CC BY
318
Фомин Никита Игоревич
старший преподаватель кафедры «Строительного производства и экспертизы недвижимости» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н.Ельцина»
e-mail: nnimoff@mail.ru
А к
Исаев
Александр
Петрович
доктор экономических наук, профессор кафедры «Систем управления энергетикой и промышленными предприятиями» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»
e-mail: ap_isaev@mail.ru
Зотеева
Екатерина
Эдуардовна
магистрант кафедры «Строительного производства и экспертизы недвижимости» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»
e-mail:
katrin7777777@gmail.com
УДК 338:693.95
ФОМИН Н. И. ИСАЕВ А. П. ЗОТЕЕВА Е. Э.
Инновационный потенциал сборно-монолитных систем гражданских зданий
В работе предлагается авторский подход и инженерная методика определения инновационного потенциала сборно-монолитной системы гражданского здания. Представлены результаты оценки инновационного потенциала ряда сборно-монолитных систем, реализованных в г. Екатеринбурге.
Ключевые слова: инновационный потенциал, сборно-монолитная система, гражданское здание.
FOMIN N. I., ISAEV A. P., ZOTEEVA E. E.
INNOVATIVE POTENTIAL OF PRECAST AND CAST-IN-SITU CIVIC BUILDINGS SYSTEMS
In the paper the author's approach and engineering technique estimate of innovative potential for precast and cast-in-situ system of the civic building is offered. Innovative potential estimate results of a row precast and cast-in-situ systems realized in Yekaterinburg are provided.
Keywords: innovative potential, precast and cast-in-situ system, civic building.
В России большая часть территории находится в районах с преобладанием отрицательных температур. Возведение зданий с монолитным каркасом в таких районах требует технологичных проектных решений, высокой квалификации рабочих, а также значительных материальных ресурсов и трудозатрат на строительной площадке. Условиям индустриального и массового гражданского строительства, в частности жилья, в большей степени соответствуют сборно-монолитные каркасные системы, которые имеют соответствующую заводскую готовность и высокую технологичность, что позволяет существенно снизить трудоемкость и продолжительность возведения каркаса [1]. Кроме того, сборно-монолитные системы обеспечивают известную гибкость архитектурно-планировочных решений, что также снижает удельные расходы материалов и трудоемкость производства работ.
Сборно-монолитный каркас в среднем снижает потребности в бетоне с 0,7 м3 на 1 м2 общей площади до 0,4 м3. Расход арматуры снижается в 1,5...2 раза. Экономия цемента, металла, других материалов, энергоресурсов и транспортных расходов достигается изготовлением на заводских стендах предварительно напряженных элементов каркаса [2].
Для продвижения сборно-монолитной системы на рынке с целью массового практического применения, в том числе в осваиваемых регионах, важны не только текущие коммерческие результаты ее реализации, но и потенциальные возможности для совершенствования. Каждая из сборно-монолитных систем обладает потенциалом для конструктивного, технологического и организационного улучшения. Для его определения необходимы специальные методики.
Несмотря на значительное количество публикаций, содержащих анализ конструктивных и технологических особенностей той или иной широко используемой в гражданском строительстве сборно-монолитной системы [3, 4], до настоящего времени не предложено методики оценки потенциальных возможностей ее совершенствования.
В настоящее время отсутствует общепринятое понятие инновационного потенциала для строительных систем зданий и их отдельных элементов [6]. В проведенных на эту тему исследованиях понятие инновационного потенциала рассматривается как совокупность различных видов ресурсов, необходимых для осуществления инновационной деятельности [5]. При этом, используя различные подходы
66
© Фомин Н. И., Исаев А. П., Зотеева Е. Э., 2016
АКАДЕМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК УРАЛНИИПРОЕКТ РААСН 4 | 2016
к изучению инновационного потенциала, исследователи, как правило, основное внимание уделяют его отдельным составляющим — ресурсной и результативной.
Ресурсная составляющая инновационного потенциала характеризует перспективные возможности использования ресурсов в соответствии с прогнозными ожиданиями. Результативная составляющая отражает результат реализации имеющейся возможности, т. е. реальный фактический инновационный продукт. Такой подход вполне логичен, но он дает лишь обобщенное представление о возможностях совершенствования системы, не позволяет конкретизировать и дифференцировать ожидания от вложения материальных и интеллектуальных ресурсов в ее инновационное развитие.
