CC BY
27
УДК 658.511:69.055
ОПТИМ1ЗАЦ1Я РЕКОНСТРУКЦП 1НЖЕНЕРНИХ СПОРУД ПРИ ОРГАН1ЗАЦ1ЙНО-ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ ОБМЕЖЕННЯХ
О.Л. Шкчфоров, асп., 1.О. Менейлюк, к.т.н., Одеська державна академiя будiвництва та архггектури, УкраУна, М.М. Сршов, проф., к.т.н., Московський державний будiвельний ушверситет, Росiя
Анотаця. Наведено результати оптим1зацИ' оргатзацтно-технолог1чних ршень рекон-струкцИ' тженерних споруд на приклад1 рад1обашти ¡м. Шухова. За результатами анал1зу д1аграм, що м1стять обмеження, рекомендовано найбтьш ефективн вар1анти оргатзацп й технолога проведення робт i3 реконструкцИ'.
Ключов1 слова: експериментально-статистичне моделювання, реконструкщя, висотн iнженернi споруди, чисельн методи оптимiзацil
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЯХ
А.Л. Никифоров, асп., И.А. Менейлюк, к.т.н., Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Украина,
М.Н. Ершов, проф., к.т.н., Московский государственный строительный университет, Россия
Аннотация. Приведены результаты оптимизации организационно-технологических решений реконструкции инженерных сооружений на примере радиобашни им. Шухова. По результатам анализа содержащих ограничения диаграмм рекомендованы наиболее эффективные варианты организации и технологии проведения работ по реконструкции.
Ключевые слова: экспериментально-статистическое моделирование, реконструкция, высотные инженерные сооружения, численные методы оптимизации.
OPTIMIZATION OF ENGINEERING STRUCTURES RECONSTRUCTION ON THE ORGANIZATIONAL AND TECHNOLOGICAL CONSTRAINTS
A. Nikiforov, P. G., I. Meneylyuk, Ph. D. (Eng.), Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, Ukraine, M. Ershov, Prof., Ph. D. (Eng.), Moscow State Building University, Russia
Abstract. This article presents the results of optimization of the organizational and technological decisions of engineering structures reconstruction on example of the Shukhov radio-tower. According to the analysis of diagrams containing restrictions the most efficient organizational options, as well as the technology for reconstruction are recommended.
Key words: experimental statistical modelling, reconstruction, high-rise structures, numerical methods of optimization.
Вступ
В Украш й за И межами е велика кшьюсть висотних шженерних споруд. Значна частина
з них експлуатуеться десятки роюв i бшьше. Багато з висотних шженерних споруд вима-гають проведення ремонтно-вщновлю-вальних робгг, а деяю - протиаваршних.
Реалiзацiя таких проектiв вимагае значних витрат. Як правило, юнуе безлiч варiантiв виконання робiт iз реконструкций Вони мо-жуть мати рiзну вартiсть, термiни виконання.
Специфiка деяких об'екпв вимагае певного графiка робгг (тiльки в нiчну змiну, викорис-тання обмежено! кiлькостi людей або календарного часу). У нормативних документах i вивчених шформацшних джерелах вщсутш вказiвки щодо вибору ефективних оргашза-цiйно-технологiчних рiшень пiд час реконструкци таких споруд. Тому таю роботи вима-гають моделювання та подальшо! оптимiзащl з найбшьш важливих критерив.
Моделювання таких варiантiв i аналiз експе-риментально-статистичних моделей дозволить визначити краще рiшення за обраними критерiями ефективностi.
Аналiз публiкацiй
Вивчення лггературних джерел з теми досль дження не виявило детальних рекомендацш з проведення реконструкци висотних шженер-них споруд. Загальш вимоги щодо проведення таких робгг викладенi в [1]. Деяю вщомо-стi про проведення робгт з висотного будiв-ництва в регiонi, де знаходиться приклад ш-женерно! споруди, що потребуе реконструкций викладено в [2].
