Введение к работе
Актуальность исследования. Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу определяют важнейшие направления государственной политики в области развития науки и технологий. Прогресс в области современных технологий строительного производства, а также объективная необходимость, обусловленная целым рядом техногенных и социальных причин, определяют актуальность решения комплекса научно-методологических и инженерно-технических задач, ориентированных на обеспечение эксплуатационной надежности предприятий основных отраслей промышленности Российской Федерации.
Анализ результатов деятельности Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России), Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций (ВНИИ ГОЧС), а также работ отечественных и зарубежных ученых показывает, что организация строительного производства при возведении металлургических, химических и перерабатывающих заводов, а также заводов по хранению и утилизации техногенных образований и отходов (далее техногенных объектов и комплексов - ТОК), насыщенных подземными, надземными и наземными коммуникациями и оборудованием, существенным образом влияет на последующую экологическую безопасность эксплуатации перечисленных ТОК, которые представляют наибольшую потенциальную опасность для экологии окружающей среды в момент возникновения нештатных ситуаций, а во многих случаях - являются их эпицентром.
Научно-технический прогресс и рыночная экономика значительно повысили требования к эффективности проектных разработок технологических и организационных решений по обеспечению безопасности техногенных объектов. На реализацию проектов воздействует множество внешних и внутренних случайных факторов, которые определяют возможность возникновения критических и аварийных ситуаций. Особенно высока степень и цена риска принимаемых решений при возведении ТОК, эксплуатация которых связана с безопасностью людей и негативным воздействием на окружающую среду.
Безопасность ТОК требует разработки систем отслеживания динамики организационно-технологических параметров на всех этапах строительства. Для проектирования производства и приемки работ по монтажу технологических коммуникаций и оборудования, предназначенного для получения, переработки и транспортирования исходных, промежуточных и конечных продуктов на ТОК должны применяться способы и методы, регламентируемые: постановлением Госстандарта России от 26.12.94 № 363 (ГОСТ Р 22.2.05-94) - нормируемые метрологические и точные характеристики средств контроля и испытания в строительстве сложных технических систем, формы и процедуры их
метрологического обслуживания; приказом Госгортехнадзора России от 26.04.00 № 49 (РД 04-355-00 от 26.04.00) - методические рекомендации по организации производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности на опасных производственных объектах; документом Госстандарта России ГОСТ Р 22.1.02-95 - безопасность в чрезвычайных ситуациях: мониторинг и прогнозирование. Выбор организационно-технологических решений производства строительно-монтажных работ, методы строительства новых, а также реконструкции, расширения и технического перевооружения действующих ТОК производится проектной организацией, исходя из конкретных условий строительства, материалов инженерных изысканий и расчетных нагрузок, действующих на составляющие технологические элементы объекта на основе результатов технико-экономического сравнения возможных вариантов реализации строительных норм, обеспечивающих эксплуатационную надежность ТОК в целом.
Анализ практики строительства и эксплуатации ТОК показал, что наиболее ответственным является заключительный этап их строительства и ввода в эксплуатацию. Это актуализирует необходимость разработки соответствующих методов и средств оперативного обнаружения, анализа причин и прогнозирования последствий чрезвычайных ситуаций, угрожающих экологической безопасности на основе математических моделей и методов анализа подготовки и поддержки принятия организационно-технологических решений при проектировании выполнения заключительных и пуско-наладочных строительно-монтажных работ на объекте.
Выполненные исследования связаны с реализацией задач по проектированию организации строительного мониторинга при возведении и реконструкции ТОК. Разработанные методики, алгоритмы и пакеты прикладных программ позволяют эффективно проектировать системы организации строительного мониторинга ТОК и совершенствовать для этого нормативную базу. Изложенное определяет актуальность выбранной темы диссертационного исследования, которая соответствует п.п. 4, 5, 9 и 10 паспорта специальности 05.02.22 - организация производства (строительство) и п.п. 16 и 21 специальности 25.00.36 - геоэкология, представляет собой актуальную проблему, обладающую научной новизной и практической ценностью.
