CC BY
0
Идентификация и оценка рисков дефектов на этапе строительного контроля бетонных работ в многоэтажном строительстве
А. Н. Макаров, А. М. Забара
Московский государственный строительный университет (НИУМГСУ), Москва,
Россия
Аннотация: В статье разработана математическая модель для оценки рисков дефектов, возникающих при производстве бетонных работ в процессе многоэтажного строительства. Модель включает дефекты, их классификацию и оценку ущерба. Риск определяется произведением вероятности возникновения дефекта и величины потенциального ущерба. Идентификация дефектов проведена на всех основных этапах строительного контроля. Экспертный опрос определил показатели вероятности и значимости критериев качества. Для каждого дефекта установлены значение риска и категория опасности. Данное исследование позволяет оптимизировать процесс управления рисками, что ведёт к повышению безопасности железобетонных конструкций. Результаты могут быть использованы для обоснованных решений по управлению монолитными работами в строительстве.
Ключевые слова: оценка рисков, условия вероятности, бетонные работы, риск-ориентировочный подход, идентификация рисков,
Введение. Оценка и идентификация рисков на этапе строительного контроля бетонных работ является критически важным элементом обеспечения безопасности и качества работ [1, 2]. В современных условиях, когда на строительных площадках используется большое количество технологий и материалов, которые подвержены различным видам рисков, особенно важно иметь систему оценки и идентификации этих рисков. Эти исследования и их результат потенциально могут оказать существенное влияние на будущее строительной индустрии и качество реализуемых проектов. Статья направлена на помощь в повышении надёжности и безопасности в строительстве многоэтажных железобетонных зданий путем выявления и анализа потенциальных проблем и рисков, которые могут возникнуть в процессе выполнения бетонных работ. Данное исследование предоставляет модель, которая может быть использована для принятия решений и минимизации возможных негативных последствий при возведении монолитных конструкций.
Ранее были проведены исследования рисков в системе строительного контроля, к примеру, [3,4], также следует отметить, что на данную тему существуют нормативные документы и стандарты, но в них отсутствует информация по вероятности возникновения дефектов, не достаточно подробно представлена характеристика по степени их ущерба, нет непосредственной взаимосвязи дефектов с критериями качества строительных конструкций, на которые они влияют, и нет взаимосвязи рисков дефектов.
Цель данной статьи - разработать математическую модель для оценки риска дефектов и их ущерба, возникающих в железобетонных конструкциях в процессе строительства и по его завершению.
Для осуществления поставленной цели, в статье решены следующие задачи: изучены и идентифицированы основные дефекты монолитных работ, установлена связь между дефектами и критериями качества, на которые они влияют, каждое повреждение охарактеризовано по степени ущерба, проведены экспертные опросы по значимости критериев качества и вероятности возникновения дефектов, выполнен анализ риска дефектов для железобетонных конструкций.
Методы исследования. В исследовании проводились: анализ документации, проведение наблюдений на строительной площадке, опрос специалистов по бетонным работам, обработка результатов экспертных оценок и математическое моделирование. Анализ документации включал в себя изучение проектной документации, технических условий, нормативных документов и т.д. [5, 6]. Наблюдения на строительной площадке проводились с целью выявления и изучения дефектов. Экспертный опрос специалистов по железобетонным конструкциям позволил получить информацию о вероятности возникновения повреждений и наиболее точно определить их ущерб. Математическая модель построена на теории вероятности и
прогнозировании возможных последствий, и, в последующем, служит для расчёта риска события. Формула, используемая для подсчёта риска Яп, имеет вид [7, 8]:
Rdn=PdnUdn (1)
Где:
Р^ -условная вероятность возникновения и причинения ущерба дефектом;
и^ - ущерб дефекта.
Чтобы применить формулу (1), рассмотрим по отдельности вероятность возникновения дефекта и его ущерб.
Ущерб дефекта и^ будет рассчитываться по формуле (2) путём сложения показателей качества Б2, Р3, Б4, Б5, Б6), которые имеют весовые коэффициенты W2, wз, w4, W5, w6). Показатель назначения -(прочность, жёсткость, трещиностойкость), показатель конструктивности -(геометрические размеры, форма, состав, структура), показатель надежности - Б3 (вероятность возникновения отказов, стойкость к коррозии, срок службы, время, и условия хранения), показатель ремонтопригодности -Б4 (продолжительность, трудоёмкость и стоимость восстановления при отказах), показатель эстетики - Б5 (художественная выразительность, внешний вид, качество поверхностей), показатель безопасности эксплуатации - Б6 (опасность для жизни и здоровья человека при эксплуатации, соответствие пожарным, санитарно-эпидемиологическим, экологическим нормам) [9, 10].
