CC BY
82
УДК 693.5:725
ФОМИН Н. И. ИСАЕВ А. П.
Комплексный подход к повышению эксплуатационных качеств монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий
Фомин
Никита
Игоревич
старший преподаватель кафедры «Строительного производства и экспертизы недвижимости» УрФУ
e-mail: [email protected]
Исаев
Александр
Петрович
доктор экономических наук, доцент, профессор кафедры «Систем управления энергетикой и промышленными предприятиями УрФУ
e-mail: [email protected]
В работе предложен комплексный подход к повышению эксплуатационных качеств монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, реализуемый путем выделения приоритетных задач, которые совместно решаются разными участниками жизненного цикла здания. Специфика подхода связана с совершенствованием ключевых параметров эксплуатационных качеств путем реализации потенциала, представляемого в матричной форме.
Ключевые слова: эксплуатационные качества, гражданское здание, комплексный подход, жизненный цикл здания.
FOMIN N. I.
ISAEV A. P.
COMPLEX APPROACH TO INCREASE OF OPERATIONAL QUALITIES OF MONOLITHIC AND PREFABRICATED MONOLITHIC CIVIL BUILDINGS
The complex approach to increase of operational qualities of the monolithic and prefabricated monolithic civil buildings, realized by allocation of priority problems which in common are solved by different participants of life cycle of the building is offered. Specifics of approach is connected with improvement of key parameters of operational qualities by realization of the potential represented in a matrix form.
Keywords: operational qualities, civil building, complex approach, life cycle building.
Для обеспечения возможности существенного повышения эксплуатационных качеств (ЭК) гражданских зданий необходимы новые методические подходы, которые позволяют реализовать качественные изменения на всех этапах жизненного цикла здания с максимальным вкладом в желательный результат всех его участников. Одним из вариантов решения данной задачи является комплексный подход (КП). Он является методической основой системного инжиниринга, получившего в последнее время широкое распространение в лучших бизнес-проектах в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности [1].
В данной работе в качестве объектов рассматриваются жилые многоквартирные здания с монолитным и сборно-монолитным железобетонным каркасом, которые стали домини-
рующими строительными системами практически во всех городах Уральского региона.
Методология комплексного подхода нашла широкое применение в исследовании и улучшении процессов на этапах жизненного цикла строительных объектов. В организации качественного строительства, например жилищного, комплексный подход заключается в обеспечении необходимых объемов и качества строительства на всех стадиях инвестиционного этапа [2], что стимулирует рост потребительской привлекательности жилья и активность инвесторов и застройщиков на рынке. В экономических исследованиях развития строительного предприятия под комплексным подходом понимается управление процессами обеспечения его жизнедеятельности на разных этапах жизненного цикла [3], во многом определяющее жизнеспособность предприятий в рыночных
© Фомин Н. И., Исаев А. П., 2014
75
Иллюстрация 1. Общая схема реализации комплексного подхода
условиях. В вопросах оптимизации организационно-технологических решений под комплексным подходом понимается согласованность их экономических и технических параметров [4]. В организации подготовки строительства комплексный подход заключается в совместном решении спектра задач, относящихся как к общим вопросам инженерной подготовки строительного производства, так и к локальным вопросам подготовки конкретных подразделений строительного предприятия [5]. Таким образом, применение комплексного подхода в строительстве, как правило, связывают с совершенствованием организационных, технологических, экономических и других процессов по отношению к конкретному объекту на всех этапах его жизненного цикла с учетом технических и экономических требований. Авторы понимают комплексный подход как процесс управления жизненным циклом строительного объекта, в котором выделяются приоритетные задачи и выявляется разносторонний потенциал повышения эффективности их решения за счет использования методов и инструментов участников цикла. Общая схема реализации комплексного подхода показана на Иллюстрации 1.
Возможности комплексного подхода в повышении ЭК монолитных гражданских зданий связаны с улучшением параметров ЭК на всех
этапах жизненного цикла здания при оптимальном соотношении технико-экономических показателей их получения участниками цикла.
