Исследование зависимостей между факторами условий реконструкции и её эффективностью Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 725.4.004.68:692.415

к.т.н. Гречишкина Е. В.

(ДонГТИ, г. Алчевск, ЛНР, e.valerievnai@mail.ru),

к.т.н. Псюк В. В.

(ДонГТИ, г. Алчевск, ЛНР, psuk@rambler.ru),

Псюк М. Ю.

(ДонГТИ, г. Алчевск, ЛНР, psуuk.m@mail.ru)

ИССЛЕДОВНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ ФАКТОРАМИ УСЛОВИЙ РЕКОНСТРУКЦИИ И ЕЁ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ

Выполнено исследование влияния условий реконструкции на ее эффективность. Предложена система показателей, характеризующих условия реконструкции зданий цехов металлургических заводов, построенная на принципах иерархии и общности. Установлена зависимость продолжительности и трудоемкости реконструкции от обобщённого показателя условий ее выполнения.

Ключевые слова: реконструкция, замена покрытий, стесненность, факторы, производственные условия, эффективность.

ISSN 2077-1738. Сборник научных трудов ДонГТИ 2022. № 29 (72)

Строительство и архитектура

Производство работ по замене конструкций с учетом влияния сложных и стесненных условий действующего металлургического производства является важной научно-практической задачей, решение которой будет способствовать повышению технико-экономической эффективности реконструкции в целом.

Многообразие и сложность условий реконструкции, а также индивидуальность поставленных задач в каждом конкретном случае затрудняют выбор и применение специальных технологических решений.

Согласно существующим методикам проектирования, разработка технологических решений включает создание ряда альтернативных вариантов и выбор наиболее предпочтительного по ряду критериев оптимальности.

В связи с этим целью данной работы является исследование влияния факторов условий реконструкции на ее продолжительность и трудоемкость.

Объектом исследования является реконструкция промышленных зданий.

Предметом исследования являются факторы условий, влияющие на эффективность реконструкции.

Задачей настоящего исследования является определение характера влияния факто-

ров условий реконструкции при замене покрытий сортопрокатного цеха на продолжительность и трудоемкость ее выполнения.

Методика исследований — анализ литературных и нормативных источников, обработка результатов натурных, экспериментальных и аналитических исследований.

В качестве объекта исследования принято здание сортопрокатного цеха Филиала № 12 ЗАО «Внешторгсервис», обследование которого было выполнено сотрудниками Донбасского государственного технического университета в августе — сентябре 2019 года.

Здание сортопрокатного цеха на момент обследования находилось в эксплуатации, за исключением температурного блока, где произошло обрушение покрытия (рис. 1).

Конструкции покрытия выполнены из металлических стропильных и подстропильных ферм, объединенных горизонтальными и вертикальными связями, и железобетонных плит.

Здание цеха расположено в стесненных условиях, имеется сложная система технологических трубопроводов, строительные конструкции находятся под воздействием значительных динамических нагрузок. Пролеты здания оборудованы мостовыми кранами и подвесными кран-балками.

Строительство и архитектура

Рисунок 1 Участок обрушившихся несущих конструкций в осях 213-217

В результате технического освидетельствования конструкций покрытия обнаружены следующие дефекты и повреждения (рис. 2), которые требуют немедленного устранения и замены отдельных участков покрытия.

После выполненного обследования и выявления дефектов и аварийных конструкций здания возник вопрос о разработке организационно-технологического реше-

ния по замене обрушенных и аварийных конструкций покрытия. При этом возникли две проблемы: первая заключалась в том, что здание сортопрокатного цеха, за исключением обследуемого блока, находилось в эксплуатации непрерывного металлургического производства. Вторая проблема вызвана достаточно стесненными условиями расположения здания и реконструируемых пролетов.

Строительство и архитектура

V ф не qcpema (повреждения) Усао&ние обозначений

I 3

I Обрушение метлкйшгфук&З и ж/б плит /юкрития mm

2 Разрушений и быщенае зедеш шШ между плотами Заматж отнаярернами осодкми «-яг отсутап&ия гернепкшцш мШ XXX

3 Обрущениц отсутствие бетонная добориас плит похр&тия по ряду С Занокотя атмосферномг осод*сни шт

4 Отсутствие защитного слоя бетона коррозийное поражение оголенной арматура Глубина повреждения бетона до 2Ж

5 Отсутствие защитного слоя бешна, коррозийное порожение оголенной врмомура Глубина пойрежденф белюнз до 4QX

6 Шозной пролом от ударник бомеОстбиО и от двношщ йюмяеичесш щШрсбйдоб О

7 Разрушение ребра жесткости ж/б плита XXX

$ Частичное разрушение конструктива ж/б плита ^ JV J 1 Я - Я 1

Рисунок 2 План железобетонных плит покрытия здания сортопрокатного цеха

с дефектами и повреждениями

Для решения первой проблемы технологическое решение должно быть таковым, чтобы обеспечивать минимальные сроки производства работ в технологические перерывы. Для решений второй проблемы следует максимально учесть факторы условий реконструкции и обеспечить ее эффективность.

