Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Многофакторный анализ современных технологий возведения жилых многоэтажных зданий 15
1.1. Анализ системы взаимодействия основных участников процесса строительства жилых многоэтажных зданий 15
1.2. Понятия системный анализ и процесс принятия решений, являющиеся научной базой исследования 26
1.3. Анализ вариантов проектно-строительных решений жилых многоэтажных зданий 31
Выводы по первой главе 45
Глава 2. Концепция системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий 47
2. 1. Модели и методы оценки показателей эффективности жизненного цикла жилых многоэтажных зданий 47
2. 2. Определение состава и структуры строительной технологии жилого многоэтажного здания как системы 59
2. 3. Математическая модель и программа многокритериальной оптимизации параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий 65
Выводы по второй главе 74
Глава 3. Апробации системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий 75
3. 1. Формирование системы рациональных технико-экономических параметров, оценка по критерию оптимальности и определение их весомости 75
3. 2. Вариантное проектирование строительных технологий и расчет технико-экономических параметров 82
3.3. Ранжирование строительных технологий по показателям ресурсосбережения и оптимальности 96
Выводы по третьей главе 108
Глава 4. Внедрение результатов исследования в проектно-строительную практику 110
4. 1. Реализацияіконцепции системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий 110
4. 2. Руководящий технический материал на возведение ресурсосберегающей и оптимальной для участников жизненного цикла строительной технологии для заданного объемно-планировочного решения жилого многоэтажного здания в условиях Санкт-Петербурга 116
Выводы по четвертой главе 122
Заключение 124
Список использованной литературы 128
Приложение 142
- Понятия системный анализ и процесс принятия решений, являющиеся научной базой исследования
- Определение состава и структуры строительной технологии жилого многоэтажного здания как системы
- Вариантное проектирование строительных технологий и расчет технико-экономических параметров
- Руководящий технический материал на возведение ресурсосберегающей и оптимальной для участников жизненного цикла строительной технологии для заданного объемно-планировочного решения жилого многоэтажного здания в условиях Санкт-Петербурга
Введение к работе
Актуальность. Практика, методика, объемы проектирования и строительства жилья в Санкт-Петербурге находятся под влиянием политических, социальных и экономических преобразований происходящих в России. Реализация государственной политики заключается во внедрении научно-технических достижений, которые способствуют улучшению жилищных условий, созданию благоприятной в экологическом отношении среды жизнедеятельности человека, проведению реконструкции и технического перевооружения материально-технической базы. Социально-экономические преобразования обуславливают потребность интенсивного совершенствования инвестиционно-строительного комплекса, так как он играет значительную роль в воспроизводстве основных фондов, существенно влияет на структуру, темпы роста и пропорциональность развития народного хозяйства. Строительство современных жилых многоэтажных зданий оказывает существенное воздействие на смежные отрасли промышленности, развитие транспорта, жилищно-коммунальное хозяйство.
Доля бюджетного финансирования массового жилищного строительства до 90-х гг. XX в., занимавшая около 98 % адресной программы, ежегодно сокращалась и в настоящее время составляет 8—12 %, остальное строительство ведется за счет инвестиций [1]. Для решения жилищной проблемы в Санкт-Петербурге предпринимается ряд комплексных мероприятий: так в 2000 г. ввод жилья за счет всех источников финансирования составил порядка 1 млн. кв. м, к 2010 г. планируется 1,5 млн. кв. м, в том числе за счет федерального бюджета 180 тыс. кв. м, за счет городского бюджета 550 тыс. кв. м. [2].
В этих условиях тенденции объемов строительства в структуре застройки городов России, в частности Санкт-Петербурга (рис. 1), характерны увеличением доли социального жилья (рис. 2) различного по архитектурным, объемно-планировочным, конструктивным, инженерным, технологическим
решениям. Объем строительства социальных домов в Санкт-Петербурге за период 2006-2010 гг. составит 1 млн. 280 тыс. кв. м [2].
S 100%
60% 40% 20% 0%
Жилые Общественные Промышленные
Классификация по назначению
Рис. 1. Объем строительства в структуре городской застройки в зависимости от назначения зданий
100% | 80% | 60%
I 40% Є- 20%
Ї 0%
9%_
5%-
Социальное Повышенной Элитное
комфортности
Классификация по потребительским свойствам
Рис. 2. Объем строительства в структуре городской застройки в зависимости от потребительских свойств жилых многоэтажных зданий
В застройке Санкт-Петербурга (Ленинграда) до 90-х гг. XX в. преобладали жилые многоэтажные здания панельных серий 504, 137, 121, 606, 600.11, 1.090.1-1 - около 80 %, кирпичные дома составляли до 15 % и менее 5 % строились монолитными (рис. 3). В течение следующего десятилетия ситуация меняется: панельные - 40 %, кирпичные - 35 %, монолитные - 25 % (рис. 3). Сегодня доли панельного (17 %) и кирпичного (13 %) домостроения (рис. 3) по-прежнему сокращаются, вытесняемые применением технологий монолитного бетона (70 %) [1-3].