Из данного нами определения следует, что для первого этапа реализации комплексного подхода все ЭК здания необходимо структурировать таким образом, чтобы имелась возможность:
• оценки потенциала повышения ЭК;
• определения зон влияния и ответственности каждого участника строительства за конкретные ЭК;
• определения аспектов взаимодействия участников строительства для повышения ЭК.
Для реализации комплексного подхода в разработке предложений по совершенствованию ЭК важно конкретизировать их понимание. Существующий подход к понятию ЭК зданий определяет их как:
• отличия и особенности, характеризующие здание, а также социально-потребительскую и экономическую эффективность его функционирования [6];
• фактические физико-технические и технологические качества зданий, сооружений, их элементов
[7].
В коллективной работе под редакцией В. А. Рогонского [8] эксплуатационные показатели здания определены как совокупность технических, объемно-планировочных, санитар-
но-гигиенических, экономических и эстетических характеристик здания.
В указанных определениях акцент делается на основах ЭК и на их разносторонности. Вместе с тем понятно, что суть ЭК связана с тем, насколько они обеспечивают процесс использования здания по его назначению. Поэтому ЭК жилого здания авторы определяют как совокупность его параметров, имеющих потребительскую ценность, выраженную, прежде всего, в безопасном, комфортном и экономичном использовании данного здания, а также в обслуживании с аналогичными характеристиками.
В результате анализа опыта проектирования, строительства и эксплуатации монолитных и сборномонолитных гражданских зданий разработана структура ЭК, в основе которой можно выделить две группы характеристик: технико-экономические и инженерно-функциональные ЭК. В первую группу (инвестиционный этап) входят стоимостные показатели, а также затраты времени, трудоемкость, материалоемкость и т. д., относящиеся к ресурсам, необходимым для реализации ЭК на этапах жизненного цикла. Качества второй группы (эксплуатационный этап) регламентируются нормами, определяются проектом и характеристиками производственно-технологического процесса, хотя их реальные параметры становятся известны потребителю только во время эксплуатации. Название и содержание второй группы ЭК отвечают требованиям схемы формирования субъективных предпочтений потребителей услуг (или приобретателей жилья) для гражданских зданий, предложенной в коллективной работе специалистов из Московского государственного строительного университета [9].
Все параметры, отнесенные ко второй группе, разделены на пять основных интегральных ЭК: надежность; безопасность; ресурсоэффективность; функциональность; комфортность и санитария. В целом все интегральные инвестиционно-функциональные качества содержат 19 конкретных ЭК, каждое из которых обладает несколькими параметрами.
На втором этапе реализации комплексного подхода определены узловые инженерно-функциональные ЭК (далее просто ЭК) и их ключевые параметры. По мнению авторов, узловыми ЭК следует считать те, которые имеют наибольшее количество связей с другими. Крите-
Таблица 1. Матрица взаимодеиствия для улучшения параметра ЭК — защитный слои бетона
Инициатор Реализатор
De Be Pe Oe Сe
dp — 1 1* 0 0
Bp 1 — 1* 0 0
Pp 1* 1* — 0 0
Op 1 1 0 — 0
Примечание: * отмечены связи для сборных железобетонных конструкций.
рием связи между ЭК будем считать повышение (улучшение) всех взаимосвязанных ЭК в группе при улучшении хотя бы одного ЭК из этой группы. Для определения узловых качеств был использован метод теории графов, позволяющий построить и проанализировать модель системы ЭК, содержащей бинарные отношения. В результате узловыми ЭК были признаны качества, имеющие в совокупности связи со всеми ЭК. Среди них оказались: прочность и устойчивость конструкций; долговечность конструкций; экономичность эксплуатационных расходов и др. Аналогично, т. е. по критерию свя-зеобразования, проанализированы параметры узловых ЭК. Ключевыми признаны параметры, которые имели в совокупности связи со всеми остальными параметрами в объеме узловых качеств. Таких параметров узловых ЭК оказалось семь: деформации и проектное расположение конструкций; расположение арматуры и закладных деталей; защитный слой бетона; межремонтный период и вероятность безотказной работы конструкций; технический уровень инженерных систем. Детальное описание последовательности и содержания структурного анализа ЭК для монолитного гражданского здания представлено в статье [10]. Таким образом, на данном этапе реализации комплексного подхода были проранжированы ЭК и определены те их параметры, которые необходимо совершенствовать в первую очередь.
