Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследований 12
1.1. Анализ аварий в строительстве и дефектов строительно-монтажных работ 12
1.2. Классификация и анализ методов оценки качества строительно-монтажных работ 18
1.3. Подходы к определению и нормированию показателей надежности строительных конструкций 31
1.4. Оценка опасности дефектов и риска отказа строительных конструкций 40
1.5. Статистическая оценка качества и проблемы недостатка информации при контроле 43
1.6. Подходы к оценке системы управления качеством 49
1.7. Технологическое обеспечение параметров качества 53
1.8. Экономические аспекты качества 55
1.9. Выводы. цель и задачи исследований 58
2. Комплексная оценка системы обеспечения качества 61
2.1. Обоснование номенклатуры показателей качества 61
2.2. Квалиметрическая модель комплексной оценки качества 70
2.3. Оценка системы обеспечения качества строительства 73
2.4. Оценка системы качества строительно-монтажных организаций 77
2.5. Оценка системы качества проектно-изыскательских организаций 80
2.6. Оценка системы качества изготовителей строительных материалов и изделий 83
2.7. Результаты оценки систем качества строительных организаций 86
2.8. Оценка системы качества при нечеткой исходной информации 92
2.9. Подбор участников строительства по модели достоверного качества 94
2.10. Выводы 102
3. Разработка статистического метода оценки качества технологических процессов 105
3.1. Расчет статистических показателей качества 105
3.2. Оценка статистических показателей качества 111
3.3. Оценка качества при недостатке информации 120
3.4. Применение информационных методов для оценки качества 127
3.5. Выбор параметров статистического приемочного контроля 132
3.6. Разработка статистического приемочного контроля по альтернативному признаку 141
3.7. Разработка статистического приемочного контроля по количественному признаку 145
3.8. Выводы 149
4. Методы надежностно-ориентированного анализа качества 151
4.1. Оценка относительных показателей надежности возводимых конструкций 151
4.2. Оценка опасности дефектов строительно-монтажных работ 156
4.3. Модель развития опасной ситуации при дефектах 160
4.4. Нормирование точности технологических процессов по критерию надежности 163
4.5. Определение весомостей контролируемых параметров с учетом надежности 166
4.6. Выводы 171
5. Исследование и оценка качества возведения зданий 173
5.1. Методика проведения исследований 173
5.2. Качество земляных работ и устройства оснований 179
5.3. Качество возведения крупнопанельных зданий 198
5.4. Качество строительства кирпичных зданий 217
5.5. Качество возведения монолитных и сборно-монолитных зданий 234
5.6. Разработка предложений по совершенствованию нормативов качества 249
5.7. Необходимая точность контрольных измерений 256
5.8. Анализ точности технологических процессов СМР 260
5.9. Анализ причин низкого качества строительно-монтажных работ 2 5.10. Влияние качества строительства на эксплуатационную надежность крупнопанельных зданий 268
5.11. Оценка влияния дефектов на работу крупнопанельных зданий 274
5.12. Анализ влияния дефектов на несущую способность монолитных
и сборно-монолитных зданий 289
5.13. Выводы 297
6. Технологическое обеспечение параметров качества 300
6.1. Классификация приемов обеспечения качества и безопасности 300
6.2. Способы обеспечения качества монолитных конструкций в зимних условиях 306
6.3. Вероятностно-статистический метод расчета технологических параметров 312
6.4. Проектирование экспертной системы комплексной оценки качества 316
6.5. Выводы 325
7. Экономическая эффективность и практическое использование научных результатов 327
7.1. Эффективность повышения качества строительства 327
7.2. Эффективность совершенствования методов контроля и оценки качества 333
7.3. Практическое использование научных результатов 336
7.4. Выводы 341
Общие выводы 341
Список литературы
- Статистическая оценка качества и проблемы недостатка информации при контроле
- Оценка системы качества изготовителей строительных материалов и изделий
- Выбор параметров статистического приемочного контроля
- Нормирование точности технологических процессов по критерию надежности
Введение к работе
Актуальность проблемы. Официальная статистика свидетельствует о росте числа строительных аварий и тяжести их последствий. Анализ показывает, что критические дефекты, допущенные в процессе выполнения строительно-монтажных работ, ответственна за 50-60% аварий в строительстве. При этом около 80% аварий обусловлены овшбкамн участников инвестиционно-строительного процесса. Следовательно, квалифицированные исполнители* налаженные технологии и эффективные методы контроля и оценки качества С MP -это основа без дефекти ости и безопасности строительства.
В среднем в гад на территории РФ органами надзора выдается 100 тыс. предписаний, ш них 20 тыс. на приостановлеЕше строительства по причине угрозы аварии. Практика показы Еіает, что в жилищном строительстве 2,5% затрат уходит на ликвидацию брака и 5% - па преждевременный ремонт зданий в первые годы эксплуатации. Таким образом, качество строительства влияет на экономическую эффективность производственной деятельности как отдельных предприятий и организаций, так и отрасли в целом.
