструктивной схемы ЖДЗП на ММГ:

G^ = {CE,SL] , (2)

где СE — конструктивные элементы, SL — структурные связи (рис. 4).

Графовая модель, разработанная на предыдущем этапе, служит основой для реализации второго этапа технологического обоснования ЖДЗП на ММГ — автоматизированного формирования (генерации) номенклатуры строительных работ (НСР) с применением экспертной системы (рис. 1, этап 4). Применение графовой структуры, а именно структурированных технологических связей между конструктивными элементами обеспечивает формализацию

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Рис. 2. Декомпозиция железнодорожного земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах на конструктивные элементы

Рис. 3. Фрагмент общей графовой модели железнодорожного земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах с выбранной последовательностью конструктивных элементов (КЭ)

Рис. 4. Графовая модель конструктивной схемы железнодорожного земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах: КЭ ( CE ) – конструктивный элемент

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ и систематизацию данных перед генерацией перечня работ [2, 7].

Следует отметить, что формирование номенклатуры строительных работ, которое играет ключевую роль в разработке технологических процессов и создании ОТД, характеризуется высокой сложностью и уязвимостью к ошибкам. Это объясняется, прежде всего, ограниченностью доступной информации, временными ограничениями и необходимостью анализа обширных нормативно-технических данных. Последствия таких ошибок критичны для экономической и технической безопасности производства работ [12–20].

Интеллектуализация формирования номенклатуры строительных работ посредством экспертной системы призвана минимизировать количество ошибок и повысить эффективность разработки технологических процессов.

Для решения этих задач предложено использование продукционных экспертных систем (ЭС), сочетающих формализованные аналитические модели с эвристическими методами. В этом случае появляется возможность обеспечить реализацию трудно-формализуемых этапов разработки технологических процессов в интеллектуальном режиме, повысить объективность экспертизы и сократить временные затраты. В то же время важным преимуществом экспертных систем является их способность к накоплению, хранению и модификации знаний, что позволяет минимизировать субъективные факторы, влияющие на принятие решений. В отличие от традиционных методов, они обеспечивают системный анализ особенностей задачи, что критически важно

при работе в тех случаях, когда параметры ЖДЗП на ММГ отличаются вариативностью и динамикой [12–20].

Для реализации интеллектуального режима работы выбрана продукционная модель ЭС, основанная на правилах вида «ЕСЛИ (факт), ТО (действие)». Такая модель имеет следующие преимущества [2, 5–7, 11, 21, 22]:

• •    наглядность — за счет семантической прозрачности правил;

• •    приспособленность — адаптация к дискретным процессам, типичным для ЖДС;

• •    модульность — возможность динамического расширения базы знаний без нарушения целостности системы.

База знаний ЭС — основной компонент, который позволяет формализовать знания в виде продукционных правил:

{у}^ 8,                              (3)

где γ — антецеденты (факты), δ — консеквент (действие). Механизм логического вывода (рис. 5) обеспечивает поиск решений через анализ соответствия антецедентов текущему состоянию предметной области (в данном случае: сведения, данные, ограничения, возможности возведение ЖДЗП в условиях распространения ММГ). Для оптимизации работы при большом объеме правил применяется обратная стратегия вывода, начинающаяся с целевого факта, что ускоряет процесс принятия решений [2, 7, 11].

Рис. 5 иллюстрирует схему работы продукционной экспертной системы, включающую базу знаний

РАЗРАБОТЧИКОТД

БАЗА ЗНАНИЙ

ПД, РД, ОТД (ПОС, ППР)? НТД, ВОЗМОЖНОСТИ СПО, ОГРАНИЧЕНИЯ

НОМЕНКЛАТУРА СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ (ПТП)

МЕХАНИЗМ ЛОГИЧЕСКОГО ВЫВОДА (ПРОДУКЦИОННАЯ МПЗ)

Рис. 5. Схема работы экспертной системы: ОТД - организационно-технологическая документация; ПД – проектная документация; РД – рабочая документация; ПОС – проект организации строительства; ППР – проект производства работ; НТД – нормативно-техническая документация; СПО – строительная (подрядная) организация; ПТП – простой технологический процесс; МПЗ – модель представления знаний

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

(хранилище продукционных правил) и механизм логического вывода (модуль, реализующий поиск решений).

