Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Монолитное строительство: ретроспектива, современное состояние, направления исследования 19
1.1. Место монолитного строительства в отрасли 19
1.1.1. Исторический обзор 19
1.1.2. Перспективы монолитного жилищного строительства в свете современной жилищной политики 24
1.2. Анализ существующей технологии монолитного жилищного строительства 35
1.2.1. Технологические процессы 35
1.2.2. Технологическое проектирование 40
1.3. Моделирование и оптимизация технологий монолитного высотного жилищного строительства 50
1.3.1. Методы исследования сложных систем 51
1.3.2. Методы оптимизации 54
Выводы по разделу 1 61
Раздел 2. Моделирование и оптимизация технологической системы монолитного каркасного высотного жилищного строительства 62
2.1. Методы исследования 62
2.2. Модель технологической системы монолитного каркасного высотного жилищного строительства 66
2.2.1. Определение составляющих технологии производства монолитных железобетонных работ 66
2.2.2. Построение модели 77
2.3. Оценка системы 96
2.4. Оптимизация 104
2.4.1. Повышение технологичности 104
2.4.2. Совершенствование управления 110
2.4.3. Стратегия инновационной оптимизации 114
Выводы по разделу 2 120
Раздел 3. Основы технологии производства монолитных железобетонных работ при возведении каркасных высотных жилых зданий 122
3.1. Технологические решения 122
3.1.1. Совершенствование конструкции опалубки и технологии опалубочных работ 122
3.1.2. Улучшение технологии арматурных работ 157
3.1.3. Бетонирование 159
3.2. Характеристика материально-технических и трудовых ресурсов 163
3.3. Организация контроля качества монолитных железобетонных работ 176
3.4. Обеспечение особых требований охраны труда при возведении монолитных железобетонных конструкций 187
Выводы по разделу 3 191
Раздел 4. Особенности технологии производства монолитных железобетонных работ при возведении каркасных высотных жилых зданий в различных климатических условиях 194
4.1. Методы тепловой обработки бетона 194
4.2. Расчет температурных полей при кондуктивном нагреве монолитных железобетонных конструкций 198
4.3. Саморегулирующие режимы нагрева монолитных железобетонных конструкций и предельная температура электронагревателей 206
4.3.1. Кондуктивный нагрев 206
4.3.2. Комбинированный прогрев с применением полимерных электронагревателей 217
4.4. Проектирование и производство монолитных железобетонных работ в особых климатических условиях 226
4.4.1. Особенности для зимних условий 226
4.4.2. Особенности для условий сухого и жаркого климата 236
4.4.3. Оценки и обобщения 239
Выводы по разделу 4 244
Раздел 5. Автоматизация выбора оптимальных технологических решений 246
5.1. Условия, правила и ограничения принятия оптимальных технологических решений 246
5.2. Архитектура автоматизированной системы управления технологией производства 258
5.3. Разработка АСУ ТП. Пакет ИТР - 2000 272
Выводы по разделу 5 287
Раздел 6. Эффективность внедрения результатов работы и перспективы дальнейших исследований 288
6.1. Методика оценки эффективности результатов 288
6.2. Совершенствование проектирования и создание нормативной базы 293
Практический опыт использования результатов работы при строительстве монолитных каркасных высотных жилых зданий 297
Эффективность внедрения при строительстве монолитных каркасных высотных жилых зданий в городе Киеве 297
Эффективность внедрения при строительстве монолитных зданий в городе Москве 325
Перспективы развития теоретических положений 328
Выводы по разделу 6 331
Выводы 332
Список использованных источников 337
Приложение А 360
- Перспективы монолитного жилищного строительства в свете современной жилищной политики
- Определение составляющих технологии производства монолитных железобетонных работ
- Обеспечение особых требований охраны труда при возведении монолитных железобетонных конструкций
- Комбинированный прогрев с применением полимерных электронагревателей
Введение к работе
Сущность проблемы, рассматриваемой в работе, состоит в необходимости разработки технологических основ монолитного каркасного высотного .жилищного строительства, что характеризует проблему как научно-прикладную. Решение проблемы осуществляется на основе системного подхода и состоит в создании целостной, открытой, организованной, адаптивной технологической системы, включающей комплекс инновационных технологических и организационных составляющих, охватывающих все стадии возведения монолитных каркасных высотных жилых зданий. Возможность реализации такой системы в виде неаддитивной структуры, включающей постоянные и переменные составляющие, принимается в качестве научной гипотезы, позволяющей выделить и оптимизировать ключевые звенья, обеспечивая комплексность решения.
Практическим результатом решения научно-прикладной проблемы является разработка функционирующей технологической системы монолитного каркасного высотного .жилищного строительства с перечисленными выше качествами и ее внедрение в практику строительства в региональном масштабе. Показатели полученного эффекта приведены в разделе 6; документы, подтверждающие внедрение - в Приложении А.
Современное состояние технологии и организации монолитного домостроения в Украине не соответствует мировому уровню. Имеющиеся теоретические исследования характеризуется недостаточностью в области моделирования и оптимизации технологических систем, а также слабостью практических рекомендаций по их функционированию. Это приводит к отсутствию обоснованных вариантов технологических решений, позволяющих уменьшить трудовые и финансовые затраты и обеспечить высокое качество жилых домов из монолитных железобетонных конструкций (раздел 1).