Третий этап комплексного подхода заключается в определении потенциала возможностей для комплексного повышения, прежде всего, ключевых параметров ЭК в результате оценки взаимодействий между заинтересованными сторонами. Согласно концепции жизненного цикла здания выделены следующие участники его реализации: проектировщик (designer — D); строитель (builder — B); представитель предприятий строительной индустрии (producer — P); эксплуатационник (operator — O); потребитель (consumer — C). Авторы намеренно не отметили таких важных участников инвестиционного этапа, как инвестор (investor) и заказчик (customer), поскольку их деятельность связана, прежде всего, с совершенствованием технико-экономических ЭК, что выходит за рамки данной работы.
Таким образом, мы рассматриваем спектр взаимодействий между тремя основными фазами цикла:
проектирование, производство (строительство) и эксплуатация. Каждое взаимодействие отобранных участников, направленное на повышение определенного параметра ЭК, можно оценить как бинарную связь и представить в матричной форме. В таком взаимодействии выделим сторону, инициирующую изменение, и сторону, его реализующую. Обозначим инициирующую сторону индексом р, а реализующую индексом е (от англ. pioneer и executor). Взаимодействие (бинарную связь) между сторонами предлагается оценивать на 0 или 1. Если возможно взаимодействие между инициатором и реализатором, которое позволит повысить (улучшить) данный параметр, то в ячейку матрицы, образованной на пересечении строки (инициатора) и столбца (реализатора), выставляется 1, в противном случае 0. Для примера в Таблице 1 представлена матрица взаимодействий для реализации комплексного улучшения ключевого параметра ЭК — защитный слой бетона. Случай, когда участник цикла выступает одновременно в роли инициатора и реализатора, мы не рассматриваем, поскольку самосовершенствование является постоянной задачей любого участника профессионального сообщества и может быть вынесено за рамки комплексного подхода.
Матричное представление спектра взаимодействий позволяет выявить как явные связи Dp ^ Be, так и неявные, например, Op ^ Be, которые могут быть реализованы только при определенных обстоятельствах. Общий потенциал взаимодействий для комплексного повышения параметра можно определить, просуммировав все ячейки матрицы. Возможности участника процессов совершенствовать параметр ЭК в качестве инициатора оценивается по сумме значений в соответствующей строке, а в качестве реализатора по сумме значений в столбце.
Выстраивая матрицы взаимодействия по параметру ЭК, мы опреде-
ляем приоритеты по возможностям его комплексного совершенствования за счет взаимодействия участников жизненного цикла здания. Кроме этого, матрица позволяет установить потенциальные роли для каждого из них.
Для каждого ключевого параметра ЭК были построены матрицы взаимодействий и определен общий потенциал взаимодействий участников, а также дана оценка возможностей для улучшений конкретного параметра участником цикла, выполняющего роли инициатора и реализатора. Полученные значения проранжированы и сведены в Таблицу 2.
Из Таблицы 2 видно, что наибольшим потенциалом улучшения обладают следующие параметры ЭК: вероятность безотказной работы конструкций; деформации и межремонтный период конструкций, а также технический уровень инженерных систем, поскольку они позволяют максимально привлечь всех заинтересованных участников строительства как в роли инициатора, так и исполнителя. Также следует отметить, что для сборно-монолитных конструкций потенциал улучшения выше по следующим параметрам ЭК: расположение арматуры и закладных деталей, проектное положение конструкций и защитный слой бетона, поскольку здесь имеется возможность дополнительного улучшения качества со стороны производителя сборных конструкций. Таким образом, потенциал возможностей для комплексного повышения ЭК для сборно-монолитного домостроения выше, чем у монолитного.
Покажем возможности реализации комплексного подхода в повышении ЭК при возведении гражданских монолитных и сборно-монолитных зданий на примере устройства слоистых ненесущих наружных стен.
