CC BY
15------ЖИЛИЩНОЕ ' —
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624.05
С.А. СЫЧЕВ, канд. техн. наук ([email protected]), Г.М. БАДЬИН, д-р техн. наук, Ю.Н. КАЗАКОВ, д-р техн. наук, Д.Т. КУРАСОВА, инженер
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4)
Теоретико-игровой подход к проектированию высокоскоростной технологии монтажа зданий
Разработан теоретико-игровой подход к решению практических задач строительного производства, позволяющий учесть особенности реальных ситуаций, связанных с различной вероятностью выполнения технологических операций при строительстве зданий из модулей. Принятие оптимального решения зависит от многих факторов и условий производства работ, в том числе: от применяемых материалов, конструкций, средств механизации, методов и способов производства работ, организации труда на строительной площадке. Предложена имитационная теоретико-игровая модель анализа производственных ситуаций в технологии и организации модульного строительства, в которой состав и очередность работ могут быть изменены при моделировании процессов модульного строительства с элементами различной технологической структуры.
Ключевые слова: быстрая сборка, унифицированные модульные конструкции, предварительно изготовленные на заводе, быстровозводимые модульные здания, высокая скорость строительства.
S.A. SYCHEV, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]), G.M. BADJIN, Doctor of Sciences (Engineering), Y.N. KAZAKOV, Doctor of Sciences (Engineering), D.T. KURASOVA, Engineer Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (4, 2-ya Krasnoarmeyskaya Street, 190005, Saint-Petersburg, Russian Federation)
Game-Theoretic Approach to the Design of High-Speed Installation Technology of Buildings
The game-theoretic approach to the solution of practical problems of construction industry, which makes it possible to consider the features of real situations with different probability of execution of technological operations when constructing buildings of modules, has been developed. The adoption of an optimal solution depends on many factors and production conditions of work, including applied materials, structures, means of mechanization, methods and ways of production, organization of labor at the construction site. A simulation game-theoretic model of the analysis of production situations in the technology and organization of modular construction, in which the composition and sequence of works can be changed during the simulation of modular construction process with elements of various technological structures, is proposed.
Keywords: quick build, unified modular constructions, prefabricated in the factory, pre-fabricated modular buildings, high speed of construction.
Прорыв в технологии монтажных работ возможен только на основе внедрения новых и реализации плодотворный идей, связанных с появлением новых материалов, конструкций модулей, новых монтажных машин и роботов, новых методов производства монтажных работ и организации труда на строительной площадке. Внедрение интенсивных технологий на базе передовой техники, роботов, прогрессивных технологических процессов и гибких технологий производства монтажных работ позволяет создавать принципиально новые ресурсоэнергосберегающие, безотходные, малооперационные эффективные технологии.
Актуальность рассматриваемых вопросов подчеркивается наличием серьезных недостатков в строительстве зданий из модулей, связанных с незавершенной проработкой индустриальных методов и способов монтажа модулей, отсутствием на стройках перспективных средств механизации и автоматизации монтажа модулей [1-15].
Авторы считают, что такой научнообоснованной базой, способной дать надежную основу и методологию проектирования рациональных процессов строительства зданий из модулей, может и должен быть развернутый анализ взаимоувязанных факторов строительного производства, которые в своей совокупности определяют уровень эффективности технологий строительства зданий из модулей.
12'2015 ^^^^^^^^^^^^^
Разработан теоретико-игровой подход к решению практических задач строительного производства, позволяющий учесть особенности реальных ситуаций, связанных с различной вероятностью выполнения технологических операций при высокоскоростном строительстве зданий из модулей. Принятие оптимального решения зависит от многих факторов и условий производства работ, в том числе: от применяемых материалов, конструкций, средств механизации, методов и способов производства работ, организации труда на строительной площадке.
