CC BY
29
вестник 3/2012
УДК 336:69 + 697.1
Ю.А. Табунщиков*, Прохоров В.И., О.Н. Брюханов, В.А. Жила, А.К. Клочко
*ФГБОУ ВПО «МАРХИ», ФГБОУ ВПО «МГСУ»
АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ОТ ИХ ДИАМЕТРА
Произведен анализ зависимости стоимости прокладки газопроводов от их диаметра. Выведена математическая зависимость капитальных затрат на строительство газораспределительных сетей от их диаметра. Приводится графическая интерпретация этой зависимости.
Ключевые слова: оптимизация, система газоснабжения, газопроводы, затраты, целевая функция.
Многие авторы для оценки экономичности проектируемых газораспределительных сетей в качестве критерия используют такую величину, как материалоемкость. Осуществление контроля над материалоемкостью проекта, безусловно, важно. Однако, на наш взгляд, она является всего лишь одной из составляющих в общей стоимости прокладки газопровода. Необходимо также учитывать трудозатраты на прокладку газопровода и объемы земляных работ, которые в свою очередь находятся в некой зависимости от диаметра трубопровода.
В настоящее время для газопроводов применяются металлические и полиэтиленовые трубы определенного типоразмера. Для наружных сетей газораспределения диаметры, полученные в результате гидравлического расчета, округляются до ближайшего большего типоразмера, но не менее Ду 50 [1].
Стоимость строительства газопровода складывается из множества составляющих, которые условно объединим в 3 группы:
1) земляные работы, включающие в себя разработку, уплотнение, засыпку, погрузку, перевозку и временное размещение грунта, а также крепление инвентарными щитами стенок траншей и стоимость песка для строительных работ, объемы которых определяются размерами котлована, зависящего от диаметра трубы. Зависимость объемов земляных работ от диаметра газопровода приведены в табл. 1;
2) прокладка газопровода (без стоимости материалов), включающая в себя укладку труб, нанесение весьма усиленной антикоррозионной изоляции, подвешивание подземных коммуникаций при пересечении их с трассой трубопровода, контроль сварных соединений, проверка качества изоляции дефектоскопом; поверка качества изоляции (только для стальных труб высокого давления);
3) стоимость материалов, включающая в себя стоимость трубы, стоимость наружного антикоррозийного двухслойного покрытия из полиэтилена; стоимость ленты поливинилхлоридной изоляционной для защиты трубопроводов от коррозии; стоимость рулонного резино-битумного гидроизоляционного материала.
Табл. 1
Ду
Трубопровод Д х8
Ши-
Ширина рина Глу-
траншеи тран- бина
по СП шеи в тран-
42.101. реаль- шеи,
2003, м ности, м
м
Крепление инв. щитами, м2
Объем разработанного грунта, м3
Объем засыпаемого минерального грунта,
м-
песка,
3
Для стальных трубопроводов
50 057х3 0,58 1,2 1,48 3 1,77 1,08 0,69
65 076х3 0,59 1,2 1,49 3 1,79 1,08 0,71
80 089х3 0,61 1,2 1,51 3 1,81 1,08 0,72
100 0108х4 0,63 1,2 1,53 3 1,83 1,08 0,74
150 0159х5 0,68 1,2 1,58 3 1,89 1,08 0,79
200 0219х5 0,74 1,2 1,64 3 1,96 1,08 0,84
250 0273х5 0,79 1,2 1,69 3,5 2,03 1,08 0,88
300 0325х5 0,84 1,2 1,74 3,5 2,09 1,08 0,92
350 0377х6 0,90 1,2 1,80 4 2,15 1,08 0,95
400 0426х6 0,94 1,2 1,84 4 2,21 1,08 0,98
500 0530х6 1,05 1,2 1,95 4 2,34 1,08 1,02
600 0630х7 1,46 1,5 2,06 4 3,09 1,35 1,41
700 0720х8 1,54 1,6 2,14 4 3,42 1,44 1,55
800 0820х9 1,64 1,7 2,24 4,5 3,80 1,53 1,72
1000 01020х10 1,84 1,9 2,44 5 4,63 1,71 2,08
Газопровод ПЭ100 SDR11
63 063х5,8 0,26 1,2 1,46 3 1,76 1,08 0,67
90 090х8,2 0,29 1,2 1,49 3 1,79 1,08 0,70
110 0110х10 0,31 1,2 1,51 3 1,81 1,08 0,72
160 0160х14,6 0,46 1,2 1,56 3 1,87 1,08 0,77
225 0225х20,5 0,53 1,2 1,63 3,5 1,95 1,08 0,83
315 0315х28,6 0,62 1,2 1,72 3,5 2,06 1,08 0,90
400 0400х36,3 0,70 1,2 1,80 4 2,16 1,08 0,95
Обобщенную схему сечения траншеи с трубопроводом рис. 1.
ч\\
Ь m ран щau
Х^Х Х^Х "XX
Зашпка минеральным грунтом если не под проезжей частью.
