5. Технические требования

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Разработка программно-расчетного модуля для 3D моделирования
грунтовых оснований объектов НПС на участках ММГ
1 Наименование разработки
1.1 Разработка программно-расчетного модуля (программной компоненты) для 3D
моделирования грунтовых оснований зданий и сооружений на участках ММГ.
2 Назначение
2.1
Программно-расчетный модуль (далее – ПРМ) предназначен для расчета
ореола оттаивания грунта и прогнозирования просадок зданий и сооружений на участках
с ММГ.
2.2 ПРМ должен выполнять:
-
расчет температурного поля в грунтовом основании зданий и сооружений;
-
расчет размеров ореолов оттаивания зданий и сооружений;
-
прогнозирование просадок зданий и сооружений.
2.3 В ПРМ должна быть реализована прогнозная модель, включающая в себя
математическую и численную модели теплопереноса в грунтовом основании зданий и
сооружений, и алгоритм численного решения задачи расчета и прогнозирования в
трехмерно (3D) постановке.
2.4 Программно-расчетный модуль должен позволять осуществлять прогноз
ореола оттаивания, просадок грунта и просадок и кренов зданий и сооружений на период
продолжительностью не менее 30 лет с шагом не более 1 месяца.
2.5 Программно-расчетный модуль должен давать возможность трехмерной
визуализации температурных полей в грунтовых основаниях зданий и сооружений.
3 Характеристика объекта автоматизации
3.1
Объектом автоматизации является процесс расчета параметров ореола
оттаивания грунтового основания зданий и сооружений.
3.2
Время счета типовой задачи зависит от площади рассматриваемого объекта
НПС и для площади фундамента 90х20 м с горизонтом прогнозирования не менее 30 лет
для трехмерного участка размерами 90х20х30 м должна составлять менее 1 часа по
одному зданию или сооружению.
4 Требования к программно-расчетному модулю
4.1 Требования в целом
4.1.1 Программно-расчетный модуль должен состоять из следующих программных
блоков:
 блок задания исходных данных для проведения расчета;
 блок прогнозирования ореола оттаивания;
 блок вычисления осадки грунта;
 блок представления результатов расчета просадки фундаментов.
4.1.2 Требования к совместимости
4.1.3 Модуль
должен
быть
совместим
с
используемыми
программными
продуктами, согласно п.4.2.1, не препятствовать их нормальному функционированию и не
вызывать сбоев.
4.1.4 Требования по точности расчетов
Программно-расчетный модуль должен обеспечивать следующую точность
расчетов:
 ореолов оттаивания не менее ±10% от глубины залегания границы «вода-лед» от
дневной поверхности в период до 30 лет от даты начала расчета.
 просадки оттаявших грунтов ± 0,10 м в период до 30 лет от даты начала расчета.
4.1.5 Требования к надежности программно-расчетного модуля
При возникновении ошибок и сбоев в работе системного ПО (ОС), а также при
возникновении сбоев и отказов вычислительных средств должно быть обеспечено
восстановление работоспособности программно-расчетного модуля. Порядок действий по
восстановлению работоспособности должен быть приведен в Руководстве системного
программиста программно-расчетного модуля.
4.2 Требования к эксплуатации
4.2.1 Функционирование ПРМ
осуществляется на ПК под управлением ОС
Microsoft Windows 7 c 64 разрядной системой.
Программно-расчетный
модуль
должен
взаимодействовать
со
следующим
программным обеспечением:
 Microsoft Office Excel версии 2007 или выше – для вывода исходных данных и
результатов расчета;
 Microsoft Office Word версии 2007 или выше – для вывода исходных данных и
результатов расчета;
 Kaspersky Antivirus.
Минимальные требования к характеристикам ПК:
 процессор Intel Core i7 (произведенным после 2011 года)
 объём оперативной памяти не менее 2 ГБ;
 свободное дисковое пространство не менее 50 ГБ;
 дисплей (монитор) с разрешением не менее 1024×768;
 расчетный графический ускоритель NVIDIA с поддержкой технологии CUDA.
