Методы, применяемые для определения как выбора, так и точного определения траектории научного исследования, характеризуются высокой степенью сложности. В области научного исследования наблюдаются четкие различия между различными научными направлениями, конкретными проблемами и определенными предметами изучения. Научное направление представляет собой определенную область, в которой исследовательская группа сосредотачивает свои усилия на решении значимых, фундаментальных, теоретических и экспериментальных задач, относящихся к конкретной сфере научных знаний. Сложные компоненты, образующие научное направление, включают в себя комплексные проблемы, разнообразные предметы и связанные с ними вопросы.
В данной структуре проблема определяется как многогранный научный запрос. Она охватывает широкий спектр исследований и предполагается, что обладает значительным потенциальным значением. Обычно проблема состоит из нескольких взаимосвязанных предметов, которые вместе углубляют исследование. В свою очередь, предметы рассматриваются как научные задачи, охватывающие конкретную область научного изучения. Эти предметы основаны на совокупности исследовательских вопросов, которые воспринимаются как узко определенные и сфокусированные научные задачи. При формировании предмета или вопроса выдвигается четкая цель в рамках исследования, такой как разработка нового проекта, материала или технологии. Эффективное решение этих задач значительно способствует достижению более широких целей, таких как решение сложной группы научных проблем или осуществление прорывных открытий.
Процесс выбора и формулирования проблемы или предмета, учитывая его многогранный характер, требует серьезной ответственности. Эта ответственность охватывает ряд последовательных этапов, включающих в себя: точную формулировку проблемы; создание структурированного подхода к актуальному вопросу, который определяет предметы, подтемы и связанные вопросы; а также установление значимости проблемы, подчеркивающей ее ценность как для научного прогресса, так и для технологического развития. После обоснования проблемы и понимания ее структуры осуществляется выбор конкретного предмета для научного исследования. Предметы обычно подвержены множеству критериев, включая актуальность, новизну, экономическую эффективность и общую значимость.
Часто наиболее распространенная мера актуальности сосредоточена на экономической эффективности. Однако на этапе выбора предмета экономические последствия могут быть оценены лишь в ограниченной степени. Для теоретических исследований необходимость в прибыльности может уступить место требованию о значимости. Ключевой характеристикой, определяющей предмет, является его осуществимость или практическая применимость. Таким образом, при формулировании предмета исследователь должен иметь полное представление о производственной среде и ее текущих специфических требованиях.
Главная цель научного исследования заключается в проведении всестороннего и надежного анализа объекта, процесса или явления, изучая его внутреннюю структуру, взаимосвязи и связи, основанные на установленных научных принципах и методологиях исследования. Более того, исследовательские усилия направлены на генерацию результатов, которые приносят пользу человечеству в производственной сфере. В рамках любого конкретного научного исследования как объект изучения, так и предмет этого изучения четко определены. Полезно описывать предмет научного исследования как материальную систему, будь то естественного или синтетического происхождения. Кроме того, предмет характеризуется составом системы, регулярностями взаимодействий как внутри системы, так и внешними, а также паттернами развития, качественными характеристиками и множеством свойств.
Научные исследования могут классифицироваться в зависимости от их связи с индустрией, значимости для национальной экономики, предполагаемой цели, источников финансирования и временных рамок проекта. Эти исследования делятся на три основные категории: фундаментальные, прикладные и опытные (Рисунок 2.1). Базовые научные исследования целенаправленно направлены на открытие и всестороннее изучение новых явлений и законов природы, а также на способствование развитию инновационных принципов и методологий, направленных на расширение научного потенциала общества и его практическое применение. Данная исследовательская деятельность функционирует на границе известного и неизвестного, что часто приводит к высокой степени неопределенности.