Авторы предлагают понимать под инновационным потенциалом сборно-монолитной системы гражданского здания совокупность характеристик, отражающих возможности улучшения ее инвестиционных и инженерно-функциональных эксплуатационных качеств, благодаря которым повышается уровень ее конкурентоспособности, масштаб использования и экономические показатели. Реализация инновационного потенциала осуществляется за счет соответствующего нормативно-методического и технологического обеспечения, а также патентной защиты регулярно обновляющихся конструктивных и технологических решений.
Анализ ряда методик показал, что достоверную оценку инновационного потенциала целесообразно осуществлять в форме его комплексного исследования [5]. В авторском подходе в основу методики положен анализ экспертных оценок комплекса показателей, характеризующих уровень ее эксплуатационных качеств и удельный вес изобретательских решений. В таком подходе к инновационному потенциалу строительной системы ресурсные составляющие также учитываются, но только в той мере, в которой они влияют на повышение эксплуатационных качеств новых зданий.
Использование в определении понятий инвестиционных и инженерно-функциональных эксплуатационных качеств здания [7] позволяет подчеркнуть тесную взаимосвязь между инновационным потенциалом сборно-монолитной системы здания и эффективностью его инвестиционно-строительного цикла. В величине инновационного потенциала системы здания отражается возможность роста его эксплуатационных качеств, и это обеспечивает их прогнозируемость уже на начальной стадии реализации инвестиционно-строительного проекта (на этапе эскизного проектирования).
Удельный вес изобретательских решений в сборно-монолитной системе отражает не только объем новаций, заложенных в ее конструктивных и технологических решениях, выраженных в соответствующих патентах, но также ее промышленную применимость после внесенных изменений и улучшений. Кроме того, в данном показателе отражается «открытость» строительной системы для изобретательских решений, что косвенным образом показывает возможность ее развития за счет появления новых патентов. Учет решений, защищенных патентами, позволяет получить дополнительный релевантный индикатор инновационного потенциала строительной системы, который объективно оценивается в предложенной инженерной методике.
Величина инновационного потенциала зависит от факторов: масштабности, технологичности, нормативного обеспечения, репутации и удельного веса изобретательских решений. Каждый фактор имеет свой весовой коэффициент, отражающий его значимость при вычислении инновационного потенциала.
С учетом весового коэффициента каждого фактора, определенного экспертной оценкой, инновационный потенциал сборно-монолитной системы I оценивается по следующей формуле:
1 = Км ' 1м + КТ ' 1 Т + Кн • 1н + Кр • ^р + Ки • ^И, (1)
где 1м, 1т, 1н, 1р, 1и — соответственно, индексы факторов масштабности, технологичности, нормативного обеспечения, репутации и удельного веса изобретательских решений сборно-монолитной системы; Км, Кт, Кн, Кр, Ки — весовые коэффициенты соответствующих индексов (см. Таблицу 1).
Индексы факторов находятся по следующим формулам:
1м = Пм1 • км1 + Пм2 • км2 + Пм3 • км3; (2)
1Т — Пт1 • кт1 + Пт2 • кт2 + пт3 • кт3 + +Пт4 • кт4 + Пт5 • кт5 + Пт6 • кб
Пн1 • кн1 + Пн2 • кн2 + Пн3 • кн3 + Пн4 • кн4;
р = Пр1 • кр1 + Пр2 • кр2;
1и = Пи1 • ки1 + Пи2 • ки2 + Пи3 • ки3 + +Пи4 • ки4 + Пи5 • ки5>
(3)
(4)
(5)
(6)
где Пм^ ^ Пм3 и км1 км2 км3 — соответственно, показатели фактора масштабности и их весовые коэффициенты;
Пт1, Пт2 , Пт3, Пт4 , Пт5, Пт6 и к^, кт2, кт3, кт4, кт5, кт6, соответственно, показатели фактора технологичности и их весовые коэффициенты;
Пн1 Пн2, Пн3, Пн4 и kн1, кн2, kн3, кн4 — сOOтветственнO,
показатели фактора нормативного обеспечения и их весовые коэффициенты;
Пр1, Пр2 и кр1, кр2 — соответственно, показатели фактора репутации и их весовые коэффициенты;
Пи1, Пи2, Пи3, Пи4, Пи5 и ки1, ки2, ки3, ки4, ки5, ки6 , — соответственно, показатели удельного веса изобретательских решений и их весовые коэффициенты.