Мета i постановка завдання
Метою дослщження е оптимiзацiя оргашза-цiйно-технологiчних рiшень реконструкци висотних шженерних споруд в умовах зада-них обмежень на прикладi радюбашти iм. Шухова. Для досягнення поставлено! мети необхщно вирiшити таю завдання:
1) розробити алгоритм чисельно! оптимiзацil органiзацiйно-технологiчних рiшень, що ви-користовуе експериментально-статистичне моделювання проекту реконструкци;
2) провести чисельний експеримент i побу-дувати аналгшчш та графiчнi залежностi до-слiджуваних показникiв вiд органiзацiйних чинниюв;
3) рекомендувати оптимальнi варiанти виконання робгт iз реконструкци за заданими об-меженнями.
Визначення оптимальних р1шень реконструкци рад1обашти iм. Шухова
Для виршення завдання оптимiзацil проекту реконструкци Шуховсько! радiобашти було проведено чисельний експеримент iз моделювання варiантiв оргашзацшно-технолопч-них рiшень цих робп\ Пiд час проведення чисельного дослщження використовувалися теори оптимального планування експеримен-ту, експериментально-статистичного моде-лювання, сучасне програмне забезпечення для побудови календарно-мережних моделей будiвельного виробництва [3-5].
Проведення чисельного дослщження за роз-робленим алгоритмом дозволяе обгрунтовано обрати оптимальш оргашзацшно-техно-логiчнi рiшення щодо проведення комплексу вщновлювальних робiт у складних оргашза-цiйних умовах i обмеженому фшансуванш [6]. Пiд час проведення дослщження було використано кошторисну документащю, що вiдображала актуальнi витрати на проведення бущвельно-монтажних робiт. Побудова графтв будiвництва дозволила коректно вщобразити послiдовнiсть i прийнятi техно-лопчш рiшення пiд час проведення висотних монтажних робiт. Таким чином, вказане дослщження дае юльюсну ощнку альтернатив реалiзацil проекту за змшюваних варiантiв оргашзаци комплексу вiдновлювальних ро-бiт, умов фiнансування та наявних обмежень.
Виршення задач оптимiзацil складаеться з етатв, показаних на рис. 1. На наш погляд, найбшьш значущими е таю показники:
- тривалють будiвельно-монтажних робiт, дн.;
- сумарна вартють, млн руб.;
- виробггок, руб.;
- економiчний ефект вщ змiни термiнiв бу-дiвництва, млн руб.
Технологiчнi фактори показують, яку техно-логiчну схему або !х поеднання можна вико-ристати для проведення висотних робiт iз реконструкций
- вага металоконструкцш, що реконструю-ються з використанням риштувань, у вщсот-ках вщ загально! ваги (VI);
- вага металоконструкцш, що реконструю-ються з використанням колисок, у вщсотках вщ загально! ваги (V2);
- вага металоконструкцш, що реконструю- За результатами побудови моделей проекту ються з використанням промислового альт- реконструкцп (календарних графiкiв вико-тзму, у вiдсотках вiд загально! ваги (У3). нання робiт) було дослщжено показники
проекту реконструкцп, що змшюються пiд Органiзацiйнi фактори характеризують стутнь впливом органiзацiйних чинникiв. Результа-штенсифшацп будiвельного виробництва: ти проведеного дослщження наведенi в
табл. 1.
- стутнь поеднання одночасного ведення
робгг (Х4); За результатами регресiйного аналiзу експе-
- коефiцiент використання календарного ча- риментальних даних [7] було побудовано су (Х5). аналггичт моделi змiни показникiв проекту
реконструкцп (табл. 2).
1_
Моделювання процеав реконструкцп в1дпов1дно до плану експерименту.
Побудова експериментально-статистичних моделей, що вщображають залежносп показник1в в1д
фактор1в.
___=_I-1_=___
Граф1чна обробка отриманих результапв чисельного експерименту.
X
Анал1з результапв чисельного експерименту.
Рис. 1. Методика дослщження Таблиця 1 Матриця результат1в експерименту
№ точки Натурш значения )актор1в Показники
VI Частка тоннажу М/К, що реконструюються з використанням риштувань, % V2 Частка тоннажу М/К, що реконструюються з використанням колисок, % Vз Частка тоннажу М/К, що реконструюються з використанням промальпа, % я н н е 3 § ^ ° н еЗ ® но •¡3 а ут о X Х5 Коефщент використання календарного часу на тиждень ■ о н, 5 ю во ^ х « ю5 'Й л в ч тж н во им р н Сумарна варпсть, тис. руб. .б у р ,к о £ ю о р и т Економ1чний ефект, тис. руб.