Специальные требования к периферийным устройствам не предъявляются.
2
Перечисленное оборудование и базовое программное обеспечение в комплект
поставки не входят.
4.2.2 Требования к структуре диалоговых окон
Структура диалоговых окон должна позволять просматривать и корректировать все
исходные данные для расчета параметров ореола оттаивания и осадки грунта.
Программно-расчетный модуль должен иметь русскоязычный интерфейс и
документацию на русском языке в соответствии с требованиями ГОСТ 19 серии
(руководство пользователя, руководство системного администратора).
4.2.3 Перечень информации, выводимой в табличном виде:
 величина осадки грунта в расчетном сечении, за выбранный отрезок времени
(помесячно для каждого рассчитываемого сечения);
 наибольшая глубина нижней границы ореола оттаивания, отсчитываемая от
дневной поверхности, в расчетном сечении за выбранный отрезок времени (помесячно для
каждого рассчитываемого сечения);
 величина просадки зданий и сооружений в расчетном сечении за выбранный
отрезок времени (помесячно для каждого рассчитываемого сечения);
 наибольшая глубина нижней границы ореола оттаивания, отсчитываемая от
первоначального положения нижнего габарита объекта;
 температура грунта в точках расчетного сечения, расположенных относительно
друг друга с задаваемым Пользователем шагом по горизонтали и вертикали.
4.2.4 Перечень информации, выводимой в графическом виде:
 ореол оттаивания за выбранный отрезок времени (помесячно для каждого
рассчитываемого сечения);
 трехмерная визуализация температурных полей на участках ММГ (помесячно
для каждого рассчитываемого сечения);
 визуализация истории развития ореола оттаивания в поперечном сечении во
времени помесячно;
 визуализация осадок грунта в поперечном сечении во времени помесячно;
 визуализация осадок зданий и сооружений ореола оттаивания в поперечном
сечении во времени помесячно;
 график изменения температуры грунта вдоль задаваемой Пользователем
вертикальной линии в расчетном сечении.
4.2.5 Требования к составу и способу ввода исходных данных для расчета.
При определении параметров ореолов оттаивания программно-расчетный модуль
должен учитывать, но не ограничиваться следующим перечнем:
 планово-высотное положение зданий и сооружений;
3
 солнечную радиацию;
 рельеф дневной поверхности;
 льдистость грунта;
 пористость грунта;
 засоленность грунта;
 среднемесячные значения температуры атмосферного воздуха;
 среднемесячные
значения
температуры
нефти
по
трассе
с
учетом
производительности трубопровода;
 среднемесячные значения толщины снежного покрова;
 среднемесячные значения скорости ветра над поверхностью земли;
 объемную теплоемкость грунта;
 коэффициент теплопроводности грунта;
 степень влажности грунта;
 коэффициент теплоотдачи грунта;
 удельную теплоту плавления льда;
 температуру начала замерзания поровой воды в грунте;
 удельный вес талого грунта;
 коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта;
 коэффициент оттаивания грунта;
 результаты
температурных
измерений
в
термометрических
скважинах,
обустроенных на площадке НПС;
 прочие характеристики согласно Приложению 2 к техническим требованиям.
Исходные данные, вводимые Пользователем:
 положение расчетного сечения на площадке;
 положение дополнительных источников тепла (насосы, трубопроводы) в
сечении/плане фундамента и основания зданий и сооружений;
 положения инженерно-геологических элементов (ИГЭ) в основании зданий и
сооружений;
 конструкцию фундаментов зданий и сооружений, включая, но не ограничиваясь:

габаритные размеры проекции объекта на грунт;

конструкцию фундамента: свайный, плитный, ленточный, отсутствие
фундамента;

высоту свай фундамента;

форму проекции объекта на грунт: прямоугольная, круглая.
 конструкцию технологических трубопроводов;
4
 взаимное расположение зданий и сооружений (в части учета взаимного влияния
объектов);
 год и месяц начала, год и месяц конца расчетного периода.