Исследования проводились в соответствии со следующими приоритетными направлениями развития науки и техники: Федеральный закон "Об энергосбережении" № 28-ФЗ от 03.04.96 г.; межвузовская научно-техническая программа "Энерго- и ресурсосберегающие технологии" П.Т.436 "Энерго- и ресурсосберегающие технологии добывающих отраслей промышленности" (Приказ Минобразования РФ № 227 от 03.11.97 г.); Приказ Минэнерго РФ "О проведении обязательных энергетических обследований на предприятиях и организациях" № 10 от 16.02.2001 г; Федеральные законы "О промышленной безопасности" (25.12.1996 г.) и "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" (11.11.1994 г.).
Правительством РФ принято Постановление № 675 (01.06.1995 г.) "О декларации безопасности промышленного объекта Российской Федерации". В развитие этого Постановления Госгортехнадзором РФ и МЧС РФ подготовлен и разослан в качестве официального документа (приказ № 222/59 от 4.04.1996 г.) "Порядок разработки декларации безопасности промышленного объекта РФ", в котором в качестве одного из основных этапов предусматривается проведение "анализа риска эксплуатации промышленного объекта".
Цель диссертационной работы - разработка организационных основ строительного мониторинга как методологии обеспечения экологической безопасности возводимых техногенных объектов и комплексов.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи исследования:
- анализ современных методов организации строительного мониторинга
процессов ввода в эксплуатацию сложных технических систем, к которым
относятся подземные, надземные и наземные технологические коммуникации и
оборудование металлургических, химических и перерабатывающих заводов, с
обоснованием необходимости формирования их эксплуатационной надежности
еще на стадии инвестиционно-строительной деятельности строительных
организаций;
исследование и разработка методических основ организационно-технологического проектирования выполнения строительно-монтажных работ для реализации процессов испытания технологических коммуникаций и оборудования как основы эффективной реализации инвестиционно-строительных проектов сооружения ТОК;
- разработка методов и алгоритмов количественного анализа технико-
экономических показателей организационно-технологических процессов ввода в
эксплуатацию подземных, надземных и наземных технологических
коммуникаций и оборудования ТОК с учетом прогнозируемого состава
материально-технических ресурсов на основе факторного анализа процесса
производства строительно-монтажных работ в условиях объективно
существующей неопределенности исходных данных в информационно-
вычислительной среде;
разработка системы информационно-расчетного обеспечения проектирования организации и оценки возможных стратегий осуществления заключительных этапов сооружения технологических коммуникаций и оборудования ТОК в сложных природно-климатических условиях;
- разработка и адаптация программных комплексов организационно-
технологического проектирования с последующей реализацией практических
рекомендаций по применению результатов исследований при сооружении
подземных, надземных и наземных технологических коммуникаций и
оборудования ТОК.
Объект исследования: организация строительного производства при возведении подземных, надземных и наземных технологических коммуникаций и оборудования ТОК
Предмет исследования: строительный мониторинг организации производства при возведении ТОК на заключительных этапах сооружения и ввода их в эксплуатацию
Методологические и теоретические основы исследования базируются на работах отечественных и зарубежных ученых в области теории функциональных систем, экспертного логического анализа, вероятностно-статистических методов, информационно-вычислительных технологий, системотехники строительства, обобщении исследований в области организации строительного производства Методологическая схема исследования приведена на рис. 1.