I 100% S 80% | 60% | 40% s 20%
80% ~ Щ 40% ~
~i5%~1 И B__35%tZ]
1980-1990ГТ 1991-2000гт. 2001-2008 гг.
Востребованность технологий возведения по годам
Традиционные технологии Полносборные технологии D Технологии монолитного бетона
Рис. 3. Объем строительства в структуре городской застройки жилых многоэтажных зданий в зависимости от технологии возведения
На современном этапе развития России возрастает роль архитектурно-строительного комплекса в обеспечении комфорта среды жизнедеятельности человека и общества. Приоритетным для экономики страны становится программно-целевой метод разработки и реализации системы энергосберегающих мероприятий, направленных на экономию топливно-энергетических ресурсов в строительном секторе, включая эксплуатацию основного фонда застройки городов — жилых многоэтажных зданий, эксплуатационное энергопотребление которых в России примерно в 3 раза превышает аналогичные показатели в технически развитых странах со сходными природно-климатическими условиями. Удельные теплопотери жилых многоэтажных зданий составляют до 40 % за счет инфильтрации нагретого воздуха, до 30 % за счет недостаточного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, до 30 % за счет нерегулируемой эксплуатации систем отопления и горячей воды. Системный подход и экономически обоснованная последовательность выполнения комплекса взаимосвязанных и взаимозависимых мероприятий, в том числе градостроительных, объемно-планировочных, конструктивных, инженерных и эксплуатационных позволяет сократить эксплуатационные затраты в 2,0-2,5 раза. При этом удельная доля энергосбережения за счет совершенствования градостроительных решений составляет 8-Ю %, объемно-планировочных до
15 %, конструктивно-технологических до 25 %, инженерных систем до 30 %, за счет эксплуатации до 20 % [4-7].
Современный научно-технологический уровень развития общества, с одной стороны, диктует новые, как правило, повышенные требования к строительному производству, с другой стороны, раскрывает новые возможности в его совершенствовании и обновлении. В этих условиях многогранная проблема рационального использования ресурсов (энергетических, материальных, трудовых, финансовых) с учетом возможностей их экономии при производстве строительно-монтажных работ при возведении, эксплуатации, реконструкции, сносе жилых многоэтажных зданий должна решаться на новом концептуальном уровне.
В инвестиционной, проектно-строительной и эксплуатационной практике жилых многоэтажных зданий доминирующим фактором становится обеспечение минимальных затрат ресурсов за счет перехода на энергосберегающие нормы проектирования и возведения, применения строительных материалов и изделий с высоким коэффициентом сопротивления теплопередаче и длительным сроком службы, использования гибких планировочных решений.
Несущие и ограждающие конструкции жилых многоэтажных зданий должны сохранять свои свойства в течение предполагаемого срока службы, который может быть установлен в задании на проектирование. Долговечность зданий определяется на основе трех ее степеней: первая — полная продолжительность срока службы здания, которую, как правило, не рассчитывают. Вторая — распространяется на половину срока службы здания приблизительно на 40—50 лет, сюда входят конструкции стен, перегородок, двери, окна и пр. Третья — распространяется на элементы быстрого износа и элементы, у которых физическое существование ограничено 10-20 годами. Безопасные и комфортные условия эксплуатации могут быть продлены за счет исполнения сроков ремонтов, включающих поддерживающий ремонт раз в 3—5 лет; выборочный капитальный ремонт раз в 15—20 лет; капитальный ремонт
определяется по совокупности условий; реконструкция с сохранением или перепрофилированием назначения здания раз в 50-100 лет [8].
Эксплуатационные расходы в современных жилых многоэтажных зданиях, включая расходы на инфраструктуру, не должны превышать 0,95-1,0 у. е. кв. м [8, 9]. Для этого уже на стадии проектирования следует предусматривать учет и контроль затрат и эффектов, делать выбор в пользу рациональных, ресурсосберегающих строительных технологий, которые увеличивают эксплуатационную эффективность.
Применение новых материалов, конструкций, технологий, опережающее прогнозирование результатов их внедрения, требует дополнительных мер при эксплуатации. В условиях современных масштабов городов такой подход нарушает объективно важные причинно-следственные связи в системе «жизненный цикл жилых многоэтажных зданий - макроэкономический цикл развития страны - окружающая среда», приводит к принятию несовершенных с социально-экономической точки зрения решений, необратимым изменениям окружающей среды, ухудшению качества жизни будущих поколений.
Строительство жилых многоэтажных зданий на основе системной оценки технологий их возведения повышает инновационную восприимчивость и адаптационный ресурс объектов, обеспечивает как народно-хозяйственное значение, заключающееся в сохранении минерально-сырьевых, топливно-энергетических ресурсов, за счет рациональных градостроительных, объемно-планировочных, конструктивных, технологических решений, так и частное значение для организаций жилищно-хозяйственного комплекса за счет повышения технологичности, снижения материалоемкости, трудоемкости, продолжительности, стоимости работ по ремонту, реконструкции, сносу домов.
Использование системной оценки технико-экономических параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий в проектно-строительной практике для выбора ресурсосберегающих решений является целесообразным и своевременным.