Udn=w1F1+ W2F2+ w3F3+ w4F4+ w5F5+ w6F6 (2)
Для расчета весовых коэффициентов wn показателей назначения, конструктивности, надежности, ремонтопригодности, эстетики и
безопасности эксплуатации, используется метод анкетирования экспертов, посредством ранжирования от наименее до наиболее значимого фактора.
Для определения условной вероятности возникновения и причинения ущерба дефектом воспользуемся формулой:
P(u/Dn)/P(dn) - вероятность, с которой происходит ущерб по причине дефекта dn;
P(dn) - вероятность возникновения дефекта dn ;
Вероятность возникновения дефектов P(dn) также определяется путём экспертного опроса, методом оценки по шкале от 1 до 10, где, 1 - на моей практике не было такого дефекта, 2 - очень редко (1-2 раза при строительстве объекта), 3-4 - редко (через 4-5 этажей), 5-6 - появляется время от времени (через 1-2 этажа), 7-8 - часто (на каждом этаже), 9-10 - постоянно появляется (почти на каждой конструкции).
Результаты исследования. В представленной аналитической таблице 1 перечислены основные дефекты, выявленные при приемочном строительном контроле бетонных работ, которые были классифицированы с учетом их вида и степени потенциального ущерба для железобетонных конструкций. Приведённая таблица позволяет более детально оценить и конкретизировать дефекты.
Идентификация дефектов железобетонных конструкций и их классификация
^^(ЦШУ^П)
(3)
Где:
Таблица №1
на стадии строительного контроля
Виды дефектов
Критерии качества, на который влияет дефект
1 2
Отклонение по вертикали, прямолинейности, горизонтальности конструкций, отклонения размеров сечения вне допуска ^1, F2, Fз, F4)
Участки неуплотнённого бетона (d2) (Fl, F2, Fз, F6)
Трещины в бетоне шириной раскрытия более 0,2мм ^з) (F1, F2, ^ F5, F6)
Уменьшение прочности бетона конструкции ^4) (Р2, Fз, F6)
Загрязнение арматуры бетонным молочком, маслом и т.п. ^5) Fз, F6)
Раковины, сколы на поверхности бетона вне допуска ^6) (F1, ^ F3, F5, F6)
1 2
Изменение защитного слоя бетона вне допуска (Гь F2, F3, F4, F6)
Нарушения при стыковке арматуры ^8) (F1, F2, F3, F4)
Жировые и ржавые пятна на поверхности бетона (Рз)
Уменьшение диаметра, шага, количества арматуры ^10) (Гь F2, F3, F4)
Уменьшение морозостойкости, (Ъ, Fз, F6)
М Инженерный вестник Дона, №5 (2024) ¡\с1оп. ru/ru/magazine/arcЫve/n5y2024/9241
водонепроницаемости бетона конструкции ^п)
Повышенный уровень химического/радиационного загрязнения ^12) ^1, F2, Fз, F4, F6)
На представленном ниже рисунке 1 приведены полученные в результате экспертного опроса результаты оценки весовых значений wn для показателей качества Fn.
На рисунке 2, путём приведения ответов экспертов к процентному соотношению, приведены результаты анкетирования специалистов по вопросу вероятности возникновения дефектов в ж/б конструкциях.
На рисунке 3 приведены результаты анкетирования специалистов по вопросу вероятности, с которой происходит ущерб от возникновения дефектов в ж/б конструкциях. я
Рис. 1. - Результаты экспертного опроса значимости критериев качества
и
Рис. 2. - Результаты экспертного опроса о вероятности возникновения
дефектов в ж/б конструкциях
Рис. 3. - Результаты экспертного опроса о вероятности, с которой происходит
ущерб по причине дефектов
На рисунке 4 приведены результаты расчёта условных вероятностей наступления ущерба, вычисленных по формуле (3).
М Инженерный вестник Дона, №5 (2024) ¡\с1оп. ru/ru/magazine/arcЫve/n5y2024/9241
Рис. 4. - Результаты расчёта условных вероятностей возникновения и наступления ущерба дефекта
Таким образом, методика оценки значимости риска на основе формулы
(I) включает анализ типов дефектов, весовых показателей для критериев качества ж/б конструкций, вероятности возникновения дефекта, вероятности с которой дефект может причинить ущерб, а также, непосредственно, оценка степени критичности самого ущерба, связанного с каждым дефектом. Оценка значимости риска позволяет определить наиболее критические дефекты и принять меры по их предотвращению.