Значимость проблемы определяется следующими составляющими.
1. Масштабностью современного монолитного строительства. Отсутствие статистических данных не позволяет дать точную оценку для стран СНГ или Украины, однако экстраполяция данных по строительным организациям Киева и Москвы на протяжении последних лет позволяет предположить, что эта цифра составляет порядка 250 млн. у.е. в год (раздел 1). Отсюда следует, что внедрение комплекса инновационных мероприятий позволит получить существенный экономический эффект (разделы 3, 4, 6, Приложение А).
2. Существующей и прогнозируемой на длительную перспективу тенденцией к увеличению доли монолитного жилищного строительства. Эта тенденция обусловлена проводимыми экономическими реформами, приводящими к дифференциации рынка жилья и, соответственно, появлению потребности в разработке нестандартных и улучшенных архитектурных и объемно-планировочных решений, когда традиционное преимущество монолитных технологий - гибкость и возможность создания разнообразных форм - приобретает решающее значение (раздел 1). Это же относится и к строительству уникальных общественных сооружений - стадионов, административных и культовых зданий, концертных залов и т.д., что всегда являлось естественной областью применения конструкций из монолитного железобетона.
3. Низкой, по сравнению со строительством из сборного железобетона, потребностью в индустриальной базе. Вытекающее отсюда сокращение объема первичных капиталовложений важно, в частности, и при освоении новых территорий.
4. Преимуществами монолитных конструкций в сейсмоопасных районах. Отметим, что при восстановлении пострадавших от землетрясений и других природных катаклизмов районов справедливо все сказанное в пункте 3.
5. Значимостью концепции системы, ее моделей, методов исследования, теоретических положений, стратегии оптимизации, некоторых прикладных рекомендаций для других технологических систем строительства. Естественно, можно говорить лишь о частичном использовании этих результатов после соответствующей адаптации.
В строительной отрасли Украины имеют место все перечисленные составляющие. Таким образом, внедрение результатов работы приводит к решению проблемы, по своим научно-техническим, социальным и экономическим последст 9
виям характеризуемой, как имеющей важное отраслевое, региональное и общегосударственное значение.
Основания, исходные данные и необходимость разработки темы обусловлены:
• практическими проблемами монолитного строительства, которые могут быть разрешены только на основе результатов научных исследований;
• недостаточностью существующих теоретических разработок и неоптимальностью технологических процессов;
• достижениями и традициями в смежных областях технологии промышленного и гражданского строительства, а также математического моделирования и оптимизации;
• новизной и масштабностью рассматриваемой проблемы (раздел 1).
В1. Актуальность
Экономическое развитие Украины, как страны с переходной экономикой, требует новых подходов к проблеме жилищного строительства. Строительная отрасль в настоящее время испытывает негативное влияние инфляции, падения реальных доходов населения при их существенной дифференциации, уменьшения государственного финансирования, которые усугубляются резкими изменениями в экономической политике.
Развитие жилищного строительства имеет ряд особенностей, связанных с его масштабами, объемно-планировочными и конструктивными решениями, технологическими и организационными формами и требованиями к развитию инфраструктуры. Влияние указанных выше факторов настоятельно требует трансформации качества и сложившегося соотношения этих составляющих, поскольку промедление уже привело к падению эффективности производства и сокращению его объемов. Необходимы, в частности, отказ от чрезмерной унификации объемно-планировочных и конструктивных решений, большая открытость технологическим новациям, гармонизация отношений внутри строительной отрасли и с внешними организациями. Обращение к мировому опыту показывает, что при возрастании разнообразия объемно-планировочных и конструктивных решений предпочтение отдается методу возведения жилых домов из монолитных железобетонных конструкций, так как он является более гибким и экономичным. Как отмечалось на 2-й Всеук-раинской научно-технической конференции «Научно-практические проблемы современного железобетона», состоявшейся в июне 1999 г., доля монолитного строительства в развитых странах в настоящее время доходит до 55-80%.
Однако достижению мирового уровня препятствует современное состояние всего комплекса технологических, организационных и других факторов монолитного строительства.
Для совершенствования этого комплекса, существующие научные разработки являются недостаточными. Это, в частности, относится к известным доктринам индустриализации монолитного строительства [38] и индустриальной строительно-технологической системы [213, 214] .
1. Доктрина индустриализации монолитного строительства не соответствует сложившейся экономической политике (ориентирована на плановую экономику), современным организационным формам, вытекающим из рыночных отношений компонентов строительного комплекса, мировому опыту (отсутствует анализ передовых технологий и технических средств), социальным задачам (ориентация на унифицированные объемно-планировочные решения) и, таким образом, неприменима в современных условиях.
2. Концептуальным базисом индустриальной строительно-технологической системы является представление о сложной системе, как об аддитивной совокупности объектов и отношений и соответствующий математический аппарат, ввиду чего не только осложняется формализация таких качеств системы, как целостность и адаптивность, но даже и определение уровней организации и автономности
1 Более подробный анализ указанных работ приведен в разделе компонентов системы. Следствием является неадекватность моделей, частичный отход от комплексности исследования и ограниченность прикладных рекомендаций. Эти показатели должны быть улучшены. Таким образом, совершенствование монолитного жилищного строительства необходимо рассматривать как системную трансформацию, проводимую на основе фундаментальных научных исследований в условиях качественно изменившейся экономической ситуации. Фактически, это означает необходимость создания технологических основ монолитного жилищного строительства. Решение этой проблемы является актуальными, как в научном, так и в прикладном аспектах. Существуют немалые резервы совершенствования технологии монолитного строительства. Как показывают результаты внедрения, трудоемкость, себестоимость и материалоемкость жилых домов из монолитного железобетона по сравнению с жилыми домами из сборных железобетонных конструкций могут быть снижены на 15-20%, 25-30% и 10-15% соответственно (раздел 6, приложение А).
