CC BY
8
УДК 69.05
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ С МОНОЛИТНЫМИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ КАРКАСАМИ
Н.С. Курченко*, А.В. Алексейцев**
* ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет» ** ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский московский государственный строительный университет»
Ключевые слова:
календарное планирование, стохастическое моделирование, железобетонные каркасы, управление строительством, надежность возведения. История статьи: Дата поступления в редакцию 08.02.21
Дата принятия к печати 11.02.21
Аннотация.
Предложен подход к оценке вероятности срывов в производстве работ и соответствующих этим срывам потенциальным материальным затратам на основе вычисления устойчивости к отказам для работ на критическом пути. Эти отказы могут быть обусловлены различными причинами, связанными как с доступностью ресурсов, так и с выбранной технологией производства работ. В частности, показывается, что вероятность отклонения от календарного плана может увеличиваться с увеличением числа работ, их трудоемкости или машиноемкости, а также стоимости материалов и производства.
На основе оценки риска материальных потерь для работ на критическом пути делается вывод о целесообразности выполнения работ по рассматриваемому календарному плану.
Введение. Обеспечение надежности организационно-технологических решений при возведении железобетонных каркасов зданий является актуальной задачей, представляющей один из аспектов проблемы, связанной с прогнозированием хода строительного производства [16]. Одной из особенностей календарного планирования в строительстве является возможность осуществления хода работ по различным критическим путям, то есть продолжительность строительства определяется на альтернативной основе несколькими вариантами. Эти варианты могут определяться как выбором технологии производства работ, так и назначением материально-технических ресурсов, необходимых для производства. Поэтому возникает задача обеспечения минимизации рисков, связанных со срывами в работах при условии как наличия, так и отсутствия технологических ожиданий. Для календарных планов с большим числом работ прогноз их продолжительности выполнялся на основе разработки и адаптации стохастических алгоритмов [7-12]. В данной работе предлагается для фиксированной продолжительности работ альтернативных календарных планов оценить потенциальный материальный ущерб при возникновении срывов в сроках производства.
Постановка задачи. Пусть в календарной модели п имеется m критических путей, а каждый путь содержит k работ. Поскольку работа критического пути не имеет общих и частных резервов, то отклонение от сроков, обеспечивающих директивную продолжительность, можно моделировать виртуальным разрывом работы на продолжительность (см. рис. 1).
03
г
м О
-I
м
Э СО
I
га
г .
II
и £
ЗЕ
(С I
х 5
Р 2
« о
Ш * Ш
>: ш
и *
ш
I
-Г
_ т X
ц
*
к
I
Ш
и и т о и
со <
О *
X ш У
а
>
5 I-
и
0
1
*
и 4
Рис. 1. Параметры работы критического пути: исходная работа (а), работа с виртуальным разрывом (б)
Если продолжительность критической работы виртуально увеличивается, то имеет место фиктивный штраф, оцениваемый фиктивным увеличением стоимости работы при сохранении материальных и людских ресурсов, которые на ней задействованы. Считаем, что этот штраф имеет вероятностную природу и связан возможным отказом ресурсов c вероятностью . Тогда для п-той календарной модели можно записать:
икт = ( р + А /t) АС . (1)
Полагая, что наличие действующих ресурсов при производстве работы подчиняется нормальному закону, можно записать
p = 0,5 - Ф(РМ), ßN / SN, SN = JS2(Np) + S2(Nw),
д = Np • (t + At) - Np • t + Nw • (t + At) - Nw • t (2)
A N = t + t '
где Np — число основных рабочих; Nw — число машин; t — продолжительность работы; S(Nр ) , S(Nw ) — средние квадратические отклонения доступности ресурса на работе; ) — интеграл Лапласа от
величины Pn , которую мы будем называть характеристикой надежности ресурсов.
Наиболее надежным считаем тот критический путь, при котором сумма виртуальных штрафов за увеличение продолжительности каждой из работ на некоторый единичный разрыв At является минимальной. При этом в общем случае для нескольких календарных моделей в общем решается следующая экстремальная задача:
^min (3)
n к m
Пример 1. Рассмотрим пример вычисления величины Ukm для одной работы. Пусть работа имеет продолжительность t = 10 дней, виртуальный разрыв At = 1 день, на работе задействована одна строительная машина, работающая безотказно все 10 дней и одна бригада из 8 человек. При этом в 1 из дней работало 6 из 8 человек. Стоимость работы с учетом материалов 250000 рублей. Освоение затрат во времени равномерное.