Исследование проводится в рамках приоритетной национальной программы «Доступное и комфортное жилье — гражданам России», основными задачами которой являются [10]:
создание условий для развития строительного сектора экономики и повышения уровня обеспечения населения жильем путем увеличения объемов жилищного строительства и развития финансово-кредитных институтов рынка жилья;
- создание условий для приведения жилищного фонда и коммунальной инфраструктуры в соответствие со стандартами качества, обеспечивающими комфортные условия проживания;
обеспечения доступности жилья и коммунальных услуг в соответствии с платежеспособным спросом граждан и стандартами обеспечения жилыми помещениями, в том числе 33 м2 общей площади жилого помещения — для одиноких граждан, 42 м - на семью из двух человек, по 18 м2 - на каждого члена семьи при семье из 3-х человек и более.
Рассматривая строительство жилых многоэтажных зданий, как сложную динамическую систему, необходимо для оценки организационно-технической надежности исследовать ее состав и структуру с целью выявления элементов, которые могут разрушаться и этим влиять на всю систему. В этом направлении существует много научных исследований.
Неоднократно обращая внимание на необходимость системного подхода к комплексу поставленных задач, обоснованием, оценкой, совершенствованием строительно-технологических решений занимались ведущие отечественные и зарубежные ученые Абовский Н. П., Афанасьев А. А., Барановская Н. И., Бардин В. Е., Байбурин А. X., Болотин С. А., Борг Р.-Ф., Бродач М. М., Булгаков С. Н., Владимирский С. Р., Волков А. А., Головнев С. Г. Гусаков А. А., Гусакова Е. А., Дикман Л. Г., Крылов Г. В., Ильин Н. И., Завадскас К.-Э. К., Заренков В. А., Маклакова Т. Г., Нанасова С. М., Олейник П. П., Орт А. И., Панибратов Ю. П. Панибратов А. Ю., Паулсон Б.-С,
Петраков Б. И., Табунщиков Ю. А., Теличенко В. И., Темнов В. Г., Шульженко Н. А., Шрейбер В. А. и др.
Анализ работ научных коллективов ЦНИИЭПжилища, ЦНИИОМТП, МГСУ, СПбГАСУ, ЮУрГУ и др. позволил автору определить рациональные технологические схемы, выявить основные организационно-технологические принципы возведения жилых многоэтажных зданий и сформировать систему оценки технико-экономических параметров.
Цель: совершенствование методики оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий.
Объект: технологии возведения жилых многоэтажных зданий.
Предмет: технико-экономические параметры технологий возведения жилых многоэтажных зданий.
Задачи:
- провести многофакторный анализ современных технологий
возведения жилых многоэтажных зданий;
разработать концепцию системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий;
- провести вариантное проектирование и расчет технико-
экономических параметров технологий возведения жилого многоэтажного дома
в зависимости от заданного объемно-планировочного решения;
апробировать концепцию системной оценки параметров на разработанных вариантах технологий возведения жилого многоэтажного дома;
- предложить альтернативную ресурсосберегающую технологию
возведения жилого многоэтажного дома;
разработать руководящий технический материал по применению концепции системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий и ресурсосберегающей технологии.
Методика: для решения поставленных задач применялись системный анализ, вариантное проектирование строительных технологий, аналитические методы расчета элементов и объекта в целом, многокритериальная оптимизация.
Научная новизна:
предложена концепция системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий, обеспечивающая выбор, принятие и корректировку проектно-строительных решений, позволяющая прогнозировать эффективность жизненного цикла объектов;
- разработана математическая модель многокритериальной
оптимизации технологий возведения жилых многоэтажных зданий по критерию
оптимальности технико-экономических параметров для заданных условий;
разработана программа «Приоритетный вариант» для ПЭВМ, позволяющая выполнить многокритериальную оптимизацию альтернативных вариантов технологий возведения жилых многоэтажных зданий.
На защиту выносятся следующие результаты исследования:
результаты многофакторного анализа современных технологий возведения жилых многоэтажных зданий;
концепция системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий;
результаты сравнительного анализа и вариантного проектирования технологий возведения жилого многоэтажного дома в зависимости от объемно-планировочного решения;
результаты апробации разработанной концепции системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий;
ресурсосберегающая технология возведения жилого многоэтажного дома для заданного объемно-планировочного решения и руководящий материал по ее применению в условиях Санкт-Петербурга.
Достоверность результатов исследования подтверждается
теоретическими исследованиями, современными методами статистической обработки данных, применением компьютерных технологий.
Практическое значение и реализация:
обоснована область реализации концепции системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий, разработанный регламент по ее применению внедрен в ЗАО «Северо-Западная инвестиционно-строительная корпорация»;
разработанная программа системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий для ПЭВМ рекомендуется к применению проектными и строительными организациями, а также в учебном процессе ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»;
предложена альтернативная ресурсосберегающая строительная технология жилого многоэтажного дома, которая для заданного объемно-планировочного решения обеспечивает в среднем уменьшение массы здания на 15 %, снижение трудоемкости на 10 %, материалоемкости на 10 %, стоимости строительно-монтажных работ на 5 % при более гибкой планировке помещений. Ресурсосберегающая технология возведения жилого многоэтажного дома, для которой разработаны структурно-элементная схема и руководящий технический материал по применению в условиях Санкт-Петербурга, внедрена в строительную практику ЗАО «Северо-Западная инвестиционно-строительная корпорация» и ООО «ГлавВоенСтрой».