Исходные данные, необходимые для расчета, должны вводиться в программнорасчетный модуль путем с возможностью их корректировки Пользователем.
4.2.6 Требования по защите от ошибочных действий Пользователя
ПРМ должен обеспечивать защиту от ввода Пользователем заведомо некорректных
данных, путем блокировки и вывода на экран ПК предупреждающих сообщений.
4.2.7 Требования по защите от несанкционированного доступа
Защита от несанкционированного доступа к запуску ПРМ должна обеспечиваться
средствами операционной системы и определяться системным администратором.
5 Требования к функциям программно-расчетного модуля
5.1
Программно-расчетный
модуль
должен
обеспечивать
выполнение
следующих функций:
 взаимодействие с Пользователем для получения исходных данных для
проведения расчета в соответствии с требованиями раздела 4;
 расчет параметров ореола оттаивания без учета и с учетом результатов замеров
температуры в термоскважинах (калибровка математической модели, используемой в ПРМ
с использованием показаний термоскважин) в соответствии с требованиями по точности и
скорости расчета п.4.1.4;
 расчет осадки грунтового основания зданий и сооружений;
 расчет просадки зданий сооружений;
 сохранение исходных данных и результатов расчета;
 визуализация результатов расчетов в соответствии с требованиями п. 4.2.4.
5.2
Программно-расчетный
модуль
должен
обеспечивать
выполнение
следующих общих требований:
 3D моделирование грунтовых массивов в основании зданий и сооружений
согласно Приложению 1 к настоящему ТТ;
 возможность моделирования фазовых переходов при разной температуре,
включая
оттаивание
и
промерзание
грунтов
с
неоднородной
в
пространстве
засоленностью;
 возможность корректировки геометрических параметров расчетной области в
пределах согласно Приложению 1;
 возможность учета подземных и/или надземных вводов/выводов нефтепроводов
в объект;
 возможность задания групп теплофизических свойств грунтов инженерно5
геологических элементов (ИГЭ): количество ИГЭ – не менее 30, включая ИГЭ с сезонноталыми и многолетнемерзлыми грунтами;
 возможность
корректировки
физических
(включая
–
теплофизических)
параметров, продукта, зданий и сооружений в пределах согласно Приложению 1;
 возможность ручного и настраиваемого автоматического разбиения расчётной
области на элементы;
 возможность остановки расчета в заданный момент времени (месяц) в пределах
ранее заданного прогнозного периода, корректировка и изменение параметров и свойств
грунта, фундаментов зданий и сооружений, продолжение расчета с учетом внесенных
изменений;
 возможность задания параметров (размеры области, глубина залегания
геологических элементов) разбитых расчетной сеткой;
 возможность задания граничных условий различной комбинации и сложности на
дневной поверхности и на границах между ИГЭ в основании объектов НПС;
 возможность создания и ведения базы данных теплофизических свойств и
граничных условий;
 создание средств для ведения базы данных метеорологических условий
(скорость ветра по месяцам, температура воздуха, мощность и плотность снега,
радиационный баланс);
 возможность изменения (корректировки) граничных условий на основе прогноза
изменения метеорологических и климатических условий;
 возможность
организации,
настройки
и
корректировки
графических
отображений расчётной области на уровне ИГЭ, групп и слоёв расчетных элементов;
 задание для каждого ИГЭ, группы и слоёв расчетных элементов цифрового
индекса и штриховки, отображаемых на модели и при печати;
 задание цветовой заливки ИГЭ, группы и слоёв расчетных элементов граничных
условий;
 возможность задавать временные интервалы в относительных единицах
(секунды, минуты, часы, сутки) и с привязкой к григорианскому календарю (в том числе с
учётом високосного года);
 возможность выполнять расчет промерзания (оттаивания) грунтов оснований
объектов суммарной площадью 1000*1000 м при расположении в пределах этой площади
зданий, резервуаров, других сооружений и трубопроводов
 возможность выполнять расчеты ореолов оттаивания с шагом 1 (один)
календарный месяц;
 простоту
ввода
данных
в
интерактивном