Величина А^ —
8 • (10 +1) - 8 • 10 1 • (10 +1) -1 -10
10
+
10
0,8 + 0,1 — 0,9. Поскольку машина
работала безотказно все десять дней, £ (Им,) — 0. Вычисляем для основных рабочих:
£(Нр) — ^ 1/Г-Е(щ -щ)2 — ^ 1/10•(9• (8-7,8)2 +1 • (6-7,8)2) — О,6.
Характеристика надежности в^ — 0,9/0,6 — 1,5. Ф(1,5) = 0,4332 . Вероятность отказа р — 0,5 - 0,4332 — 0,0668. При равномерном распределении затрат и А? — 1 величина АС = 0,1С = 25000 руб. икт = (0,0668 +1/10)25000 = 4170 руб.
Пример 2. Рассмотрим возведение каркаса 17-этажного односекционного многоквартирного жилого дома из монолитного железобетона. Площадь типового этажа составляет 600 кв. м. При производстве работ по возведению монолитного железобетонного каркаса делим этаж на два монтажных участка равной величины (см. рисунок 2).
а)
б)
Рис. 2. Производство работ по монтажным участкам: а) I м. у. — монтаж опалубки перекрытия; II м. у. — бетонирование колонн, стен; б) I м. у. — набор прочности бетона перекрытия; II м. у. — армирование перекрытия
Оценим надежность фрагментов календарных планов, моделирующих возведение каркаса для двух этажей здания, с единой продолжительностью (49 дней), но разными критическими
путями (рис. 3, 4). Для этого рассчитаем величину ит для критических работ каждой модели. При выполнении расчетов не будем учитывать такие работы, как «набор прочности бетона, уход за бетоном», рассматривая такую работу как ожидание (технологический перерыв), а также распалубливание конструкций. При производстве всех работ задействован один монтажный кран башенного типа, работающий безотказно рассматриваемые 49 дней. В таблице 1 приведены необходимые исходные данные для выполнения вычислений.
03
г
м О
-I
м
Э СО
I
га
г .
II
и £
ЗЕ
(С I
х 5
Р 2
« о
Ш * Ш
>: ш
и *
ш
I
-Г
_ т X
ц
*
к
I
Ш
и и т о и
со <
О *
X ш У
а
>
5 I-
и
0
1
*
и 4
Ид. Название Названия ресурсов Фе& '21 25 01 08 J. 15 Map '21 22 01 J_ 08 IS | |Аир 21 22 29 05 12
1 Общая продолжительность выполнения работ 49 дней
2 Армирование, монтаж опалубки и бетонирование колонн, внутренних стен, шахты лифта, 1Л бригада 1[14] звено 1[4) 4 дней in mini ниш
3 Набор прочности бетона, уход за бетоном, I.1 Распалубливание колонн и внутренних стен, I.1 ГГ
4 2 дней
5 6 Армирование, монтаж опалубки и бетонирование колонн и внутренних стен, II.1 Набор прочности бетона, уход за бетоном, IIЛ бригада 1[14] звено 1[4] i 4 дней 'i i; I и 3 дне TTintr Й
7 Распалубливание колонн и внутренних стен, II.1 i дней luim
8 Монтаж опалубки, армирование и бетонирование перекрытий, I.1 бригада 2 [Ю] 3 дней
9 Набор прочности бетона, уход за бетоном, I.1 3 дне«
10 Распалубливание перекрытий, I.1 Монтаж опалубки, армирование и бетонирование перекрытий, IL1 звено 2(3] 2 дней 3 дней
11 бригада 2 [10] 4 м \
13 Набор прочности бетона, уход за бетоном, ИЛ Распалубливание перекрытий, ИЛ звено 2[3) 3 дней Tltlinnini
13 2 дней ъ*- 19 дней
14 Монтаж сборных жб Z-образных лестничных маршей, L1 Армирование, монтаж опалубки и бетонирование колонн и внутренних стен, шахты лифта, I.2 звено т бригада 1[14] V внь Т|_ дней
15 4 дней
16 Набор прочности бетона, уход за бетоном, I.2 звено 1[4] 1: ей »1
17 Распалубливание колонн и внутренних стен, I.2 2 дней няч
18 Армирование, монтаж опалубки и бетонирование колонн и внутренних стен, II.2 Набор прочности бетона, уход за бетоном, II.2 бригада 1[14] Дней
19 3 дней
20 21 Распалубливание колонн и внутренних стен, II.2 JÖEfHÜ т 2 дней llil Г11ПГ-
Монтаж опалубки, армирование и бетонирование перекрытий, I.2 бригада 2[10] а 1 дней Ь«!