В процессе исследования проанализированы факторы условий реконструкции, включающие производственные условия (ПУ), организационно-технические условия (ОТУ) и архитектурно-строительные параметры (АСП).

Оценка влияния каждого отдельно взятого фактора условий выполнялась с использованием системы показателей (табл. 1).

Строительство и архитектура

Таблица 1

Система показателей, характеризующих условия реконструкции зданий цехов

металлургических заводов

№ J_

1

Фактор влияния

Показатель (расчетная формула)

Характеристика

2

3

4

Плотность застройки территории реконструируемого цеха [3, 4]

Pi =

F

своб

F

где Fс

своб, Fmреб

треб

свободная и

требуемая площади для организации монт.-демонтажного процесса, м2. Если Fсвоб <

то ^воб

своб ^ Fтреб то Fсвоб Fтреб

Характеризует соответствие требуемой площади для организации монтажно-демонтажного процесса имеющейся свободной площади от коммуникаций и сооружений

Рассредоточенность реконструируемых участков [2, 3]

Р _1

где п — кол-во участков реконструкции

Характеризует необходимость устройства дополнительных монтажных зон

Удаленность транспортных путей от монтажной зоны

[3, 4]

Р = 1,

3 I

где Я — радиус монтажной зоны, м; I — расстояние от дорог до монтажной зоны, м. Если Я > I, то Я = I

Характеризует соответствие проектируемой монтажной зоны условиям расположения действующих транспортных путей

Внешняя стесненность реконструируемых участков [3, 4]

P4 = 1 "

Р

пр

Р

где Р — периметр реконстр. участков, м; Рпр — часть периметра, ограниченная _сущ. пролетами_

Характеризует необходимость учета ограничений со стороны примыкающих к реконструируемому участку пролетов

Конфигурация реконструируемых участков [3, 4]

F l

р мин1 мин

где ^ин1мин и — минимальный и

рассматриваемый монтажные моменты реконструируемого участка, м2

Характеризует соответствие проектируемой глубины подачи конструкций покрытия минимально возможной из рассматриваемых вариантов

Разновысотность реконструируемых участков [3, 4]

Рб _

H

ср

H

макс

где Нср , Нмакс — средняя и

максимальная высота реконструируемых участков, м

Характеризует соответствие высот каждого из участков реконструкции максимально встречающейся высоте на участке

Разноразмерность реконструируемых участков

[3, 4]

F

р _ макс

F

ср

где ^р , Fмакс — средняя и максимальная площади реконструируемых участков, м2

Характеризует соответствие

площадей каждого из реконструируемых участков максимально встречающейся площади

Разновесность конструкций [3, 4]

Р _-

M,

ср

Ммакс

где Мср , Ммакс — средняя и

максимальная массы монтируемых (демонтируемых) конструкций покрытия, т

Характеризует соответствие массы конструкций покрытия

на каждом из участков максимально встречающейся массе на данном участке

2

3

4

5

б

7

8

Строительство и архитектура

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4

9 Демонтируемость Р = Ум, 9 Уд где Уд , УМ — приведенные объемы демонтируемых и монтируемых конструкций покрытия Характеризует необходимость

конструкций учета соотношения объемов

покрытия [3, 4] монтажных и демонтажных работ

10 Усиление Р10 = 1, если условие учитывается или Характеризует необходимость

демонтируемых отсутствует; предварительного усиления

конструкций [2-4] Рш = 0, если условие не учитывается демонтируемых конструкций

11 Наличие технол. F р = 1 зш 11 F Характеризует, насколько при

оборудования и проектировании монтажной

инженер. коммуникаций в где Рзан, Р — площадь, занятая техн. оборуд. и общая площадь монтажной зоны, м2 зоны учтены существующие технологическое оборудование

монтажной зоне [3, 4] и инженерные коммуникации

12 Наличие ж/д путей в г> 1 Ржд Р12 = 1 ^ , Характеризует, насколько при

монтажной зоне [2-4] проектировании монтажной

где Ржд, Р — площадь, занятая ж/д путями и общая площадь монтажной зоны, м2 зоны учтены ж/д пути, находящиеся на территории