режиме;
числа
вводятся
в
6
произвольном формате;
 защиту от ввода заведомо неверных данных, контроль входных данных;
 возможность ведения архива исходных данных и использования в новых задачах
уже готовых наборов данных из прежних задач;
 возможность работы в пакетном режиме с указанием подготовленного заранее
файла задания на расчет;
 при работе в графическом режиме возможность в любой момент приостановить
расчёт и средствами самой программы вывести текущее состояние в файл и/или на печать
в графическом и/или цифровом представлении;
 возможность изменения граничных условий расчётной области на любом этапе в
процессе расчёта в соответствии с предварительно заданным сценарием;
 возможность автоматического сохранения промежуточных результатов через
заданные интервалы времени, их последующего просмотра и печати в графическом и
цифровом виде;
 возможность наблюдать тепловой процесс в ходе вычислений в виде
меняющегося во времени цветового изображения температурного поля на экране дисплея;
 возможность
просмотра
результатов
расчетов
ореолов
оттаивания
в
произвольно заданном направлении (створе, сечении основания объекта) и печати
трёхмерной модели;
 возможность
просмотра
и
печати
любого
фрагмента
(разреза,
среза)
температурного поля в произвольном масштабе.
6 Требования к видам обеспечения
6.1 Требования к математическому обеспечению
Прогнозная модель, реализуемая в программно-расчетном модуле, должна
включать в себя математическую и численную модели теплопереноса во вмещающем
грунтовом массиве, алгоритм численного решения задачи в трехмерной (3D) постановке.
6.2 Требования к информационному обеспечению
Специальные требования к информационному обеспечению не предъявляются,
кроме указанных требований по обеспечению восстановления работоспособности
программно-расчетного модуля.
7 Состав и содержание работ по созданию программно-расчетного модуля
7.1 Разработка программного обеспечения в соответствии с настоящими
техническими требованиями.
7.2
Разработка
программных
документов
на
программное
обеспечение,
разработанное на основании настоящих технических требований, в соответствии с ГОСТ
серии 19 и ГОСТ серии 34:
7
 спецификация, содержащая состав ПРМ и перечень документации на него;
 описание ПРМ (включая описание методики расчета или ссылку на документ ее
содержащий);
 руководство системного программиста программного обеспечения;
 руководство пользователя (оператора) ПРМ;
 исходные коды программного обеспечения, разработанного в соответствии с
настоящими техническими требованиями, в формате разработки и в не
редактируемом формате.
7.3 Проведение испытаний в соответствии с программами предварительных и
приемочных испытаний, а также проведение опытной эксплуатации в соответствии с
программой опытной эксплуатации.
8 Порядок контроля и приемки программно-расчетного модуля
Перед приемкой
ПРМ в опытную эксплуатацию проводятся предварительные
испытания с составлением протокола предварительных испытаний. На основании
протокола предварительных испытаний составляют акт приемки
ПРМ в опытную
эксплуатацию.
Опытную эксплуатацию ПРМ проводят в соответствии с программой опытной
эксплуатации, в которой указывают:
 условия и порядок функционирования ПРМ;
 продолжительность
опытной
правильности функционирования
эксплуатации,
достаточную
для
ПРМ при выполнении каждой функции
проверки
ПРМ и
проверки готовности персонала к работе с ПРМ;
 порядок
устранения
недостатков,
выявленных
в
процессе
опытной
эксплуатации.
По окончании опытной эксплуатации проводятся приемочные испытания с
составлением протокола приемочных испытаний. На основании протокола приемочных
испытаний составляют акт приемки ПРМ в промышленную эксплуатацию.
Предварительные
и
приемочные
испытания
проводят
в
соответствии
с
программами и методиками испытаний, которые должны содержать следующие разделы:
 объект испытаний;
 цель испытаний;
 требования к ПРМ с указанием критериев принятия решения о возможности
приемки ПРМ в опытную/промышленную эксплуатацию;
 требования к программным документам;
 состав и порядок испытаний;
 методы испытаний.