22 Набор прочности бетона, уход за бетоном, I.2 Здней L
23 Распалубливание перекрытий, I.2 зв ей о 2[3] 2 дней I дней
24 Монтаж опалубки, армирование и бетонирование перекрытий, II.2 бригада 2[Ю| ч |ней IJ—I
25 Набор прочности бетона, уход за бетоном, II.2 Распалубливание перекрытий, II,2 звена 2(3) 3 дней iflfunniq
26 ч ней р"- 4 диеЙ
27 Монтаж сборных жб Z-образных лестничных маршей, L2 Армирование, монтаж опалубки и бетонирование колонн и внутренних стен, шахты лифта, 1.3 Набор прочности бетона, уход за бетоном, 1.3 звено 3[4] бригада 1[14] 1 дней нем ■
28 29 4 дней V
30 Распалубливание колонн и внутренних стен, 1.3 звено 1(4) 2 дней (м
31 Армирование, монтаж опалубки и бетонирование колонн и внутренних стен, 11.3 Набор прочности бетона, уход за бетоном, 11.3 бригада 1[14] звено У*] 4 дней ..............
32 Здкей ШИ
33 Распалубливание колонн и внутренних стен, 11.3 2 дней ПГПГРПГ
34 Монтаж опалубки, армирование и бетонирование перекрытий, 1,3 бригаде 2[1С] * 1 дней
35 Набор прочности бетона, уход за бетоном, 1.3 Эдн« ч 1 5 дней
36 Монтаж опалубки, армирование и бетонирование перекрытий, 11,3 Набор прочности бетона, уход за бетоном, 11,3 бригада 2 [10] 1 IIIHIb
37 3 дней ■внм
Рис. 3. Представление календарной модели №1 возведения монолитного железобетонного каркаса здания в виде диаграммы Ганта
Г) s n ч № Z X
о-
№
4 № X X
о ь о
п
5 S
■о W
00
^^
м о м
к
то
b
fei то
ж
С1/
ж §
is
о
С1/ §
С ^
tso оа о
<м оа то
то то
С1/
к а
а
ж
ж §
§
то О то
о ж ж о
X а
то
а и
а
ж §
П.
о — Ч W
«II g1^ 1
? I £
2 Ii
i • §
О да
М-
3 1
1 I I I
< о < о
К о к а
I | £ |
Qj 'S Ш ГО
i 3
> ä 2
1 Я 2
и £ о
S- S |
I*
а с-
Я °
-<_ - L_l ^ LJ
| ¡»а х ^ |
5J I
I* 1
2 I I
1 I =
I J
3 м а,
>iä
я —
Ss
t I
11 ш У s
WTS В
MI
i з !
Mi
; 9 ' p | |
ч£ • EU
5 К» "SI к i
3
I
а» ><
I
в
X
9 —
X _
И
I
1} = 1 .« S
— з
I
г s I I
2 Ii
о = Э
3
i 1
«II № 3 8
1 II
i
I i
о —
з -
I 1
О (р
Ii
э i
= к
р в
г
3 S 3 s
I
i I i »
f 3
-« 3
— I
- _
: I S s
s ^ в
] Ш I
■Sä £ S
О a £ I
О п> i т
S1
w
r
1
i
1
r
Kl il
1,
1
r!
i
Г
vi,
W
4
%
г
n
ь ?
X о TJ
LJ
L
H.C. КУРЧЕНКО, A.B. АЛЕКСЕИЦЕВ. Методика оценки надежности возведения жилых зданий с монолитными...
BUILDING
В
СТРОИТЕЛЬСТВО
Таблица 1
Исходные данные по моделям для расчета величины штрафа
Календа шая модель №1 Календа эная модель №2
№ критической работы t Д Количество рабочих по дням, чел. Д № критической работы t Д Количество рабочих по дням, чел. Д
2 4 0,1 2(14); 2(12) 180 2 4 0,1 2(14); 2(12) 180
5 4 0,1 2(14); 1(13); 1(12) 180 5 4 0,1 2(14); 1(13); 1(12) 180
11 3 0,1 2(10); 1(8) 120 11 3 0,1 2(10); 1(8) 120
18 4 0,1 1(14); 2(13); 1(12) 180 15 4 0,1 2(14); 2(12) 180
24 3 0,1 1(10); 1(9); 1(8) 120 18 4 0,1 2(14); 1(13); 1(12) 180
31 4 0,1 2(14); 2(12) 180 24 3 0,1 2(10); 1(8) 120
36 3 0,1 2(10); 1(8) 120 28 4 0,1 2(14); 1(13); 1(12) 180
- - - - - 31 4 0,1 2(14); 2(12) 180
- - - - - 36 3 0,1 1(10); 1(9); 1(8) 120
* 2(14); 2(12) означает что в критической работе №2 в течение 2-х дней работают 14 человек, а в течение следующих 2 дней — 12 человек; отсутствие 2 человек вызвано случайными причинами.