1 0,00 100,00 0,00 0,00 0,24 1 010,00 158 156,44 1 956,17 319,97
2 50,00 0,00 50,00 0,00 0,24 759,00 178 420,06 2 161,81 3 596,76
3 100,00 0,00 0,00 21,08 0,62 395,00 171 626,04 2 204,90 7 973,67
4 0,00 0,00 100,00 0,00 0,62 365,00 142 964,35 1 679,25 6 951,95
5 50,00 50,00 0,00 0,00 1,00 231,00 171 670,51 2 194,31 10 009,98
6 50,00 50,00 0,00 0,00 0,24 784,00 191 850,75 2 430,51 3 520,96
7 50,00 0,00 50,00 21,08 0,62 289,00 163 171,15 1 981,85 8 830,58
8 0,00 50,00 50,00 21,08 1,00 187,00 146 366,98 1 759,54 8 999,88
9 100,00 0,00 0,00 21,08 0,24 602,00 181 467,31 2 331,33 5 716,74
10 0,00 100,00 0,00 42,15 0,24 589,00 151 235,90 1 870,58 4 906,42
11 0,00 0,00 100,00 42,15 0,24 555,00 143 775,61 1 688,78 5 017,60
12 33,3(3) 33,3(3) 33,3(3) 42,15 0,62 213,00 155 796,43 1 941,20 9 287,00
13 100,00 0,00 0,00 42,15 1,00 143,00 163 811,53 2 104,51 10 593,30
14 0,00 100,00 0,00 42,15 1,00 140,00 147 225,40 1 820,97 9 552,63
15 0,00 0,00 100,00 42,15 1,00 132,00 140 028,19 1 644,77 9 166,59
Таблиця 2 Експериментально-статистичт модел1 реконструкци
Показник Формула експериментально-статистично! модел1
Тривалють буд1вель-но-монтажних роби; дн. У1 = 306,67 V1 + • + • — 90,96 ^Х4 — 304,28 V1X5 + • + 72,31 Х4Х5 + 346,58 V + • + — 139,355 ^Х4 — 291,06 ^Х5 + 159,36 Х52 + 278,02 Vз — 90,52VзX4 — 285,61 VзX5
Сумарна вартють, млн руб. У2 = 171138 V + 69657 + • — 3983 ^Х4— 11423 ^Х5— 3267 Х42 + 2869 Х4Х5 + 144095 V2 + • + • — 5119 ^Х5 + 8669 Х52 + 141338 V, — 4923 V3X4 — 4631 ^Х5
Виробгток, руб. У3 = 2192,65 V! + 987,43 + 197,28 — 43,23V1X4 — 142,91 ^Х5 — 29,36 Х42 + 33,22 Х4Х5 + 1783,44 V + • + • — 61,18 ^Х5 + 96,45Х52 + 1653,85 V3 — 55,36 УХ, — 53,38 V3X5
Економ1чний ефект в1д змши строк1в бу-д1вництва, млн руб. У4 = 8261,28 V! + • + • + • + 3503,42^Х5 + • — 823,98Х4Х5 + 5656,72^ + • + 1770,86^Х4 + 2958,09V2X5 +• + 7197,53^ + • + 3013,68^X5
Визначимо компромюне рiшення за задани-ми критерiями органiзацiйно-технологiчних режимiв проведення робгг
- тривалiсть будiвельно-монтажних робгт (обмеження - не бiльше шж 200 днiв);
- сумарна вартють (обмеження - не бiльше шж 145 млн рублiв).
Показники «тривалють будiвельно-монтаж-них робт> i «сумарна вартють» були обраш для побудови сумщено! дiаграми, оскiльки е основними для аналiзу проектiв реконструкций Областi допустимих значень для заданих обмежень подано на рис. 2.
Для обмеження за вартiстю (не бшьше нiж 145 млн руб.) i тривалiстю (не бiльше шж 200 днiв) допустимi поеднання оргашзацш-но-технологiчних рiшень можна визначити в межах будь-яко! з видiлених областей.