В практике проектирования и возведения гражданских монолитных и сборно-монолитных зданий
Таблица 2. Оценка потенциала возможностей для комплексного улучшения ключевых параметров ЭК
Ключевой параметр ЭК Общий потенциал улучшения Индивидуальный потенциал улучшения по участникам цикла
!3р/ 1Эе вр/ ве Рр/Ре 0р/0е Ср/Се
Вероятность безотказной работы конструкций 20 4/4 4/4 4/4 4/4 4/4
20* 4*/4* 4*/4* 4* /4* 4*/4* 4*/4*
Деформации конструкций 20 4/4 4/4 4/4 4/4 4/4
20* 4*/4* 4*/4* 4* /4* 4*/4* 4*/4*
Межремонтный период конструкций 20 4/4 4/4 4/4 4/4 4/4
20* 4*/4* 4*/4* 4* /4* 4*/4* 4*/4*
Технический уровень инженерных систем 20 4/4 4/4 4/4 4/4 4/4
20* 4*/4* 4*/4* 4* /4* 4*/4* 4*/4*
Расположение арматуры и закладных деталей 6 1/3 1/3 0/0 2/0 2/0
12* 2*/4* 2*/4* 2*/4* 3*/0 3*/0
Проектное расположение конструкций 6 1/0 2/3 0/0 2 / 1 1/2
12* 2*/ 1* 3*/4* 2*/4* 3*/ 1* 2*/2
Защитный слой бетона 6 1/3 1/3 0/0 2/0 2/0
10* 2*/4* 2*/4* 2*/2* 2* / 2* 2*/0
Примечание: * отмечены связи для сборных железобетонных конструкций.
кладку. При распространенном, назовем его линейным, подходе в обеспечении ЭК проектировщики определяют марку гибкой связи, шаг ее размещения и реже глубину заделки анкера в кладку и показывают данные параметры на соответствующих узлах в кладочных чертежах. Гибкая связь является важным элементом кладки, во многом определяющим такие ключевые параметры ЭК, как вероятность безотказной работы конструкции стены, ее деформативность (для наружной кирпичной версты), а также межремонтный период всей стены. Следовательно, базовым элементом в повышении ЭК является взаимодействие Dp ^ Be. На практике такого взаимодействия часто не происходит, поскольку, как показывает проведенный авторами и другими исследователями анализ рабочей документации многих монолитных и сборно-монолитных жилых зданий, возводимых в Екатеринбурге, проектировщики не указывают, в частности, как именно следует располагать полиамидный анкер связи в кирпичной кладке. Здесь возможны следующие варианты: установка анкера в растворный шов во время кирпичной кладки; в растворный шов после ее окончания; также возможны установка в тело кирпича с попаданием в пустоту или размещение анкера между пустотами.
Иллюстрация 2. Этапы и процессы реализации комплексного подхода в повышении эксплуатационных качеств монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий
большое распространение получили ненесущие наружные стены из трехслойной кладки. В Екатеринбурге наиболее известен вариант стены с внутренним слоем из мелкоштучных газобетонных блоков автоклавного твердения, средним слоем из фасадного минераловатного утеплителя и наружным слоем
из облицовочного, чаще силикатного, пустотного кирпича. Для обеспечения совместной работы внутренний и наружный слои соединены между собой гибкими связями. Широкое применение нашли гибкие связи из стеклопластиковых строительных дюбелей с полиамидным анкером, который закладывается в кирпичную
С целью исследования возможности реализации комплексного подхода при участии одного из авторов, по инициативе одной крупной строительной фирмы г. Екатеринбурга, был проведен комплекс испытаний несущей способности гибких связей в кладках из различных материалов
[11]. Установлено, что максимальная несущая способность полиамидного анкера на вырыв наблюдается при его установке в тело кирпича между пустотами. На следующем этапе, для реализации измененных проектных решений по устройству связей, была разработана детальная технологическая карта, предусматривающая установку гибких связей для обеспечения повышенных ЭК слоистой стены. Для возможности качественного сверления отверстий в кирпиче (улучшения ключевого параметра ЭК — проектное положение) под анкер, а также обеспечения технологической надежности данного процесса был разработан шаблон
[12]. Параллельно с этим строительная организация согласовала с кирпичным заводом уменьшение объема пустот в облицовочном кирпиче. Среди дальнейших шагов по совершенствованию ЭК слоистой кладки инициативная группа строительной фирмы предложила управляющей компании, тесно сотрудничающей с ней, разработку регламента по восстановлению ЭК слоистых стен с гибкими связями во время их эксплуатации. Таким образом, даже в случае начальной реализации комплексного подхода, а именно, взаимодействий: Dp ^ Ве; вр ^ ^; ^ ^ ре; вр ^ ре; вр ^ ^ мы можем ожидать существенного улучшения четырех указанных выше ключевых параметров ЭК.
