Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса 12
1.1 Исторический обзор 12
1.2 Риск. Объективная и субъективная основы 20
1.3 Риск аварии объектов строительства и его составляющие 29
1.4 Математические модели и существующие подходы 36
1.5 Выводы по главе 58
ГЛАВА 2. Законодательная и нормативная основа конструкционной безопасности зданий и сооружений ... 62
2.1 Федеральный закон «О техническом регулировании» 63
2.2 Градостроительный кодекс 66
2.3 Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» 71
2.4 Система нормативных документов в строительстве 74
2.5 Стандартно 9001. Системы менеджмента качества 78
2.6 Выводы по главе 81
ГЛАВА 3. Математическая модель прогнозирования конструкционной безопасности планируемых к возведению зданий и сооружений 84
3.1 Модель оценки риска (риск-модель) 84
3.2 Квалиметрия и логика при оценке риска 88
3.3 Априорное прогнозирование риска 92
3.4 Пороговые значения риска 96
3.5 Выводы по главе 102
ГЛАВА 4. Оценка и регулирование уровня конструкционной безопасности планируемых к возведению зданий и сооружений 104
4.1 Стадии априорной оценки и регулирования конструкционной безопасности 104
4.2 Оценка и регулирование конструкционной безопасности на предпроектной стадии 107
4.3 Оценка и регулирование конструкционной безопасности на стадии проекта 113
4.4 Место в общей системе обеспечения конструкционной надежности и эксплуатационной долговечности 118
4.5 Выводы по главе , 122
Заключение 124
Список использованных источников
- Риск аварии объектов строительства и его составляющие
- Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»
- Квалиметрия и логика при оценке риска
- Оценка и регулирование конструкционной безопасности на предпроектной стадии
Введение к работе
Все, что мы узнаєм, - это какое-то приближение, ибо мы знаем, что не все еще законы мы знаем. Все изучается лишь для того, чтобы снова стать непонятным или, в лучшем случае, потребовать исправления.
Р. Фейнман
Актуальность темы исследования. Современный период развития общества в области формирования среды жизнедеятельности характеризуется созданием уникальных сооружений и архитектурно-строительных комплексов, образуя все более сложные строительно-эксплуатационные системы. Подземная урбанистика, высотное строительство, оригинальные планировочные и конструктивные решения сооружений, основанные на достижениях высоких технологий и современных инженерных решениях, представляют прогрессивные тенденции современного строительного комплекса.
С ростом сложности строительных систем возрастает и мера ответственности при их создании, а также неопределенность их поведения на различных стадиях - при возведении и эксплуатации при разнообразных внешних воздействиях и их сочетаниях. Между тем увеличивается степень и частота внешних запроектных воздействий на здания и сооружения со стороны окружающей среды. Растет число техногенных аварий и катастроф, террористических актов. Все это в совокупности с массовым снижением качества строительства является фактором, провоцирующим аварийные ситуации зданий и сооружений.
Во многих регионах России в последнее время значительно увеличилось число аварийных ситуаций, связанных со строительством и эксплуатацией различных зданий и сооружений. Особенно это проявляется в зданиях
4 застройки прошлого века, когда внезапные отказы в несущей способности конструктивных элементов сопровождаются многочисленными человеческими жертвами.
Проблема надежности и безопасности все глубже захватывает и новое строительство. Как показывает практическая деятельность автора в области обследования и оценки технического состояния строящихся и построенных зданий и сооружений, а также данные Госстройнадзора, в настоящее время не наблюдается тенденции улучшения качества строительства и снижения аварийности. И это происходит при довольно отлаженном многоступенчатом механизме контроля за ходом строительства. При этом, выполнение в традиционной постановке полного объема исследований, необходимых для обоснования эффективных объемно-планировочных, конструктивных и технологических решений требует значительных затрат времени и средств. Существующая тенденция применения современных инженерных подходов без детального анализа, учитывающего геомеханические, технологические и конструкционные риски, обусловлена отсутствием комплексного, системного подхода в теории и практике обеспечения конструкционной безопасности зданий и сооружений. При этом системность требует последовательного анализа прямых и обратных взаимодействий, возникающих в процессе создания сооружения. Этим предопределяется многоступенчатость оценки и регулирования безопасности зданий и сооружений - пред проектная, проектная, строительная и эксплуатационная.
