CC BY
72
The value of the mathematical model for a comprehensive assessment permissibility of
combination of building processes Tolstova Ch. (Russian Federation)
Значение математической модели при комплексной оценке допустимости совмещения строительных процессов Толстова К. С. (Российская Федерация)
Толстова Кристина Сергеевна / Tolstova Christina - научный сотрудник,
Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский центр
«Строительная экспертиза», г. Москва
Аннотация: в данной статье рассматривается роль математического моделирования при оценке строительного производства на предмет допустимости совмещения процессов. Особое внимание обращается на комплексное исследование этапов строительства с целью выявления основных видов работ и выявления возможных способов их совмещения. Кроме того, проанализированы существующие методы организации строительства. На основе проведенного исследования определен ход разработки модели. Abstract: this article examines the role of mathematical modeling in the evaluation of construction industry on the subject of the admissibility of the combined process. Particular attention is drawn to the comprehensive study of the stages of construction in order to identify the main types of work and to identify possible ways to combine them. In addition, analysis of existing methods of construction organization. On the basis of studies to determine the course of development of the model.
Ключевые слова: строительство, строительный надзор, математическое моделирование, организация строительного производства, строительные процессы, управление строительством.
Keywords: construction, construction supervision, mathematical modeling, organization of construction, construction processes, construction management.
Строительный комплекс представляет собой сложную межотраслевую производственно-хозяйственную систему, элементами которой являются предприятия, осуществляющие производство строительных материалов, изделий и конструкций, а также выполняющие работы по проектированию и строительству зданий и сооружений. Являясь одной из важнейших отраслей материального производства, строительный сектор оказывает решающее влияние на ускорение научно-технического прогресса во всех других отраслях экономики страны.
При строительстве зданий и сооружений необходимо выполнить оценку эффективности использования производственных ресурсов и резервов в строительстве. Такое обоснование производится на основе технико-экономических показателей. Различают технико-экономические показатели, характеризующие технический уровень строительного производства (например, степень механизации работ), и показатели, определяющие экономичность этого производства (например, рентабельность подрядных организаций).
Среди множества показателей обратим внимание на следующие: продолжительность строительства здания, сооружения, предприятия и т. д. в месяцах и днях, сопоставленная с планом (нормой); себестоимость выполненных строительно-монтажных работ, сопоставленная с их сметной стоимостью или плановой себестоимостью в целом или по видам затрат; ритмичность выпуска строительной продукции (законченных строительством объектов) и производства строительно-монтажных работ; прибыль (рентабельность).
Что позволит минимизировать временные и экономические затраты строительного производства? Один из вариантов решения данного вопроса заключается в сокращении продолжительности строительства за счет совмещения строительных процессов.
Формирование и оценка вариантов решений, а именно определение допустимости совмещения строительных работ, может быть осуществлено с использованием математического моделирования. Для этого создается математическая модель исследуемого процесса в виде систем уравнений, связывающих показатели исследуемого процесса и его переменные параметры, варьированием которых изучается поведение процесса, и таким образом определяются наиболее приемлемые значения этих параметров и выбирают оптимальные решения.
Обратимся к литературе для сбора информации о существующих методах организации строительного производства.
Для ритмичного и непрерывного осуществления всех технологичных задач строительный процесс в период функционирования должен быть организован в пространстве и во времени. Организация строительного процесса в пространстве обеспечивается за счет разделения объемного пространства возводимых зданий и сооружений на участки и захватки, на которых бригады или звенья рабочих в необходимой последовательности выполняют все операции. Во времени организация работ осуществляется последовательным, параллельным или поточным методами.
При организации выполнения строительных процессов во времени весь комплексный производственный процесс по возведению зданий и сооружений делят на отдельные циклы (строительные операции, отдельные строительные процессы или работы), а после организуют их выполнение по одному из указанных методов.