Научно техническая гипотеза предполагает что строительный мониторинг гущественно повышает технике
экономические показатели и эффективность организационно технологических решении, обеспечивая экологическую
безопасность и эксплуатационную надежность сооружаемы* ТОК не основе испешьзшения комплексных испытаний и
современных информационно-вычислительных технологий, а также системного анализа показателей строительного
мониторинга производства работ _____ ____
I Цел* раэрабгтгя организационных основ
строительного мониторинге как мет о дал огии
обеспечения -экологической бетопасности
возводимых ТОК
2 Объект организация
строительного производств
при возв едении ТОК
* і
З Предмет строительный
мониторинг ТОК на заключительных этапах и их
сооружения
5 Задачи меследавах—я
анализ современных методов организации строительного мониторинга процессов ввода в эксплуатацию сложных техкичегких систем ("подземные надчемные и наземные технологические коммуникации и оборудование металлургических химических и перерабатывающих заводов) с обоснованием необходимости формирования их экегшуатациенной надежности еще на стадии инвестиционно.строительыей деятельности строительных организаций
исследование и разработка мет одических основ организационно технологического проектирования выполнения строитель но- монтажных работ для реализации процессов испытания технологических коммуникации и оборудования как основыэффекгивнойреапизацнииквестиционно строительных проектов сооружения ТОК,
f 4'paborra методой и алгоритмов количественного анализа техник о-экономических показателен организационно теэ-нопегических пропесгов ввода в эксплуатацию подземных, надземных к наземных технологических коммуникаций и оборудования ТОК с учетом прогнозируемого состава материально технических ресурсов на основе факторного анализа процесса производства строительно монтажных работ в условиях объективно существующей неопределенности исходных данных р информационно вычислительной Среде
разработка системы информационно расчетного обеспечения проектирования организации и оценки возможных стратегии осуществления заключительных этапов сооружения технологических коммуникаций и оборудтедаия ТОК в сложных природно климатических условиях
разработка и адаптация программных комплексов органиэационно-технаяагичееггого проектирования " ггогпвдующен
реализацией практических рекомендаций по применению речультатт исследований при сооружении подземных надземных
иназемны? технологических коммунигацки и оБорудсианижТОК
4 Ажаллт мвтвмэтическнх моделей и информационно
вычислительных технологии подготсеки
организационных решений для реализации строительно
монтажных работ на ТОК
7 Исследования, методов строительного мониторинга
технологических процессов возведения ТОК методов
обоснования параметров строительного производства,
информационно-вычислительных технологий
проектирования строительного производства.
6 Ме-ідалогщескнє основы теория функциональных
системи системотехники проитвльства, методы теории
гидродинамики и теплообмена, статистического анализа,
информационно вычислительные технологии, технология I
и организация строительного производства
8 Разработка методологических основ организацин
строительного мониторинга сооружения и ввода в
эксплуатацию ТОК
Ц-
10 Эхсяеря
проверка результаті
9 Результаты методические документы и информационно вычислительные технологии
II Внесение реву л»тах»в
система организ ацин строительного производства
Рис 1 Методологическая схема исследования
Научно-техническая гипотеза предполагает, что строительный мониторинг существенно повышает технико-экономические показатели и эффективность организационно-технологических решений, обеспечивая экологическую
безопасность и эксплуатационную надежность сооружаемых ТОК на основе использования комплексных испытаний и современных информационно-вычислительных технологий, а также системного анализа показателей строительного мониторинга производства работ.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
разработаны методологические основы проектирования организации строительного мониторинга сооружения и ввода в эксплуатацию подземных, надземных и наземных технологических коммуникаций и оборудования металлургических, химических и перерабатывающих заводов, обеспечивающие системотехническую увязку функциональных подсистем и информационно-аналитических задач в информационно-вычислительной среде;
разработаны методы проектирования организационно-технологических решений заключительного этапа строительства, позволяющие осуществлять многовариантное моделирование технико-экономических показателей ввода в эксплуатацию ТОК;
предложена концепция организации строительного мониторинга выполнения работ при монтаже подземных, надземных и наземных технологических коммуникаций и оборудования металлургических, химических и перерабатывающих заводов с учетом эффективности использования материально-технических ресурсов и организационно-технологических решений в сложных природно-климатических условиях;
- предложена структура организации строительного мониторинга и
разработана информационно-вычислительная технология для повышения
эффективности управления материально-техническими ресурсами и строительно-
монтажными работами заключительного этапа строительства и ввода в
эксплуатацию ТОК.
Практическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке моделей, организационных и технологических решений, алгоритмов программного обеспечения систем организационно-технологического проектирования и управления строительным мониторингом. Совокупность полученных результатов дает методику проектирования организации строительного мониторинга при возведении подземных, надземных и наземных технологических коммуникаций и оборудования металлургических, химических и перерабатывающих заводов, а разработанные информационно-вычислительные технологии позволяют анализировать параметры организационно-технологических процессов ввода в эксплуатацию ТОК с учетом полученных в работе подходов оценки эффективности выполнения строительно-монтажных работ. Разработанные модели и алгоритмы предложены в качестве основы проектирования элементов реального информационно-аналитического обеспечения процессов организации и управления строительным производством, направлены на практическую реализацию предлагаемой концепции, научно-методологического и инженерно-технического обоснования рекомендаций в области совершенствования существующих схем организации информационного
обеспечения строительства, действующих государственных стандартов, строительных норм и правил строительного производства.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы (методология,
модели, технические, технологические и иные решения, алгоритмы и элементы
программного обеспечения) использованы: научно-производственным
предприятием ЗАО "Стройпроектсервис"; производственным предприятием ООО
"Поляр-инжениринг"; производственным предприятием 000
"Севертрансэкскавация"; курским машиностроительным заводом ОАО "КМЗ"; заводом камнелитных изделий и минерального сырья ОАО "КИМС"; производственным предприятием ОАО "ЩекиноАзот"; открытым акционерным обществом по строительству на территории СНГ и за рубежом ОАО "К.С.Корпорация"; проектно-конструкторской инженерной фирмой 000 "Промспецтехнология". Практическая значимость основных результатов диссертации подтверждена соответствующими актами внедрения.
Теоретические и практические результаты диссертационного исследования: используются в учебном процессе специального факультета систем автоматизации проектирования МГСУ (СФ САПР МГСУ) и на курсах повышения квалификации учебно-методические руководства по курсам "Системотехника строительства", "Современные информационные технологии в строительстве" и "Информационное обеспечение процессов строительного проектирования и производства"; ориентированы на разработку и оптимизацию структур и состава широкого спектра информационно-аналитического обеспечения процессов организационно-технологического проектирования строительного производства и управления
На защиту выносятся положения, являющиеся научным обобщением по проблеме совершенствования организация строительного мониторинга:
- научно обоснована методология организации строительного мониторинга ввода в эксплуатацию подземных, надземных и наземных технологических коммуникаций и оборудования металлургических, химических и перерабатывающих заводов, которая обеспечивают концептуальную системотехническую увязку функциональных подсистем и информационно-аналитических задач организационно-технологического проектирования в информационно-вычислительной среде, что позволяет резко увеличить экономию энергоресурсов в каждом звене технологической цепочки производства строительно-монтажных работ и контролировать экологическое состояние природной среды,
методы реализации организационно-технологических процессов строительства ТОК с использованием вероятностно-статистических подходов анализа характеристик распределения отказов, позволяющих осуществлять многовариантное моделирование технико-экономических показателей ввода в эксплуатацию подземных, надземных и наземных технологических коммуникаций и оборудования металлургических, химических и перерабатывающих заводов;
- теоретические и практические решения по организации строительного мониторинга выполнения работ при монтаже технологических коммуникаций и оборудования ТОК с учетом эффективности использования материально-технических ресурсов и организационно-технологических мероприятий в сложных экологических и природно-климатических условиях на основе разработанных в среде САПР средств по проектированию организации производства на всех этапах (подготовка данных, решение, анализ результатов) с обеспечением возможности использования опыта и знаний проектировщика;
