Введение к работе
Актуальность проблемы. В современных условиях для вывода из кризиса строительного комплекса требуется ускорение научно-технического прогресса и повсеместное применение ресурсо- и энергосберегающих технологий, что ставит перед строительством масштабные и сложные задачи. Повышается ответственность проектных и строительных организаций за уровень качества продукции. Особо актуальным становится поиск новых методов, технологий и моделей, которые способствуют снижению себестоимости строительной продукции и обеспечивают рентабельную работу строительных организаций.
Существующая система проектирования зданий, как правило, предусматривает разработку возможных конструктивных схем зданий без учёта организационно-технологических особенностей строительства. При этом лучшая схема сооружения выбирается по одному из следующих критериев: минимальному расходу материалов; минимальной массе строительных конструкций; минимальной стоимости строительных конструкций и др. Далее составляются рабочие чертежи выбранного конструктивного варианта здания, и только затем технологи разрабатывают различные варианты производства работ и рассчитывают затраты на строительство объекта. Это не всегда приводит к желаемому результату. Возникает необходимость создания научно-методического обеспечения, позволяющего выбирать ресурсо- и энергосберегающие материалы, конструкции, механизмы и машины, соответствующую этому конструктивную схему и технологию строительства, причём совокупности технических и технологических решений следует рассматривать в качестве вариантов, из которых по экономическим и экологическим соображениям можно выбирать рациональный для последующей организационной разработки и реализации.
Решение этой проблемы требует обеспечения оперативности разработки и экономичности принятых вариантов, что, в свою очередь, может быть до-
стигнуто лишь при автоматизированном многовариантном проектировании отдельных элементов зданий, а также сооружений в целом. При этом многовариантность проектных проработок может надежно обеспечить выбор рационального сочетания технических решений и экономических интересов, но ставит перед проектировщиками две важные задачи. Это, во-первых, создание методологической основы автоматизации разработки и оценки вариантов проектных решений, во-вторых, создание баз данных, необходимых как для формирования и оценки возможных вариантов проектных решений зданий, так и для проектирования комплексной ресурсосберегающей технологии строительства зданий и сооружений. Актуальность проблемы подтверждается решением Правления ассоциации строительных высших учебных заведений (Протокол №29) от 9.06.2000 г.
Работы в указанном направлении ведут многие научно-исследовательские и проектные институты, в том числе и Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС). Так, с середины 70-х годов здесь при непосредственном участии автора в соответствии с отраслевой научно-технической программой 0.55.16 выполняются работы по созданию системы технико-экономического обоснования принятия решений при строительстве промышленных и гражданских зданий. Непременной составной частью данной системы является система автоматизированного проектирования комплексной ресурсосберегающей технологии строительства промышленных и гражданских зданий.
Целью работы является создание методологической основы совершенствования методик, методов, моделей проектирования комплексной ресурсосберегающей технологии строительства промзданий при известной номенклатуре конструкций массового применения на основе новых информационных технологий и надежной технико-экономической оценки конструктивных решений по показателям материалоемкости, трудоемкости и дисконтированных интегральных затрат.
Задачи исследований:
-
Разработка автоматизированной комплексной ресурсосберегающей технологии строительства промышленных зданий.
-
Разработка методологии ресурсосберегающего проектирования комплектов конструкций, машин и механизмов для строительства зданий из сборных элементов. Методология предусматривает создание автоматизированного ресурсосберегающего проектирования промышленных зданий, позволяющего значительно улучшить качество многовариантного проектирования за счёт синтеза объёмно-планировочных решений, конструктивного и технологического проектирования зданий и использования баз данных по строительным материалам, конструкциям, машинам и механизмам.
-
Разработка методики и программного обеспечения для определения на стадии проектирования технико-экономических показателей железобетонных конструкций с учётом их технологических и прочностных свойств на основе имеющихся нормативов для создания базы данных по строительным конструкциям.