Кроме того, особый отпечаток накладывает специфика строительной продукции. В отличие от производства массовой промышленной продукции и различного рода товаров широкого потребления здания и сооружения являются изделиями единичного производства и, как показывает практика, неизбежно несут в себе определенную совокупность различного рода дефектов. Причем, при обнаружении дефектности здание или сооружение, фактически, не может быть отбраковано, а подлежит ремонтным и
восстановительным мероприятиям. Уровень дефектности неизбежно сказывается на уровне конструкционной безопасности строительного объекта и на его способности сопротивляться внешним воздействиям в процессе строительства и эксплуатации.
Сложившаяся ситуация в совокупности со спецификой строительной продукции - единичное производство, неизбежно несущее в себе определенный уровень дефектности и исключающее возможность отбраковки - диктует необходимость более детального учета и управления строительными рисками на всех стадиях инвестиционно-строительного процесса, начиная со стадии обоснования инвестиционных решений и стадии разработки проекта. Причем учет и управление должны строиться на прогнозировании уровня конструкционной безопасности зданий и сооружений, что соответствует общепринятой парадигме управления -«Управлять - значит предвидеть» [47].
Современное состояние теории риска можно охарактеризовать как зарождающееся [15]. В основе официального (финансируемого МЧС) подхода лежит «объективная» основа для построения теории - внешняя схожесть эмпирических законов, описывающих катастрофические явления в различных областях и принципы нелинейной динамики. Существуют также и другие, не совпадающие с официальной, точки зрения на решение проблемы безопасности. Создание единой методологии сталкивается с многочисленными проблемами как научного, так и ненаучного характера -отраслевая специфика, субъективность. Несмотря на это многие исследователи сходятся во мнении, что основой управления рисками должен быть прогноз.
Прогнозировать можно, применяя широчайший спектр инструментов -от универсальных или узкоспециализированных научных (теория вероятностей и математическая статистика, теория режимов с обострениями, теория самоорганизованной критичности, нейронные сети, экспертные
оценки, различная логика, комбинации перечисленного и пр.) до астрологических и религиозных. В целом можно резюмировать, что главной особенностью ситуации является невозможность прямой экспериментальной проверки теорий, что значительно сдерживает реальный, а не мнимый прогресс в данной области знаний и порождает массу спекуляций на тему «что будет?».
Существующая нормативная и построенная на ее основе методическая база по управлению безопасностью строительных объектов на ранних стадиях инвестиционно-строительного процесса (также ввиду отсутствия должной системности) не в полной мере справляется с возложенными на нее задачами и оставляет открытым вопрос прогнозирования конструкционной безопасности строительных объектов.
Таким образом, формирование системных процедур и методик, позволяющих устанавливать степени конструкционной безопасности элементов и конструкционной надежности сооружений в целом на ранних стадиях инвестиционно-строительного процесса (предшествующих физической реализации объекта), а также разработка моделей и критериев более обоснованной системы принятия решений и прогноза с учетом риска являются весьма актуальными потребностями строительного комплекса.
Большие работы в данной области проводятся учеными Южно-Уральского государственного университета [15-17,33-41,74-79] под руководством доктора технических наук, профессора, Мельчакова А.П. Именно эти наработки были положены в основу данной научной работы.
Целью диссертационной работы является разработка теоретических положений и методических рекомендаций по оценке и регулированию уровня конструкционной безопасности планируемых к возведению зданий и сооружений.
7 Задачи исследования. Для достижения указанной цели в диссертационной работе возникла необходимость решения следующих основных задач:
исследовать состояние вопроса о риске аварии зданий и сооружений, факторах его формирования;
изучить законодательную и нормативную основы конструкционной безопасности зданий и сооружений;
предложить адекватную математическую модель оценки конструкционной безопасности зданий и сооружений;
определить метод прогнозирования основных входных параметров математической модели для априорной оценки конструкционной безопасности планируемых к возведению зданий и сооружений;
разработать методические рекомендации по оценке и регулированию уровня конструкционной безопасности планируемых к возведению зданий и сооружений.
Объектом исследования являются планируемые к возведению здания и сооружения.
Предметом исследования является конструкционная безопасность планируемых к возведению зданий и сооружений.
Теоретической и методологической основой исследования является общенаучная методология, предусматривающая комплексность, системный подход, применение сравнительного анализа, сопоставления и обобщения, методы нечеткой логики, теории вероятности и математической статистики.