13 Наличие взрывопо- Р13 = 1, если условие отсутствует; Характеризует необходимость

жароопасности [2, 4] Р13 = 0,5, если условие учитывается; Р13 = 0, если условие не учитывается учета взрывопожароопасности

14 Наличие опасных и Р14 = 1, если условие учитывается или Характеризует необходимость

вредных условий отсутствует; Р14 = 0, если условие не учета опасных и вредных

труда [2, 4] учитывается условий труда

15 Непрерывность Ри = 1, если реконструкция Характеризует необходимость

технологических выполняется с полной остановкой учета непрерывности

процессов основного производства; Р15 = 0,5, если с частичной остановкой; процессов основного производства

производства [3, 4] Ри = 0, если без остановки производства

16 Вписываемость Р = 1 Р Р16 = Рг?1 Я Р, ' 1 тр Характеризует соответствие

транспортных требуемых радиусов поворотов

средств в проезды автодорог при проектировании

[3, 4] где Я'ф, Кгтр — требуемый и фактический радиусы поворота автодороги к ьму участку реконструкции; р, Р — площади i-го участка и полная площадь реконструируемых участков, м2. Если Я'ф > В!тр , то Я'ф = Я'тр транспортирования конструкций покрытия с габаритами реально существующих автодорог

17 Непрерывность Р7 = ' . 17 1 + г Характеризует необходимость

транспортных учета при проектировании

процессов [3, 4] где г — число пересечений внутрипостроечных дорог с действующими постоянными транспортных процессов перерывов, связанных с пересечением дорог

Строительство и архитектура

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4

18 Наличие тупиковых дорог [3, 4] р 1 ЬтУп "1" ь ' где Ьтуп, Ь — длина тупиковых дорог и общая длина подъездных дорог в пределах монтажной зоны, м Характеризует, насколько учитываются тупиковые подъездные дороги при проектировании автодорог в монтажной зоне

19 Удаленность р 1мин Р19- , ' Характеризует соответствие

площадки складиров. расстояния от проектируемых

или укрупнит. сборки где 1мин, 1, — минимальное и рассматриваемое расстояния от склада до действующих транспортных путей, м площадок складирования до

от транспортных путей [3, 4] транспортных путей минимально возможному из рассматриваемых вариантов расстоянию

20 Удаленность р 1мин р20 - , , Характеризует соответствие

площадки расстояния от проектируемых

складирования от монтажной зоны [3, 4] где 1мин, 1, — минимальное и рассматриваемое расстояния от склада до монтажной зоны, м площадок складирования до монтажной зоны минимально возможному из рассматриваемых вариантов расстоянию

21 Достаточность F Р _ св 21 — р ' треб где Рсв, Ртреб — свободная и требуемая площади для склада, м . Если рсв > ртреб, то рсв - ртреб Характеризует соответствие

площадей требуемой площади для

складирования [2, 4] складирования конструкций покрытий существующей свободной

22 Необходимость р р -1 --УС. р Характеризует необходимость

обеспечения усиления несущих конструкций

устойчивости уч при выполнении монтажно-

несущих где рус, руч — площадь, на которой демонтажного процесса

конструкций [2, 4] производится усиление конструкций и площадь реконструир. участка, м2

23 Необходимость Р23 - 1 " Рр , р Характеризует необходимость

обеспечения защиты участков

защитных уч от повреждений

мероприятий [2, 4] где Рукр, руч — укрываемая площадь и площадь реконструируемого участка, м2

24 Необходимость Р24 -1, если условие отсутствует; Характеризует необходимость

устройства эстакад Р24 - 0,5, если условие выполняется; устройства спецсооружений

для установки монт. Р24 - 0, если условие не выполняется

механизмов [2, 4]

25 Технологическая р £м Характеризует, насколько

загрузка монтажных Р25 - , Ж • п учтены технические

кранов [3, 4] где М — общая масса монтируемых и возможности монтажных кранов

демонтируемых элементов, т;

Ж — макс. грузоподъемность крана, т;

п — общее количество элементов

26 Насыщенность Р26 - Р Характеризует необходимость

фронта работ учета дополнительных

монтажными где k — количество монтажных монтажных кранов

механизмами [2, 3] кранов, работающих одновременно

Строительство и архитектура

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4

27 Переоснастки монтажного крана [2, 3] Р - 1 Р27 " 1 , , 1 + Рк где рк — количество переоснасток крана Характеризует необходимость учета при проектировании дополнительных переоснасток кранов

28 Необходимость разборки монтажных стыков [2, 3] Р - 1 Р28 - /' где /— количество стыков демонтируемых конструкций, приходящихся на один монтажный элемент Характеризует необходимость учета работ по разборке монтажных стыков