Апробация и публикации: основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 59-й, 60-й, 61-й междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых СПбГАСУ «Актуальные проблемы современного строительства» (СПб., СПбГАСУ, 2006 - 2008 гг.); 63-й, 64-й, 65-й 66-й науч. конф. проф... СПбГАСУ (СПб., СПбГАСУ, 2006 - 2009 гг.); на 10-м, 11-м пост. действ, межвуз. науч.-практ. семинаре ВИТУ «Современные направления технологии строительного производства» (СПб., ВИТУ, 2007 - 2008 гг.).
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 20 печатных работах, в том числе 4 статьи в журналах, включенных в перечень изданий ВАК.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографии - 153 наименования, 2-х приложений. Общий объем работы составляет 147 с, в том числе 19 табл., 46 рис.
Структурно-логическая схема научных исследований представлена на рис. 4.
Понятия системный анализ и процесс принятия решений, являющиеся научной базой исследования
Системным анализом называется исследование объектов и явлений окружающего мира, основанное на структурном их расчленении (декомпозиции), выделении отдельных подсистем, изучении взаимосвязей между этими подсистемами. Для эффективных проектируемых систем все подсистемы и их взаимосвязи должны взаимосодействовать достижению конечного результата функционирования системы в целом. В строительстве при системном анализе параметров объекта используют различные методы и средства, в том числе теории вероятностей, математической статистики, игр теории, массового обслуживания теории, моделирования и пр. [16].
Системный подход — это комплексное изучение исследуемого объекта как единого целого с позиций системного анализа, что означает учет всех взаимосвязей, изучение отдельных структурных частей, выявление роли каждой из них в общем процессе функционирования системы и наоборот, выявление воздействия системы В целом на отдельные ее элементы. Научно-технический прогресс в строительстве привел к быстрому и резкому усложнению строительных технологических процессов, к увеличению количества составляющих элементов организационных структур, к усложнению плановых, экономических, управленческих решений. Это привело к формированию и развитию системного подхода в управлении сложными системами, позволяющего координировать и направлять действия различных элементов систем с разными, иногда даже противоречивыми, интересами в единую, эффективно и целесообразно действующую строительную систему [16].
Сущность системного подхода сводится к формулированию целей и выяснению их иерархии до начала какой-либо деятельности, связанной с управлением, и в частности с принятием решений; получению максимального эффекта в смысле достижения поставленных целей при минимальных затратах путем сравнительного анализа альтернативных путей и методов достижения целей и осуществления соответствующего выбора; количественной оценке (квантификации) целей, методов и средств их достижения, основанной не на частных критериях, а на широкой и всесторонней оценке всех возможных и планируемых результатов деятельности [15].
Человек, знающий цель, которая служит мотивом постановки задачи и поиска ее решения называется лицом, принимающим решение (ЛИР). Возможно принятие решений группой лиц, заинтересованных в проектируемом объекте, то есть органом принятия решения (ОПР). При оценке альтернатив и принятии решений ЛПР (ОПР) могут опираться на информацию, получаемую от специалистов других профилей, в частности, экспертов и консультантов [16, 24].
Принятие решений — это с одной стороны научное направление, занимающееся построением рациональных схем выбора альтернатив; с другой - совокупность проектных процедур выбора наилучшего решения. Общая задача принятия решений есть тройка {X, S, R}, где X - множество конкурирующих альтернатив (вариантов), на основе анализа которых необходимо определить лучшую в смысле принципа оптимальности R альтернативу с учетом заданного множества S возможных условий ее последующего применения (реализации). Принятие решений принципиально отличается от вычисления решения не только отсутствием единственной формальной процедуры, но и содержанием, так как включает переоценку полезности результата S на основании критериев более высокого уровня. В отличие от традиционных задач операций исследования, в которых принцип оптимальности (решающее правило) R формулируется обычно в виде целевых функций и считается заданным вместе с другими условиями, в многокритериальных задачах принятия решения выбор решающих правил совершенно не очевиден. Построение и обоснование решающих правил является неотъемлемой частью этих задач и представляет собой наиболее трудную проблему, так как могут быть сформулированы различные правила, зависящие от принятых допущений и от информации о предпочтениях ЛПР. В процессе подготовки и принятия решения присутствуют следующие элементы: цель, альтернативы, параметры, модель, критерии, оценка, ЛПР, эксперты, консультанты. В классической теории принятия решений центральный вопрос связывают с аксиоматикой рационального выбора (в частности, с критериально-экстремизационными процедурами) или в более широком смысле - в терминах выбора по бинарным отношениям предпочтения. Однако исследования процессов принятия проектно-строительных решений показывают, что классически-рациональные основания выбора не универсальны, а представляют собой лишь ограниченную часть оснований, на которых могут строиться разумные и естественные механизмы выбора решений. Приемов выбора оптимального варианта, основанных на столь же естественных предположениях, как те, которые привели к выделению Парето-оптимума, не существует. Наряду с этим имеется огромное многообразие методов принятия решений, в том числе аналитические (параметрический