В основу исследования положены труды отечественных и зарубежных ученых, нормативные документы, действующие в Российской Федерации.
Эмпирическую базу диссертационного исследования составили данные статистического учета аварий зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения на территории РФ, материалы научно-
8 практических конференций по вопросам качества и безопасности строительной продукции, практическая деятельность кафедры и автора в области обследования и оценки технического состояния объектов строительства, данные, собранные из печатных изданий и электронных источников информации.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в разработке и обосновании теоретических положений, методических рекомендаций и процедур по априорной оценке и регулированию уровня конструкционной безопасности планируемых к возведению зданий и сооружений, базирующихся на прогнозировании будущего технического состояния объекта.
Научная новизна подтверждается следующими полученными научными результатами:
В качестве математического аппарата предложена риск-модель, характеризующая риск аварии строительных объектов с учетом основных рисковых факторов, а также разработана матмодель прогнозирования ее входных параметров для целей априорной оценки и регулирования конструкционной безопасности планируемых к возведению зданий и сооружений.
Сформированы методические рекомендации и процедуры по априорной оценке и регулированию уровня конструкционной безопасности планируемых к возведению зданий и сооружений, базирующиеся на предложенной риск-модели и прогнозировании с ее помощью на предстроительной стадии реализации инвестиционно-строительного проекта будущего технического состояния объекта.
Произведена увязка предложенных методических рекомендаций и процедур управления, опирающихся на методологию риска, с существующей системой обеспечения конструкционной надежности и эксплуатационной долговечности строительных объектов.
9 Как совокупный результат диссертационных исследований на защиту выносятся следующие положения, отражающие научную новизну диссертационной работы:
Абсолютно безопасных зданий и сооружений не существует. Уже на стадии проектирования в них закладывается весьма малая вероятность аварии, обусловленная действующими строительными нормами. Это утверждение позволяет за показатель уровня конструкционной безопасности построенного строительного объекта принять число, показывающее во сколько раз его фактическая вероятность аварии выше вероятности, заложенной в него при проектировании. Такое число в работе обозначается как риск аварии, от величины которого существенным образом зависит размер ущерба в случае гипотетической аварии строительного объекта.
Непреднамеренные человеческие ошибки, случайным образом допускаемые в процессе проектирования и возведения зданий и сооружений, вносят существенную неопределенность в техническое состояние несущего каркаса объекта, оказывающую доминирующее влияние на величину риска аварии объекта. При этом прогноз величины риска аварии строительных объектов должен осуществляться на основе математических логико-вероятностных моделей, построенных на методах теории вероятностей, теории надежности, теории размытых множеств и приемах нечеткой логики.
В правильно запроектированном и построенном объекте величина риска аварии после завершения строительно-монтажных работ не должна превышать величины естественного (нормального) риска аварии, что требует принятия жестких управленческих решений при подборе на рынке подряда участников инвестиционно-строительного проекта (проектировщиков, поставщиков материалов и конструкций, строителей). В основу критериев для принятия управленческих решений должна быть
10 положена подтверждаемая практикой гипотеза о прямой зависимости уровня конструкционной безопасности построенного объекта от эффективности функционирования систем качества организаций-участников инвестиционно-строительного проекта. Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается системным характером исследований, базирующемся на общенаучной методологии, общепринятых научных теориях вероятности, надежности и математической статистики, фактических материалах экспертиз проектных решений, обследований строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений, а также сопоставлением теоретических результатов исследований и практических данных, показавшем удовлетворительную сходимость.
Практическая значимость работы состоит в том, что основные выводы и предложения, сформулированные в диссертационном исследовании, создают методическую основу совершенствования систем оценки и регулирования уровня конструкционной безопасности зданий и сооружений на ранних стадиях реализации ИСП.
Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения диссертационного исследования доложены и положительно оценены на конференциях, семинарах, форумах:
Ежегодные научно-практические конференции Южно-Уральского государственного университета в 2003-2006 гг.
Научно-практическая конференция «Качество строительных работ, системы качества и вопросы сертификации в строительстве», Челябинск, 2005 г.
Строительный форум «Саморегулирование строительной деятельности: перспективы, проблемы, пути решения», Челябинск, 2006 г.