Показатели факторов и их весовые коэффициенты, определенные экспертной оценкой, представлены в Таблице 1.
Представленная методика была использована для оценки инновационного потенциала сборно-монолитных систем гражданских зданий г. Екатеринбурга.
Анализ гражданского строительства в Екатеринбурге (рассмотрено более 120 зданий, 2010-2016 гг.) выявил, по крайней мере, пять успешно реализованных сборно-монолитных систем: «Рекон» (так называемая «Чебоксарская серия»); «Универсальная открытая архитектурно-строительная система многоэтажных зданий АРКОС» (Серия Б1.020.1-7); «Унифицированная система сборно-монолитного безригельного каркаса» (КУБ-2,5); «Универсальная домостроительная система» (УДС); сборно-монолитный каркас с несъемной железобетонной опалубкой стен и перекрытий с несущим арматурным каркасом «Филигран» [8, 9].
Общие характеристики указанных сборно-монолитных систем гражданских зданий, включая инновационную составляющую — основные патенты РФ по новационным решениям, разработанным для системы, и индексы факторов инновационного потенциала, представлены в Таблице 2.
Несмотря на относительно небольшой объем запатентованных решений и отсутствие патентов на изобретения,
Таблица 1.Показатели оценки инновационного потенциала сборно-монолитной системы
Фактор (индекс фактора) Весовой коэффициент фактора Показатель Весовой коэффициент показателя Возможные значения показателя
1 2 3 4 5 6
Пм1 = 1, если Nмl > 30
Пм1 Количество построенных зданий по данной системе *м! = 0,4 Пм1 = 0,6, если 10 < < 30
Пм1 = 0,2, если < 10
Количество организаций, имеющих регулярный опыт проектирования зданий по данной системе (N,^0 Пм2 = 1, если Nмl > 3
Масштабность в регионе* (Iм) км = 0,15 Пм2 км2 = 0,3 Пм2 = 0,6, если 1 < < 3
Пм2 = 0,2, если < 1
Количество организаций, имеющих регулярный опыт строительства зданий по данной системе (N,3) Пм3 = 1, если > 3
Пм3 кмз = 0,3 Пм3 = 0,6, если 1 < < 3
Пм3 = 0,2, если Nмl < 1
Пт1 Удельный общий расход бетона на 1 м2 площади здания (Ут1, м3) кт1 - 0,1 Пт1 = 1, если 0,15 < Ут1 < 0,25
Пт1 = 0,6, если Ут1 > 0,25
Пт2 Удельный расход монолитного бетона на 1 м2 площади здания (Ут2, м3) кт2 - 0,15 Пт2 = 1, если 0,06 < Ут1 < 0,12
Пт2 = 0,6, если Ут1 > 0,12
Пт3 = 1, если ТРт3 < 1,1
Пт3 Удельная построечная трудоемкость монтажа м2 перекрытия (Тртз, чел.-час) кт3 = 0,25 Пт3 = 0,6, если 1,1 < Трт3 < 2,0
Технологичность (1т) Кт = 0,28 Пт3 = 0,2, если Трт3 > 2,0
Пт4 Наличие сварочных работ кт4 = 0,15 Пт4 = 1,0, если нет
при монтаже конструкций Пт4 = 0, если да
Пт5 Необходимость в специальной кт5 - 0,15 Пт5 = 1,0, если нет
монтажной оснастке Пт5 = 0, если да
Пт6 Наличие детальной технологической карты (регламента) на монтаж конструкций ктб = 0,2 Пт6 = 1,0, если да
Пт6 = 0, если нет
Фактор (индекс фактора) Весовой коэффициент фактора Показатель Весовой коэффициент показателя Возможные значения показателя
1 2 3 4 5 6
Нормативное обеспечение(1Н) Кн = 0,15 Пн1 Наличие специальных технических условий по элементам каркаса (разработчик — ведущий проектный институт) *н! = 0,2 Пн1 = 1,0, если да Пн2 = 0, если нет
Пн2 Наличие серий по элементам каркаса (разработчик — ведущий проектный институт) кн2 = 0,35 Пн2 = 1,0, если серии разработаны на все элементы Пн2 = 0,6, если серии разработаны не на все элементы Пн2 = 0, если нет
Пн3 Наличие специально разработанных таблиц, номограмм и т. п. для подбора элементов каркаса кн3 - 0,25 Пнз = 1,0, если да Пнз = 0, если нет