29 Укрупнение конструкций в блоки [2, 3] р ХМукр Р29 - ХМ ' где X Мукр, X М — масса укрупненных блоков и общая масса элементов, т Характеризует соответствие доли укрупненных блоков в общей массе конструкций

30 Наличие ручных работ при замене конструкций [2-4] Р - Ум 30 Ум + Ур' где Ум , Ур — объем механизированных и ручных работ при замене конструкций, м2 Характеризует, насколько учтена необходимость выполнения ручных работ при замене конструкций

Учитывая, что большое количество показателей затрудняет оценку, с целью упрощения была сформирована система, позволяющая свести весь комплекс показателей к минимуму. Предложено оценивать уровень влияния факторов условий реконструкции обобщенным показателем, который формируется в результате аддитивной свертки системы показателей (ПУ, ОТУ, АСП) низших иерархий с учетом соответствующих коэффициентов весомости.

Показатели второго уровня иерархии, являющиеся групповыми, могут быть представлены в виде

Гj - + Р 42 + - + РпЧп -!РЛ (1)

где Гj — групповой показатель; Р — частный показатель; qi — коэффициент весомости ьго частного показателя;

п — количество частных показателей. Показатели третьего уровня иерархии определяются по формуле

т

К2 - Г^ + Г242 +... + ^ -XГ/} , (2)

1-1

где — комплексный показатель;

Г1 — групповой показатель;

г

41 — коэффициент весомости группового показателя;

т — количество групповых показателей.

Структурная модель комплексного показателя Касп может быть записана в виде

КАСП - Гген ' 4ген + Гопп ' 4опп + Гкп ' 4кп, (3)

где Касп — комплексный показатель уровня влияния факторов архитектурно-строительных параметров объекта на его реконструкцию;

Гген , Гопп , Гкп — групповые показатели уровня влияния условий генплана, объемно-планировочных, конструктивных параметров;

4ген , 4опп , 4кп — коэффициенты весомости соответствующих показателей.

Структурная модель комплексного показателя К0Ту может быть записана в виде

КОТУ - Гтр • 4тр + Гскл ' 4скл + , _

(4)

+ Гпмд • 4пмд + Грмм • 4рмм + Гпз ' 4пз,

ISSN 2077-1738. Сборник научных трудов ДонГТИ 2022. № 29 (72)

Строительство и архитектура

где Коту — комплексный показатель уровня влияния организационно-технологических условий;

Гтр , Гскл , Гпмд , Грмм , Гпз — Групповые

показатели факторов условий транспортирования, складирования, подготовки монтажно-демонтажных процессов, работы машин и механизмов, процесса замены покрытий;

Чтр , Чскл , Чпмд, Чрмм , Чпз — коэффиЦиенты весомости соответствующих показателей.

Свертка комплексных показателей Касп , Коту , Кпу в единый обобщенный показатель Ар, четвертого уровня иерархии, который может быть представлен в виде

АР = КАСП ■ qACn + КОТУ ■ ЧОГУ + КПУ ' #ПУ>(5)

где АР — обобщенный показатель;

Касп , Коту , КПу — комплексные показатели факторов влияния архитектурно-строительных параметров реконструируемых зданий, организационно-технологических условий и производственных условий реконструкции;

Часп , Чоту , ^пу — коэффициенты весомости соответствующих показателей.

На основании фактических данных и с помощью приведенных формул выполнен расчет и получены значения показателей факторов условий реконструкции здания сортопрокатного цеха.

Модель исследования зависимостей между показателями эффективности реконструкции, выраженными трудоемкостью и продолжительностью, и показателями условий её проведения представлена в виде

Qpj = f ( Apí ),

TPj = APf),

где Qpj — показатель трудоемкости работ при замене покрытий здания цеха;

Tpj — показатель продолжительности выполнения замены покрытий здания цеха;

Ар, — обобщенный показатель факторов условий реконструкции

(АР - / (КАСП, КОТУ, КПУ )) .

Для определения влияния факторов условий реконструкции на трудоемкость и её продолжительность исследования выполнены с использованием корреляционного и регрессионного анализа по программе Statistica 5.0.

Графическая иллюстрация зависимостей представлена непрерывно убывающими функциями (рис. 3), что соответствует смыслу исследуемого процесса: чем полнее при разработке организационно-технологического решения учитываются существующие условия реконструкции, тем ниже продолжительность и трудоемкость выполняемых работ.

Так, например, при увеличении обобщенного показателя факторов условий реконструкции от 0,1 до 0,15, продолжительность процесса замены покрытий сократится на 4,5 смены, что составляет 3 %, а трудозатраты уменьшатся на 13,9 чел.-час, что составляет 4 % общей трудоемкости работ.