Поскольку сложные системы в строительстве имеют иерархическую структуру с различным числом уровней и отличаются между собой целевой функцией (критерием функциональной эффективности), то системная оптимизация при поиске наилучших решений должна быть многоуровневой и многокритериальной, учитывающей связи в структурной и функциональной подсистемах. Однако достаточно полный учет этих связей остается пока за пределами наших возможностей из-за трудностей в переработке большого количества информации. В настоящее время появились новые технические средства, создаются автоматизированные банки информации, накапливаются статистические данные о связях в сложных строительных системах, появляется возможность быстро обрабатывать большое ко- 9
Организация
строительного производства
Н|Н
I
Б/У = 4,13
о
Щху-х^О,
(1)
при которых целевая функция В получила бы экстремальное значение:
(2)
Б/У = 3,25
Б/У= 2,5
Б/У = 4,13
Рис. 1. Модель теоретико-игрового анализа и принятия решения при высокоскоростном строительстве зданий из модулей: А — грунтовые условия; Б — производственные ситуации; В — варианты конструкций зданий из модулей; Г — варианты технологических решений; Д— варианты механизации работ; Е — варианты контроля качества; З — готовое модульное здание
личество информации с помощью суперкомпьютеров. Таким образом, к настоящему моменту времени сформировались необходимые предпосылки и условия для осуществления системной оптимизации. Практическая реализация может быть следующая.
Классическая задача оптимизации сводится к поиску параметров системы, описываемой математической моделью связи между элементами вида:
где I = 1, ..., п - количество элементов в системе.
Выявление аналитической связи вида (1) между элементами многоуровневой системы во многих случаях весьма трудоемко, сложно и не всегда целесообразно. Значительно проще разработать альтернативные варианты элементов в системе, оценить их по критерию (2) и затем осуществить синтез системы из отобранных элементов, что и делается на практике. Хотя и в такой постановке задача остается достаточно сложной и трудоемкой, методиче-
Рис. 2. Отношение площади ограждающих конструкций к объему строения
ски решить ее можно, используя методы системного анализа, в следующем порядке:
1) сформулировать задачу поиска оптимального решения;
2) выявить элементы системы - все факторы, по предварительным соображениям влияющие на конечный результат;
3) построить альтернативное дерево целей с учетом достаточно большого количества вариантов для всех уровней иерархии;
4) определить критерии системной оптимизации для оценки альтернативных решений;
5) произвести оценку альтернатив в древе целей и отсечь лишние ветви (варианты), оставив необходимые;
6) на основе полученного древа целей произвести синтез системы, т. е. сформулировать принятое решение для всей задачи.
Предложена имитационная теоретико-игровая модель анализа производственных ситуаций в технологии и организации высокоскоростного строительства зданий из модулей, в которой состав и очередность работ могут быть изменены при моделировании процессов выполнения модульного строительства с элементами различной технологической структуры (рис. 1, 2).
Постановка задачи связана с определением рациональной технологии высокоскоростного строительства зданий из модулей с минимальной трудоемкостью 0 (продолжительностью работ Т), если возможна реализация различных технологий по элементам Л. — Е] в нескольких вариантах с вероятностью выполнения операций Р.. и коэффициентом трудоемкости работ К..
Экономии добиваются за счет: унификации, облегчения, сборности, комплектации узлов и деталей; совершенствования конструктивных решений; уменьшения допустимых отходов; оптимизации производства деталей; архитектурному планированию решений, монтажа эффективного инженерного оборудования и систем электро-, водо-, газо-, теплоснабжения, водоотведения, вентиляции; утилизации отходов; внедрения информационно-автоматизированных систем управления жилых домов.
Например, основные принципы проектирования энергетически эффективного дома - это максимальное использование выделяемой внутри его тепловой энергии и максимальная защита от потерь тепла через наружные поверхности и вентиляцию, применение альтернативных источников энергии.
Следует заметить, что для обогрева дома, который считается дешевым в эксплуатации, может понадобиться либо 70, либо всего лишь 15 кВт/(м2/год). Дома, отвечающие первому, более высокому уровню расхода энергии, называются энергосберегающими, или энергоэффективными. Их разновидностью являются пассивные дома, уровень энергии которых не превышает 15 кВт/(м2/год).