Обновляемая в России законодательная и нормативная база закрепляет права потребителей и гарантии их безопасности в строительной сфере, по механизмы их реализации пока еще недостаточно сформированы. Реформируются организационно-правовые формы строительного контроля и надзора. Однако само содержание и научно-методологическос обеспечение контроля качества также требуют совершенствования. Управление качеством предусматривает отбор квалифицированных исполнителей, внедрение систем менеджмента качества, процедуры анализа надежности продукции и регулирования точности процессов, применение автоматизированных информационных технологий мониторинга качества и экспертизы безопасности что невозможно без создания соответствующих методик, регламентов и норм-
Согласовать методы строительного контроля с целями технического регулирования безопасности возможно, преодолев противоречие между всроятиостЕюй природой технологической дефектности., полу вероятностными методами расчета конструкций по предельным состояниям и детерминированным назначением объемов и достоверности контроля без учета надежЕшети и безопасности возводимых сооружений. Обоснование норм дефектности, планов контроля и критических зіЕачений отклонений по критерию надежности позволит связать вероятностные и детерминированные модели, учесть реальные возможности процессов строительного производства, максималыто информативно использовать данные статистическою контроля качества (при управлении технологическими процессами и оценке надежности и безопасности возводимых коЕіструкций).
Направленность исследований соответствует следующим приоритетным направлениям развития науки и техники: критические технологии Российской Федерации «Мониторинг окружаЕощсіі среды, здаЕіий и сооружеЕпш, снижение риска и у мены пен и с последствий природных и тсхногеннЕлх катастроф»; федеральные законы «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природно- го и техногенного характера» (№б8-ФЗ от 21.12,1994); «О техническом регулирований» (jNM84-d>3 от 27.12,2002),
Тема диссертационного исследования соответствует пп. 7 и 11 паспорта специальности 05.23.08 - «Технология и организация строительства».
Цель работы - разработка научных и методологических основ оценки качества строительно-монтажных работ, обеспечивающих надежность и безопасность возводимых конструкций гражданских зданий.
Для достижения поставленной цели с формулированы и решены следующие основные задачи исследования:
Анализ исследований в области контроля и оценки качества строительно-монтажных работ- Обоснование системы показателей и квалимегри ческой модели комплексной оценки качества СМР,
Разработка методологических основ оцешеи систем качества участников строительства. Оценка систем качества строительных организаций и их влияния на уровень дефектности работ.
Натурные исследования параметров качества, определение вида и характеристик аппроксимирующих распределений их случайных значений. Обоснование методов расчета и оценки показателей качества технологических процессов СМР< Исследование факторов, влияющих на качество работ.
Разработка алгоритмов и проірамм для комплексной оценки качества (в том числе при нечеткой исходной информации). Расчет эффективности повышения качества.
Производственная апробация разработанных методов, моделей и программ, предназначенных для создания информативной доказательной базы при проверке соответствия СМР и объектов строительства требованиям качества и безопасности.
Объект исследований - системы менеджмента качества строительных организаций, строи тель г го- монтажные работы по возведению гражданских; зданий из традиционных материалов (панельных, кирпичных, монолитных и сборно-монолитных).
Предмет исследований - элементы систем качества строительных организаций, методы расчета и оценки показателей качества, параметры качества технологических процессов СМР и их завершенных: этапов в виде возведенных конструкций.
Методы и сел сдован ни: системно- функциональный анализ; квалиметрия, метрология и методы коїггроля качества; теория нечетких множеств; теория вероятностей и математическая статистика; теория надежности; физическое и математическое моделирование; теория экспертных оценок ц систем. При обработке, анализе и интерпретации данных наблюдений использовались программы SLalistica, Mati.abj Excel, при расчетах конструкций - ПК «ЛИРА». Программно- информационный комплекс для мониторинга качества реализован при помощи системы программирования Visuaf Basic.
Научная новизна полученных результатов: разработана квали метрическая модель комплексной оценки качества СМР с учетом уровня системы обеспечения качества, точности и стабильности технологических процессов и надежности возводимых конструкций; предложены модели, позволяющие нропюзировать качество работ по предварительной оценке потенциала участников строительства н осуществить выбор участников; выпилены характеристики аппроксимирующих распределений параметров качества и оценены реальные возможности технологических процессов возведения гражданских зданий (бездефектностьг точность и стабильность); уточнены методы расчета (в том числе при недостатке информации) и обоснованы оценочные значения показателей качества процессов СМР; разработаны методы надежностно-ориентированного контроля качества, оценки значимости технологических дефектов и нормирования точности процессов СМР по критерию надежности возводимых конструкций; разработаны вероятностно-статистически и метод расчета параметров технологии и новые способы возведения монолитных конструкций іражданеких зданий в зимних условиях, обеспечивающие качество работ.