Процедура генерации НСР состоит из трех этапов [2, 7]:

• 1)    интерактивное взаимодействие — получение исходных данных от разработчика ОТД (система анализирует конструктивные особенности ЖДЗП, включая уникальные требования к материалам, геометрическим параметрам и взаимосвязям элементов, обусловленные сложными условиями ММГ);

• 2)    обработка данных — классификация строительных работ по принадлежности к конструктивным элементам (КЭ) ЖДЗП с применением ЭС (учитываются логические принципы разработки технологического процесса, включающие использование последовательности работ, привязанных к отдельным конструктивным элементам с последующим их объединением в единую систему);

• 3)    формирование результатов — создание структурированного перечня строительных работ (на уровне

ПТП) с указанием их взаимосвязей (учитывается ресурсное обеспечение работ, в частности, объемы, фронт и продолжительность работ, технические возможности подрядной организации, что критически важно для адаптации технологических процессов к реальным условиям производства работ).

Таким образом, экспертная система анализирует графовую модель конструктивной схемы ЖДЗП (рис. 4), выявляя ПТП и их технологические связи. А результатом будет являться номенклатура строительных работ, структурированная по N слоям, каждому из которых соответствует определенный конструктивный элемент (рис. 6). Такой подход обеспечивает визуальную прозрачность генерации НСР, позволяя определить предшествующие этапы для каждого ПТП и синхронизировать их выполнение.

Применение ЭС способствует:

• •    автоматизации рутинных этапов (например, классификации работ);

• •    ускорению принятия решений за счет интеграции технологических закономерностей;

КЭ №2.1

ПТП_1.2.2,ПТП_1.2.3,

ПТП 1.2.4

ПТП_2.1.2,ПТП_1.2.2, ПТП 1.2.3, ПТП 1.2.4

КЭ №4.3

КЭ №/V

Рис. 6. Взаимосвязи между простыми технологическими процессами (ПТП) с привязкой к конструктивным элементам (КЭ)

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

• формированию структурированной номенклатуры строительных работ, включая ресурсные характеристики ПТП, что станет основой для календарного планирования [12–20].

Внедрение экспертных систем в технологическое обоснование конструктивных решений ЖДЗП на ММГ не только способствует формализации сложных технологических процессов, но и создает основу для их дальнейшей эволюции в рамках цифровой трансформации железнодорожного строительства.

Несмотря на ограниченность возможностей полной замены разработчика ОТД (человеческого фактора), ЭС становится инструментом, минимизирующим количество ошибок и оптимизирующим временные затраты. Это позволяет перейти от вариантного проектирования к интеллектуальному сопровождению процессов ЖДС, повышая уровень автоматизации и надежности технологических решений.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Практическая реализация методологии технологического обоснования конструктивных решений ЖДЗП на ММГ осуществляется посредством применения двух экспериментальных программных модулей (ЭПМ), разработанных для автоматизации ранее рассмотренных этапов (3 и 4, см. рис. 1)):

• 1)    «Конструкция-М» — среда для автоматизированной декомпозиции ЖДЗП на отдельные конструктивные элементы;

• 2)    «Техструктура-М» — среда, обеспечивающая технологическое обоснование и включающая:

• •    оболочку взаимодействия — интерфейс для ввода и корректировки данных;

• •    базу знаний «Технология» — хранилище продукционных правил, формализующих технологические зависимости;

• •    механизм логического вывода — модуль, реализующий алгоритмы поиска оптимальных решений на основе графовых моделей;

• •    базу данных «Техструктура-М» — репозиторий, хранящий результаты генерации номенклатуры работ и параметры конструктивных элементов. Далее будет рассмотрен пример применения двух ЭПМ для технологического обоснования насыпи ЖДЗП на ММГ.

На рис. 7 показан поперечный профиль насыпи ЖДЗП на ММГ (на участке подтопления), который анализируется с применением ЭПМ.