Практика строительства в городах Киеве и Москве свидетельствует, что там, где возрастает доля монолитного строительства на основе усовершенствованных технологий, наблюдается не только смягчение кризисных явлений, но и увеличение объемов производства.
В2. Связь с научными программами, планами, темами
Работа выполнялась в соответствии с:
• «Основными направлениями социальной политики на 1997-2000 годы», согласно Указу Президента Украины от 18.10.1997, № 1166;
• Приказом Госстроя Украины «Комплекс кратко- и долговременных мероприятий, направленных на увеличение объемов производства конкурентоспособной продукции, проведение структурных преобразований в строительном и жилищно-хозяйственном комплексе, создание новых рабочих мест, повышение прибыльности государственной деятельности, обеспечение своевременного проведения расчетов с бюджетом и выплаты заработной платы» от 28.12.1999, № 313;
• Приказом Госстроя «О первоочередных мероприятиях по реализации Послания Президента Украины Верховной Раде Украины «Украина: вступление в XXI столетие. Стратегия экономического и социального развития на 2000-2004 годы» от 1.3.2000, № 39.
Отдельные исследования предусматривались планами приоритетных научно-исследовательских работ в области жилищного строительства корпорации «Познякижилстрой», Украинско-французского совместного предприятия «Осно-ва-солсиф», фирмы «Аэробуд» в разделах, относящихся к разработке прогрессивных технологий возведения монолитно-каркасных зданий.
ВЗ. Цель и задачи исследования
Цель исследования: создание аппарата, включающего концепцию, модели, методы исследования и оптимизации технологической системы монолитного каркасного высотного жилищного строительства, обеспечивающего комплексное решение проблемы создания технологических основ монолитного высотного строительства.
Объект исследования: производство монолитных железобетонных работ при возведении .жилых зданий.
Предмет исследования: технологическая система монолитного высотного жилищного домостроения.
Применялись следующие методы исследования:
• общей теории систем, системно-структурного анализа, математического моделирования - для исследования и моделирования технологической системы монолитного высотного жилищного строительства;
• методов оптимизации и теории принятия решений - для оптимизации и автоматизации технологической системы монолитного высотного жилищного строительства; • экспертных оценок, математической статистики, теории вероятностей, прикладной геометрии - для оценки, обработки, а также представления результатов исследования и достигнутых показателей.
Использованы труды ведущих отечественных и зарубежных ученых в области технологии и организации возведения монолитных железобетонных конструкций. Следует отметить еще один важный источник - анализ отечественного и мирового опыта технологических решений при строительстве жилых домов из монолитных железобетонных конструкций.
Основными задачами исследования являются:
1. Анализ теории и практики монолитного жилищного строительства с целью определения цели и задач исследования;
2. Моделирование и оптимизация технологической системы монолитного каркасного высотного жилищного строительства:
• разработка методики исследования;
• обоснование концепции;
• построение моделей;
• многокритериальная инновационная оптимизация;
3. Разработка комплекса мероприятий по совершенствованию технологии производства монолитных железобетонных работ:
• инновация технологических процессов;
• оптимизация трудовых ресурсов;
• контроль качества работ;
4. Разработка комплекса мероприятий по совершенствованию технологий монолитного строительства в особых климатических условиях:
• улучшение качества обработки бетона при отрицательных температурах, в условиях сухого и жаркого климата;
• оптимизация проектирования и производства монолитных железобетонных работ зимой;
5. Оптимизация выбора технологических решений:
• разработка комплексной оценки технологии; • автоматизация процесса выбора оптимальных элементов опалубки; 6. Внедрение результатов работы и определение их эффективности.
В4. Научная новизна полученных результатов
Научно-прикладная проблема разработки технологических основ монолитного высотного жилищного строительства решена путем разработки технологической системы возведения монолитных каркасных высотных жилых зданий, включающей инновационные и технологические составляющие.