Розглянувши дiаграму, можна побачити область допустимих значень, в якш знаходять-ся мiнiмальнi величини показниюв за зада-ними обмеженнями:
- за показником «тривалють» Ymln = 116 дшв;
- за показником «сумарна вартють» Ymln = 133,059 млн руб.
Сумщена д1аграма (обмеження за триванстю та сумарною вартастю)
к.» - ш
Г«№-161.779
159.164
— обмеження за тривашстю (не бшьше шж 200 дшв)
— обмеження за витратами (не бшьше шж 200 дшв)
— область допустимих значень
Риштування, "Л (VI)
Колиски, % (VI)
НО № 40 20 № Прома.1ьм, %
(Уз)
3 — ||
§ ? 61 щ о
:|1 ? 24
0....................¡2 ~
Ступть сумгщення, % (X -)
Рис. 2. Сумiщена дiаграма типу «квадрати на трикутнику»: обмеження за тривалютю й сумарною вартютю
Можна дшти висновку, що саме в цш областi допустимих значень буде знаходитися опти-мальне компромюне рiшення.
Пiд час вибору компромюного рiшення за заданими критерiями оргашзацшно-техноло-гiчних режимiв проведення робiт потрiбно видiлити, що провiдним критерiем буде зна-чення показника «сумарна вартють», оскшь-ки дiапазон змiни значень показника «трива-лiсть» у данш областi факторного простору варiюеться незначною мiрою.
Рацiональним рiшенням буде привести зна-чення показника «сумарна вартють» до мшь муму, щоб значення показника «тривалють» при цьому перебувало в межах област допу-стимих значень. Тому компромюне ршення буде досягнуто у застосуванш технолопчно! схеми з використанням промислового альт-шзму, за умови максимального рiвня фактора «стутнь сумiщення» - 42 % i рiвня фактора «коефiцiент використання календарного часу» - 77 % (7 дтв у 2 змши по 9 годин).
У процес застосування цього ршення вщ-мiннiсть значень показникiв вiд мшмальних, показаних на дiаграмах без обмежень, стано-вить:
- значення показника «тривалють» збшьши-лося на 12 дшв;
- значення показника «сумарна вартють» збшьшилося на 0,77 млн руб.
Визначимо компромюне ршення за заданими критерiями оргашзацшно-технолопчних режимiв проведення робгг:
- виробiток (обмеження - не менше 1800 ру-блiв);
- економiчний ефект (обмеження - не менше 8 млн рублiв).
В економiчному сенсi виробiток характери-зуе мiнiмальну межу рентабельностi вироб-ництва. За значень виробiтку нижче визначе-них, кошти, заробленi в результат виробниц-тва, не зможуть покрити умовно-постшних витрат.
Економiчний ефект побiчно характеризуе управлiнську гнучкiсть технологiчного рь шення за необхiдностi змiнювати штенсив-нiсть виробництва, коли змiнюються фшан-сово-економiчнi умови.
Областi допустимих значень подано на рис. 3.
Сумщена д1аграма (обмеження за ви-робггком та економ1чним ефектом)
100
к
§ ^
2 2
Ё §
ш ¡3.
л ?!
О Ц
62.
24-
12.52107 11.752138 10.9
/:: А А ^
7.8 1697 8,67 9.431653
2.77 5 1685
- обмеження за вироб1тком (не менше шж 1800 рубл1в)
- обмеження за економ1чним ефектом (не менше 8 млн руб.)
- область допустимих значень
I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—г
О 21
—I—I—I—I—I—I—п—
42
Стутнь су.тщепня, % (Х4)
10()_
Ришту- Ц д вшшя, % (VI)
100 80 60 40 20 0 Промальм, % (V))
Рис. 3. Сумщена дiаграма типу «трикутники у квадратЬ»: обмеження за виробггком i економiч-ним ефектом
За умови обмеження за виробгтком (не мен-ше нiж 1800 руб.) i економiчним ефектом (не менше нiж 8 млн руб.) можливi допустимi поеднання органiзацiйно-технологiчних pi-шень можна визначити в межах будь-яко1 з видiлених областей. Пpовiвши аналiз дiагpа-ми, можна побачити, що обласп допустимих значень показниюв можливi у пpоцесi засто-сування технолопчних схем iз використанням колисок i бущвельних риштувань за умови piвня фактора «адефодент викорис-тання календарного часу», близького до 100 %.