ЗосНДКа песком
Рис. 1
Для определения стоимости газопровода были выполнены строительные сметные расчеты для трубопроводов из стали для низкого и среднего давлений и сшитого полиэтилена (категория давления на стоимость не влияет). При составлении
вестник
3/2012
сметных расчетов опирались на нормативную сметную базу [2]. Сметы составлены в базисных ценах 2000 г. с перечетом цен на апрель 2011 года для типовых условий прокладки в населенном пункте средней полосы России, при этом приняты допущения:
грунт не скальный;
разработка траншеи ведется в сухих грунтах (без грунтовых вод); откосы приняты 1:0, предусмотрено крепление инвентарно-щитовое (при глубине траншеи до 3-х м используется только деревянная опалубка); прокладка газопроводов открытая;
разработка траншеи производится механизированным способом; газопровод прокладывается в не сейсмичном районе;
разрабатываемый грунт не загрязнен химически и радиационно, не требует специальной переработки;
не учитывается необходимость прокладки газопровода в футляре под дорогами и при приближении к зданиям и сооружениям;
не учитываются необходимые мероприятия при пересечении со смежными коммуникациями;
По результатам анализа сметных расчетов составлена сводная таблица стоимостей (млн р.) (табл. 2):
Табл. 2
ДУ трубопровода Стоимость прокладки 100 п.м. трубопровода
Стальной газопровод П/Э*
Стальной газопровод П/Э в.д. Н.Д.
50 63 0,361 0,319 0,267
65 — 0,371 0,329 —
80 90 0,380 0,338 0,297
100 110 0,396 0,354 0,302
150 160 0,447 0,405 0,354
200 225 0,504 0,462 0,427
250 — 0,558 0,516 —
300 315 0,612 0,570 0,513
350 — 0,707 0,662 —
400 400 0,781 0,736 0,598
500 — 0,971 0,922 —
600 — 1,064 1,013 —
700 — 1,248 1,194 —
800 — 1,473 1,415 —
1000 — 2,357 2,293 —
* Стоимость прокладки полиэтиленового газопровода не зависит от категории давления.
Данные в табл. 2 в последующем были интерполированы с использованием квадратичной функции, имеющей вид
у(х) = ах +Ьх + с.
(1)
Найдем функцию зависимости стоимости газопровода от его диаметра на примере стального газопровода низкого давления.
Сумма квадратов от модели (1) может быть записана
n
^ | axx + bxi + c - y jj ^ min.
(2)
В формуле (2) в роли х. выступает диаметр газопровода, а в роли у. — стоимость газопровода.
Чтобы найти значения параметров a, Ь и с обеспечивающих минимальное значение (2), возьмем частные производные
Из которых получим следующую систему уравнений:
У, х;4 а + ^ х]Ъ + ^ хс = ^ у . х г ;
/—1 / — 1 1 = 1 ¡ — I
х] а + ^ х(2 Ъ + ^ х. с = ^ у. х, ;
1 = 1 ! = 1 1 = 1 I - 1
У, х (2« + ^ х, Ь + п с = ^ у..
/=1 /=1 /=1
Значения перед коэффициентами a, Ь и с сведем в табл. 3: Табл. 3
i=1 ±*4 i=1 Ê*4 i =1 ¿*2 i =1 ±X2 i=1 Ityxt i=1 Íy,x, i=1
5,55 11,53 1,90 2,36 3,26 4,70 6,41
Согласно табл. 1 получаем: + 2,36Ь + 3,26с = 4,70; 2,36о! + 3, 26Ь + 5,55с = 6,41; 3,26a + 5,55Ь + 15с = 11,53.
Составив систему матриц и решив их, получаем: a =1,63; Ь = 0,2; с = 0,33.
Итоговое уравнение целевой функции для стального газопровода низкого давления:
К(«/)=1,63^2+0,2Ы+0,33, (3)
где К((1) — стоимость прокладки (млн р./100 м); d — диаметр трубопровода в метрах; сумма квадратов ошибок равна 0,055548.
Таким же путем, получаем математическое выражение целевой функции: для высокого давления из стальных труб:
= 1,72^+0,Ш+0,39, (4)
где сумма квадратов ошибок равна 0,055343; графическая интерпретация — график 1 рис. 2.
i=1
вестник
3/2012
График 1
Капитальны
млнр 100 м
Условный диаметр, мм
График 2
-В.Д. Mod
-Н.Д. Mod
^^П/Э Mod
♦ в.д.
А Н.Д.
Ж п/э
О 100 200 300 400 500
Условный диаметр, млл
График 3 Рис. 2
для высокого и низкого давления из полиэтиленовых труб:
ЛЮ=0Д4йР+0,93й?+0,21, (5)
где сумма квадратов ошибок равна 0,000148; графическая интерпретация — график 2, рис. 2.
Благодаря полученным данным так же можно произвести сравнительный анализ капитальных затрат на прокладку стальных и полиэтиленовых газопроводов (см. график 3, рис. 2).