1. Впервые обоснована с позиций общей теории систем концепция технологической системы монолитного каркасного высотного жилищного строительства, как целостной, открытой, организованной, адаптивной структуры из неоднородных составляющих. Это позволило определить уровень автономности системы, ее организационную структуру и функции, мероприятия по совершенствованию адаптивности, стратегию оптимизации;
2. Впервые исследованы качественные изменения состояний технологической системы монолитного каркасного высотного жилищного строительства при различных внешних условиях. Показана необходимость комплексного и однонаправленного изменения составляющих системы для повышения эффективности ее функционирования при изменении внешних условий. Игнорирование этого принципа ведет к нарушению целостности системы и падению эффективности инноваций;
3. Усовершенствованы методы моделирования технологической системы. По сравнению с [213, 214] использованы современные математические методы общей теории систем, адаптированные применительно к особенностям монолитного строительства, а также графоаналитические методы. По сравнению с [216, 217] конкретизированы параметры, ограничения, функциональные зависимости;
4. Впервые предложена и реализована инновационная стратегия оптимизации, сочетающая математические методы, технологические и организационные инновации. Ее применение позволяет прогнозировать направления инноваций и целенаправленно изменять целевые функции и ограничения, достигая посредст 15
вом ряда итераций уровня оптимальности, превышающего показатели отдельно взятых математических или технологических составляющих;
5. Усовершенствован комплекс технологий опалубочных, арматурных и бетонных работ, построенный на основе модульной крупнощитовой опалубочной системы. По сравнению с известными методами [98, 179], за счет внедрения прогрессивной технологии и организации производства работ, достигнуто значительное сокращение трудовых, материальных и финансовых затрат;
6 Усовершенствованы методы расчета температурных полей при обработке бетона. По сравнению с известными методами [5, 7, 9], их применение позволяет усовершенствовать конструкцию опалубки и повысить качество бетонных работ в зимних условиях;
7. Усовершенствованы методы комплексной оценки технологической системы монолитного каркасного высотного жилищного строительства. По сравнению с известными методами [207, 219], достигнута большая степень интеграции с моделью технологической системы, что делает оценки более репрезентативными и полезными для решения оптимизационных задач.
В5. Практическая значимость полученных результатов
Практическая значимость результатов работы заключается в том, что за счет внедрения комплексного решения по совершенствованию технологии и организации строительства монолитных железобетонных жилых зданий достигнуто сокращение: трудовых затрат на 15-20%, себестоимости возведения монолитного железобетонного каркаса - до 25-30% и материалоемкости жилых зданий на 10-15% по объектам в городах Киеве и Москве, где было осуществлено внедрение (раздел 6, Приложение А). Следует отметить также вклад в решение социальной задачи обеспечения населения жильем в соответствие с его реальными потребностями.
Конкретно, были внедрены:
1. Технологический комплекс монолитного каркасного высотного жилищного строительства (в том числе - в зимнее время), обеспеченный нормативной базой в форме инструкций, методических указаний, регламентов и прочих документов в следующих организациях: ПТ «Познякижилстрой», СП «Основа-Солсиф», ЗАО «Аэробуд», «ЗАО Моспромстрой» . Акты внедрения представлены в приложении А;
2. Конструктивные решения элементов щитовой опалубки, являющиеся ключевым элементом инновационного совершенствования технологии - в следующих строительных организациях городов Киева и Москвы: ПТ «Познякижилстрой», СП «Основа-Солсиф», ЗАО «Аэробуд», ЗАО «Моспромстрой». Получены патенты и авторские свидетельства;
3. Пакет программ инженерных расчетов (демонстрационная версия, используемая в целях обучения) ИТР-2000 - в корпорации Познякижилстрой, что позволяет существенно сократить время расчетов и повышает оперативность реагирования на изменение производственной ситуации (Приложения Б, В);
4. Проекты производства монолитных железобетонных работ - в перечисленных организациях. Проекты могут рассматриваться как типовые при возведении аналогичных сооружений.
5. Суммарный экономический эффект от всех разработок и предложений составляет 846 тыс. у.е. для строительных организаций г. Киева и 760 тыс. у.е. для строительных организаций г. Москвы (Приложение А).
Вб. Личный вклад соискателя
На защиту выносятся положения, которые являются личными результатами автора:
1. Концепция технологической системы монолитного каркасного высотного жилищного строительства;
2. Графоаналитические модели технологической системы монолитного каркасного высотного жилищного строительства;
3. Инновационная стратегия оптимизации технологических систем;
4. Комплекс инновационных и технологических рекомендаций, включая рекомендации по совершенствованию технологии бетонных работ в зимних условиях;
5. Методы оценки качества выбора решений; 6. Средства автоматизации выбора элементов опалубки в виде пакета инженерных расчетов ИТР-2000 (демонстрационная версия);
7. Нормативные документы, предложения и рекомендации.
Участие автора в совместных публикациях охарактеризовано в сопроводительных документах.
8. Апробация результатов диссертации
Основные положения диссертации были доложены и одобрены на научно-технических конференциях и заседаниях научно-технических советов:
1) Ереванского архитектурно-строительного института (1988-1993 г.г., всего - 6 докладов);
2) ЦНИИОМТП (1994-1996 г.г., всего - 3 доклада);
3) «Моспромстрой» г. Москвы (1995-1997 г.г., всего - 3 доклада);
4) «Познякижилстрой» (1998-2000 г.г., всего - 3 доклада);
5) Киевского национального университета строительства и архитектуры (2000 г., 1 доклад);
6) Государственного Комитета энергосбережения Украины (2000 г., 1 доклад);
7) СП «Основа-солсиф», 1 доклад; и ряда других организаций.
Результаты работы внедрены в организациях: «Познякижилстрой»,СП «Основа-солсиф», «Аэробуд» (г.Киев) и «Моспромстрой» (г.Москва) (Приложение А).
По результатам исследовательской работы разработаны нормативные документы, которые одобрены Государственным комитетом строительства, архитектуры и жилищной политики Украины и используются крупными строительными организациями.
88. Публикации.