Сначала используется модуль «Конструкция-М» (рис. 8). В ходе его работы выполняется:

• •    ввод исходных данных: геометрические параметры насыпи, характеристики грунтов, свойства материалов и элементов конструкции;

• •    автоматизированная декомпозиция ЖДЗП на конструктивные элементы с использованием графовой модели, где вершины соответствуют элементам, а ребра — технологическим связям. Результатом работы ЭПМ является идентификация ключевых конструктивных элементов насыпи на участке подтопления, что позволяет формализовать их взаимодействие и определить требования к технологическим процессам.

В табл. 1 представлен перечень конструктивных элементов насыпи (на участке подтопления) с указанием их характеристик, полученный с применением ЭПМ «Конструкция-М».

Каждый конструктивный элемент насыпи определяет комплексный технологический процесс (КТП). Соответственно, для полученного перечня конструктивных элементов предусмотрено шесть КТП:

• 1)    «Подготовка основания»;

• 2)    «Устройство фильтрующих прослоек»;

• 3)    «Возведение тела насыпи (нижняя часть)»;

Рис. 7. Поперечный профиль насыпи железнодорожного земляного полотна на многолетнемерзлом грунте (на участке подтопления)

Таблица 1. Конструктивные элементы насыпи ЖДЗП на ММГ (на участке подтопления) и их характеристики

Конструктивный элемент	Материал	Характеристика
КЭ №1. «ОСНОВАНИЕ»	грунт	многолетнемерзлый
КЭ №2. «ФИЛЬТРУЮЩИЕ ПРОСЛОЙКИ»	геотекстиль	Прослойка длиной 8,0 м
КЭ №3. «ТЕЛО НАСЫПИ (нижняя часть)»	грунт	Твердомерзлый песок с влажностью W < 25%; Уклон откосов: 1:4
КЭ №4. «ТЕЛО НАСЫПИ (верхняя часть)»	грунт	Сухомерзлый или твердомерзлый песок с влажностью W ≤ 12%; Уклон откосов: 1:2
КЭ №5. «ОСНОВНАЯ ПЛОЩАДКА»	грунт	Сухомерзлый или твердомерзлый песок с влажностью W ≤ 12%;
КЭ №6. «ОТКОСЫ»	грунт	Скальный – толщиной 0,30 м с крупностью камней не более 15–20 см и раслинцовкой сухомерзлым песком

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Рис. 8. Фрагмент работы ЭПМ «Конструкция-М»

• 4)    «Возведение тела насыпи (верхняя часть)»;

• 5)    «Устройство основной площадки»;

• 6)    «Укрепление откосов».

Далее осуществляется процедура генерации НСР на уровне ПТП, реализуемая с применением ЭПМ «Техструктура-М».

Запуск ЭПМ «Техструктура-М» инициирует работу в диалоговом режиме разработчика ОТД и экспертной системы. В рамках функционала модуля обеспечивается сбор и анализ параметров кон-

структивных элементов ЖДЗП на ММГ, включая характеристики материалов и условия производства работ. Также интерфейс модуля обеспечивает возможность корректировки исходных данных, работу с базой знаний (добавление, удаление, изменение правил-продукций).

База знаний экспертной системы реализована на основе продукционных правил, которые формализуют причинно-следственные связи между конструктивными элементами ЖДЗП и технологически-

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ми процессами, специфичными для ЖДС в условиях распространения ММГ. База знаний организована в виде иерархической реляционной структуры, созданной на основе системы управления базами данных MS Access. В рамках этой архитектуры продукционные правила формализованы через пять взаимосвязанных таблиц, что обеспечивает логическую целостность и структурированность знаний [2, 7].

Такой подход к работе с правилами позволяет адаптивно обновлять базу за счет включения данных, полученных в процессе практического определения НСР для ЖДЗП на ММГ. Использование реляционной модели обеспечивает не только хранение, но и эффективный поиск продукционных правил в условиях многозадачной работы, минимизируя избыточность данных и ускоряя процессы логического вывода.

Преимуществом выбранной архитектуры является возможность динамического расширения базы знаний без нарушения целостности системы. Это обеспечивает адаптивность системы к новым условиям, расширяя ее функциональность через накопление и структурирование опыта. Ключевой особенностью является возможность динамического обновления базы знаний, что позволяет учитывать изменения в нормативно-технических требованиях и совершенствовать алгоритмы принятия решений на основе анализа реальных технологических решений [2, 7].