В целостном виде схема реализации комплексного подхода в повышении ЭК монолитных и сборномонолитных гражданских зданий представлена на Иллюстрации 2.
Как видно из проведенного анализа, комплексный подход может рассматриваться как способ управления жизненным циклом строительного объекта, в котором выделяются приоритетные задачи, и в них выявляется разносторонний потенциал повышения эффективности, реализуемый за счет методических и ресурсных возможностей участников цикла. Использование предлагаемого варианта реализации комплексного подхода является наиболее приемлемым для крупных строительных организаций, имеющих в составе проектные и строительные подразделения, а также собственные предприятия строительной индустрии.
Заключение
Использование комплексного подхода в повышении ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий позволяет:
1 оптимизировать процесс улучшения всего комплекса ЭК за счет выделения ключевых параметров узловых качеств;
2 повысить рациональность использования ресурсов в процессе решения задачи совершенствования ЭК вследствие определения приоритетов в решении;
3 более четко обозначить и усилить зоны ответственности участников жизненного цикла за конкретные ЭК здания;
4 определить направления и характер взаимодействий между участниками жизненного цикла для работы над совершенствованием всего комплекса ЭК, которые обеспечивают высокую результативность.
Список использованной литературы
1 Стасинопулос П., Смит М. Х., Харгроувс К. и др. Проектирование систем как единого целого. Интегральный подход к инжинирингу для устойчивого развития: пер. с англ. М., 2012.
2 Теличенко В. И., Лейбман М. Е., Гинзбург А. В. Комплексный подход к решению проблемы организации жилищного строительства в Росссийской Федерации // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 12. С. 3-5.
3 Бузырев В. В., Строкин К. Б., Черепаченко Н. В. Методология комплексного подхода к управлению развитием строительных предприятий в условиях экономического спада // Известия ИГЭА. 2009. № 2 (64). С. 76-81.
4 Герасимов В. В., Кузнецов С. М., Коробова О. А. и др. Комплексный подход к оптимизации организационно-технологических решений в строительстве // Известия вузов. Строительство. 2010. № 3. С. 61-68.
5 Калачев В. Л., Керимов Ф. Ю., Акопян А. Н. и др. Методологические основы совершенствования организационно-технологических процессов качественной подготовки строительного производства // Оборонный комплекс — научно-техническому прогрессу России. 2006. № 2. С. 85-88.
6 Строительное производство : энциклопедия/ гл. ред. А. К. Шрейбер. М., 1995.
7 Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений : справ. пособие/под ред. М. Д. Бойко. М., 1993.
8 Рогонский В. А., Костриц А. И., Шеряков В. Ф. и др. Эксплуатационная надежность зданий и сооружений. СПб., 2004.
9 Ершов М. Н., Баженов И. А., Еремин Д. В. и др. Организационно-технологические решения при реконструкции общественных зданий, находящихся в режиме эксплуатации. М., 2013.
10 Фомин Н. И., Исаев А. П. Структурный анализ параметров эксплуатационных качеств монолитных гражданских зданий // Вестник гражданских инженеров. 2013. № 2 (37). С. 130-140.
11 Фомин Н. И., Бернгардт К. В. Конструктивно-технологические решения устройства гибких связей в слоистой кладке стен монолитных гражданских зданий // Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции : материалы I Междунар. (VII Всерос.) конф. 14-15 ноября 2012 г. Чебоксары, 2012. С. 68-71.
12 Патент № 131035 Российская Федерация, МПК Е04 G 21/ 18. Шаблон для сверления отверстий при установке гибких связей в слоистой кладке / Н. И. Фомин, К. В. Бернгардт. № 201251814/03; заявл. 03.12.2012; опубл. 10.08.2013, Бюл. № 22.