Основные результаты исследований опубликованы в 55 печатных трудах; из них основных 26:
• 2 монографии (в соавторстве); • 21 статья в научных журналах и сборниках научных трудов;
• 1 авторское свидетельство;
• 2 патента; дополнительных 29:
• 16 работ в сборниках научных трудов, материалах и тезисах конференций;
• 4 авторских свидетельства;
• 1 патент;
• 8 методических указаний и других нормативных документов.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов, списка использованных источников, включающего 256 наименований, приложений А-В. Объем работы 409 с, из них основной части - 336 с. (в том числе рисунков - 72 с. и таблиц - 16 с).
Перспективы монолитного жилищного строительства в свете современной жилищной политики
История железобетонного строительства теснейшим образом связана со свойствами используемого материала. Развитие технологии представляет, с одной стороны, реализацию основного преимущества железобетона - воспроизведения практически любых объемно-планировочных решений1 и, с другой, борьбу с главным недостатком - высокой трудоемкостью изготовления изделий. При этом стоимость всегда оценивалась как приемлемая.
Поскольку указанное противоречие относится к свойствам материала, т.е. имеет фундаментальный характер, до настоящего времени не удалось создать единую технологическую систему, которая соответствовала бы достаточно широкому спектру объемно-планировочных решений, обеспечивая в то же время снижение трудоемкости без существенного роста затрат.
В качестве иллюстрации можно привести тот исторический факт, что первыми изделиями из железобетона стали вазоны и корпуса небольших судов - объекты весьма сложной формы.
По этой причине уже достаточно рано начали формироваться две технологические системы - монолитного (ориентация на разнообразие решений) и сборного (ориентация на снижение трудоемкости) строительства1. Каждая из них характеризуется специфическими техническими решениями и организационными формами, а также определенным местом в строительной отрасли.
Преобладающими стали сборные технологии. Причины кроются в их большей индустриализации. Другие преимущества - унификация объемно-планировочных решений и конструкций, развитие стандартизации и т.д. также способствовали этому.
В бывшем СССР и других социалистических странах с плановой экономикой, жилищным строительством по социальным нормам, административно-командным управлением для сборного строительства сложились наиболее благоприятные условия. Это привело к формированию высокоорганизованных и хорошо исследованных технологических систем.
С течением времени, концепция сборного строительства стала рассматриваться как основная для строительства в целом, а ее особенности послужили отправным пунктом теоретических обобщений, технологических разработок, методов проектирования, организации производственных структур. Классические работы М.С. Будникова [62], А.А. Гусакова [86, 87], А.А. Жукова [102], Э.К. Завадскаса [103, 105], В.И. Рыбальского [193], М.Д. Спектора [200], В.И. Торкатюка [207], Е.В. Федосовой [213, 214], P.M. Фокова [216 217], В.К. Черненко [219 220], С.А. Ушацкого [169, 211], А.К. Шрейбера [165] и др. развивались именно в этом русле.
Индустриализация сборного строительства позволила в кратчайшие сроки организовать в 60-е годы массовое жилищное строительство - достижение, признанное во всем мире. Общеизвестным является и то, что уже к 80-м годам
Необходимость «удвоения» технических и организационных компонент ограничивает применение сборно-монолитных технологий, которые, казалось бы, являются естественным компромиссом обеих технологических систем. положение отрасли с точки зрения соответствия социальным потребностям, объема необходимых капиталовложений, эффективности производства, стало критическим. Для целей работы поучительно проследить причины столь быстрой деградации.
В условиях, когда государственная политика, основанная на бюджетном финансировании, распорядительных функциях и соблюдении жестких правил, была фактически направлена на обеспечение протекания процесса строительства как такового, образовались крупные территориальные монополии. Обеспечивая массовость «типового» строительства, они характеризовались большой инерцией в технологическом отношении и пассивностью в организационной и финансовой деятельности. Такая система характеризовалась рядом устойчивых отрицательных факторов: процессы жилищного строительства были излишне регламентированы противоречивыми СНиПами и постановлениями; избыточная последовательность этапов производства увеличила продолжительность инвестиционного цикла; финансирование, проектирование, строительство жилья осуществлялись государственными организациями. Отсутствие рыночных структур по реализации проектов, подрядов, недвижимости породило несовпадение интересов заказчиков, проектировщиков, подрядчиков и потребителей. Система жилищного строительства формировалась преимущественно исходя из интересов подрядчика - монополиста. Имели место также проектная и эксплуатационная монополии; ориентация на типовые решения привело к крайней ограниченности номенклатуры проектов, материалов, вариантов базы строительной индустрии, отсутствию стимулов обновления изношенного и морально устаревшего парка техники. В результате качество конечной продукции оказывалось низким, способность удовлетворять потребностям заказчиков, общая эффективность и восприимчивость к инновациям - невысокой. Для более глубокого анализа необходим системный подход, в частности, общая теория систем [72, 150]. С этих позиций приведенные факты получают следующее объяснение. Излишняя регламентация, ограниченность организационных форм противоречат принципам самоорганизации и эволюции системы, ориентация на монопольные интересы - принципу открытости, неустранимость противоречий между компонентами показывает неразвитость обратных связей и игнорирование принципа изоморфности. Таким образом, система, обладая высокой организованностью, не стала целостной (эмерджентной) и открытой, что, в полном соответствии с теорией, привело ее к скорой гибели. Показатели падения объемов строительного производства при переходе к рынку (резкое изменение внешних условий, не сопровождаемое адекватной эволюцией системы ввиду ее замкнутости), просто подчеркнули это. В свою очередь, это свидетельствует о методических недостатках практического использования широко декларированного системного подхода [113, 152,214]. При такой организации отрасли способность монолитных технологий удовлетворять разнообразным объемно-планировочным решениям оказалась невостребованной. Их ниша вполне характеризуется условием невозможности применения сборного железобетона. Так, основной объем монолитного строительства определялся преимущественно потребностями возведения конструкций подземных частей зданий и сооружений и фундаментов под технологическое оборудование [56, 98].