Использование реляционной СУБД обеспечивает не только хранение, но и эффективный поиск продукционных правил в условиях работы системы. Каждая таблица базы отвечает за конкретный аспект знаний: от описания конструктивных элементов до связей между ними и соответствующими технологическими процессами. Это позволяет минимизировать избыточность данных и ускорить процессы логического вывода при генерации НСР.

Разработанная структура базы знаний обеспечивает высокую гибкость системы, что критически важно при решении задач в условиях сложных геотехнических и климатических параметров ММГ. Ее модульность позволяет вносить изменения в отдельные правила без нарушения целостности всей системы, что особенно актуально для непрерывного улучшения качества технологических решений в ЖДС [2, 7].

Интерфейс ЭПМ «Техструктура-М» включает в себя следующие режимы [2, 7]:

• 1)    «Конструкция» – позволяет работать с типами ЖДЗП на ММГ, перечнем конструктивных элементов ЖДЗП на ММГ, сформированным в ЭПМ «Конструкция-М» и комплексными работами (КТП) (рис. 9);

• 2)    «БД «Техструктура-М» – позволяет вводить, изменять, накапливать, просматривать: перечни ПТП; параметры (конструктивные элементы) ЖДЗП на ММГ; условия реализации КТП для возведения конструктивного элемента ЖДЗП на ММГ; факторы

Рис. 9. Режим работы ЭПМ «Техструктура-М»: «Конструкция»

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ реализации КТП для возведения конструктивного элемента ЖДЗП на ММГ; правила продукционного типа (рис. 10), которые представлены кортежем, содержащим четыре компонента в кодированной форме:

{{Условия реализации КТП} => {Факторы реализации КТП} →

{Работы (ПТП)} ↔ {Работы (норматив)}};

• 3)    «ЭС «Технология» – позволяет выбирать факторы с учетом условий реализации КТП для возведения конструктивного элемента ЖДЗП на ММГ, с определением логической последовательности ПТП и соответствующих им работ из нормативных источников (рис. 11);

• 4)    «Результаты экспертизы» – представляют результаты экспертизы – номенклатуру строительных работ (ПТП) для возведения ЖДЗП на ММГ, которая содержит совокупность следующих данных (рис. 12):

{<Номер работы>-<Название работы (ПТП)>-

<Код работы в таблице БД>-<Название работы (норматив): [Код работы. Название работы.

Измеритель. (Нормы времени). (Нормы машинного времени). (Трудовые ресурсы). (Технические средства). (Идентификаторы последующих работ)]>}.

Представленные на рис. 9–12 фрагменты работы ЭПМ «Техструктура-М» демонстрируют этапность генерации номенклатуры строительных работ от процедуры анализа конструктивных элементов насыпи ЖДЗП до формирования перечня работ для всей конструкции.

При этом на первом этапе определяется перечень комплексных работ (КТП) с привязкой к перечню конструктивных элементов для рассматриваемого участка ЖДЗП. На втором этапе в соответствии с предложенными условиями и факторами реализации КТП (для возведения рассматриваемого конструктивного элемента ЖДЗП на ММГ) определены ПТП. Одновременно с учетом правил к ПТП привязывается нормативное описание работы, взятое из сборников государственных элементно-сметных норм (ГЭСН), или предлагается расчетная формула для определения технологических параметров.

Результаты ГНСР, включая перечень ПТП с их атрибутивными характеристиками, можно сохранить в базе данных, что обеспечит их доступность для последующей аналитической обработки.

В табл. 2 показан фрагмент перечня работ (ПТП), входящих в комплексный технологический процесс «3. Возведение тела насыпи (нижней части)».