Последовательный метод - это метод, при котором отдельные виды строительно-монтажных работ проводятся последовательно, т. е. следующий вид строительных работ начинается по окончании предшествующего. Параллельный метод основан на максимальном совмещении во времени отдельных видов работ как строительных, так и монтажных. Поточный метод основан на расчленении сложных процессов на простейшие операции, на последовательном выполнении простейших операций и максимальном совмещении строительных процессов.
В учебном издании «Технология возведения зданий и сооружений» В. И Теличенко, О. М. Терентьев, А. А. Лапидус описаны методы совмещения циклов строительства на примере одноэтажных промышленных зданий с железобетонным и металлическим каркасом. При рассмотрении технологии возведения подземной части в зависимости от объёмно-планировочных решений зданий и последовательности установки технологического оборудования различают три технологические схемы производства работ, а именно: открытый, закрытый и совмещенный методы.
Открытый метод подразумевает, что первоначально выполняют все работы по возведению подземной части, и по спланированной площадке ведутся дальнейшие работы.
При закрытом методе на каждом монтажном участке вначале выполняются земляные работы и фундаменты под каркас здания. После монтажа каркаса внутри здания разрабатываются земляные сооружения под фундаменты оборудования и ведутся последующие работы.
В совмещённом методе в первую очередь разрабатывается общий котлован под фундаменты несущих конструкций, оборудование и инженерные сети. Выполнение фундаментов под оборудование совмещается с монтажом каркаса здания и готовится фронт работ под монтаж оборудования.
Помимо перечисленных выше методов, может применяться комбинированный метод, объединяющий признаки вышеперечисленных способов.
Все монтажные работы на этапе возведения подземной части здания делят на несколько монтажных потоков. Отдельными специализированными потоками осуществляют следующие работы: разработку котлованов и траншей; устройство фундаментов, в том числе под технологическое оборудование; устройство вводов инженерных коммуникаций и подпольных каналов; обратную засыпку пазух и планировку под полы; бетонную подготовку под полы и отмостки.
Определяющим фактором при подборе технологии производства монтажных работ является выбор метода монтажа сборных несущих и ограждающих конструкций.
В зависимости от последовательности установки отдельных элементов конструкций надземной части применяют три метода монтажа: дифференцированный (раздельный), комплексный (совмещённый) и комбинированный (смешанный).
При дифференцированном методе монтируемые элементы каждой ячейки, пролёта или всего здания устанавливаются поочерёдно: колонны, подкрановые балки, фермы или балки покрытий, плиты, стеновые панели. Такой метод обеспечивает более высокую производительность, так как монтаж однотипных элементов не требует переналадки оснастки, но требуется большое число проходок крана.
При комплексном методе монтируемые элементы устанавливаются поочерёдно в пределах каждой ячейки здания. Это позволяет получать законченную монтажную продукцию (каркас), но приводит к снижению производительности труда, так как требует значительной переналадки монтажной оснастки в связи с большой разницей в массе разноимённых конструкций. Этот метод нельзя применять при заделке колонн в стаканы фундаментов бетонной смесью, так как по технологическим нормам требуется набор прочности бетона стыка не менее 70 % от проектной. При использовании сварных и болтовых стыков этот метод остаётся предпочтительным.
При комбинированном методе часть сборных элементов (например, колонны, подкрановые балки, подстропильные фермы, наружные стеновые ограждения) можно устанавливать дифференцированным методом отдельными частными потоками в пределах одного пролёта, а другую часть (кровельные балки, стропильные фермы, плиты покрытия) - в пределах каждой ячейки здания комплексным методом в едином потоке. Комбинированный метод является основным при монтаже одноэтажных зданий в сборном железобетоне.
Для формирования представления о совмещении строительных процессов, рассмотрим перечень работ, входящих в состав каждого этапа строительства.
Выделяют два основных этапа строительного производства, а именно: подготовительный период и основной период строительства.
Подготовительный период строительного производства включает в себя общую организационно -техническую подготовку, выполняемую до начала работ на строительной площадке, а также подготовку к строительству объекта, в течение которой производятся вне- и внутриплощадочные работы, связанные с освоением и организацией строительной площадки и примыкающей к ней территории [5].