анализ, морфологический анализ, идентификация, прогнозирование, оптимизация), имитационное моделирование, экспертные и др. По числу критериев все методы принятия решений могут быть классифицированы на принятие решений без критериев, оптимизацию по одному и по многим критериям. Принимая решение можно вообще обойтись без критериев, а использовать методы коллективного выбора, например, системы голосования, метод Борда, турнирный выбор, плюралитарные методы, правило Доджсона, методы квантифицирования вариантов и др. В этих методах с каждым вариантом не связывают определенные числовые оценки. Один и тот же вариант в разных предъявлениях может иметь разные числовые оценки. В некоторых случаях можно провести исследование потребительского спроса, отказываясь от четких критериев. Иными словами — сопоставить для альтернатив некоторые последствия их реализации - затраты на них и результат. В литературе описываются также всевозможные методы поиска оптимальных компромиссных решений, получаемых по многим частным критериям, но с устранением многокритериальное путем постулирования некоторых принципов, включая равенство, квазиравенство, равномерность, справедливую уступку, последовательную уступку, метод выделения главного критерия и др. По виду информации, получаемой от ЛПР, и способу ее использования различают дескриптивные, нормативные, смешанные и комплексные модели решения многокритериальных проблем. Первые из них наиболее активно разрабатываются психологами, исследующими поведение человека при решении различных задач. В них большой вес имеет доказательство излагаемых положений методом прецедента. Модели второго типа берут свое начало от работ экономистов, исследующих поведение потребителя при выборе определенного товара. Оба концептуальных подхода односторонне описывают процесс принятия решений. Часть методов сочетают в себе черты дескриптивного и нормативного подходов - они основаны на изучении способов получения информации от ЛПР и экспертов. Комплексная концепция характеризуется всесторонним учетом всех аспектов, а также рациональным использованием логического мышления и интуиции субъекта, математических методов и вычислительных средств при формировании и выборе решения.
Определение состава и структуры строительной технологии жилого многоэтажного здания как системы
Технология (гр. techne искусство, мастерство, умение и гр. logos слово — 1) совокупность методов обработки, изготовления, изменение состояния свойств, формы сырья, материала или полуфабриката в процессе производства; 2) научно-техническое описание способов производства.
Анализируя состав производственных процессов, выполняемых в ходе подготовки строительства и возведения объекта, можно установить две основные группы: материальные и информационные. Материальные процессы принято называть строительными процессами, которые охватывают все действия, направленные на материальные элементы строительного производства. Они входят в состав строительных технологий. Информационные процессы реализуются с помощью информационных технологий - методов расчета, методик, программ и средств информационно-вычислительной техники и направлены на переработку идеальных предметов (информации, чисел, исходных данных, документов) с целью выработки и принятия решений по наиболее эффективному осуществлению строительных технологий. Информационные технологии применяют к моделям, а не к реальным строительным процессам. Под моделью понимают формализованное отображение реального процесса с помощью структурных схем, математических выражений, словесных определений, описывающих связи между параметрами процесса. В общем виде это упрощение реального процесса, принятие корректных допущений с последующей оценкой достоверности полученных результатов [46].
По мнению Теличенко В. И. [24, 46] технологическое проектирование представляет собой проектирование производственного процесса строительства зданий как комплекса строительных технологий, состав и последовательность которых определяется конструкцией объекта, условиями строительной площадки, организационными, ресурсными и другими параметрами. Строительные технологии составляют сущность строительного производства, определяют уровень его эффективности, современности и взаимосвязи с окружающей средой (рис. 20).
Под термином строительная технология автор [24, 46, 47] предлагает понимать совокупность действий, способов и средств, направленных на обработку исходных природных и искусственных материалов, изменения их характеристик состояния и положения в пространстве с целью создания законченной строительной продукции заданных параметров и качества. Строительная технология отмечает Теличенко В. И. [24, 46, 47] - это взаимосвязь следующих элементов: создаваемая конструкция {К}, материал {Q}, из которого изготавливается конструкция, технологический процесс {Р} как последовательность действий по обработке материала, технические средства и исполнители {Ad}, реализующие технологический процесс. Основу строительной технологии составляет процесс как целенаправленная последовательность действий, который неотделим от времени {Т} и среды {R} — условий производства работ при возведении объекта. Теличенко В. И. [24, 46, 47] задает структуру строительной технологии в виде: Scrn— [{&) ШЬ {- } {М}, {Т}, {R}].
Научно-исследовательские разработки автора работ [24, 46, 47] позволяют описать состав и структуру строительной технологии жилого многоэтажного здания, придав ему системный смысл. Состав — совокупность предметов, образующих какое-нибудь целое [48]. Структура - строение, внутреннее устройство [48]. Структура — совокупность устойчивых связей, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе, то есть сохранение основных свойств при различных внешних и внутренних изменениях [47].