Прикладные научные исследования в основном сосредоточены на выявлении практического применения естественных законов, а также на инновациях и уточнении существующих инструментов и методов, используемых в человеческой деятельности. Однако на основе данных, полученных в результате базовых исследований, проводятся эти прикладные исследования, которые далее делятся на исследовательские, экспериментальные и опытные фазы. Во время осуществления базовых исследований исследователи идентифицируют факторы, которые систематически влияют на объект и определяют возможные пути создания новых технологий и оборудования. Результаты этих исследовательских инициатив часто открывают путь к разработке новых технологий, специализированных установок, устройств и прототипов оборудования. В процессе опытной работы особое внимание уделяется выбору структурных характеристик, которые составляют логическую основу создаваемых продуктов, устройств или конструкций.
Накопление новых научных и технических знаний, полученных в ходе фундаментальных и прикладных исследований, в конечном итоге преобразуется в формат, который позволяет вводить их в промышленный и строительный сектора, что приводит к разработке инновационных продуктов и процессов. Опытные исследовательские усилия посвящены созданию и улучшению существующего оборудования, материалов, конструкций и технологий, главной целью которых является уточнение и подготовка результатов прикладных исследований для успешного внедрения и практического использования.
При классификации научных исследований по их значимости для национальной экономики можно выделить несколько четких категорий: основные деятельности, вызванные конкретными государственными решениями; проекты, осуществляемые под руководством отраслевых министерств и ведомств; и инициативы, проводимые исследовательскими организациями по собственному усмотрению, следуя установленным планам. Более того, классификация научной деятельности может быть дополнительно расширена в зависимости от источников финансирования, которые включают: проекты, финансируемые из государственного бюджета, получаемые на основе фискальных выделений правительства; экономически контрактные работы, финансируемые организационными клиентами через экономические соглашения; и неоплаченные инициативы, проводимые через кооперативные соглашения или личные инициативы. Каждое отдельное исследование присваивается конкретному научному направлению, которое соответствует определенному региону или комплексу наук, вовлеченных в исследовательскую деятельность. Существует множество направлений исследований, включая, но не ограничиваясь, техническими, математическими, биологическими, историческими и другими. Научные дисциплины, связанные со строительством, как правило, попадают под техническую область научной деятельности, хотя некоторые подсекции, такие как строительная механика и теория упругости и пластичности, могут быть отнесены к области физических и математических наук.
Структурные компоненты, создающие научное направление, включают в себя сложные проблемы, объекты и научные запросы. Сложная проблема характеризуется как совокупность взаимосвязанных задач, объединенных общей целью. Проблема концептуализирована как кластер сложных теоретических и практических задач, решение которых имеет важное значение для общества в целом. Предмет научного расследования представляет собой сегмент проблемы, связанную с конкретной областью научных изысканий. Научный вопрос воспринимается как более узкая и сосредоточенная научная задача, относящаяся к конкретному объекту исследования.
Когда достижение конкретных целей становится сложным в рамках практической деятельности, возникает проблема. Область этих целей может значительно варьироваться, колеблясь от глобальных и национальных до специфических для отрасли или межотраслевых контекстов. Например, проблема охраны окружающей среды рассматривается как глобальная задача, поскольку она направлена на удовлетворение потребностей всего человечества. Напротив, задача обеспечения доступа населения конкретной страны к хорошо спланированному жилью классифицируется как национальная проблема, уникальная для этой нации. Вопрос предоставления научных и технических решений для строительных проектов, особенно в проектировании кровель для зданий и сооружений, попадает под категорию отраслевающей проблемы.
Динамично развивающаяся экономическая обстановка в стране способна повысить уровень отраслевой проблемы до национального приоритета. Например, задача улучшения теплоизоляционных свойств ограждающих конструкций зданий служит подходящим примером данного явления. В бывшем Советском Союзе эта проблема в основном рассматривалась как специфическая для отрасли из-за сравнительно низкой стоимости тепловой энергии. Однако в современное время России резкий рост цен на тепловую и электрическую энергию преобразовал эту задачу в национальную проблему, требующую выделения значительных ресурсов из государственного бюджета для обеспечения комфортных условий как в промышленных, так и в жилых сооружениях.
Ценно установить четкое различие между общими и специфическими проблемами. Общие проблемы направлены на удовлетворение потребностей человечества на глобальном, национальном или региональном уровнях, тогда как специфические проблемы тесно связаны с отдельными отраслями в различных секторах национальной экономики.