Значення показниюв змшюються залежно вiд piвня фактора «стутнь сумiщення»: за умови збiльшення piвня фактора «ступiнь сумщен-ня» значення показника «виробпок» збшьшу-еться, але незначною мipою, при цьому значення показника «економiчний ефект» змен-шуеться. Оскiльки значення показника «ви-pобiток» змiнюеться незначною мipою за умови змши piвня фактора «стутнь сумь щення», то для вибору найбшьш випдного компpомiсного piшення потpiбно взяти значення показника «економiчний ефект» мак-симальним.
Компpомiсне piшення досягнення оптимуму у пpоцесi аналiзу сумщено! дiагpами буде pеалiзовано пiд час застосування технолопч-но! схеми з використанням риштувань, за умови мшмального piвня фактора «ступiнь сумiщення» - 0 % i piвня фактора «коефь цiент використання календарного часу» -100 % (7 дшв у 3 змши по 8 годин).
Щц час застосування цього ршення значення показниюв становить:
- значення показника «виробггок» - 2107 руб.;
- значення показника «економiчний ефект» -12,5 млн руб.
У процес використання технолопчно! схеми iз застосуванням бущвельних риштувань i заданих piвнiв оpганiзацiйних чинникiв можна сказати, що реконструкщя за даним зна-ченням показника «виробггок» буде вестися без грошових втрат, повнютю перекриваючи умовно-постшш витрати. При цьому значення показника «жкономГчний ефект» становить 12,5 млн руб.
Висновки
У процес обмеження за показником «сумарна вартють» (не бшьше шж 145 млн руб.) i
показником «тривалють» (не бшьше шж 200 дшв) можна досягти тривалосп, piBHOÏ 116 дшв, i сумарних витрат, рiвних 133,059 млн руб. за умови застосування технологiчноï схеми з використанням промислового альт-шзму, за умови максимального рiвня фактора «стутнь сумщення» у 42 % i рiвня фактора «коефщент використання календарного часу» - 77 % (7 робочих дшв на тиждень, у 2 змши по 9 годин).
За умови обмеження за виробггком (не менше шж 1800 руб.) i економiчним ефектом (не менше шж 8 млн руб.) можна досягти виро-бгтку, рГвного 2107 руб., i економiчного ефе-кту, рГвного 12,5 млн руб., у процес застосування технологiчноï схеми з використанням риштувань, за умови мшмального рГвня фактора «стутнь сумщення» i рГвня фактора «коефщент використання календарного часу» - 100 % (7 робочих дшв на тиждень, у 3 змши по 8 годин).
Лггература
1. Оргашзащя будГвельного виробництва:
ДБН А.3.1-5-2009. - Офщ. вид. - К.: Mi-нрегюнбуд Украïни, 2011. - 61 с.
2. Граник Ю.Г. Высотное строительство
Москвы / Ю.Г. Граник // Жилищное строительство. - 2008. - № 2. - С. 4-8.
3. Вознесенский В.А. Статистические мето-
ды планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях / В.А. Вознесенский. - М.: Финансы и статистика, 1981. - 263 с.
4. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента
при порске оптимальних условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - 1-е изд. - М.: Наука, 1971. -283 с. - 2-е изд., 1976. - 279 с.
5. Налимов В.В. Теория эксперимента /
В.В. Налимов. - М.: Наука, 1971. -208 с.
6. Краковский Г.И. Планирование экспери-
ментов / Г.И. Краковский, Г.Ф. Филаретов. - Минск: БТУ, 1982. - 757 с.
7. Вознесенский В.А. Численные методы
решения строительно-технологических задач на ЭВМ / В.А. Вознесенский, Т.В. Ляшенко, Б.Л. Огарков. - К.: Вища школа, 1989. - 328 с.
Рецензент: В.П. Кожушко, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакцп 14 березня 2016 р.