Подсистема конструкция жилого многоэтажного здания имеет специфическую структуру и состав элементов, которые подразделяются по функциональному назначению (например, фундамент, ростверк, наружные ограждающие конструкции, вертикальные и горизонтальные внутренние несущие конструкции, инженерные сети и пр.) и объединяются по циклам (подземный, надземный, отделочный). Совокупность параметров, определяющих конструкцию в символах имеет вид: {К}={К\, К2, ..., К{}, где каждый из количественных или качественных параметров должен удовлетворять соответствующим требованиям проектаК{тт К( К{тах.
Подсистема материал включает строительные материалы, применяемые для возведения жилых многоэтажных зданий. Совокупность параметров материала в символах имеет вид: {Q}={Q\, Qi, ..., Qi}, где каждый используемый для создания той или иной конструкции материал имеет характеристики О, тт О, Qi тах и соответствует предъявляемым к нему нормативным требованиям.
Для возведения конструкции проектных параметров из тех или иных материалов разрабатывается подсистема технологический процесс, имеющая определенный состав работ и последовательность их выполнения. Совокупность параметров характеризующих технологический процесс имеет вид: {/ }={/ ,, Подсистема технические средства состоит из комплекта строительных машин, механизмов, оборудования и инструментов, посредством которых исполнители реализуют комплекс работ технологического процесса. Механизированный комплекс обеспечивают марки машин и механизмов совместно с бригадой рабочих. Совокупность параметров технических средств в символах имеет вид: {М) = {М\, Mj, ..., Mt}, где каждый из параметров, связанный с наличием потребного количества технических средств и рабочих имеет следующие ограничения Mtmin Mi Mtтах.
Таким образом, система строительной технологии возведения жилых многоэтажных зданий отражает сущность отношения входящих в ее состав подсистем: конструкция, материал, технологический процесс, технические средства. Связи между подсистемами и внутри них обуславливают модель структуры строительной технологии, задаваемую отображением:
Чем сильнее связь и соответствие подсистем, тем выше показатели эффективности системы конструктивно-технологических решений: {ЭКТР}={ЭКТР ь ЭКТР 2, —, ЭКТР /} при этом показатели эффективности имеют проектные значения ЭКТР І mm Эктр / ЭКТР І max, к числу которых относятся и затраты ресурсов. Основная особенность строительного производства в целом и комплексного технологического процесса возведения жилого многоэтажного здания в частности состоит в том, что связи между рассмотренными подсистемами многовариантные, что порождает многофакторность исходных данных и вариантность решений.
Вариантное проектирование строительных технологий и расчет технико-экономических параметров
В соответствии современным требованиям системность, безопасность, гибкость, ресурсосбережение, качество, эффективность Теличенко В. И. [47] сформулировал и описал основные принципы формирования и реализации строительных технологий: модульность, вариантность, многокритериальность, информативность. Принцип модульности заключается в построении структуры строительных и информационных процессов из модулей, среди которых можно выделить модули-процессы, модули-задачи и модули решения. Принцип вариантности обуславливается необходимостью проработки и анализа большого количества вариантов сочетания модулей, решения различного рода частных и общих задач, возникающих в ходе выполнения производственного процесса на всех его стадиях. Принцип многокритериальности позволяет в каждом случае выбирать рациональный вариант по таким критериям, которые в наилучшей степени оценивают качество решения в каждой конкретной ситуации. Принцип информативности заключается в необходимости максимально возможного использования на всех стадиях и уровнях структуры как строительных, так и информационных процессов средств автоматизации, современной вычислительной техники и компьютеров.
Базируясь на современных требованиях и основных принципах строительного производства, для расчета значений технико-экономических параметров, являющихся данными исходной матрицы программы «Приоритетный вариант» разрабатываются альтернативные строительные технологии жилого многоэтажного дома для заданного объемно-планировочного решения, которые определяются при вариантном проектировании методом последовательных улучшений, и сравниваются с аналогами реальных проектов.
Метод последовательных улучшений представляет собой совокупность проектных процедур структурно-параметрического синтеза строительных технологий жилого многоэтажного здания, выполняемых в виде целенаправленной последовательной разработки конструктивных и технологических решений с критическим анализом каждого и улучшением по сравнению с предыдущим. Цель заключается в выявлении достоинств и недостатков вариантов и определении путей, позволяющих избавится от недостатков, сохранив и по возможности развив положительные стороны решения. Метод позволяет получить лучшие результаты, чем проведение вариантного проектирования случайным образом, но обоснования выбора оптимальной строительной технологии не дает, поэтому используется в качестве подготовки объемов работ для многокритериальной оптимизации.
Значения технико-экономических параметров, рассчитывались, в том числе по сборникам единых норм и расценок на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы и по сборникам государственных элементных сметных норм на строительные работы (рис. 26-32).