8
9 Требования к составу и содержанию работ по подготовке к вводу
программного обеспечения в эксплуатацию
9.1Предварительные испытания
Перед вводом в опытную эксплуатацию ПРМ необходимо провести его
предварительные испытания в соответствии с программой и методикой испытаний.
Предварительные испытания проводит комиссия с участием представителей ООО «НИИ
Транснефть», подрядной организации (разработчик программно-расчетного модуля – по
согласованию).
9.2Опытная эксплуатация
Перед вводом ПРМ в промышленную эксплуатацию необходимо провести его
опытную эксплуатацию и приемочные испытания. Опытная эксплуатация проводится
ООО «НИИ Транснефть» с возможностью участия представителей Исполнителя. В ходе
опытной эксплуатации Исполнитель должен устранять выявленные недостатки. Порядок и
сроки
проведения
опытной
эксплуатации
определяются
в
программе
опытной
эксплуатации.
9.3Приемочные испытания
После проведения опытной эксплуатации и перед вводом в промышленную
эксплуатацию ПРМ необходимо провести его приемочные испытания в соответствии с
программой и методикой испытаний. Приемочные испытания проводит комиссия с
участием представителей ООО «НИИ Транснефть», подрядной организации (разработчик
ПРМ – по согласованию).
10 Перечень документов, предоставляемых перед испытаниями
При предварительных испытаниях:
 технические требования на ПРМ;
 программные документы (п. 12.2);
 программа и методика предварительных испытаний;
 программа опытной эксплуатации.
При приемочных испытаниях:
 технические требования на ПРМ;
 программные документы (п. 12.2);
 акт приемки ПРМ в опытную эксплуатацию;
 рабочий журнал опытной эксплуатации;
 акт завершения опытной эксплуатации и допуска
ПРМ к приемочным
испытаниям;
 программа и методика приемочных испытаний.
11 Требования к гарантийному обслуживанию
9
Гарантийное обслуживание осуществляется Исполнителем в течение 12 месяцев и
начинается с момента подписания акта передачи ПРМ в промышленную эксплуатацию.
Постгарантийное обслуживание по истечении гарантийного срока возможно в рамках
отдельного договора.
12 Требования к документированию
12.1 Все отчетные материалы предоставляются на бумажном носителе и в формате
разработки в электронном виде на машинных носителях в 4-х экземплярах.
12.2Перечень предоставляемых Заказчику программных документов на ПРМ,
разработанный при выполнении настоящих технических требований в соответствии с
ГОСТ серии 19 и ГОСТ серии 34:
 спецификация, содержащая состав ПРМ и перечень документации на него;
 описание ПРМ (включая описание методики расчета или ссылку на документ ее
содержащий);
 руководство системного программиста программного обеспечения;
 руководство пользователя (оператора) ПРМ;
 исходные коды программного обеспечения, разработанного в соответствии с
настоящими техническими требованиями, в формате разработки и в не
редактируемом формате.
13 Требования к защите результатов работы
Отчетные материалы (п. 12.2) должны быть согласованы заказчиком и ОАО «АК
«Транснефть».
Исполнитель может быть привлечен к защите отчетных материалов (п. 12.2) в
ОАО «АК «Транснефть».