Оценка ущерба дефекта по каждому критерию должна проводиться экспертной группой на строительной площадке, в которую должны входить: представитель проектной организации, специалист по организации строительства от Подрядной организации и представитель Застройщика/технического Заказчика по вопросам строительного контроля
[II].
Ущерб по каждому критерию Fdn оценивается в условных единицах от 0 до 1,0, согласно Таблице 2, где: малозначительная степень ущерба 0-0,3; значительная - 0,3-0,7; критическая - 0,7-1,0.
Таблица №2
Шкала оценки ущерба дефекта по каждому критерию
Результаты расчёта условных вероятностей возникновения ущерба дефекта
№ Вербальная оценка Числовая оценка
1 Малозначительная степень ущерба 0-0,3
2 Значительная 0,3-0,7
3 Критическая 0,7-1,0
Внедрение результатов исследования
Алгоритм применения изображён на блок-схеме, под рисунком номер
5.
Блок 1.
На строительной площадке, в рамках проведения строительного контроля, на железобетонных вертикальных несущих конструкциях стен были идентифицированы следующие дефекты:
- трещины в бетоне шириной раскрытия более 0,2мм - R¿3;
- загрязнение арматуры бетонным молочком, маслом и т.п. - R¿5;
- жировые и ржавые пятна на поверхности бетона - R¿9;
- уменьшение морозостойкости, водонепроницаемости бетона конструкции - Rdib
Блок 2.
Вопрос по оценке ущерба по каждому критерию F выносится на обсуждение экспертной группе. В качестве примера и для простоты оценки предположим, что степень влияния рассматриваемых дефектов на все критерии качества были оценены экспертной группой, как «критическая», с числовой оценкой 1,0.
Рис. 5 - Алгоритм применения исследования
Блок 3.
По информации, представленной в таблице 1 и на рисунке под номером 1, определяется ущерб для каждого рассматриваемого дефекта.
Результаты оценки изображены на рисунке 6.
и
Рис. 6. - Результаты оценки ущерба и для ж/б конструкций от идентифицированных дефектов dn
Блок 4.
На данном этапе имеются все исходные данные для определения риска дефекта. Тогда, с помощью расчётов по формуле (1), результаты числовых показателей рисков рассматриваемых дефектов продемонстрированы на рисунке 7.
Рис. 7. - Результаты оценки рисков для ж/б конструкций от идентифицированных дефектов dn
Блок 5.
Учитывая значения, полученные при внедрении, риск нарушения этих показателей Rdn оценивается по следующей шкале: 3-5% - допустимый риск, 5-10% - повышенный риск, 10% и более - высокий [12, 13]. Выше приведена диаграмма, на которой изображены разобранные дефекты с точным указанием их значения риска Rdn и их положением относительно друг друга в порядке возрастания этого показателя. На основании этой информации принимается управленческое решение по устранению или согласованию риска дефекта.
Обсуждение результатов исследования.
Таким образом, можно сказать, что инструмент расчёта риска дефектов Rdn, предложенный в данной статье, позволяет определить риски и ущерб от различных повреждений конструкций не только опытным путём, но и их представлением в численном виде, что, несомненно, даёт более понятное представление. По результатам расчёта видно, что каждый дефект, определённый с помощью многих факторов, представляет разный риск для надёжности железобетонных конструкций. Делая вывод по разобранным дефектам, наглядно видно, что, например: дефекты Rd9 и Rd5 по отдельности показывают низкий уровень риска для ж/б конструкций, это говорит о том, что, скорее всего, такие дефекты несущественны и допускается их неустранение. Однако, их сочетание Rd5, d9 уже равно пяти процентам риска и более, что означает повышенный уровень риска. В таком случае, этот показатель послужит очень весомым подспорьем, что такую конструкцию нельзя согласовывать, и группе экспертов на строительной площадке необходимо принимать управленческое решение: исправлять данные дефекты, что повлечёт за собой дополнительные траты, несоблюдение графика строительства и другие последствия. Дефекты с высоким показателем риска, бесспорно, подлежат устранению. Таким образом,
благодаря результатам исследования можно обосновать управленческое решение не устранять дефекты для экономии ресурсов только в том случае, если у дефекта низкое значение риска.
Заключение. Оценка и идентификация рисков дефектов и их ущерба на этапе строительного контроля бетонных работ помогает снизить возможность возникновения дефектов и повреждений железобетонных конструкций, а также, в случае их появления, позволяет сделать выводы, на сколько эти дефекты опасны. В статье разработана математическая модель оценки значимости риска, основанная на анализе ущерба и вероятности возникновения дефектов и приведения их к ущербу. Предложенная модель выполняет численную оценку риска и ущерба дефектов для надёжности железобетонных конструкций и может быть использована для поддержки принятия управленческих решений при возведении монолитных конструкций, в частности, при управлении качеством работ.