Пн4 Наличие специально разработанных нормативных документов по расчету элементов каркаса и их узлов кн4 = 0,2 Пн4 = 1,0, если да Пн4 = 0, если нет
Репутация (1р) Кр - 0,15 Пр1 Наличие критических публикаций по системе в рецензируемых журналах кр1 = 0,4 Пр1 = 1,0, если нет Пр1 = 0, если да
Пр2 Наличие информационных сообщений государственной экспертизы с критикой системы кр2 = 0,6 Пр2 = 1,0, если нет Пр2 = 0, если да
Изобретательский уровень (Iи) Ки = 0,27 Пи1 Наличие зарубежных патентов ки1 = 0,20 Пи1 = 1,0, если да Пи1 = 0, если нет
Пи2 Наличие патентов на изобретение по конструкциям ки2 - 0,22 Пи2 = 1,0, если да Пи2 = 0, если нет
Пи3 Наличие патентов на изобретение по способу монтажа киз = 0,24 Пиз = 1,0, если да Пиз = 0, если нет
Пи4 Наличие патентов на технологическую оснастку ки4 = 0,17 Пи4 = 1,0, если да Пи4 = 0, если нет
Пи5 Частота появления новых патентов (не менее 1 за 2 последних года) ки5 = 0,17 Пи5 = 1,0, если да Пи5 = 0, если нет
* Для повышения достоверности рекомендуется оценивать фактор масштабности по нескольким регионам, а затем принимать среднее значение.
Таблица 2. Сборно-монолитные системы гражданских зданий, реализованные в Екатеринбурге
Наименование системы Общие характеристики Основные патенты РФ Индексы факторов инновационного потенциала
I* 1т 4 4 4
«РЕКОН» («Чебоксарская серия») Каркас состоит из сборных многоярусных колонн, имеющих просечки в уровне перекрытий, и комплексных сборно-монолитных ригелей балочной конструкции (сборная часть прямоугольного сечения, предварительно напряженная), которые поэтажно объединены сборно-монолитными дисками перекрытий (сборная часть — предварительно напряженные железобетонные плиты). Шаг колонн сечением от 250 250 мм, при ригелях от 250 200 мм, находится в диапазоне от 1,5 до 7,2 м. Колонны соединяются по высоте вне уровня перекрытия, без сварки, при помощи «штепсельного стыка». 107784 от 30.12.96 (И) 2108431 от 30.12.96 (И) 2182624 от 05.09.01 (И) 2198268 от 05.09.01 (И) 2198269 от 05.09.01 (И) 2198270 от 05.09.01 (И) 0,6 0,49 0,21 0,4 0,46
«Универсальная открытая архитектурно-строительная система многоэтажных зданий АРКОС (Серия Б1.020.1-7)» Каркас состоит из сборных одноярусных или многоярусных колонн (как правило, на 2 этажа), имеющих просечки в уровне перекрытий, и сборно-монолитного перекрытия, образованного из многопустотных плит перекрытий и монолитных ригелей (в пределах толщины сборных плит), выполняемых в створе с колоннами. Шаг колонн сечением от 300 300 мм находится в диапазоне от 2,7 до 7,2 м. Колонны соединяются по высоте вне уровня перекрытия, при помощи контактно-винтового стыка. 1776734 ot19.12.89 (И) 2134751 от 29.07.97 (И) 2118430 от 05.06.96 (И) 2244789 от 31.07.03 (И) 2233368 от 17.10.02 (И) 2244787 от 31.07.03 (И) 2233952 от 31.07.03 (И) 0,36 0,55 0,6 0,6 0,66
«Унифицированная система сборно-монолитного безригельного каркаса» (КУБ-2,5) Каркас состоит из сборных одноярусных или многоярусных колонн, имеющих просечки в уровне перекрытий, и безригельного сборно-монолитного перекрытия, образованного из сплошных одно-модульных или двухмодульных плит (надколонных — опорных, межколонных и средних), соединенных петлевыми выпусками, дополнительными арматурными стержнями, с последующим обетонирова-нием стыка. Шаг колонн сечением от 200 400 мм находится в диапазоне от 3,0 до 6 м. Колонны соединяются сваркой в уровне перекрытия с последующим омоноличиванием. 1114749 от 04.05.82 (АС) 2247812 от 03.04.01 (И) 0,84 0,5 0,8 0,6 0,221