Определение составляющих технологии производства монолитных железобетонных работ
Необходимо снизить трудовые затраты на армирование непосредственно на стройплощадке путем переноса основных заготовительных процессов в производственные мастерские и арматурные цеха.
Основным оборудованием для изготовления отдельных арматурных изделий являются станки-автоматы для правки и резки арматуры и ножницы. Они обладают низкой производительностью и высокою стоимостью; установка этого оборудования на каждой стройплощадке нецелесообразна.
Необходимо повышение производительности станков за счет электронного управления, многоскоростного привода и сменных приспособлений, обеспечивающих работу при различных технологических условиях. Зарубежный опыт подтверждает это [38].
Уровень механизации арматурных работ на стройплощадке зависит от степени готовности арматурных изделий, а также оборудования, оснастки и приспособлений, способствующих сокращению ручного труда.
В монолитном строительстве механизация производства заключается в том, что трудоемкие работы выполняют с помощью специально подобранных комплектов машин, взаимоувязанных по производительности и другим параметрам. При этом обеспечивается непрерывность производства работ, рассматриваемых как механизированное поточное производство. Применение разрозненных средств механизации не позволяет поднять уровень эффективности бетонных работ.
Опалубочные работы занимают второе место по трудоемкости - до 35 -40%; их стоимость доходит до 25% [29, 50, 189]. До последнего времени в монолитном строительстве применялась опалубка, изготавливаемая в основном кустарным способом с большими затратами ручного труда. В среднем, трудозатраты на изготовление и монтаж 1 м2 щитовой опалубки составляют 1,7 - 1,9 чел/час, а оборачиваемость не превышает 7-10 оборотов. Основные причины высокой трудоемкости опалубочных работ заключаются в низком техническом уровне, отсутствии необходимого количества надежной миогоооорачиваемой инвентарной опалубки, недостаточном качестве отдельных элементов опалубки.
Опалубку классифицируют по функциональному назначению. Различают опалубку для: вертикальных железобетонных конструкций; горизонтальных железобетонных конструкций; криволинейных поверхностей; наклонных поверхностей. Для изготовления опалубки используют сталь, древесину и фанеру, в последние годы широко применяется пластмасса. Одним из характерных показателей для материала опалубки является величина сцепления бетона с опалубкой: большое сцепление затрудняет работы по распалубке, ухудшает качество бетонных поверхностей и приводит к преждевременному износу опалубочных щитов. Для обеспечения хорошего качества поверхности бетона, простого демонтажа опалубки и чистоты ее поверхности, формующие поверхности опалубки выполняют из гладких плохо смачиваемых материалов, или применяют смазки. В настоящее время имеются конструкции опалубок, позволяющие разрабатывать проекты с разнообразными объемно-планировочными и конструктивными решениями. В практике монолитного домостроения используются: инвентарная разборно-переставная мелкощитовая и крупнощитовая опалубка («Монолит-72»; «Монолит-77» ЦНИИОМТПа, «Тяжстрой-78», «ОЭС-80» и др. [50, 56,189]); горизонтальная перемещаемая опалубка («Донецк-Промстройнии-проект», «Акров-Вольф» (Германия) [98]); блок-форма, неразъемная для фундаментов (ЦНИИОМТП), разъемная; крупноблочная опалубка («УТИНОР» (Франция) [234]); объемно-переставная опалубка («Сектра», «Тракоба» и «Батиметалл» (Франция), опалубка ЦНИИОМТП [56, 98]); скользящая опалубка; несъемная опалубка. В последнее десятилетие получили широкое распространение опалубочные системы «МЕВА»; «МЮБА»; «НОЕ»; «ДОКА»; «АЛЮМОСИСТЕМ»; «ПЕРИ»; «ДАЛИ»; «ПАШАЛЬ»; «ХЮНЕБЕК»; «ПИЛОЗИ», благодаря которым эффективность строительства значительно возросла [232, 236, 237, 243]. Изучение их конструктивных решений показывает необходимость их совершенствования с точки зрения надежности крепежных элементов и уменьшения трудозатрат на монтаж: и демонтаж:, а также совершенствования методики расчета комплекта опалубки [47]. В зимнее время бетонные работы составляют более 40% от общего объема. Существующие системы опалубки невозможно применять в технологии зимнего бетонирования, так как не обеспечиваются нормальные условия для твердения бетона при отрицательных температурах наружного воздуха [64, 76, 77, 111]. Использование греющих щитов или других методов термообработки бетона с дополнительным утеплением опалубки является важным резервом повышения эффективности и качества производства [3,4,48,205,206,228, 229]. Бетонные работы. Для получения качественных железобетонных конструкций необходимо применять бетонную смесь, обладающей свойствами, соответствующими технологии, прежде всего, удобоукладываемостью, подвижностью и водоудерживающей способностью. Бетонную смесь получают, в основном, в готовом виде из бетонораствор-ных заводов, которые имеют возможность обеспечивать одновременно нескольких строительных площадок, расположенных в радиусе 30 - 35 км.