Для проведения многокритериальной оптимизации при проектировании автором были приняты без изменений следующие варианты: вариант полносборной технологии КТР1Ь представляющий собой секцию разработанную ЗАО «ДСК БЛОК» совместно с ОАО «ЛенНИИпроект» на базе изделий серии 137 с несущими сборными железобетонными стеновыми панелями (шаг 3,6 м), сборными железобетонными плитами перекрытия сплошного сечения и ограждающей конструкцией из сборных трехслойных железобетонных стеновых панелей (рис. 25.1, 26), который был выбран базовым планом осей и квартирографии (рис. 25.8); вариант полносборной, комбинированной технологии KTPi.2 представляет собой секцию усовершенствованную ЗАО «ДСК БЛОК» совместно с ОАО «ЛенНИИпроект» с несущими сборными железобетонными стеновыми панелями (шаг 3,6 м), сборными железобетонными плитами перекрытия сплошного сечения и ограждающей конструкцией из сборных однослойных железобетонных стеновых панелей с наружной системой утепления фасада (рис. 25.2, 27).
Варианты, разработанные автором следующие: вариант традиционной, комбинированной технологии КТР2.1 представляет собой секцию с несущими стенами (шаг 3,6 м) из армированной кирпичной кладки, сборными железобетонными пустотными плитами перекрытия и ограждающей конструкцией из кирпичной кладки с наружной системой утепления фасада (рис. 25.3, 28); вариант традиционной технологии КТР2.2 представляет собой секцию с несущими стенами (шаг 3,6 м и 7,2 м) из армированной кирпичной кладки, сборными железобетонными пустотными плитами перекрытия и ограждающей конструкцией из колодцевой кирпичной кладки с заполнением-литым пенобетоном (рис. 25.4, 29); вариант сборно-монолитной технологии KTP3.i представляет собой секцию с несущими монолитными железобетонными стенами (шаг 3,6 м), монолитной железобетонной плитой перекрытия и ограждающей конструкцией из сборных трехслойных железобетонных стеновых панелей (рис. 25.5, 30); вариант монолитной, комбинированной технологии КТР3.2 представляет собой секцию с несущими монолитными железобетонными стенами (шаг 3,6 м и 7,2 м), монолитной железобетонной плитой перекрытия и ограждающей конструкцией в виде армированной кладки из кирпича и газобетонных блоков (рис. 25.6, 31); вариант сборно-монолитной, комбинированной технологии КТР4.1 представляет собой секцию с несущими монолитными железобетонными пилонами, монолитной железобетонной плитой перекрытия коробчатого сечения и ограждающей конструкцией из колодцевой кирпичной кладки с заполнением литым пенобетоном (рис. 25.7,
Руководящий технический материал на возведение ресурсосберегающей и оптимальной для участников жизненного цикла строительной технологии для заданного объемно-планировочного решения жилого многоэтажного здания в условиях Санкт-Петербурга
Руководящий технический материал разработан на выполнение комплексного технологического процесса возведения надземной части жилого многоэтажного здания для заданного объемно-планировочного решения (рис. 42) в условиях Санкт-Петербурга, включает рекомендации по возведению, реконструкции, сносу объекта.
Конструктивное решение здания представляет собой каркас, состоящий из пилонов размером 800 х 200 х 3300 мм, размещенных с шагом 3,6 м, и плиты коробчатого сечения: толщина плиты 160 мм, размеры ребер 800 х 60 мм, 200 х 60 мм. Стены лестнично-лифтового узла толщиной 160 мм являются ядром жесткости. Наружное стеновое ограждение выполнено из колодцевой кирпичной кладки с заполнением литым пенобетоном: общая толщина стены составляет 510 мм, в том числе внутренняя часть 120 мм, утеплитель 140 мм, наружная часть 250 мм. Лестничные марш-площадки - сборные железобетонные элементы заводского изготовления. Шахты грузового и пассажирского лифтов, вентиляционные блоки - объемные сборные железобетонные элементы заводского изготовления.
Рекомендации по возведению жилого многоэтажного здания выполненного в каркасной, сборно-монолитной, комбинированной технологии.
Комплексный технологический процесс (рис. 44, 45) возведения секции жилого многоэтажного здания разделен на ярусы (ярус соответствует высоте этажа и составляет 3,3 м), осуществляется в следующей последовательности: 1. устройство монолитного железобетонного перекрытия; 2. возведение монолитных железобетонных пилонов и стен; 3. монтаж лестничных марш-площадок; 4. монтаж лифтовых шахт; 5. монтаж вентиляционных блоков; 6. возведение колодцевой кирпичной кладки. Монолитное перекрытие коробчатого сечения возводится в разборно-переставной, крупно-щитовой опалубке, пилоны и стены возводятся в несъемной опалубке.
Возведение наружного стенового ограждения из колодцевой кирпичной кладки с заполнением литым пенобетоном позволяет улучшить технико-экономические показатели конструкции, существенно упрощает производство работ, снижает трудоемкость кладки. Этот тип стены позволяет применять лицевой кирпич для отделки фасадов. Связь между кирпичными стенками осуществляется тычковыми рядами, заходящими в бетон с обеих сторон вразбежку. Внутренняя часть кирпичной стены, слой пенобетона и половина наружной части кирпичной стены опираются по-этажно на монолитное железобетонное перекрытие.
Перегородки возводятся из штучных материалов, например, кирпич, пазогребневые гипсобетонные плиты и пр. в данном случае не рассматриваются.