10
12'2015
И|Н
I
Organization of construction works
В условиях климата с низкими отрицательными температурами, присущего большей части нашей страны, следует уделять внимание тому, насколько здание подвержено отдаче тепла.
Например, с помощью объемно-планировочных решений удается значительно снизить теплопотери. Отношение площади ограждающих конструкций к объему строения (так называемый «коэффициент подверженности» S/V) влияет на энергетическую эффективность здания. Чем меньше отношение площади ограждающих конструкций к объему, тем менее подвержено здание влияниям климата (рис. 2).
Проектирование с использованием принципов устойчивого строительства происходит при постоянном взаимодействии специалистов, отвечающих за архитектурные, конструктивные решения, «зеленые» технологии начиная с момента зарождения концепции. Это обусловлено интеграцией составляющих для получения наибольшего эффекта от принятых мероприятий.
Цель процесса - найти оптимальное сочетание решений, которое позволит создать здание с максимально возможным соответствием экостандартам, учитывая природно-климатические условия местности, функциональное назначение, архитектурные предпочтения и требования нормативных документов.
Следует заметить, что, стремясь достичь наилучшего результата по каждому из требований, но при этом не рассматривая их в совокупности, можно столкнуться с рядом противоречий.
Например, для сокращения теплопотерь необходима наиболее компактная форма и минимальный процент остекления. В то же время, чтобы обеспечить благоприятный микроклимат, следует стремиться к большим световым проемам, так как естественное освещение положительно сказывается на психоэмоциональном состоянии человека.
Разрешить противоречия подобного рода возможно, если обратиться к решению каждого вопроса как части общего, т. е. найти оптимальное сочетание конкретно в данном случае.
Основные принципы устойчивого строительства заложены в международных системах экологических сертификаций.
На сегодняшний день в России начато внедрение трех лидирующих международных стандартов, по которым определяют экологическую эффективность зданий, - BREEAM, LEED и DGNB.
Разработкой и внедрением собственных российских стандартов занимается организация - некоммерческое партнерство «Центр экологической сертификации - Зеленые стандарты». С 1 марта 2013 г. вступил в силу ГОСТ Р 54964-2012 «Оценка соответствия. Экологические требования к объектам недвижимости», разработанный коллективом НП «Зеленые стандарты». Стандарт применяется на этапах проектирования, строительства, реконструкции и эксплуатации объектов недвижимости, а также при проведении добровольной сертификации объектов недвижимости и их проектной документации.
Использование теоретико-игровой модели позволяет обрабатывать статистические данные, проверять различные многочисленные варианты при вероятностном подходе формирования технологии модульного строительства и находить оптимальный вариант решения.
Теоретико-игровая модель, представленная в виде технологического графа, включает в себя отдельные блоки и
элементы технологического цикла, для которых с различной степенью вероятности могут назначаться объемы и трудоемкость работ, продолжительность выполнения операций.
Полезность таких моделей состоит в возможности прогнозирования перспективных технологий и устранении ошибочных решений уже на стадии планирования и организационно-технологической подготовки производства.
Применяя данную модель, разработчики прорабатывают различные варианты технологических решений с учетом вероятностных значений элементов системы, имитируя внешние воздействия и изменения, которые могут возникнуть в реальной ситуации строительства зданий из модулей. Модель позволяет вести диалог на ЭВМ при выборе приемлемого решения с учетом заданных целей и ограничений. Выводы
1. Разработан теоретико-игровой подход к решению практических задач строительного производства, позволяющий учесть особенности реальных ситуаций, связанных с различной вероятностью выполнения технологических операций при модульном строительстве.
2. Представлена теоретико-игровая модель в виде технологического графа, включающая в себя отдельные блоки и элементы технологического цикла.
Список литературы
1. Асаул А.Н., Казаков Ю.Н., Быков В.Л., Князь И.П., Ерофеев П.Ю. Теория и практика использования быстро-возводимых зданий. СПб.: Гуманистика, 2004. 463 с.