-
Разработка моделей ключей подбора и технико-экономических показателей строительных конструкций при неполной информации о проекте для использования их при ресурсосберегающем проектировании комплектов строительных конструкций.
-
Разработка метода и программного обеспечения по ресурсосберегающему проектированию вариантов проектных решений промышленных зданий с минимальными затратами.
-
Разработка метода и программного обеспечения по ресурсосберегающему проектированию комплектов материалов, конструкций, машин и механизмов для строительства промышленных зданий.
-
Разработка метода и программного обеспечения для прогнозирования рациональных областей применения новых материалов, конструкций, машин и
механизмов при строительстве промышленных зданий.
8. Создание базы технических и экономических показателей строительных материалов, конструкций, машин и механизмов с учётом технологических особенностей строительства для использования их при автоматизированном проектировании комплексной ресурсосберегающей технологии строительства промышленных зданий.
На защиту выносятся:
-
Методология автоматизированного проектирования комплексной ресурсосберегающей технологии строительства промышленных зданий.
-
Системный подход в реализации методологии.
-
Метод автоматизированного составления и технико-экономического обоснования вариантов проектных решений сооружений с учётом организационно-технологических особенностей строительства и формирования для возведения каждого варианта здания необходимого комплекта строительных машин, механизмов, материалов и конструкций из баз данных.
-
Методика автоматизированного определения технико-экономических показателей железобетонных конструкций на основе имеющихся нормативов.
-
Информационные технологии по формированию и оценке вариантов комплектов строительных материалов, конструкций, машин и механизмов.
-
Метод автоматизированного выбора из баз данных строительных машин, механизмов, материалов и конструкций с учётом их несущей способности и технологических свойств для компоновки проектных решений вариантов промышленных зданий из сборных элементов с минимальным значением целевой функции.
-
Метод автоматизированного прогнозирования рациональных областей применения новых строительных материалов, конструкций, машин и механизмов при строительстве промышленных и гражданских зданий.
8. Многофакторные математические модели технико-экономических пока
зателей конструкций и комплектов машин при неполной информации о проекте
для использования их в качестве целевой функции при оптимальном организационно-технологическом проектировании.
9. Базы технических и экономических показателей строительных конструкций, материалов, машин и механизмов.
Научная новизна работы заключается в создании системного подхода в методологии автоматизированного режима проектирования комплексной ресурсосберегающей технологии строительства промздания с оптимизацией конструктивных схем сооружения на основе новых информационных технологий за счёт:
-
создания единого метода автоматизированного составления и технико-экономического обоснования вариантов проектных решений сооружений с формированием для возведения каждого варианта здания из баз данных необходимого комплекта строительных материалов, конструкций, машин и механизмов;
-
систематизации необходимых для автоматизации многовариантного проектирования технических и экономических показателей строительных машин, механизмов, материалов, конструкций и создания баз данных;
-
разработки единой методики автоматизированного определения технико-экономических показателей железобетонных конструкций на основе имеющихся нормативов;
4) построения многофакторных математических моделей технико-
экономических показателей конструкций и комплектов машин при неполной
информации о проекте для использования их в качестве целевой функции при
оптимальном организационно-технологическом проектировании;
5) создания единого метода автоматизированного выбора из баз данных
строительных машин, механизмов и конструкций с учётом их несущей способ
ности и технологических свойств для компоновки проектных решений вариан
тов промышленных зданий из сборных элементов с минимальным значением
целевой функции;
6) разработки методики автоматизированного прогнозирования рациональных областей применения новых строительных материалов, конструкций, машин и механизмов при строительстве промышленных и гражданских зданий.