Достоверность результатов исследований обусловлена: использованием поверенных средств контроля качества и стандартных правил выполнения измерений; представительным и объемами выборок и стати сти чески значимыми результатами натурных исследований параметров качества; сходимостью результатов, полученных различными методами и практическим опытом применения научных результатов.
Практическая ценность работы заключается в разработке программно-методического инструментария для создания информативной доказательной базы при проверке соответствия работ и объектов завершенного строительства требованиям качества и безопасности,
Полученные результаты, накопленный экспериментальный материал и статистические обобщения нашли применение: в научном обеспечении строительства гражданских зданий различных конструктивных систем, объектов метрополитена и взлетно-посадочной полосы аэропорта г. Челябинска; в разработанных автором прикладных методиках комплексной оценки качеству алгоритмах и про-граммах экспертной системы; способах техіюлогического обеспечения параметров качества, защищенных патентами; разработанных схемах контроля качества, контрольных листах, рекомендациях, технологических регламентах и других документах системы качества; в программах Министерства образования РФ «Качество и безопасность технологий, продукции, образовательных услуг и объектов», «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники»; в проекте территориальных строительных норм «Контроль качества строительно-монтажных работ»; в научно-темгических отчетах, имеющих номера госрегистрации; в уче&ном процессе при подготовке студентов и аспирантов*
Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертации докладывшшы. и обсуждались на международпых, российских и региональных симпозиумах, конференциях: научно-практической конференции «Жилище Урала» (Челябинск, 1994); Уральских академических чтениях Российской академии архитектуры и строительных наук (Екатеринбург, 1997-2005); Первой Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности на пороге третьего тысячелетия» (Челябинск, 2000); научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (1994-2007); международном геотехническом симпозиуме «Geotechnical Aspects of Natural and Man-Made Disasters» (Astana, Kazakhstan, 2005); строительном форуме «Саморегулирование строительной деятельности: перспективы, проблемы, пути решения» (Челябинск, 2006); академических чтениях Магнитогорского государственного технического университета (Магнитогорск, 2007); 3-й международной научно-практической конференции «Components of scientific and technical progress» (Тамбов, 2007); расширенном заседании кафедры строительного производства Пермского государственного технического университета (Пер*чь, 2007), научных чтениях Орловского академического научно-творческого центра РААСН (Орел, 2007); международном симпозиуме «Geotcchnical Engineering for Disaster Prevention & Reduction» (Yuzhno-SafchaMnsk, Russia - Sapporo, Japan, 2007).
На защиту выносятся: концепция, структура показателей и квалиметрическая модель комплексной оценки качества работ при возведении гражданских зданий; показатели и метод оценки систем качества участников строительства; математические модели для прогноза качества работ по предварительной оценке потен циала участников строительства и их выбора; статистически обобщенные результаты исследования параметров качества работ (функции распределения, анализ отклонений* оценка показателей и влияющих факторов); методы расчета и оценки статистических показателей качества тсхі го логических процессов, в том числе при недостатке информации; методологические основы надежностно-ориснтирйваЕіного коїпроля качества, анализа технологических дефектов и нормирования точности технологических процессов СМР; вероятносгно-статистический метод расчета параметров технологии и технологические способы обеспечения качества монолитных конструкций гражданских зданий в зимних условиях.
Публикации. Основные положения работы отражены в печатных публиканиях, включающих монографию, 68 статей, 2 патента, 3 учебных пособия, в том числе 24 в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Содержание изложено на 385 страницах текста и включает 158 таблиц, 96 рисунков, 309 наименований источников и 4 приложения.
Автор выражает глубокую признательность научному консультанту д.т.и., чл+-коррт РААСН ^ проф. С J\ Голови с ву, благодарит к.т.н. СВ. Никонорова, при- нимавшеш участие в проведении натурных исследований, а также сотрудников строительных организаций, на объектах которых проводились исследования,
Структурная схема комплексных исследований и значимости их результатов представлена на рис. 1.
Обобщение опыта исследований. Обоснование системы показателей и модели комплексной оценки качества работ
Системно-функциональный анализ, киалиметрия
Производственная апробация разработанных методов, моделей и способов при возведении граждане ки> зданий
Методы контроля качества, принципы технологии
Рис, L Структурная схема комплексных исследований и значимости результатов (окончание па следующей странице)
Краткое содержание
Ир акт ическая ценность
Разработка системы показателей и квалиметри-ческой модели комплексной оценки качества СМР
Модель комплексной оценки качества, отвечающая критериям удобства и досто-верности
Разработка методики оценки систем качества и модели для выбора участников строительства. Оценка систем качества подрядчиков и их влияния на качество работ.