Применение газопроводов и полиэтилена экономически целесообразно по всей существующей линейке типоразмеров.
Выводы. В работе проанализирована структура сметной стоимости прокладки трубопроводов газораспределительных сетей в типовых условиях с использованием реальных сметных данных. Были получены математические зависимости, позволяющие с удовлетворяющей степенью точности определить материальные затраты при строительстве газопроводов различных типов и протяженностей.
Библиографический список
1. СНиП 42-01—2002. Газораспределительные системы. СПб., 2004. 80 с.
2. ТСН—2001. Территориальнаясметно-нормативная базадля города Москвы.
Поступила в редакцию в феврале 2012 г.
Об авторах: Табунщиков Юрий Андреевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерного оборудования зданий, ФГБОУ ВПО «Московский архитектурный институт», 107031, Москва, ул. Рождественка, д. 11, abok@abok.ru;
Прохоров Виталий Иванович — доктор технических наук, профессор кафедры отопление и вентиляции, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26,+7-499-183-26-92;
Брюханов Олег Николаевич — доктор технических наук, профессор кафедры отопления и вентиляции, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26,+7-499-183-26-92;
Жила Виктор Андреевич — кандидат технических наук, профессор кафедры теплотехники и теплогазоснабжения, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26,+7-499-183-26-92, viktor6740@mail.ru;
Клочко Алексей Константинович — ассистент кафедры теплотехники и теплогазоснаб-жения, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, klo4ko_aleksey@mail.ru.
Для цитирования: Анализ зависимости капитальных затрат при строительстве газораспределительных сетей от их диаметра / Ю.А. Табунщиков, Прохоров В.И., О.Н. Брюханов и др.// Вестник МГСУ 2012. № 3. С. 164—170.
Yu.A. Tabunshchikov, V.I. Prokhorov, O.N. Bryukhanov, V.A. Zhila, A.K. Klochko
ANALYSIS OF DEPENDENCE BETWEEN CAPITAL EXPENDUTURES OF CONSTRUCTION WORKS AND GAS DISTRIBUTION PIPELINE DIAMETER
Materials consumption rate is used by many authors as the criterion for the assessment of the economic efficiency of gas distribution networks in the course of their design. No doubt that control over the materials consumption rate is of particular importance. However, we believe that it represents one of several constituents of the overall cost of a gas network piping project. Labour expenditures and earth works that are, to some extent, dependent on the diameter of a pipeline, should also be taken into account. Presently, metal and polyethylene pipes of standard diameters are used in gas network development projects. Diameters of pipes of external gas distribution networks are rounded up to the closest standard diameter of pipes as a result of a hydraulic calculation.
The cost of construction of a gas pipeline has multiple constituents that may be clustered into three principle groups:
1) earth works,
becthmk 3/2012
2) piping;
3) cost of materials.
Calculation of the cost of construction of low and medium pressure pipelines to be made of steel and cross-linked polyethylene was performed to find out the cost of a pipeline.
The calculations were made in the basic prices of the year 2000 adjusted to the figures of April 2011, given the standard piping conditions in a settlement within central Russia. The data were interpolated by means of a quadratic function.
On the basis of the above data, a comparative analysis of capital expenditures in respect of steel and polyethylene piping may be performed.
The research also contemplates the structure of expenses associated with the piping of gas distribution networks. Mathematical equations have been derived to perform sufficiently accurate calculations of costs of construction of various types and various lengths of gas pipelines. Key words: optimization, gas supply system, gas pipe line, costs, objective function.
References
1. SNiP 42-01—2002. Gazoraspredelitel'nye sistemy [Construction Rules and Regulations 42-01-2002.Gas Distribution System]. St. Petersburg, 2004, 80 p.
2. TSN—2001. Territorial'naya smetno-normativnaya baza dlya goroda Moskvy [Local Norms for Construction Porject Budget Development in Moscow].
About the authors: Tabunshchikov Yuriy Andreevich, Moscow Institute of Architecture, 11 Rozhdestvenka St., Moscow, 107031, Russian Federation; abok@abok.ru;
Prokhorov VitaliyIvanovich, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaro-slavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; phone: 8 (499) 183-26-92;
Bryukhanov Oleg Nikolaevich, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; phone: 8 (499) 183-26-92;
Zhila Viktor Andreevich, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; viktor6740@mail.ru; 8 (499) 183-26-92;
Klochko Aleksey Konstantinovich, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; klo4ko_aleksey@mail.ru.
For citation: Tabunshchikov Yu.A., Prokhorov V.I., Bryukhanov O.N., Zhila V.A., Klochko A.K. Analiz zavisimosti kapital'nykh zatratpri stroitel'stve gazoraspredelitel'nykh setey otikh diametra [Analysis of Dependence between Capital Expenditures of Construction Works and Gas Distribution Pipeline Diameter]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no. 3, pp. 164—170.