Практическая ценность работы:
1. Создана система методического, математического и программного обеспечений для реализации автоматизированного проектирования комплексной ресурсосберегающей технологии строительства промышленных и гражданских зданий в автоматизированном режиме с использованием баз данных по строительным материалам, конструкциям, машинам и механизмам, включающая:
модель формирования комплектов машин и механизмов для механизации земляных работ;
модель формирования вариантов монтажа одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий;
многофакторные математические модели подбора автотранспорта для перевозки строительных грузов;
модель выбора автомобильных, пневмоколёсных, гусеничных и башенных кранов;
модель подбора машин для комплексной механизации бетонных работ при строительстве сборных и монолитных зданий и сооружений;
многофакторные модели влияния скорости движения машин на их основные технико-экономические показатели;
многофакторные математические модели основных технико-экономических показателей конструкций и машин для оптимизации проектных решений зданий и сооружений;
рекомендации по обоснованию вариантов проектных решений сооружений из сборных элементов;
рекомендации по определению эффективности применения новых материалов, конструкций машин и механизмов;
комплекс программ по автоматизированному проектированию комплексной
ресурсосберегающей технологии строительства промышленных и гражданских зданий из сборных элементов.
2. Созданы базы технических и экономических показателей строительных материалов, конструкций, машин и механизмов для автоматизации трудоемкого процесса формирования оптимальных комплектов строительных конструкций, машин и механизмов. База данных по строительным конструкциям содержит информацию о: фундаментах под колонны; колоннах для зданий без мостовых кранов, для зданий с мостовыми кранами и фахверковых с высотой от пола до низа стропильных конструкций от 3 до 14,4 м; подкрановых балках пролетом 6 и 12 м; стропильных балках пролётом 6, 9, 12, 18, 24 м; стропильных фермах пролётом 18 и 24 м; плитах покрытия и перекрытия размерами 3x6 и 3x12 м; стеновых панелях длиной 6 и 12 м для отапливаемых и неотапливаемых зданий; фундаментных балках; ригелях. В базу данных по машинам вошли показатели следующих машин и механизмов: катков, скреперов, автомобилей-самосвалов, автогрейдеров, бульдозеров, бортовых автомобилей, прицепов, полуприцепов, панелевозов, плитовозов, автомобильных кранов, гусеничных кранов, пневмо-колёсных кранов, башенных кранов, бетоносмесителей, автобетоносмесителей, бетоновозов, бетононасосов, бетоноукладчиков, пневмонагнетателей и вибраторов.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на: XXXV, ХХХУШ, XL, ХЬШ, XLIV, XXLVI и 57-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава НГАСУ (Новосибирск, 1978, 1981, 1983, 1986, 1987, 1999, 2000 гг.); научно-технических конференциях молодых специалистов "Молодежь и научно-технический прогресс в строительстве" (Новосибирск, 1978, 1983, 1987 гг.); научно-технической конференции "Вопросы ускорения научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте" (Новосибирск, 1986 г.); технических совещаниях специалистов лаборатории экономики НИИЖБ (Москва, 1981, 1984 гг.); техническом совещании специалистов лаборатории технико-экономических исследований НИИСК
(Киев, 1985 г.); научно-технической конференции "Повышение надежности и эффективности работы железнодорожного транспорта" (Новосибирск, 1987 г.); научно-технической конференции, посвященной 60-летию НИСИ (Новосибирск, 1990 г.); Сибирской конференции по бетону и железобетону (Новосибирск, 1991 г.); научно-технической конференции «Архитектура и строительные конструкции» (Новосибирск, 1991 г.); Второй сибирской конференции по железобетону (Новосибирск, 1992 г.); научно-техническом семинаре кафедры "Технология, организация и экономика строительства" СГУПСа (Новосибирск, 1998, 2000 гг.); II международном конгрессе «Ресурсо- и энергосбережение в реконструкции и новом строительстве» (Новосибирск, 1999 г.); международной научно-практической конференции «Эффективность инвестиций в новое строительство и реконструкцию» (Новосибирск, 2000 г.).
Публикации. Результаты исследования опубликованы в 68 печатных работах.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, заключения, списка литературы и приложения. Результаты исследования изложены на 283 страницах основного текста, в том числе 39 таблиц и 71 рисунок. Список использованных источников содержит 276 наименований трудов отечественных и зарубежных авторов; объём приложения - 12 страниц.