«Универсальная домостроительная система» (УДС) Каркас состоит из сборных многоярусных колонн, имеющих просечки в уровне перекрытий, и комплексных сборно-монолитных ригелей балочной конструкции (сборная часть лоткового сечения, предварительно напряженная), которые поэтажно объединены сборно-монолитными дисками перекрытий (сборная часть — предварительно напряженные железобетонные плиты). Шаг колонн сечением 400 400 мм, при ригелях от 250 250 мм, находится в диапазоне от 1,5 до 7,2 м. Колонны соединяются по высоте вне уровня перекрытия, без сварки, при помощи «штепсельного стыка». 86903 от 02.04.09 (ПМ) 96143 от 31.03.10 (ПМ) 122676 от 07.06.12 (ПМ) 0,6 0,49 0,21 0,4 0,17
Сборно-монолитный каркас с несъемной железобетонной опалубкой стен и перекрытий с несущим арматурным каркасом «Филигран» Каркас состоит из сборно-монолитных стен и перекрытий. Сборно-монолитная стена образована из двух тонкостенных (50. ..60 мм) сборных панелей, соединенных пространственным арматурным каркасом, между панелями выполняется монолитный сердечник. Сборно-монолитное перекрытие содержит основание из тонкостенной сборной панели и пространственного арматурного каркаса и верхней монолитной части. В узлах соединения перекрытия со стенами устраивается дополнительное армирование. Шаг стен до 7,2 м. 135671 от 02.07.13 (ПМ) 145678 от12.12.13(ПМ) 145947 от 05.12.13 (ПМ) 163122 от 01.12.15(ПМ) 1,0 0,7 0,55 0,6 0,34
О ч
о
О)
ь сг I
т
О) т
ш <
Примечания: И — патент на изобретение; ПМ — патент на полезную модель; АС — авторское свидетельство.
1 Рассматривались патенты только по системе КУБ-2,5. Следует отметить наличие патентов на способы монтажа и технологическую оснастку для систем, разработанных на основе КУБ-2,5, например, КУБ-ЗУ, КБК или УИКСС.
наибольшим инновационным потенциалом обладает сборно-монолитный каркас с несъемной железобетонной опалубкой стен и перекрытий с несущим арматурным каркасом «Филигран» (I = 0,610 ). Его преимущество перед другими сборно-монолитными системами заключается в высокой технологичности монтажа сборных элементов, реализуемой строительными организациями в условиях г. Екатеринбурга [10]. Кроме этого, в г. Екатеринбурге построено несколько десятков зданий с применением данной несъемной опалубки. Инженерно-функциональные эксплуатационные качества таких зданий, по результатам проведенных нами исследований, также позволяют сделать однозначный вывод о преимуществе данной сборно-монолитной системы.
Заметим, что несъемная железобетонная опалубка весьма популярна в европейских странах, в том числе и на территориях северных европейских стран (Швеция, Финляндия, Норвегия), о чем свидетельствуют данные в зарубежных технологических и конструкторских пособиях, например, в следующих работах [11, 12].
Примерно равным инновационным потенциалом обладают системы «АРКОС» (I = 0,566 ) и КУБ-2,5 (I = 0,535). Данные системы также отличаются достаточно высокой технологичностью, но уступают каркасу с несъемной опалубкой наличием сварки в построечных условиях. Кроме этого, на технологические и конструктивные решения по системе «АРКОС» получено большое количество патентов, включая зарубежные, а решения по системе КУБ-2,5 легли в основу нескольких систем: КБК, КУБ-3У, УИКСС, для которых получено более 10 патентов.