Организационная подготовка строительства включает в себя ряд проектно-изыскательных работ, которые проводятся заказчиком и предшествуют работам подготовительного периода. Сюда входят
экономические изыскания, технические исследования и инженерные изыскания, которые, в свою очередь, включают изыскания инженерно-геодезические, инженерно-геологические, гидрогеологические, инженерно-гидрометеорологические инженерно-экологические.
После выполнения организационных мероприятий следуют работы подготовительного периода, которые выполняют для подготовки площадки непосредственно к строительству. В зависимости от отрасли строительства, принятой технологии и местных условий состав и порядок выполнения работ подготовительного периода различны.
К внешнеплощадочным работам подготовительного периода относятся строительство подъездных путей, сооружение магистральных линий, в том числе железнодорожных путей, линий электропередач с трансформаторными подстанциями, автодорог, сетей водоснабжения с водозаборными сооружениями, а также сооружений и устройств систем связи для управления строительством.
В состав внутриплощадочных работ подготовительного периода входят работы, обеспечивающие нормальное начало и развитие основного периода строительства, и процессы, непосредственно связанные с освоением строительной площадки. Среди работ этого периода можно выделить работы по инженерной подготовке территории, к которым относятся планировка территории, перекладка коммуникаций. К внутриплощадочным также относятся работы, связанные с организацией строительной площадки, в том числе снос подлежащих ликвидации зданий и сооружений; устройство постоянных и временных дорог, инженерных сетей; устройство необходимых инвентарных сооружений для производства работ и размещения персонала стройки.
Основной период строительного производства обычно подразделяют на три цикла - нулевой, надземный и отделочный.
Нулевой цикл строительного производства включает в себя комплекс работ, связанный с возведением подземной части здания. В этот комплекс входят земляные работы (к примеру, отрывка котлована, устройство стены в грунте, водоотвод и водопонижение грунтов, поярусная разработка грунта котлована, устройство распорной системы якорей); бетонные и железобетонные работы (например, устройство фундаментов, бетонной подготовки и отмостки); монтаж строительных конструкций подвала и техподполья; гидроизоляционные работы; а также работы по прокладке постоянных наружных коммуникаций с устройством вводов в здания.
Надземный цикл строительства включает: возведение надземной части с сопутствующими работами; общестроительные работы; специальные работы (первый этап санитарно-технических и электромонтажных работ).
Третий цикл строительного производства подразумевает организацию отделочных работ. К ним относятся работы по устройству полов, штукатурки и облицовки поверхностей стен; устройство подвесных потолков, малярные, обойные и стекольные работы; внутренние специальные работы (второй этап санитарно-технических и электромонтажных работ); благоустройство территории строительства.
Рассмотрим некоторые примеры строительных процессов, которые могут быть совмещены на отдельных этапах строительного производства.
На этапе внутриплощадочных подготовительных работ следующие строительные процессы могут быть совмещены: расчистка площадки строительства и снос зданий и сооружений; водоотвод (при необходимости понижение уровня грунтовых вод) и перекладка коммуникаций; водоотвод (при необходимости понижение уровня грунтовых вод) и планировка территории; планировка территории и устройство временных автомобильных дорог; устройство временных автомобильных дорог и прокладка внутренних инженерных сетей; прокладка внутренних инженерных сетей и размещение временных зданий и сооружений; устройство крановых путей и мест складирования материалов конструкций.
На этапе земляных работ нулевого цикла совмещение таких процессов может быть произведено: поярусная разработка грунта котлована и возведение подпорной стенки котлована; возведение подпорной стенки котлована и водопонижение грунтов; возведение подпорной стенки котлована и устройство распорной системы якорей; устройство распорной системы якорей и формирование фундаментной плиты.