Методика оценки системы обеспечения качества. Модели прогноза качество работ и выбора участников строительства
Определение характеристик аппроксимирующих распределений параметров. Разработка методов расчета и оценки показателей качества процессов СМР, в том числе при недостатке информации
Методика статистического контроля и оценки качества, в том числе при недостатке информации, оценочные критерии, ранжирование причин низкого качества
Разработка методов анализа значимости дефектов, статистич ее кого контроля качества, новых способов возведения монолитных конструкций и метода расчета их технологических параметров
Методики оценки значимости дефектов, критические значения дефектов, запатентованные способы производства работ
Разработка алгоритмов и программ экспертной системы оценки качества. Обоснование экономике* математической модели эффективности повышения качества
Алгоритмы, программы экспертной системы. Методика расчета эффективн ости, оценка затрат на контроль качества
Производственная апробация методов, моделей и способов при возведении панельных, кирпичных, монолитных гражданских зданий
Регламенты, методики, документы системы качества, проект ТСН по контролю качества
Окончание рис. ]. Структурная схема комплексных исследований и значимости результатов
Г;іав;і 1
Статистическая оценка качества и проблемы недостатка информации при контроле
Как видим, в Западной Европе чаще ошибаются проектировщики и строители, в России - поставщики материалов, строители, службы эксплуатации. Однако, как в Европе, так и в России около 80% аварий обусловлены ошибками участников инвестиционно-строительного процесса. Определенной гарантией безошибочного строительства является эффективные системы менеджмента качества его участников, охватывающие все необходимые для реализации проекта ресурсы (организационные, материально-технические, методологические и др.). Современные требования к системам менеджмента качества содержатся в международных стандартах ИСО серии 9000 и их российских аналогах.
Анализ позволил выделить следующие основные направления решения проблемы качества и безопасности в строительстве.
1. Повышение эффективности государственного воздействия на качество строительства: нормирование и стандартизация, техническое регулирование, государственная экспертиза, государственный строительный надзор.
2. Применение современных механизмов регулирования качества: сертификации, страхования строительных рисков, независимого аудита качества, общественных инспекций и других негосударственных форм контроля и надзора. Саморегулирование деятельности строительных организаций в области качества.
3. Создание надежной организационно-технической системы сбора и обработки статистической информации о качестве и предупреждения аварий на федеральном, региональном уровнях и уровне предприятий.
4. Внедрение в проектно-изыскательских, строительных организациях и на предприятиях стройиндустрии документированной системы менеджмента качества, отвечающей требованиям международных стандартов. Отбор квалифицированных участников инвестиционно-строительного процесса.
5. Разработка методов планирования, мониторинга и оценки качества на всех этапах создания строительной продукции. Научно-методическое обеспечение строительства ответственных объектов. Интеграция систем обеспечения качества и современных информационных технологий поддержки жизненного цикла продукции.
6. Квалифицированное обеспечение эксплуатации, технической диагностики, обследования и паспортизации зданий и сооружений с разработкой превентивных мер по предотвращению процессов прогрессирующего накопления дефектов и повреждений. Обслуживание по техническому состоянию.
Комплексное решение поставленных задач позволит снизить риск ошибок в проектно-изыскательской документации, исключить нарушения требований стандартов в сырьевых и комплектующих поставках для строительства, повысить уровень качества СМР и возводимых зданий и тем самым уменьшить аварийность в строительстве.
С точки зрения научно-методического обеспечения безаварийного строительства отметим важность разработки подходов к проектированию, обеспечивающих максимальную живучесть зданий и сооружений. Передовой опыт управления качеством в строительстве предусматривает внедрение систем качества, автоматизированных информационных технологий мониторинга качества и экспертизы безопасности, что невозможно без создания соответствующих методик, регламентов и норм, развития теории накопления дефектов силового сопротивления, прогрессирующего разрушения и конструктивной безопасности зданий и сооружений.
Установлено [4, 15, 19, 147, 171], что причинами аварий зданий и сооружений являются критические дефекты в комбинации с человеческими ошибками при проектировании, изготовлении, монтаже и эксплуатации конструкций.
Дефект - отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. В ГОСТ 15467 [68] дефекты классифицируют по значимости: на критические, значительные и малозначительные; по возможности выявления - на явные и скрытые; по возможности устранения - на устранимые и неустранимые.
Критическим считается дефект, при наличии которого здание, сооружение, его часть или конструктивный элемент функционально непригодны, дальнейшее ведение работ по условиям прочности и устойчивости небезопасно, либо может повлечь снижение указанных характеристик в процессе эксплуатации. Для выявления критических дефектов, как правило, применяют сплошной контроль.
Значительный дефект - дефект, существенно ухудшающий эксплуатационные характеристики строительной продукции и ее долговечность. Для выявления значительных дефектов используется выборочный контроль с большим объемом выборки.
Малозначительный дефект существенно не влияет на использование строительной продукции или ее долговечность. Для выявления малозначительных дефектов применяется выборочный контроль с малым объемом выборки.
В системе Госархстройнадзора России используется классификатор основных видов дефектов в строительстве [118] с ранжированием дефектов на критические и значительные. Критические дефекты подлежат безусловному устранению до начала последующих работ или с приостановкой начатых СМР. По данным ин спекции ГАСН г. Москвы [141] количество критических дефектов, обнаруженных на стройках в 1998-2000 гг. составляет 23-40%, значительных-40-53%.
