Authors: Д.Ф. Карпов | М.В. Павлов | Е.В. Абрамова | Н.А. Щипаков
Source: Южно-Сибирский научный вестник (article, 2025-12-31)
Field: Materials Science — Materials Chemistry

ИНТЕГРИРОВАННЫЙ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ, АЛГОРИТМИЧЕСКИЙ И АРХИТЕКТУРНЫЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ (ОБЗОР) Актуальность работы обусловлена ростом требований к долговечности, надежности и энергоэффективности инженерных систем и строительных конструкций, определяющих необходимость применения высокоточных методов теплового контроля и технической диагностики инфраструктурных объектов различного функционального назначения. Предметом исследования являются интегрированные методологические, алгоритмические и архитектурные принципы построения вычислительных систем для анализа процессов теплопередачи. Цель работы заключается в разработке и интеграции методологии, алгоритмов и архитектуры для создания универсальных средств автоматизированногопрограммного контроля теплотехнических процессов в строительных конструкциях и инженерных системах. Применена комплексная методология, включающая формализацию физико-технических закономерностей теплообмена, построение модулей моделирования стационарных и нестационарных тепловых режимов, вычисление теплотехнических характеристик и оценку погрешностей измерений. Дополнительно уделено внимание обеспечению алгоритмической согласованности вычислительных процедур при работе с разнородными типами исходных данных. Разработаны единый алгоритм программной обработки данных и общая архитектура вычислительных модулей, интегрирующая функции ввода информации, моделирования, расчета показателей, анализа неопределенности и визуализации результатов. На основе предложенного подхода создан комплекс программных средств, реализующий специализированные задачи теплового контроля и диагностики строительных конструкций и инженерных систем. Алгоритм и архитектура обеспечивают воспроизводимость расчетов, унификацию обработки данных и системный анализ тепловых характеристик как в натурных условиях, так и по данным термографирования. Программныерешения могут быть интегрированы в цифровые системы управления жизненным циклом объектов, включая технологии цифровых двойников и предиктивной аналитики. Предложенные методология, алгоритм и архитектура формируют научно-техническую основу для создания воспроизводимых и надежных инструментов теплового контроля, обеспечивающих повышение точности, устойчивости и информативности диагностических процедур в современных инженерных системах и строительных конструкциях. The relevance of this work is determined by increasing requirements for the durability, reliability and energy efficiency of engineering systems and building structures, which necessitate the use of high-precision methods for thermal monitoring and technical diagnostics of infrastructural objects of various functional purposes. The subject of the study is the integrated methodological, algorithmic and architectural principles for designing computational systems for analyzing heat transfer processes. The aim of the study is to develop and integrate a methodology, algorithms and architecture to create universal tools for automated software-based control of heat engineering processes in building structures and engineering systems. A comprehensive methodology is applied, including the formalization of physico-technical laws of heat exchange, construction of modules for modeling steady-state and transient thermal regimes, calculation of thermotechnical characteristics and assessment of measurement uncertainties. Special attention is also given to ensuring algorithmic consistency of computational procedures when working with heterogeneous types of input data. A unified data processing algorithm and general architecture of computational modules have been developed, integrating data input, modeling, calculation of parameters, uncertainty analysis and results visualization. Based on the proposed approach, a suite of software tools has been created to implement specialized tasks of thermal monitoring and diagnostics of building structures and engineering systems. The algorithm and architecture ensure reproducibility of calculations, standardization of data processing and systematic analysis of thermal characteristics both under field conditions and using thermographic data. The software solutions can be integrated into digital systems for lifecycle management of assets, including digital twin technologies and predictive analytics. The proposed methodology, algorithm and architecture form the scientific and technical foundation for creating reproducible and reliable thermal monitoring tools, enhancing the accuracy, robustness and informativeness of diagnostic procedures in modern engineering systems and building structures. Work (physics) ; Reliability (semiconductor) ; Relevance (law) ; Energy (signal processing) ; Efficient energy use Structural mechanics and materials ; Engineering Diagnostics and Reliability ; Heat Transfer and Mathematical Modeling