2. Афанасьев А.А. Технология возведения полносборных зданий. М.: АСВ, 2000. 287 с.
3. Афанасьев А.В., Афанасьев В.А. Организация строительства быстровозводимых зданий и сооружений. Бы-стровозводимые и мобильные здания и сооружения: перспективы использования в современных условиях. СПб.: Стройиздат, 1998. С. 226-230.
4. Бадьин Г.М., Сычев С. А. Анализ дефектов монтажа и эксплуатации быстровозводимых конструкций // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2. С. 218-223.
5. Бадьин Г.М., Сычев С.А. Современные технологии строительства и реконструкции зданий. СПб.: БХВ-Петербург, 2013. 288 с.
6. Верстов В.В., Бадьин Г.М. Особенности проектирования и строительства зданий и сооружений в Санкт-Петербурге // Вестник гражданских инженеров. 2010. № 1 (22). С. 96-105.
7. Казаков Ю.Н., Сычев С.А. Система возведения домов заводского изготовления // Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции «Наука и образование в жизни современного общества». Тамбов, 2015. С. 63-65.
8. Day A. When modern buildings are built offsite // Building engineer. 2011, 86 (6), pp. 18-19.
9. Fudge J., Brown S. (2011). Prefabricated modular concrete construction // Building engineer. 2011, 86 (6), pp. 20-21.
10. Head P.R. Construction materials and technology: A Look at the future // Proceedings of the ICE - Civil Engineering. 2001, 144 (3), pp. 113-118.
11. Rounce G. Quality, waste and cost considerations in architectural building design management // International Journal of Project Management, 1998, 16 (2), pp. 123-127.
Организация
строительного производства
Н|Н
I
12. Swamy R.N. Holistic design: key to sustainability in concrete construction // Proceedings of the ICE - Structures and Building. 2001, 146 (4), pp. 371-379.
13. Wang Y., Huang Z., Heng L. Cost-effectiveness assessment of insulated exterior wall of residential buildings in cold climate // International Journal of Project Management, 2007. 25 (2), pp. 143-149.
References
1. Asaul A.N., Kazakov Ju.N., Bykov B.L., Knjaz' I.P., Erofe-ev P.Ju. Teorija i praktika ispol'zovanija bystrovozvodimyh zdanij [Teoriya i praktika ispol'zovaniya bystrovozvodimykh zdanii.]. SPb.: Gumanistika, 2004. 463 p.
2. Afanas'ev A.A. Tehnologija vozvedenija polnosbornyh zdanij [Tekhnologiya vozvedeniya polnosbornykh zdanii ]. Moskva, 2000. 287 p.
3. Afanas'ev A.V., Afanas'ev V.A. Organizacija stroitel'stva bystrovozvodimyh zdanij i sooruzhenij. Bystrovozvodimye i mobil'nye zdanija i sooruzhenija: perspektivy ispol'zovanija v sovremennyh uslovijah [Organizatsiya stroitel'stva bystrovozvodimykh zdanii i sooruzhenii. Bystrovozvodimye i mobil'nye zdaniya i sooruzheniya: perspektivy ispol'zovaniya v sovremennykh usloviyakh]. SPb.: Strojizdat, 1998, pp. 226-230.
4. Bad'in G.M., Sychev S.A. Analiz defektov montazha i jekspluatacii bystrovozvodimyh konstrukcij. Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. 2015. № 2, pp. 218-223. (In Russian).
5. Bad'in G.M., Sychev S.A. Sovremennye tehnologii stroitel'stva i rekonstrukcii zdanij [Modern technologies of construction and reconstruction of buildings]. SPb.: BHV-Peterburg, 2013. 288 p.
6. Verstov V.V., Bad'in G.M. Osobennosti proektirovanija i stroitel'stva zdanij i sooruzhenij v Sankt-Peterburge // Vestnik grazhdanskih inzhenerov. 2010. № 1 (22), pp. 96-105. (In Russian).