Распределение дефектов в строительстве может быть представлено по следующим статистическим данным [198]. По причинам происхождения: ошибки проектирования - 4%; низкое качество материалов и изделий - 17%; низкое качество монтажа - 42%; неудовлетворительная эксплуатация - 18%; совокупность причин - 19%о.
По времени проявления: в период строительства - 48%; построено, но не сдано в эксплуатацию - 20%; в период эксплуатации - 29% (в том числе до 1 года -12%; до 15 лет - 7%; свыше 15 лет - 10%); после ремонта - 3 %.
По видам конструкций: основания - 3%; стальные - 6%; деревянные - 7%; железобетонные - 17%; кирпичные - 18%; сочетания различных конструкций - 49%.
Некоторые статистические данные из Германии, наглядно демонстрирующие проблематику неудовлетворительного выполнения строительно-монтажных работ, приведены в статье [236]. По этим данным 42% дефектов возникают из-за недостаточных предварительных исследований или ошибок в проектировании, 58% дефектов возникают во время проведения строительных работ. Из них 11% связаны с недостатками организации, 26% - неудовлетворительным качеством СМР, 21% - с другими причинами. Около 80% всех повреждений возникают примерно в течении первых 5 лет эксплуатации зданий.
Обеспечение надежной работы системы «основание - фундамент - надземное сооружение» [59] зависит от качества устройства основания и фундаментов, которые впоследствии остаются скрытыми и недоступными для визуальных наблюдений. Пригодность к эксплуатации надземного сооружения является главным критерием при контроле качества и обеспечении надежности подсистемы «основание - фундамент» [106]. Среди основных причин деформаций и разрушений зданий называют [178]: ошибки инженерно-геологических изысканий и проектирования - 11%, дефекты строительства - 32%, ошибки при эксплуатации - 42%, прочие причины (износ, подтопление и т.д.) - 15%. По другим данным [49]: упущения на стадии изысканий - 10%; ошибки проектирования - 18%; дефекты строительства - 17%; ошибки при эксплуатации зданий - 28%; при эксплуатации территорий - 27%о. Дефекты устройства оснований и фундаментов также систематизируют по причинам их возникновения [1, 49, 178, 256].
Оценка системы качества изготовителей строительных материалов и изделий
Следовательно, вероятность разрушения конструкций 1(Г3 можно принять за абсолютную верхнюю границу риска, а Ю-6 можно рассматривать как нижнее граничное значение вероятности отказа сооружения. Таким образом, сформированные в результате многовекового опыта строительства различных сооружений нормы безопасности, соответствующие риску КУЛ-ЛО-6, который заложен в большинство норм проектирования, в сущности, есть техническое отражение инстинктивно обусловленного и приемлемого для общества уровня риска.
По данным зарубежных исследований [267] приемлемая вероятность местного повреждения конструкции, не ведущего к ее разрушению, составляет 1 из 10 тыс. случаев или МО"4. Из вероятности против местного обрушения Ю-4 и веро-ятности 10 общего обрушения конструкций здания, можно теоретически вычислить проектные запасы по материалу и нагрузкам.
Для оценки риска отказов и аварий применяются различные модели безопасности строительных конструкций: эмпирическая [19], вероятностные [41, 42], логико-вероятностные [39, 112, 103, 147], модель «редких событий» [275, 277, 284, 288, 297], динамических испытаний [4, 149], страховой экспертизы [147]. Перечисленные модели обладают своими преимуществами, недостатками, ограничениями в рамках принятых допущений. В большинстве случаев оценивается риск применительно к отдельным составляющим сложной строительной системы, а не ко всей системе в целом. Важным является факт отражения в представленных моделях превышения фактического риска, присущего каждому объекту, над теоретическим, закладываемым по умолчанию в проектное решение.
Здания и сооружения относятся к сложным техническим системам, прямое экспериментальное подтверждение соответствия которых установленным требованиям безопасности и надежности в большинстве случаев технически невозможно или экономически нецелесообразно. Для таких объектов, согласно ГОСТ 27.310-95, рекомендуется проведение анализа видов, последствий и критичности отказов (АВПКО), который в международной практике называется FMEA-подходом (Failure Mode and Effects Analysis). Цель АВПКО - достижение требуемых характеристик безопасности, экологичности, эффективности и надежности, предупреждение возникновения и ослабление тяжести возможных последствий отказов.
Различают АВПКО-конструкции (изделия на стадии проектирования) и АВПКО-процесса (для технологического процесса). Соответственно рассматривают отказы элементов конструкции или дефекты технологии их изготовления. Критичность отказа (дефекта) рассчитывают как произведение С=В]В2В3, сомножители которого оцениваются в баллах и характеризуют частоту, вероятность выявления и значимость отказа (дефекта). Системы балльной оценки разработаны, главным образом, для изделий приборо- и машиностроения [289, 295] и закреплены в национальных стандартах (например, в германском стандарте авто мобильного союза VDA, военном стандарте США MIL STD-1629A, стандарте России ГОСТ Р 51814.2-2001 «Системы качества в автомобилестроении»).