Анализ полученных зависимостей показал, что в интервале изменения влияния факторов архитектурно-строительных параметров (КАСП) от 0,05 до 0,4 продолжительность реконструкции сокращается на 8 смен, а трудозатраты снижаются на 2,9 %.

Исследования позволяют установить, что с изменением влияния факторов производственных условий (КПУ) от 0,01 до 0,2 продолжительность реконструкции изменится на 5,7 смен и трудоемкость — на 2,4 %.

Выявлено также, что в интервале изменения факторов влияния организационно-технологических условий от 0,12 до 0,38 затраты труда на реконструкцию уменьшатся на 5 %, а затраты времени — на 7,5 смен.

Все это дало возможность решить две изначальные проблемы при разработке технологического решения замены покрытий сортопрокатного цеха: максимально учесть все условия реконструкции и, маневрируя факторами параметров, снизить продолжительность процесса замены покрытий цеха.

Строительство и архитектура

Рисунок 3 Графики зависимости продолжительности (а) и трудоемкости (б) от обобщённого показателя условий реконструкции (АР)

Вышеизложенное позволяет сделать следующие выводы:

1. Установлена зависимость продолжительности и трудоемкости реконструкции от обобщённого показателя условий ее выполнения.

2. Изменение фактора производственных условий, касающихся наличия ж/д путей в монтажной зоне, позволило снизить продолжительность замены покрытий на 5,7 смены, а трудоемкости — на 2,4 %.

Сформирована система показателей, характеризующих условия реконструкции

зданий цехов металлургических заводов, построенная на принципах иерархии и общности по подсистемам: архитектурно-строительные параметры реконструируемых зданий, производственные условия и организационно-технологические условия.

Дальнейшие исследования будут направлены на разработку методики формирования и комплексной оценки технологических решений при проектировании мон-тажно-демонтажных процессов.

Строительство и архитектура

Библиографический список

1. ГОСТ31937-2011. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния [Текст]. — Введ. 2014-01-01. — М. : Стандартинформ, 2014. — 60 с.

2. Левченко, В. Н. Техническое перевооружение и реконструкция промышленных зданий [Текст] / В. Н. Левченко, В. В. Кардаков. — Макеевка : Макеевский инж.-строит. ин-т., 2009. —60 с.

3. Давыдов, В. А. Монтаж конструкций реконструируемых промышленных предприятий [Текст] /В. А. Давыдов, А. Я. Конторчик, В. А. Шевченко. — М. : Стройиздат, 1997. — 208 с.

4. Гречишкина, Е. В. Формирование и комплексная оценка технологических решений при производстве монтажно-демонтажных процессов [Текст] : автореф. дис. ...канд. техн. наук : 05.23.08 / Елена Валериевна Гречишкина. — К. : КНУБА, 2002. — 21 с.

5. Отчёт № 221/2019-1 (1 этап) по результатам обследования и оценки технического состояния строительных конструкций производственного здания сортопрокатного цеха в осях 193-233 пролёта О-Н с отм. +16,250 м до отм. +20,850 м Филиала № 12 ЗАО «Внешторгсервис». В 3-х т. Т. 1. Общая часть [Текст]. — Алчевск : ГОУ ВПО ЛНР «ДонГТУ», 2019. — 201 с.

© Гречишкина Е. В. © Псюк В. В. © Псюк М. Ю.

Рекомендована к печати к.геол.н., доц., зав. каф. СиА ЛГУ им. В. Даля Горовой Н. А.,

к.т.н., доц., зав. каф. АДиСК ДонГТИ Бондарчуком В. В.

Статья поступила в редакцию 28.11.2022.

PhD in Engineering Grechishkina E. V. (DonSTI, Alchevsk, LPR, e.valerievna@mail.ru),

PhD in Engineering Psiuk V. V. (DonSTI, Alchevsk, LPR, psuk@rambler.ru), Psiuk M. Yu. (DonSTI,

Alchevsk, LPR, psуuk. m@mail. ru)

STUDYING THE DEPENDENCIES BETWEEN FACTORS OF RECONSTRUCTION CONDITIONS AND ITS EFFICIENCY

Studying the influence of reconstruction conditions on its efficiency has been carried out. A system of indicators characterizing the conditions of reconstruction of buildings in metalworking shops, based on the principles of hierarchy and generality, is proposed. The time and complexity of reconstruction depends on the generalized indicator of the conditions of its implementation.

Key words: reconstruction, replacement of coatings, tightness, factors, production conditions, efficiency.