математические моделирование организационно-технологических мероприятий в структуре строительного мониторинга для обоснования природоохранных мероприятий при вводе в эксплуатацию технологических коммуникаций и оборудования ТОК, что позволяет анализировать параметры организационно-технологических процессов производства строительно-монтажных работ и обеспечить возможность строительного мониторинга организационно-технологической надежности и экологической безопасности возведения подземных, надземных и наземных технологических коммуникаций и оборудования металлургических, химических и перерабатывающих заводов путем формирования оптимальных технологических структур выполнения работ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: секции "Строительство" Российской инженерной академии (г. Москва, 1997, 1998); научно-техническом семинаре отдела научных основ регулирования и развития энергетических систем Института энергетических исследований РАН (г. Москва, 1998); Всероссийском выставочном центре (работа по организации систем строительного мониторинга переустройства техногенных объектов и комплексов отмечена медалью "Лауреат ВВЦ", г. Москва, 2001); 4-ой международной научно-методической конференции "Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре и образовании" (г. Астрахань, 2001); международной научно-практической конференции "Производство, технология, экология (ПРОТЭК-2001)" (г. Москва, 2001); международной конференции "Новые технологии для очистки нефтезагрязненных вод, почв, переработки и утилизации нефтетпламов" (г. Москва, 2001); международной научно-практической конференции "Строительство - 2002" (г. Ростов, 2002); 5-ой научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов "Строительство - формирование среды жизнедеятельности" (г. Москва, 2002); 59-ой научно-технической конференции "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика." (г. Самара, 2002); 2-ой научно-практической конференции "Устойчивое развитие северо-запада России: ресурсно-экологические проблемы и пути их решения" (г. Архангельск, 2002); международной научно-практической конференции "Производство, технология, экология (ПРОТЭК-2002)" (г. Москва, 2002); 6-ой международной конференции "Информационное общество, интеллектуальная обработка информации, информационные технологии (НТИ-2002)" (г. Москва, 2002); 11-ом
международном Польско-Российского научном семинаре "Теоретические основы строительства" (г. Варшава, 2002); 2-ой международной научно-практической конференции "Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений" (г. Новочеркасск, 2002); 2-ой международной научно-практической конференции "Моделирование. Теория, методы и средства." (г. Новочеркасск, 2002); Всероссийском выставочном центре (работа по автоматизации проектирования организационно-технологических процессов переустройства энергетических комплексов отмечена медалью "Лауреат ВВЦ", г. Москва, 2002); международной научно-практической конференции "Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов" (г. Астрахань, 2002); 2-ой Всероссийской научно-практической конференции "Энергетика, экология, экономика средних и малых городов. Проблемы и пути их решения." (г. Москва, 2003); Всероссийской научной конференции "Научный сервис в сети ИНТЕРНЕТ" (г. Москва, 2003).
В соответствии с концепцией разработки и реализации информационно-вычислительных технологий безбумажного документооборота в области организации и технологии строительного производства научно-технические положения диссертационной работы отражены в виде интернет-представительства (Web-сайта) , что обеспечивает свободный доступ к представленной информации и обратную связь с посетителями интернет-представительств. Новейшие научно-технические достижения в области интернет-технологий позволяют путем интеграции информационного наполнения Web-сайта и функциональности вычислительных приложений перейти к созданию корпоративных информационных порталов, сводящих воедино информацию из различных источников и предоставляющих каждому пользователю единую точку доступа к определенной информации для принятия обоснованных организационно-технологических и управленческих решений.
Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 77 научных и учебно-методических работах (1 монография, 6 учебно-методических разработок, 50 статей, 10 докладов и тезисов, 10 авторских свидетельств - общим объемом более 75,0 печатных листов, лично соискателем 65,0 печатных листов), в том числе 15 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования Российской Федерации для публикации результатов исследований докторских диссертаций [44, 45, 49, 50, 53-63].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложений и списка использованной литературы из 262 наименований. Содержание работы изложено на 335 страницах машинописного текста, содержит 78 рисунков и 26 таблиц. Приложение к работе включает 20 страниц машинописного текста (акты о внедрении результатов исследований и свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ Роспатентом РФ).