В зарубежной практике [290] показатель критичности С называют риском потребителя RPZ, в ГОСТ Р 51814.2 - приоритетным числом риска ПЧР или комплексным риском дефекта. При этом считается, что если RPZ 100 баллов, то дефекты, приводящие к соответствующим отказам, должны быть устранены. Их в первую очередь включают в программу разработки превентивных мероприятий по предупреждению дефектов. Малый (менее 40 баллов) и средний (40-100 баллов) риски считаются вполне приемлемыми. В ряде работ [11, 16], посвященных описанию АВПКО, в качестве граничного значения предлагается С=5-5-5=Т25 (как произведение средних балльных оценок).
Для применения АВПКО в области строительства требуется разработка соответствующих критериев рейтинговой оценки частоты, вероятности выявления и значимости дефектов с учетом специфики строительной продукции и последствий дефектов СМР.
Недостатком описанного метода оценки значимости дефектов является игнорирование возможных ошибок, усугубляющих их последствия. Анализ развития опасной ситуации с инициирующим событием в виде дефекта возможен построением дерева событий. При этом значимость дефекта следует увязать с вероятностью конечного неработоспособного состояния конструкции.
Таким образом, важнейшей процедурой управления безопасностью является анализ значимости дефектов и отказов. В применяемом в системе государственного строительного надзора классификаторе дефектов отсутствуют количественные критерии, что может приводить к ошибкам дефектации и неоправданным затратам на исправление дефектов. Актуальной задачей является разработка эффективных методик оперативной оценки критичности дефектов, как на стадии проектирования, так и в процессе строительства. По результатам анализа значимости отклонений, оценки их влияния на надежность и безопасность следует назначать объемы и достоверность контроля, осуществлять регулирование процессов и разрабатывать мероприятия по предупреждению дефектов.
Обеспечение качества технологического процесса (ТП) базируется на реализации следующих процессов управления: 1) получение информации путем измерений; 2) обработка информации о состоянии процесса; 3) принятие решения об изменении состояния процесса; 4) воздействие на процесс. Для осуществления управления ТП необходимо определенное информационное обеспечение, основанное на математическом описании процесса. Поскольку ТП характеризуются сложностью взаимосвязей между параметрами, изменчивостью входных и выходных переменных, высоким уровнем производственных шумов использование физико-химических закономерностей в математических моделях, как правило, не представляется возможным.
В связи с необходимостью отражения влияния множества входных переменных на результат процесса для моделирования ТП используются теория корреляции, регрессионный анализ и планирование эксперимента [250]. Однако, регрессионные модели, включающие порой нелинейности высокого порядка, малопригодны для целей оперативного управления [111].
Статистический анализ точности и стабильности ТП - это установление соответствующими методами показателей точности и стабильности процесса и определение закономерностей его протекания во времени. Точность обусловливает близость действительных и номинальных значений параметров процесса. Стабильность - это свойство ТП, характеризующееся постоянством распределения вероятностей его параметров без вмешательства извне.
Статистическое регулирование технологического процесса означает корректирование значений параметров процесса по результатам выборочного контроля параметров, осуществляемое для технологического обеспечения требуемого уровня качества продукции. Статистический приемочный контроль качества продукции -это контроль, основанный на применении методов математической статистики для проверки соответствия качества продукции установленным требованиям. Статистический метод оценки качества - метод, при котором значения показателей качества определяют с использованием правил математической статистики.
Управление производственными процессами в строительстве имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при статистическом регулировании качества. Эти отличия проявляются: в массовости и условиях производства; объемах партий и выборок; возможности выбраковки, а также в последствиях ошибок.
Расчет статистических показателей качества выполняется на основе данных измерений, исполнительных геодезических схем положения конструкций, лабораторного контроля свойств материалов в соответствии с ГОСТ 23615 [75], ГОСТ 23616 [76], ГОСТ Р 50779.21 [84], ГОСТ Р 50779.44 [87]. Вычисляются следующие характеристики по каждому контролируемому параметру: среднее выборочное значение; систематическое отклонение; выборочное стандартное отклонение; доверительные интервалы выборочного среднего и стандартного отклонения; коэффициент соответствия; уровень бездефектности; показатели точности процесса и контроля; коэффициенты стабильности процесса по отношению к систематическим и случайным погрешностям.
Выбор параметров статистического приемочного контроля
При обосновании показателя точности контроля Ктк учитывались требования стандартов [74-79], рекомендаций по расчету точности [194], а также результаты исследований [127, 226, 228, 253, 293]. Обычно при низкой точности контроля, когда погрешность измерений превышает 10-20% величины допуска, результаты измерений считаются некорректными и требуются либо соответствующие поправки, либо повторение измерений (см. раздел 5.7).