7. Kazakov Ju.N., Sychev S.A. Sistema vozvedenija domov zavodskogo izgotovlenija. Materials of the International scientific and practical conference «Science and Education in Life of Modern Society». Tambov, 2015. pp. 63-65.
8. Day A. When modern buildings are built offsite. Building engineer. 2011, 86(6), pp.18-19.
9. Fudge J., Brown S. (2011). Prefabricated modular concrete construction. Building engineer. 2011, 86 (6), pp. 20-21.
10. Head P.R. Construction materials and technology: A Look at the future. Proceedings of the ICE - Civil Engineering. 2001, 144 (3), pp. 113-118.
11. Rounce G. Quality, waste and cost considerations in architectural building design management. International Journal of Project Management, 1998, 16 (2), pp. 123-127.
12. Swamy R.N. Holistic design: key to sustainability in concrete construction. Proceedings of the ICE - Structures and Building. 2001, 146 (4), pp. 371-379.
13. Wang Y., Huang Z., Heng L. Cost-effectiveness assessment of insulated exterior wall of residential buildings in cold climate. International Journal of Project Management, 2007. 25 (2), pp. 143-149.
ШЕВЕЕйШ
СЕБЕСТОИМОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ УВЕЛИЧИТСЯ НА 7-8% ИЗ-ЗА ИЗМЕНЕНИЙ ПРАВИЛ ПЕРЕВОЗКИ ГРУЗОВ
Поправки в федеральное законодательство, ужесточающие требования к нормам загрузки автотранспорта, и новые правила Минтранса, которые вводят покилометровую оплату для большегрузных машин за проезд по дорогам федерального значения, увеличат себестоимость строительных работ в Подмосковье в 2016 г. минимум на 7-8%.
Как отмечает президент Ассоциации застройщиков Московской области А.В. Пучков, подобные нововведения могут обернуться снижением темпов строительства вплоть до полного коллапса строительной отрасли, так как доставка материалов ведется исключительно крупнотоннажной техникой. В основном рост связан с увеличением стоимости доставки инертных строительных материалов. Если песок в карьере стоит 80-100 р. за 1 м3 и до изменения тарифов перевозки цена 1 м3 песка была 500 р., то после введения новых тарифов стоимость 1 м3 песка 800 р. Учитывая, что инертные материалы составляют 15% всех строительно-монтажных работ, увеличение их стоимости на 40-50% влечет увеличение себестоимости строительства. Ассоциация застройщиков Московской области направила официальные письма в Минстрой России с просьбой рассмотреть возможность введения льгот для перевозки строительных материалов, таких как песок, щебень, арматура. По мнению президента Ассоциации застройщиков Московской области А.В. Пучкова, весной 2016 г., когда размер платы за километр вырастет в два раза, застройщики будут вынуждены либо уменьшать рентабельность проектов, либо повышать стоимость 1 м2.
По материалам пресс-службы Ассоциации застройщиков Московской области
Справочная информация
Поправки в ФЗ «Об автомобильных дорогах...» и постановление Правительства РФ № 1590 (от 27.12.2014) вводят ограничения к нагрузке на ось грузового транспорта. Согласно требованиям нормативного акта, максимально возможная масса двухосного автомобиля составляет 18 т, трехосного — 25 т, четырехосного — 32 т, пятиосного — 35 т. Таким образом, загрузка транспортных средств, которые перевозят инертные строительные материалы, должна составлять не более 50—60% от номинального объема кузова. Следовательно, фактический объем перевезенных материалов сокращается в два раза, а количество издержек возрастает. Все это отражается на сроках строительства, существенно увеличивает затраты на логистику и, как следствие, приводит к росту цен на строительные материалы.
Кроме того, с 15.11. 2015 г. на всех федеральных трассах России запущена в эксплуатацию система взимания платы с грузовых автомобилей массой свыше 12 т. Согласно постановлению Правительства от 10.11.2015г., до конца февраля 2016г. плата будет рассчитываться по тарифу 1,53р. за км; с 1.03.2016г. — 3,06р. за км.
12 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 12 2015