Перечень работ, представленных в табл. 2, учитывает привязку к конкретным ресурсам строительной (подрядной) организации, поэтому ряд работ пред-

Рис. 10. Режим работы ЭПМ «Техструктура-М»: «БД «Техструктура-М»

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Рис. 11. Режим работы ЭПМ «Техструктура-М»: «ЭС «Технология»

Рис. 12. Режим работы ЭПМ «Техструктура-М»: «Результаты экспертизы»

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Таблица 2. Фрагмент перечня работ, входящих в комплексный технологический процесс «3. Возведение тела насыпи (нижней части)»

№ п/п	Строительные работы (ПТП)	Обоснование, шифр	Наименование работ по нормативным источникам	Норма времени,		Состав бригады	Машины
				чел.-ч	маш.-ч
2.5.2	Уплотнение грунтоуплотняющей машиной	ГЭСН 01-02-003-02+08	Уплотнение грунта вибрационными катками 2,2 т	12,3	10,5 1,8+(1,8× n )	Машинист бульдозера, Машинист виброкатка	Бульдозер, мощность 79 кВт (108 л.с.); Каток дорожный самоходный вибрационный, масса 2,2 т
3. Возведение тела насыпи (нижней части)
3.1.1	Рыхление грунта в карьере	ГЭСН 01-02-089-06	Рыхление мерзлого грунта клин-молотом, подвешенным на стреле экскаватора	81,8	81,8	Машинист экскаватора	Экскаваторы одноковшовые дизельный на гусеничном ходу, емкость ковша 0,65 м3
3.1.2	Рыхление грунта в карьере	ГЭСН 01-02-090-01	Рыхление мерзлого грунта баровыми установками мощностью 79 кВт (108 л.с.)	8,16	8,16	Машинист трактора	Установка однобаровая на тракторе, мощность 79 кВт (108 л.с.), ширина щели 54 см
3.2.1	Разработка и погрузка грунта	ГЭСН 01-03-011-05	Рыхление и разработка вечномерзлых грунтов с погрузкой на автомобили-самосвалы экскаваторами с ковшом вместимостью 2,5; 1,6; 1,25 м3	6,03 145,17	3,96 83,39 28,91	Рабочие, Машинист бульдозера, Машинист экскаватора ×2	Бульдозер, мощность 79 кВт (108 л.с.); Экскаватор одноковшовый дизельный на гусеничном ходу, емкость ковша 0,65 м3; Экскаватор одноковшовый дизельный на гусеничном ходу, емкость ковша 1,6 м3
3.2.2	Разработка и погрузка грунта	ГЭСН 01-03-012-02	Рыхление и разработка вечномерзлых грунтов с погрузкой на автомобили-самосвалы экскаваторами с ковшом вместимостью 1; 0,65; 0,5 м3	8 136,92	5,5 83,39 48,03	Рабочие, Машинист бульдозера, Машинист экскаватора ×2	Бульдозер, мощность 79 кВт (108 л.с.); Экскаватор одноковшовый дизельный на гусеничном ходу, емкость ковша 0,65 м3; Экскаватор одноковшовый дизельный на гусеничном ходу, емкость ковша 1,0 м3
3.2.3	Разработка и погрузка грунта	ГЭСН 01-03-013-02	Рыхление и разработка вечномерзлых грунтов с погрузкой на автомобили-самосвалы экскаваторами с ковшом вместимостью 0,4; 0,25 м3	20,76 143,59	14,3 45,9 83,39	Рабочие, Машинист бульдозера, Машинист экскаватора ×2	Бульдозер, мощность 59 кВт (80 л.с.); Экскаватор одноковшовый дизельный на гусеничном ходу, емкость ковша 0,4 м3; Экскаватор одноковшовый дизельный на гусеничном ходу, емкость ковша 0,65 м3
3.3	Транспортировка грунта – автомобильная	Расчет	Транспортировка грунта автомобилями-самосвалами	TЦ / VК·kН·n ·60	TЦ / VК·kН·n ·60	Водитель× m	Автосамосвалы, 16–25 т
3.4.1	Выгрузка и распределение грунта бульдозером	ГЭСН 01-03-070-05+11	Разработка предварительно разрыхленного вечномерзлого грунта бульдозерами	1,87+(1,43× L /10)	1,87+(1,43× L /10)	Машинист бульдозера	Бульдозер, мощность 340 кВт (450 л.с.)
3.4.2	Выгрузка и распределение грунта бульдозером	ГЭСН 01-03-071-05+11	Засыпка траншей и котлованов бульдозерами в вечномерзлых грунтах	1,1+(0,44× L /10)	1,1+(0,44× L /10)	Машинист бульдозера	Бульдозер, мощность 340 кВт (450 л.с.)
3.5	Планировка слоя	ГЭСН 01-03-072-02	Планировка площадей бульдозерами	0,08	0,08	Машинист бульдозера	Бульдозер, мощность 340 кВт (450 л.с.)
3.6.1	Уплотнение грунтоуплотняющей машиной	ГЭСН 01-02-001-02+08	Уплотнение грунта прицепными катками на пневмоколесном ходу 25 т	13,99+(1,25× g )	12,74 1,25+(1,25× g )	Машинист бульдозера, Машинист катка	Бульдозер, мощность 79 кВт (108 л.с.); Каток дорожный прицепной на пневмоколесном ходу, масса 25 т; Трактор на гусеничном ходу, мощность 79 кВт (108 л.с.)
3.6.2	Уплотнение грунтоуплотняющей машиной	ГЭСН 01-02-003-02+08	Уплотнение грунта вибрационными катками 2,2 т	12,3+(1,8× g )	10,5 1,8+(1,8× g )	Машинист бульдозера, Машинист виброкатка	Бульдозер, мощность 79 кВт (108 л.с.); Каток дорожный самоходный вибрационный, масса 2,2
4. Возведение тела насыпи (верхней части)
4.1.1	Рыхление грунта в карьере	ГЭСН 01-02-089-06	Рыхление мерзлого грунта клин-молотом, подвешенным на стреле экскаватора	81,8	81,8	Машинист экскаватора	Экскаватор одноковшовый дизельный на гусеничном ходу, емкость ковша 0,65 м3