Указанные в табл. 3.2.6 критерии оценки рекомендуется вносить в документы системы менеджмента качества организации: стандарты предприятия, методики, инструкции, разработанные в соответствии с руководством по качеству.
Все эти ситуации имеют место при управлении качеством строительства. Неточность (относится к значению) и неопределенность (относится к уверенности) в силу объективных причин свойственна информации о качестве, особенно в строительной сфере.
В виду производственных шумов и погрешностей контроля качество является вероятностной категорией. Для управления качеством вероятностных объектов или процессов необходимо создать математическую модель объекта управления. Математическая модель в виде ряда соотношений, основанных на физических законах функционирования объекта управления, позволяет определить сигнал на выходе объекта управления при известных входных воздействиях и начальных состояниях. Как уже отмечалось в разделе 1.5, математическая запись законов функционирования технологического процесса часто приводит к сложной системе нелинейных дифференциальных уравнений, связывающих входные и выходные переменные и их производные.
Рассматриваемые процессы подвержены шумам, являются слабоформализуе-мыми системами и подчинены статистическим закономерностям. Стохастические процессы и их случайные параметры описываются законами распределения. Для установления закона распределения необходимо выполнить не менее 100-120 измерений, что весьма трудоемко.
В некоторых ситуациях контроля невозможно получить большую выборку данных, например: - при испытаниях конструкций или инженерных систем; - при контроле параметров малочисленных конструктивных элементов (например, в пределах одного этажа); - при оценивании комплексных показателей, осредненных по захваткам, этажам, объектам; - при контроле предельных значений параметров функции надежности конструкций; - при экспертном методе оценки и малом числе экспертов.
При нестабильности параметров распределений в пределах этажей или захваток объединенная по зданию выборка, строго говоря, не может считаться однородной. Вместе с тем при малых этапных выборках (при и 10 на этаж) вероятностные методы ограниченно применимы. С другой стороны, при известном априо 120 ри законе распределения, можно ограничиться малым объемом выборки, делая выводы о генеральной совокупности в целом при минимальных затратах на контроль.
Расчеты надежности конструкций оперируют с зонами на «хвостах» распределений, для чего, с одной стороны, требуется большая выборка, а с другой стороны, крайние значения параметров, попадающие в асимптотические части распределений, которые оказывают решающее влияние на вероятность отказа. С этой точки зрения контролировать надо прежде всего те элементы, которые имеют наибольшие отклонения от среднего. Поскольку нас интересует минимальная надежность, при известном законе распределения можно проконтролировать лишь средние и минимальные значения.
Исходя из изложенного, для оценки качества необходимо использовать методы, позволяющие получать надежные решения при нечеткой исходной информации или ее недостатке. Эти методы основаны на нечетких множествах и теории возможностей Л. Заде, а также на теории идентификации по ограниченным данным [105, ПО, 129, 169, 280, 300]. В работах Уткина B.C. и Кошелевой Ж.В. [130, 242] рассматривается применение теории возможностей для оценки надежности конструкций в условиях ограниченной информации.
При недостатке данных контроля или испытаний задача оценки качества или надежности может быть решена методом теории возможностей. При этом функцию распределения возможностей (рис. 3.3.1) рассматривают как «плотность» меры неопределенности и представляют в виде
Уже при « 13 значения риска становится отрицательным, что не имеет смысла. Следовательно, формула (3.3.4) имеет ограниченную область применения. Ясно, что при увеличении п риск асимптотически стремиться к нулю, не достигая его. Для расчетов предлагается принимать а= 0,05 при п 12н а=0,01 при п 100, а также связать этот риск с уровнем системы качества строительства: а — \- Кск, так как чем выше КСк, тем меньше риск ошибки.
При а х„ возможность бездефектности при ограничении параметра снизу Р=\. Возможность дефектности Q= тгх(х). Необходимость бездефектности N=\-7tx(x), интервал бездефектности [N, 1]. Полученные интервальные (нечеткие) оценки могут использоваться в качестве параметров функции принадлежности в экспертной системе нечеткого вывода (см. раздел 6.4).
Рассмотрим задачу оценки уровня системы качества строительной организации тремя экспертами. Оценки экспертов: 0,74, 0,73 и 0,71 - будем сравнивать с индикаторными значениями 0,50...0,75, делящими область качества на три зоны: ниже среднего, средний уровень, выше среднего.
Нормирование точности технологических процессов по критерию надежности
Из данных табл. 5.5.6 следует, что примерно половина параметров стабильны по отношению к случайным погрешностям. Значения почти всех параметров не стабильны по отношению к систематическим погрешностям. Коэффициенты стабильности относительно зданий равны: по систематическим погрешностям 10/22=0,45, по случайным - 2/22=0,09.
Стабильность средних значений и однородность стандартных отклонений оценивалась по графикам диапазонов (рис. 5.5.2).