Литература
1. Edwards P., Bowen P. Risk and risk management in construction: a review and future directions for research, Engineering // Construction and Architectural Management, 1998, Vol. 5, No. 4, pp. 339-349.
2. Kumamoto H. Probablistic Risk Assessment and Management for Engineers and Scientists // Wiley, 2000, P. 616.
3. Макарова, В. О. Методические подходы к оценке строительных рисков // Молодой ученый. 2017. № 3 (137). С. 364-367.
4. Lapidus A.A., Makarov A.N. The application of a risk-based approach when performing the functions of construction control by a technical customer // Vestnik MGSU. 2022; 17(2): 232-241.
5. Болотова А.С. Формирование модели базы данных для повышения организационно-технологической надежности монолитного строительства // Вестник МГСУ, 2017, № 9 (108), С. 1061-1069.
6. Ovidiu Cretu, Robert B. Stewart, Terry Berends Risk Management for Design and Construction // John Wiley & Sons, 2011, P. 288.
7. Черешкин, Д.С. Проблемы управления рисками и безопасностью // Труды Института системного анализа РАН, 2007, № 31, С. 336.
8. Кошелев В.А. Источники рисков в строительстве // Вестник евразийской науки, 2015, Том 7, № 1. С. 1- 13.
9. Shahid Iqbal, Rafíq M. Choudhry, Rafiq M. Choudhry, Ahsan Ali. Risk management in construction projects // Technological and Economic Development of Economy, 2015, № 21 (1), pp. 65-78.
10. Руфферт Г. Дефекты бетонных конструкций // Стройиздат, 1987,
111 с.
11. Гроздов В.Т. Дефекты основных несущих железобетонных конструкций каркасных многоэтажных промышленных и общественных зданий и методы их устранения // Санкт-Петербургское высшее военное инженерное строительное краснознамённое училище имени генерала армии А. Н. Комаровского. - СПб, 1993. - с. 185-189.
12. Габрусенко В. В. Аварии, дефекты и усиление железобетонных и каменных конструкций // Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (СИБСТРИН), 2012, C. 124.
13. Топчий Д. В. Концепция контроля качества организации строительных процессов при проведении строительного надзора на основе использования информационных технологий // Вестник евразийской науки, 2019, № 3, Том 11, С. 1-9.
References
1. Edwards P., Bowen P. Construction and Architectural Management, 1998, Vol. 5, No. 4, pp. 339-349.
2. Kumamoto H. Probablistic Risk Assessment and Management for Engineers and Scientists. Wiley, 2000, P. 616.
3. Makarova, V. O. Molodoj uchenyj. 2017. № 3 (137). pp. 364-367.
4. Lapidus A.A., Makarov A.N. Vestnik MGSU. 2022; 17(2): pp. 232241.
5. Bolotova A.S. Vestnik MGSU, 2017, № 9 (108), pp. 1061-1069.
6. Ovidiu Cretu, Robert B. Stewart, Terry Berends Risk Management for Design and Construction. John Wiley & Sons, 2011, P. 288.
7. Chereshkin, D.S. Trudy' Instituta sistemnogo analiza RAN, 2007, № 31, p. 336.
8. Koshelev V.A Vestnik evrazijskoj nauki, 2015, Tom 7, № 1. pp.1-13.
9. Shahid Iqbal, Rafiq M. Choudhry, Rafiq M. Choudhry, Ahsan Ali. Technological and Economic Development of Economy, 2015, № 21 (1), pp. 65-78.
10. Ruffert G. Defekty' betonny'x konstrukcij [Defects in Concrete Structures]. Strojizdat, 1987, 111 p.
11. Grozdov V.T Sankt-Peterburgskoe vy'sshee voennoe inzhenernoe stroitefnoe krasnoznamyonnoe uchilishhe imeni generala armii A. N. Komarovskogo. SPb, 1993. pp. 185-189.
12. Gabrusenko V. V. Avarii, defekty' i usilenie zhelezobetonny'x i kamennyx konstrukcij [Accidents, defects, and strengthening of reinforced concrete and stone structures]. Novosibirskij gosudarstvenny'j arxitekturno-stroitefny'j universitet (SIBSTRIN), 2012, p. 124.
13. Topchij D. V. Vestnik evrazijskoj nauki, 2019, № 3, Tom 11, pp. 1-9.
Дата поступления: 3.04.2024
Дата публикации: 16.05.2024