10
Приложение 1 к Техническим требованиям
Типы фундаментов зданий и сооружений, наличие ММГ в основании зданий и
сооружений
№
п/п
Наименование
объекта
Тип
фундамента
1
2
3
Свайный с
плитным
ростверком с
вентилируемым
подпольем;
Свайный
ростверк с
цоколем с
продухами
Плитный;
Монолитный
плитный ж/б
ростверк по
поверхности
земли
1
Здание
Здание
Монолитная ж/б
плита
3
Здание
Свайный
ростверк с
цоколем с
продухами
4
Здание
Плитный
2
5
6
РВС
РВС
Монолитный
плитный ж/б
ростверк по
поверхности
земли
Свайный с
плитным
ростверком с
вентилируемым
подпольем
Монолитный
плитный ж/б
ростверк по
поверхности
земли
ММГ
Габариты
Высота
здания в
вентилируеплане
мого
(диаметр
подполья
резервуара), (цоколя), при
м
наличии м
4
5
Сплошная
мерзлота
от 54х12
до 90х18
1,3-2,2
до 30х15
Подполье
отсутствует
до 15х6
1,4
до 52х18
Подполье
отсутствует
до 22,8
до 2,3
до 60,7
1,3-2,2
Островная
мерзлота
Сплошная
мерзлота
Островная
мерзлота
Сплошная
мерзлота
Островная
мерзлота
Сплошная
мерзлота
Островная
мерзлота
Островная
мерзлота
Сплошная
мерзлота
Сплошная
мерзлота
№
п/п
7
8
Наименование
объекта
Сосуд под
давлением
Трубопроводы
Здание
10
12
13
Свайный с
плитным
ростверком с
вентилируемым
подпольем
Плитный
ростверк по
поверхности
земли
Плитный
ростверк по
поверхности
земли
Грунтовое
основание,
свайные опоры в
местах установки
задвижек и углах
поворота
Свайный
ростверк с
цоколем с
продухами
9
11
Тип
фундамента
Здание
Здание
Эстакады
Свайный
ростверк с
цоколем
Свайный
ростверк с
цоколем с
продухами
ММГ
Габариты
Высота
здания в
вентилируеплане
мого
(диаметр
подполья
резервуара), (цоколя), при
м
наличии м
Островная
мерзлота
Сплошная
мерзлота
Островная
мерзлота
Сплошная
мерзлота
Островная
мерзлота
Сплошная
мерзлота
От 10х18
до 30х25
Подполье
отсутствует
Подполье
отсутствует
-
-
Островная
мерзлота
до 54х12
Подполье
отсутствует
Сплошная
мерзлота
от 30х12
до 48х12
до 1,3
Островная
мерзлота
до 48х12
1,7
Островная
мерзлота
Свайный
ростверк с
цоколем с
продухами
Сплошная
мерзлота
Островная
мерзлота
от 18х12
до 30х12
1,3
до 42х18
1,3
Свайный
ростверк
Сплошная
мерзлота
от 42х12
до 84х12
1,3
Свайный
ростверк с
цоколем с
продухами
Островная
мерзлота
до 54х12
1,5
Свайный
Сплошная
мерзлота
-
Подполье
отсутствует
12
Приложение 2 к Техническим требованиям
Исходные данные для расчета ореолов оттаивания грунтов оснований зданий и
сооружений на участках с ММГ
Геологические характеристики и физические свойства грунтов, климатические данные
№
п/п
Исходные данные
1. Геологический разрез и физические свойства грунтов
1.1
План расположения буровых скважин около зданий и сооружений
1.2
Геологические разрезы в пределах здания магистральной насосной и резервуаров.
На разрезах указывается:
- глубина границ раздела различных инженерно-геологических элементов (ИГЭ)
- глубина сезонного оттаивания
- температура грунта на подошве слоя годовых теплооборотов
- распределение температуры грунтов по глубине и в плане выделенных
объектов
1.3
Физические свойства грунтов по каждому ИГЭ:
- плотность грунта
- плотность частиц грунта
- суммарная влажность грунта
- влажность на границе раскатывания
- влажность на границе текучести
- льдистость включений
- засоленность грунта
- заторфованность
- температура начала замерзания грунта
- теплопроводность талого грунта
- теплопроводность мерзлого грунта
- теплоемкость талого грунта
- теплоемкость мерзлого грунта
2. Климатические данные
2.1
Среднемесячная температура атмосферного воздуха
2.2
Среднемесячная солнечная радиация
2.3
Среднемесячная скорость ветра
2.4
Среднемесячная толщина снежного покрова
2.5
Среднемесячная плотность снега