Для надземного цикла строительного производства варианты совмещения процессов рассмотрим на примерах различных типов зданий. При строительстве крупнопанельного дома: монтаж сборных панелей каркаса здания и герметизация стыков панелей с наружной стороны (с отставанием на 1-2 этажа); устройство кровли, мансарды и герметизация стыков панелей с наружной стороны здания; герметизация стыков панелей с наружной стороны и установка дверных блоков, монтаж перегородок (с отставанием на 1 -2 этажа); устройство кровли, мансарды и установка дверных блоков, монтаж перегородок. При строительстве односекционного здания: одновременно с монтажом коробки здания выполняются сопутствующие работы (сварка, герметизация и заделка стыков, расшивка швов) на разных участках. При строительстве многосекционных зданий: совмещение с монтажом конструкций каркаса последующих общестроительных и специальных работ; параллельно с монтажом конструкций рекомендуется вести работы по устройству ограждений лестниц и балконов.
Для этапа отделочных работ, к примеру, совмещение штукатурных и плиточных, малярных и паркетных, малярных и специальных работ достигается разделением фронта работ в пределах секции, этажа или даже квартиры.
Анализ и определение основных видов работ на различных этапах строительного производства позволят сформировать комплексные параметры для каждого из этих циклов. Следующим этапом на пути разработки модели для оценки допустимости совмещения процессов является анализ вариативности параметров. Организационно-технологические модели комплексных параметров зависят от различных факторов, влияющих на процессы строительного производства. Из всего многообразия показателей в конечном итоге следует выбрать и структурировать основные факторы и параметры, которые возникают на каждом этапе строительства и оказывают влияние на комплексный показатель допустимости. На основе полученных взаимосвязей качественных и количественных параметров разрабатывается модель и выстраивается алгоритм ее расчета. В связи с вышесказанным, очевидно, что разработка такой модели позволит осуществить комплексную оценку допустимости совмещения строительных процессов.
Опираясь на опыт и труды отечественных и зарубежных авторов, можно отыскать ключевые параметры для определенных циклов строительства. Так, к примеру, в трудах старшего преподавателя Московского государственного строительного университета, к. т. н. Кожевникова Д. Г. можно почерпнуть информацию о параметрах для строительного производства при ремонте инженерных коммуникаций. Старший преподаватель Московского государственного строительного университета, к. т. н. Демидов Л. П. анализировал подготовительный период и определил параметры организации строительной площадки. В условиях отсутствия статистических данных по реально построенным объектам, недостаток исходных информационных ресурсов можно восполнить за счет применения метода экспертных оценок.
Весомость параметров зависит от ряда качественных и количественных факторов, влияющих на строительный процесс. К примеру, строительство жилого здания средней этажности в условиях стесненной застройки в центре города и строительство того же объекта, но в условиях свободной застройки. Весомость параметра, отвечающего за земляные работы, в первом случае будет выше, чем во втором. Другой пример: параметр кровельных работ для объекта, возводимого в условиях Крайнего Севера, будет превышать аналогичный параметр для объекта, возводимого на территории средней широты страны.
В заключение, отметим, что совмещение строительных процессов позволит минимизировать временные и финансовые затраты строительства. Экономический эффект совмещения работ измеряется экономией времени, полученной в результате одновременного производства нескольких видов работ. Многочисленность разновидностей строительных работ может затруднить процесс определения допустимости их совмещения. Применение математической модели позволит упростить процесс принятия решений, более того, модель учитывает влияние различных факторов на строительные работы.
Литература
1. Топчий Д. В. Оценка потенциала перепрофилирования промышленных площадок. // Технология и организация строительного производства. 2014. № 4 (9). С. 40-42.
2. Рубашевский Д. И. Унификация процесса согласований разрешительной документации. М.: Журнал «Техническое регулирование. Строительство, проектирование и изыскания», № 2 (3) февраль 2011. стр. 3, 5.
3. Теличенко В. И., Лапидус А. А., Морозенко А. А. Информационное моделирование технологий и бизнеспроцессов в строительстве. - М.: Изд-во АСВ, 2008.
4. Лапидус А. А., Говоруха П. А. Организационно-технический потенциал ограждающих конструкций многоэтажных жилых зданий. // Вестник МГСУ. 2015. № 4. С. 143-149.
5. Дикман Л. Г. Организация строительного производства. / Дикман Л. Г. - М.: 2006.