Потребное количество монтажных машин: башенный кран грузоподъемностью до 10 т. Масса основных поднимаемых грузов составляет: опалубка до 50 кг/м , бункер с бетоном 3 т, лестничные марш-площадки 2,9 т, шахты лифтов до 7,55 т, вентблоки до 1,27 т, кирпич в контейнерах 2,5 т, ящик с раствором 2,7 т, подмости инвентарные 1,1т.
Рекомендации по ремонту и реконструкции жилого многоэтажного здания выполненного в каркасной, сборно-монолитной, комбинированной технологии.
В случае если предполагается частичная перепланировка на этаже и / или в одной квартире работы осуществляются без расселения жильцов других этажей и производятся в следующей последовательности: разборка перегородок, в местах будущих проемов сначала устройство перемычек, затем разборка проемов. При необходимости проводится усиление несущих конструкций. Монтажные машины не требуются.
В случае если реконструкция включает полную перепланировку квартир на всех этажах необходимо осуществить расселение дома, затем провести разборку перегородок, замену инженерных систем и оборудования, реализовать новую планировку. При необходимости провести усиление несущих конструкций. Требуется монтажная машина, например, грузовой подъемник. Подача материалов осуществляется через оконные проемы.
При необходимости полной замены стенового ограждения требуется расселение здания, установка башенного крана или лесов и подъемника или грузового подъемника с площадкой. Однако при ухудшении теплотехнических показателей конструкций наружного стенового ограждения возможен другой более рациональный способ, который заключается в креплении по фасаду здания слоя утеплителя и выполнении слоя штукатурки или крепления другой системы утепления фасада. В этом случае для подъема материалов, рабочих и выполнения работ требуется строительная люлька или грузовой подъемник с площадкой.
Рекомендации по сносу жилого многоэтажного здания выполненного в каркасной, сборно-монолитной, комбинированной технологии.
При сносе здания выполненного в каркасной, сборно-монолитной, комбинированной технологии альтернативным решением взрыву направленного действия является распилка конструкций с помощью лазерных дисков, которая осуществляется в следующей последовательности: разметка объемов демонтажа, установка временных креплений, строповка части конструкции, распилка перекрытия вышележащего этажа, распилка пилонов на высоте 0,8 м от монтажного горизонта, подъем-подача части конструкции на отметку земли, дальнейшая разборка конструкции, погрузка в транспортное средство, вывозка на завод и переработка стройматериалов для повторного применения (рис. 46).
Предложенная концепция системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий при дальнейшем ее совершенствовании может включать в состав кадастр параметров строительных технологий, а также компьютерную программу, разработанную на языке программирования, например, бейсик и др.
Разработанные структурно-элементная схема и технологическая карта на возведение каркасной, сборно-монолитной, комбинированной технологии в условиях С-Петербурга из несущих монолитных железобетонных пилонов (800 х 200 х 3300 мм) в несъемной опалубке и плиты коробчатого сечения (толщина плиты 160 мм, размеры ребер 800 х 60 мм, 200 х 60 мм, высота которых позволяет скрыть их конструкцией пола) в разборно-переставной крупнощитовой опалубке, наружных ненесущих стен из колодцевой кирпичной кладки с заполнением литым пенобетоном (общая толщина 510 мм, в том числе внутренняя часть 120 мм, утеплитель 140 мм, наружная часть 250 мм) обеспечат в среднем уменьшение массы здания на 15 %, снижение трудоемкости на 10 %, материалоемкости на 10 %, стоимости строительно-монтажных работ на 5 % при более гибкой планировке помещений, а также повысят показатели энергоэкономичности, долговечности, ремонтопригодности.
Долговечность, ремонтопригодность, комфортность, экономические и др. параметры жилых многоэтажных зданий во многом обусловлены уровнем развития инвестиционно-строительного комплекса, степенью активности государственной политики, направленной на решение социальных, экономических, материально-технических задач, на формирование сознания о новом более совершенном уровне жилья. Проблема выбора не только оптимальной, но и ресурсосберегающей технологии возведения жилого многоэтажного здания в той или иной степени была и остается актуальной для всех участников (инвестор, застройщик, проектировщик, подрядчик, собственник) жизненного цикла этих объектов. С увеличением высоты зданий, повышением требований по теплозащите ограждающих конструкций усложнением конструктивно-технологических решений, расширением проектно-строительных задач изменяется само понятие «выбор технологии», которое в современных условиях проектирования и строительства приобретает значение близкое к созданию новых возможностей, проверке различных путей решения объемно-планировочных, конструктивных, технологических задач, генерированию альтернативных вариантов на пути к запланированному результату. Это уже не выбор лучшего из серии готовых решений, а подготовка условий для создания, синтезирования новой строительной технологии, соответствующей комплексу предъявляемых к ней требований.
К подобной трактовке обоснования выбора строительной технологии жилого многоэтажного здания автор пришел постепенно благодаря изучению научно-исследовательских разработок [1-6, 9-18, 21-33, 38-49, 51-56, 59-62, 69, 75, 78-82, 85, 86, 88-92, 98, 151-153] отечественных и зарубежных ученых.