Примечание: в таблице L – длина участка (захватки); g – число проходов по одному следу; m – количество автосамосвалов; Т_Ц – время цикла работы автосамосвала; V_К – объем ковша экскаватора; k_Н – коэффициент первоначального наполнения; n – количество ковшей с грунтом, загружаемых в кузов автосамосвала

СИСТЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ полагает несколько вариантов исполнения. Очевидно, что при небольшом количестве вариантов несложно выбрать один, удовлетворяющий одному или нескольким требованиям. Однако при увеличении вариативности необходимо будет решать задачу формирования оптимального перечня работ. По сути, потребуется решение задачи формирования оптимального технологического процесса, удовлетворяющего требованиям эффективности (критериям оптимальности). Таким образом, возникает необходимость решения задачи оптимизации, которая усложняется наличием нескольких критериев и большой размерностью. Решение такой задачи является предметом дальнейшего исследования и применения инструментария, в том числе относящегося к области искусственного интеллекта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итоги технологического обоснования конструктивных решений ЖДЗП на ММГ представляют собой фундамент для реализации инженерно- интеллектуальных подходов в проектировании технологических процессов. Полученные результаты обеспечивают формирование номенклатуры строительных работ, которая становится основой для разработки калькуляций трудозатрат, оптимизации организационной структуры технологического процесса и создания проектов производства работ.

Особое значение имеют следующие аспекты применения результатов исследования:

• 1)    формализация технологических связей — полученные графовые модели конструктивных элементов и их взаимосвязей позволяют автоматически генерировать перечни ПТП, что минимизирует человеческий фактор при формировании ОТД.

• 2)    многокритериальная оптимизация — данные о параметрах ПТП (трудозатраты, сроки, ресурсы) становятся входными данными для алгоритмов оптимизации, включая генетические и нейросетевые методы. Это обеспечивает выбор оптимальной последовательности работ с учетом таких критериев, как сокращение времени строительства, снижение затрат или минимизация рисков в условиях распространения ММГ.

• 3)    интеграция в цифровые платформы — номенклатура строительных работ может быть внедрена в автоматизированные системы управления строительством, что ускоряет разработку календарных планов и мониторинг производства работ в сложных климатических и геологических условиях.

Полученные результаты не только формируют базу для интеллектуализации технологического проектирования ЖДС в условиях распространения ММГ, но и открывают перспективы для цифровой трансформации отрасли, обеспечивая соответствие требованиям современных стандартов строительной безопасности и экономической эффективности.