Роль проектирования в горном производстве. Организация проектирования в Украине.

1. Понятие термина «проектирование» и «проект»

Угольная промышленность является одной из ведущих отраслей на Украине. В связи с тем, что запасы нефти и газа нашей страны незначительны и недостаточно разведаны, уголь остается одним из основных видов технологического и энергетического топлива.

Для того чтобы начать строительство, расширение, реконструкцию или техническое переоснащение горного предприятия, вести те или иные горно-капитальные, строительные и монтажные работы, необходимо разработать соответствующий проект с решением комплекса сложных инженерных задач. Проект подземного сооружения и его строительства представляет собой сложную многопрофильную систему.

Цель изучения дисциплины «Проектирование горных предприятий» – овладение принципами и нормами современного проектирования строительства подземных сооружений и использование полученных знаний при дипломном проектировании и последующей инженерной деятельности.

Проект (от латинского projectus – брошенный вперед) – это прототип или прообраз предполагаемого объекта, процесса или элемента.

Под объектом будем подразумевать различные технические устройства, машины, аппараты, приборы предприятия, установки, сооружения в т.ч. и подземные. Из процессов будем рассматривать в основном технологические, организационные, производственные и строительные. Каждый объект или процесс может состоять из элементов.

Исходя из вышесказанного проект – это графическое и текстовое описание будущего объекта (процесса или элемента), обеспечивающее возможность в предписанное время при использовании соответствующих средств создать упомянутый объект в натуральном виде.

Проектированием (инженерным) называется деятельность по созданию на основе использованной исходной и технической информации, научных знаний и воображению прототипов (прообразов) новых объектов, процессов или элементов, которые с возможно максимальной эффективностью и минимальными затратами выполняли бы предписанные им функции.

Проектирование нового строительства, реконструкции и технического перевооружения, долгосрочное и краткосрочное планирование является основным содержанием практической деятельности горного инженера.

Проектирование и планирование подразумевает принятие решения, как правило, в сложных горно-геологических, экономических и социальных условиях, с некоторой неопределенностью исходных данных и требований будущих периодов сроком 10-20 лет.

Процесс проектирования включает восемь основных этапов.

1. Постановка задачи. На основе научных прогнозов, обоснования инвестиций в строительство объекта, изысканий инженерно-геологического и другого характера составляется заказчиком совместно с проектировщиком задание на проектирование.

2. Формирование идеи решения задачи (принципиальных схем).

3.Инженерный анализ вариантов решения задачи с выполнением необходимых расчетов и других обоснований.

4.Принятие решения на основе оптимизации вариантов. Их множественность и неоднозначность обычно требует многошагового (итерационного) подхода с последовательным приближением к наилучшему варианту.

5. Составление проектно-сметной документации.

6. Передача проекта на экспертизу в компетентные органы.

7.Защита проекта перед заказчиком и экспертами и внесение в проект согласованных изменений.

8.Согласование проекта с соответствующими государственными органами и службами, его утверждение и передача заказчику.

В дальнейшем проектная организация выполняет авторский надзор при осуществлении проекта.

Проектирование складывается из решения инженерных задач.

В их состав входят: цель, ограничения и исходные данные (рис.1).

Рис. 1. - Решение инженерной задачи

У любой задачи есть начальные условия, которые именуют входом. Состояние, которое нужно достичь (цель), называют выходом. Решением инженерной задачи является создание объекта, процесса или элемента, которые, используя законы природы, могут перевести состояние входа в состояние выхода.

Большинство инженерных задач имеет несколько решений. Например, есть несколько видов транспорта и много возможных маршрутов между двумя пунктами. Инженерная задача требует нахождения оптимального решения. Основной признак, по которому одно решение выбирается из многих возможных, называют критерием.

Существуют частные решения, применение которых неизбежно. Например, при подземном строительстве нормированы минимально допустимые размеры поперечных сечений горных выработок, скорости движения воздуха по выработкам, наборы типовых решений и т.п. Решения, обязательно включаемые в инженерную задачу, называют ограничениями.

Инженерная задача существует, если имеется более чем одно возможное решение или если все возможные решения неочевидны. Например, при строительстве подземной гидроэлектростанции входом является поток воды, движущийся в русле реки, а выходом – электроэнергия, поступающая по линиям электропередач к потребителям.

Сложность инженерной задачи заключается в том, что основные энергетические параметры гидроэлектростанции: напор, мощность, выработка энергии, и конструкции входящих в ее состав сооружений, их размеры, объемы и стоимости работ – однозначно не определяются и тесно связаны с местными топографическими и гидрогеологическими условиями, а также с методами производства работ.

Практикой проектирования установлено, что процессы и этапы решения инженерной задачи строятся в такой последовательности (рис.2).

Ни одно из решений практических задач не остается постоянно наилучшим. Находятся лучшие решения, возникают новые требования, накапливаются новые знания, изменяются условия. Наступает время, когда становится выгодным пересмотреть проект действующего объекта в поисках лучшего решения. Улучшение существующих устройств, приборов, сооружений называется модернизацией или реконструкцией.

Идея решения инженерной задачи возникает в голове проектировщика на основе информации, содержащейся в задании на проектирование, в обзорах технической литературы по проблеме и сборников изобретений, анализа доступных проектных материалов по аналогичным объектам и нормативно-технической литературы, личного опыта проектировщика и его коллег.

Инженерный анализ выполняют с целью получения из множества возможных решений одного – наилучшего. Анализ выполняется поэтапно. Подбирают наибольшее число возможных вариантов решения задачи и устанавливают количественные показатели для их сравнения. Сокращают число сравниваемых вариантов до двух-трех наиболее представительных. Разрабатывают модели решения инженерных задач и выбирают методики расчета сопоставляемых характеристик моделей.

Находят наилучший (оптимальный) вариант решения задачи по одному или нескольким критериям оптимизации на основании расчетов технического и экономического характера. При этом используют теоретическую и методическую базы различных научных дисциплин (математики, вычислительной техники, сопромата, строительной механики, геомеханики, механики подземных сооружений, технологии строительства, экономики и др.)

Объектами сравнительных расчетов могут быть размеры сооружения или конструкции, их прочность, производительность предприятия или сооружения, календарные сроки строительства, потребности в ресурсах, стоимостные показатели и т.п.

Этап инженерного анализа заканчивается выдачей результата и принятием решения, т.е. синтезом прототипа, прообраза проектируемого сооружения или процесса его строительства.