Родственные системы «Рекон» и УДС обладают относительно низким инновационным потенциалом, соответственно, I = 0,443 и I = 0,365. Их индексы оказались ниже из-за недостаточного нормативного обеспечения, кроме этого, по системе «Рекон», на основе которой разработана УДС, имеется информационное сообщение ГАУ СО «Управление государственной экспертизы» от 07.12.2010 с критическими замечаниями по конструктивным решениям каркаса, которое снизило индекс репутации. По системе УДС обнаружено ограниченное число патентов, поэтому изобретательский уровень у нее оказался самым низким.
Заключение
Адекватная оценка инновационного потенциала сборно-монолитной системы позволяет прогнозировать возможности ее развития и за счет этого управлять конкурентоспособностью эксплуатационных качеств строящегося здания. Учет этих данных создает научную основу для принятия обоснованных решений по масштабу его массового применения.
Среди пяти сборно-монолитных систем гражданских зданий, реализованных в г. Екатеринбурге, наибольшим инновационным потенциалом, рассчитанным по предложенной методике, обладает сборно-монолитный каркас с несъемной железобетонной опалубкой стен и перекрытий. Это означает, что совершенствование данной системы позволит наиболее заметно повысить уровень удовлетворенности потребителей эксплуатационных качеств соответствующих жилых зданий, а их застройщик сможет повысить уровень своей конкурентоспособности, а также экономические и репутационные показатели своего бизнеса.
Список использованной литературы
1 Колчеданцев Л. М., Рощупкин Н. П. Жилье экономического класса — сборное, монолитное или сборно-
монолитное? // Жилищное строительство. 2011. № 6. С. 24-25.
2 Селищев К. С. Технология устройства монолитных стыков многоэтажных каркасных зданий при отрицательных температурах : дис. ... канд. техн. наук: 05.23.08. М., 2009. 181 с.
3 Мордич А. И., Белевич В. Н. и др. Эффективные конструктивные системы многоэтажных жилых домов и общественных зданий (12.25) этажей для условий строительства в Москве и городах Московской области, наиболее полно удовлетворяющие современным маркетинговым требованиям : отчет о науч.-исслед. работе. Минск : Институт БелНИИС, 2002. 117 с.
4 Шембаков В. А. Сборно-монолитное каркасное домостроение : руководство к принятию решений. Чебоксары, 2005. 120 с.
5 Гумба Х. М. Эффективное управление развитием инновационных процессов на предприятиях строительной отрасли. М. : Изд-во АСВ, 2009. 136 с.
6 Бессонов А. К., Верстина Н. Г., Кулаков Ю. Н. Инновационный потенциал строительных предприятий: формирование и использование в процессе развития. М. : Изд-во АСВ, 2009. 168 с.
7 Фомин Н. И., Исаев А. П. Структурный анализ параметров эксплуатационных качеств монолитных гражданских зданий // Вестник гражданских инженеров. 2013. № 2 (37). С. 130-140.
8 СТО НОСТРОЙ 2.6.15-2011 «Конструкции сборно-монолитные железобетонные. Стены и перекрытия с пространственным арматурным каркасом. Технические условия». М. : НИИЖБ : Изд-во «БСТ», 2011. 49 с.
9 СТО НОСТРОЙ 2.7.16-2011 «Конструкции сборно-монолитные железобетонные. Стены и перекрытия с пространственным арматурным каркасом. Правила выполнения, приемки и контроля монтажных, арматурных и бетонных работ». М. : НИИЖБ : Изд-во «БСТ», 2012. 73 с.
10 Фомин Н. И. Исследование технологии устройства сборно-монолитных стен в несъемной железобетонной опалубке // Вестник гражданских инженеров. 2013. № 5. С. 131-136.
11 Byggarbetplatsens teknikhandbok. Sveriges Byggindustrier. 2012.
12 Митев И., Димитров Б., Димитров З. Предплочи, пред-стени и конструкции от тях. Ръководство за проекти-ране // ABC Техника. София, 2006.