Из графиков видно, что при относительной стабильности средних значений параметров стандартные отклонения значительно изменяются на разных объектах (высота прямоугольников SD на рис. 5.5.2 отличается в 2 раза). Для уменьшения разброса параметров необходимо совершенствовать технологию, усилить контроль за соблюдением допусков.
Прочность бетона классаВ15, МПаПрочность бетона классаВЗО, МПаПрочность бетона классаВ25, МПаРасстояние между стержнямиарматуры, ммТолщина защитного слоябетона, ммОтклонение стен и колоннот вертикали, ммОтклонение стенот разбивочных осей, ммОтклонение колоннот разбивочных осей, ммОтклонение отметокперекрытий, мм Окончание табл. 5.5. 1 2 3 4 5 6 7 Отклонение размеров 3.85 6.15 -3+6 -8,2-15,9 0,523 0,536 сечения колонн, мм 1,50 2,25 Отклонение толщины 9.40 6,41 -3+6 -3,2-21,9 0,272 0,518 стен, мм 1,50 2,25 Отклонение толщины 5.60 6.09 -3+6 -6,3-17,5 0,447 0,540 перекрытий, мм 1,50 2,25 Отклонение пролета 1,46 12,66 +20 -23,4-26,7 0,857 0,886 перекрытий, мм 0 10,00 Разность отметок смежных 1,40 0.65 3 0-11,8 0,321 0,801 поверхностей, мм 0,55 0,33 Отклонение поверхностей от 1,56 0.60 20 0-12,77 0,991 0,994 горизонтальности, мм 1,50 0,91 Местные неровности 1.16 0,43 5 0-6,47 0,852 0,968 поверхности бетона, мм 0,81 0,49 Примечания: 1. X - среднее значение отклонения; ju - то же для логнормального распределения; 5 стандартное отклонение; а - то же для логнормального распределения; АХп — нормативный допуск; X±\,96SX - интервал, в который попадают 95% значений параметра; Р\ - вероятность попадания в интервал допуска без учета систематического отклонения параметра; Pi - то же с учетом систематического отклонения. 2. В числителе указаны фактические значения параметров распределения, в знаменателе — нормативные. Из данных табл. 5.5.7 следует, что значения, отстоящие от выборочного среднего на 1,96 стандартного отклонения (95%-ный интервал), не превышают предельно допустимых значений только для параметров прочности бетона и горизонтальности поверхностей.
Фактические отклонения для параметров положения арматуры и размеров конструкций в 2-3 раза превышают нормативные стандартные отклонения, вычисленные из значений допусков при т=Д/4, где Д - допуск на параметр. Для геометрических параметров конструкций верхний нормативный допуск +6 мм превышен в 2-4 раза на уровне статистической значимости 0,95.
Вероятности попадания в интервал допуска, даже без учета систематических отклонений для геометрических параметров размеров конструкций не превышает 0,27...0,54. Это является следствиям больших стандартных отклонений Sx, близких по своим значениям к нормативным отклонениям.
Для определения прочности конструкции используем формулы из расчета по первому предельному состоянию в соответствии с требованиями СНиП 52-01-2003 [217]. Перекрытия рассчитывались как изгибаемые элементы прямоугольного сечения. Из решения системы двух уравнений определялось сопротивление конструкции изгибу М:
Таким образом, при анализе качества возведения крупнопанельных, кирпичных и монолитных зданий подтверждено наличие значимой (на уровне 0,05) связи между оценкой системы качества строительной организации и уровнем бездефектности СМР. Обнаруженная зависимость, с одной стороны, доказывает адекватность принятой модели оценки системы качества, с другой стороны, позволяет прогнозировать бездефектность СМР на основе изучения потенциала строительной организации. Использование комплексного показателя качества КСМР позволяет получить количественную оценку качества возведения зданий, произвести однозначное сравнение и отнести качество к одной из установленных категорий. Наибольшая оценка соответствует СМР по возведению здания № 2. Далее по убывающей следуют: здания № 8, 4, 7, 6, 3, 5, 1 (см. табл. 5.5.8). Лучшее качество достигнуто при возведении зданий каркасной конструктивной системы. Для трех домов № 2, 8 и 4 комплексная оценка качества близка к категории «приемлемо» (около 0,92). Оценка качества возведения остальных исследованных зданий соответствует категории «удовлетворительно» (от 0,78 до 0,92).
По пиктографикам рис. 5.5.5 установлено, что качество возведения проконтролированных зданий приемлемое или удовлетворительное, и визуально ранжированы оценки по относительным площадям многоугольников.
Указанные в табл. 5.5.2 значения показателя критичности дефектов и ранг их опасности по степени риска требуют проведения количественного анализа значимости отклонений. В табл. 5.5.10 приведена оценка влияния некоторых дефектов бетонных работ на надежность, прочность, жесткость и третино стойкость монолитных перекрытий пролетом 2-6 м, толщиной 16-20 см, опертых по трем и четырем сторонам, изготовленных из бетона ісласса В15-В25 с армированием в пролете 63-283 мм /м, на опорах - 84-502 мм /м.