Обеспечение особых требований охраны труда при возведении монолитных железобетонных конструкций
В области согласия находится решение х2, соответствующее минимуму одной из частных целевых функций; при этом вторая частная целевая функция не увеличивается. Назовем такое решение хорошим. Хорошее решение не зависит от соотношения весовых показателей и обобщенной целевой функции, т.е. лишено указанных выше недостатков. Это его свойство и лежит в основе инновационной оптимизации.
Суть предлагаемой стратегии состоит в следующем (в качестве иллюстрации используется тот же пример и рис. 2.15,6). 1. Определяются параметры xlf х2, ограничения AJ, частные целевые функции і, t 2- Обобщенная целевая функция не ищется. 2. Находится минимум одной из частных целевых функций (в данном случае - і), при условии, что другая частная целевая функция продолжает уменьшаться. Ему соответствует первое хорошее решение х!. 3. Вводится инновация рь изменяющая характер первой частной целе-вой функции Е, ]—(рь X]) так, что ее минимум сдвигается вправо. Таким образом, область согласия увеличивается. При этом набор ограничений также может изменяться А1 — А2. 3. Для новых условий определяется второе хорошее решение х\ Вводится следующая инновацияр2, изменяющая характер % 2 или 2/ и т.д., после чего цикл повторяется. 4. Условием прекращения цикла, в зависимости от ситуации, может быть достижение желаемого уровня качества, технологичности, управляемости и т.д., либо исчерпание инновационных ресурсов. Полученное в результате хорошее решение превосходит оптимальное решение, полученное в результате классической Парето-оптимизации. Проверка достигнутых результатов осуществляется в процессе строительного производства. Еще одним преимуществом предлагаемой стратегии является то, что она непосредственно указывает те «узкие места», где необходимо внести технические, технологические, организационные и прочие изменения. Таким образом, инновационная оптимизация изначально не является чисто математической, а ориентирована на комплексное использование теоретических и технических средств, т.е. относится к теоретико-экспериментальным методам. Теперь дадим точное определение. Определение 2.4. Инновационной оптимизацией называется теоретико-экспериментальное совершенствование ТС МКВЖС, основанное на целенаправленном расширении области согласия за счет введения инноваций и отыскании в ней хороших решений, ограниченное условиями достижения цели совершенствования и величиной инновационных ресурсов. Рассмотрим, каким образом предлагаемая стратегия связана с представлением о ТС МКВЖС как о целостной системе, и как обеспечивается ее наиболее целесообразное применение. Использование инновационной оптимизации. Правильное применение предложенной стратегии обязано учитывать, во-первых, неаддитивность системы и, во-вторых, результаты экспертного опроса. Первое условие обеспечивается, если стратегия базируется на следующих положениях. Положение 2.7. Инновационные мероприятия проводятся отдельно на каждом из семи иерархических уровней организации ТС МКВЖС. Для каждого из них смысл и цель инноваций отличаются. Так, на уровне строительной фирмы целью инноваций является повышение адаптивности, что достигается за счет PR-мероприятий, прогноза, приведения деятельности в соответствие с законодательной и нормативной базой и т.д., на уровне строительных объектов целью является повышение технологичности, достигаемое путем механизации, организации и т.д. Таким образом, обеспечивается системность вводимых улучшений. Это - естественное следствие целостности системы. Так, деятельность руководителя в значительно большей степени влияет на эффективность ТС МКВЖС, чем квалификация отдельного рабочего. Отсюда прямо следует следующее положение. Положение 2.9. Инновационная оптимизация должна производиться на всех уровнях в определенной последовательности, а именно - начиная с первого и заканчивая седьмым. Выполнение этого условия обеспечивает необходимую взаимную увязку проводимых мероприятий. Результаты экспертного опроса используются для целенаправленного поиска тех параметров системы, которые нуждаются в улучшении. Применение диаграмм вида показанных на рис. 2.12 позволяет значительно сократить чисто математическую сторону предлагаемой стратегии. Следует остановиться также на временных характеристиках внедрения инноваций. Можно выделить четыре этапа производимых изменений. Первый из них характеризуется значительными трудностями, связанными с определением места и характера проводимых мероприятий, а также разработкой самих инноваций. Творческий характер последних делает эту стадию достаточно непредсказуемой и рискованной. Наличие научного центра и инновационного фонда являются необходимыми условиями преодоления начальных трудностей. На следующем этапе производится внедрение инноваций, что сопровождается затратами разнообразных ресурсов и, возможно, временным падением эффективности. Компенсация этих затрат также должна возлагаться на инновационный фонд.
Комбинированный прогрев с применением полимерных электронагревателей
Для сравнения, сошлемся на зарубежный опыт. Практика расчета опалубки таких фирм, как «ДОКА», «МЕВА», «АЛЮМОСИСТЕМ» и др., показывает, что комплект определяется для всего этажа [242, 243]. Тот же принцип заложен в известные программы автоматизации расчета комплекта опалубки. Все это приводит к многократному увеличению объема комплекта по сравнению с реальными потребностями. Неэффективно используются специализированные бригады, выполняющие неоправданно большой объем работы, сопряженный с неизбежными простоями.