Для календарной модели №1 величина Ukm =145,6 тыс. рублей, для календарной модели №2
Um =193,3 тыс. Таким образом, первый фрагмент календарного моделирования возведения 2-этажной части каркаса имеет более высокую надежность, поскольку случайные отклонения в критических работах приводят к меньшему суммарному потенциальному ущербу.
Вывод. Разработана методика оценки надежности календарного планирования на основе принципа виртуального увеличения критического пути с использованием в качестве критерия оптимальности минимума возможных стоимостных потерь, связанных с отказом трудовых и материальных ресурсов. Предложенная методика может использоваться для повышения безопасности принятия решений при формировании альтернативных технологических схем производства работ в строительстве.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лапидус А.А. Влияние современных технологических и организационных мероприятий на достижение планируемых результатов строительных проектов // Технология и организация строительного производства. 2013. № 2 (3). С. 1.
2. Олейник П.П. «Организация строительного производства» Научное издание. М.: Изд-во АСВ, 2010. 576 с.
3. Синенко С.А., Мирошникова И.М. Формирование системы критериев комплексной оценки технологического уровня обеспечения строительства многоэтажных зданий // Системные технологии. 2018. № 2 (27). С. 69-73.
4. Курченко Н.С. Выыбор организационно-технологических решений для объектов строительства с учетом случайных факторов // Системные технологии. 2018. № 2 (27). С. 64-69.
5. Petrochenko, M.V., Velichkin, V.Z., Kazakov, Y.N., Zavodnova, Y.B. Reliability assessment of the construction schedule by the critical chain method. Magazine of Civil Engineering. 2018. 81(5). Pp. 25-31. doi: 10.18720/MCE.81.3.
6. Синенко С.А., Мирошникова И.М. Внедрение методики оценки поставщиков как один из способов сокращения сроков строительства // Системные технологии. 2018. № 2 (27). С. 14-19.
7. Алексейцев А.В. Оптимальный структурно-параметрический синтез систем усиления металлических ферм // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2014. № 2. С. 37-46.
8. Тамразян А.Г., Алексейцев А.В. Оптимальное проектирование несущих конструкций зданий с учетом относительного риска аварий // Вестник МГСУ 2019. Т. 14. № 7. С. 819-830.
9. Курченко Н.С. Организация производства работ по реконструкции комплекса зданий на основе вероятностной календарной модели // Системные технологии. 2018. № 3 (28). С. 82-87.
10. Alekseytsev A.V., Gaile L., Drukis P. Optimization of steel beam structures for frame buildings subject to their safety requirements // Magazine of Civil Engineering. 2019. № 7 (91). С. 3-15.
11. Курченко Н.С., Алексейцев А.В. Оценка организационной надежности календарного моделирования строительного производства // Системные технологии. 2020. № 2 (35). С. 13-18.
12. Alekseytsev A.V., Al Ali M. Optimization of hybrid i-beams using modified particle swarm method // Magazine of Civil Engineering. 2018. № 7 (83). С. 175-185.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Н.С. Курченко, А.В. Алексейцев. Методика оценки надежности возведения жилых зданий с монолитными железобетонными каркасами. — Системные технологии. — 2021. — № 38. — С. 37—43.
METHODOLOGY OF ORGANIZATIONAL AND TECHNOLOGICAL RELIABILITY ASSESSMENT FOR CONSTRUCTION OF RESIDENTIAL BUILDINGS WITH MONOLITHIC REINFORCED CONCRETE FRAMES
Kurchenko N.S.*, Alekseytsev A.V.**
* Bryansk State University of Engineering and Technology
** Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)
Abstract.
An approach is proposed to assess the probability of disruptions in the production of work and the potential material costs corresponding to these disruptions on the basis of calculating the resilience to failures for works on the critical path. These failures can be due to various reasons related to both the availability of resources and the chosen technology for the production of work. In particular, it is shown that the probability of deviation from the schedule can increase with an increase in the number of jobs, their labor intensity or machine intensity, as well as the cost of materials and production.
Based on the assessment of the risk of material losses for work on the critical path, a conclusion is made about the advisability of performing work according to the considered schedule.
Key words.
scheduling, stochastic modeling, reinforced concrete frames, construction management, erecting reliability. Date of receipt in edition: 08.02.21 Date o f acceptance for printing: 11.02.21
z
H Û -I H
D
CÛ
i
ra
h и £
s
П
« о
2 >s s
I
ra m
X ç
Si S
cû
Ш
>S Ш
и *
Ш
CQ <
О *
X ш У
a
>
к s
I
<u
<u u m о u
s
H
и
0
1
£ и 4