Объем комплекта опалубки для бетонирования горизонтальных монолитных железобетонных конструкций выбирается, исходя из условий обеспечения непрерывной работы специализированной бригады горизонтальной опалубки.
Учитывая особенности технологии и организации возведения горизонтальных монолитных железобетонных конструкций, объем комплекта горизонтальной опалубки должен обеспечивать одновременно опалубочные работы на трех-четырех захватках, при этом на разных захватках одновременно выполняются следующие специализированные работы: на первой захватке - демонтаж горизонтальной опалубки, после необходимого выдерживания бетонируемых конструкций; на второй захватке - бетонирование армированных горизонтальных конструкций; на третьей захватке - армирование горизонтальных конструкций; на четвертой захватке - работы по монтажу горизонтальной опалубки. При этом, по мере освобождения опалубки после демонтажа первой захватки, определенная часть комплекта опалубки используется на данной захватке. Производственная апробация подтверждает, что для обеспечения поточной организации работ, максимального использования мощностей грузоподъемных механизмов и непрерывного обеспечения работ специализированных бригад в течение рабочей смены, необходимо выбирать объемы комплектующей опалубки из расчета одновременного выполнения опалубочных работ на трех-четырех захватках. Анализ объемно-планировочных и конструктивных решений жилых домов из монолитного железобетонного каркаса показывает, что объем вертикальных железобетонных конструкций для одного объекта составляет 40+45% от общего объема монолитных железобетонных конструкций, а объем горизонтальных железобетонных конструкций - соответственно 55+60%. Исходя из этих процентных отношений, подбирается объем комплектов вертикальных и горизонтальных опалубок. Для определения объема комплектов вертикальных и горизонтальных опалубок существенно важным фактором является сменный коэффициент использования монтажного крана. Анализ опыта возведения жилых домов из монолитных железобетонных конструкций при использовании на стройке одного монтажного крана показывает, что для обеспечения рационального использования монтажного крана объем бетонирования должен составлять 45+50 м /дн при работе в две смены. При этом 18+20 м7дн приходится на бетонирование вертикальных элементов и 27+30 м /дн - на горизонтальные конструкции. Соответственно, комплект вертикальной опалубки, при средней толщине вертикальных эле-ментов 250 мм, составляет 190+220 м , а комплект горизонтальной опалубки, при толщине конструкции 180 мм, - 480+600 м . Для обеспечения непрерывной работы крана в зимнее время при такой же интенсивности бетонирования, как в летний сезон, объем комплектов вертикальных и горизонтальных опалубок необходимо увеличить на 20+25%. Совершенствование конструкции системной опалубки. В последнее время в технологии возведения жилых домов из монолитных железобетонных конструкций в широких масштабах применяются различные системные опалубки, разработанные западными фирмами [232, 237, 242]. Для бетонирования вертикальных конструкций применяются: инвентарная мелкощитовая опалубка фирмы «MEVA» (Германия); инвентарная мелкощитовая опалубка фирмы «DOKA-Framax» (Австрия); крупнощитовая деревянная опалубка «DOKA» (Австрия); инвентарная мелкощитовая опалубка «ALUMA-SYSTEMS» (Канада). Они имеют лучшую конструкцию и отличаются повышенной надежностью по сравнению с перечисленными в разделе 1 отечественными разработками. Однако опыт применения этих системных опалубок, помимо ряда преимуществ, выявил и серьезные недостатки: применение инвентарных мелкощитовых опалубок обладает относительно высокой трудоемкостью. При монтаже и демонтаже опалубки каждый раз необходимы поэлементная сборка и разборка опалубки с помощью крана, что увеличивает количество подъемов, уменьшает эффективность использования крана, снижает выработку рабочих; в проектных решениях монолитных каркасных жилых домов используется большое количество типоразмеров конструкций и архитектурных элементов. Для бетонирования этих конструкций недостаточно использование только существующих типоразмеров инвентарных опалубок. Очень часто приходится использовать специальные вставки, что требует дополнительных трудовых и финансовых затрат; деревянная крупнощитовая опалубка фирмы «DOKA» применяется для возведения прямолинейных вертикальных железобетонных конструкций и имеет ограниченную область применения: при бетонировании П - образных, Т - образных и Г - образных вертикальных конструкций циклы бетонирования увеличиваются, потому что бетонировать приходится отдельными прямыми участками; конструкция деревянной крупнощитовой опалубки фирмы «DOKA» имеет существенные недоработки в узлах крепления деревянной балки к металлической выравнивающей балке - в процессе эксплуатации очень часто во время строповки и подъема конструкции крупнощитовой опалубки ломаются «гайки-зажимы», в результате этого щиты опалубки выходят из строя (рис. 3.2). Таким образом, развитие технологии монолитных железобетонных работ в значительной степени сдерживается именно конструктивными недостатками опалубочных систем.
Поэтому предлагается модуль конструкции опалубки, позволяющий с помощью одного унифицированного щита опалубки бетонировать конструкции с различными длинами для каждого объекта, исходя из объемно-планировочных и конструктивных решений. При этом необходимо изменять только места крепления торцевых элементов опалубки.