Разработанные методические рекомендации использовались при оценке и регулировании конструкционной безопасности планируемых к возведению
1! социально значимых строительных объектов, среди которых: «Подвесной пешеходно-технологический мост пролетом 250 мвг. Троицк Челябинской области», «Завод по производству керамических пропантов ООО «Карбо-Керамикс» (Евразия) в г. Копейск Челябинской области».
Личный вклад автора диссертации заключается в сборе и обобщении материалов и данных по исследуемой проблематике, постановке задач и разработке программы исследования; научном обосновании приоритетности и эффективности обеспечения безопасности сооружений с учетом фактора риска; организации и проведении обследований зданий и сооружений и взаимодействии с проектными и строительными организациями, по материалам которых подтверждались или отклонялись методические направления исследования; разработке моделей оценки и регулирования конструкционной безопасности планируемых к возведению зданий и сооружений с учетом фактора риска на предпроектной и проектной стадиях, выбора организаций-участников строительства; разработке методик научных выводов, положений и рекомендаций, изложенных в диссертационной работе.
Основные понятия и определения, используемые в настоящей работе, приведены в приложении А.
Публикации. По теме диссертации выпущено 9 публикаций в различных научных сборниках и журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 101 наименование, приложений. Содержание работы изложено на 177 страницах текста, включает 21 таблицу, 25 рисунков и 3 приложения.
Риск аварии объектов строительства и его составляющие
Рассмотрением риска аварии применительно к строительной сфере занимается широкий комплекс инженерных дисциплин.
Сами строительные объекты относятся к числу высоконадежных систем, риск аварии которых оценивается величинами порядка 1СГ5-10 7 [34,38,53, 72]. В табл. 1.3.1 приведены значения нормативных уровней рисков [34] в зависимости от ответственности зданий и сооружений (по классификации [19]).
Столь малая величина риска породила в строительной отрасли мнение об абсолютной надежности строительных объектов, которое, к сожалению, не подтверждается практикой - свидетельством тому служит ежегодно увеличивающееся количество аварий зданий и сооружений.
Факторами риска, провоцирующими наступление аварийного состояния объекта, являются любые причины, нарушающие нормальные условия его эксплуатации. Основными из них являются факторы техногенного (взрывы, пожары, грубые нарушения правил технической эксплуатации) и природно-климатического (землетрясения, наводнения и др.) характера (рис. 1.3.1).
Расчет строительнвіх конструкций и оснований по методу предельных состояний должен учитывать целый ряд перечисленных выше факторов риска. Это, прежде всего, относится к взрывным и сейсмическим воздействиям, непредвиденным нагрузкам, вызванным грубыми нарушениями технологического процесса при эксплуатации сооружения (неграмотная реконструкция, поломка оборудования, наезд транспортного средства на конструкцию и др.). Критерием безопасности при этом был и остается «коэффициент запаса», состоящий из совокупности так называемых коэффициентов надежности:
- возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону вследствие их изменчивости и отступлений от нормальных условий эксплуатации учитываются коэффициентом надежности по нагрузке;
- возможные отклонения прочностных и других характеристик материалов и грунтов в неблагоприятную сторону от нормативных значений компенсируются коэффициентами надежности по материалу и грунту;
- возможные отклонения принятой расчетной схемы от реальных условий работы элементов конструкции и основания и изменения свойств материалов под влиянием температуры, влажности, длительности воздействия или многократной повторяемости учитываются коэффициентами условий работы.
Таким образом, если расчет сооружения выполнен в полном соответствии с основными положениями норм, то большая часть из перечисленных выше факторов риска будут учтены и компенсированы соответствующими коэффициентами надежности. При этом вне поля зрения остаются факторы риска, связанные с грубыми ошибками при изготовлении конструкций и производстве строительно-монтажных работ (рис. 1.3.2). В то же время анализ аварий строительных объектов [56,58] показывает, что неучтенные в основных положениях расчета строительных конструкций по предельному состоянию [19] факторы риска, связанные с организационными и техническими ошибками людей, отступлениями от заданных технологий СМР, являются основными причинами катастрофических обрушений строительных конструкций в аварийных ситуациях. По статистике Госстроинадзора около 80% строительных аварий происходят из-за ошибок людей [15,34,38].
Аналогичная ситуация наблюдается и в других отраслях [13]. Так, например, по оценкам Госавианадзора 83% авиапроисшествий происходит из-за ошибок персонала. Отсюда можно сделать вывод о том, что значительное влияние на уровень конструкционной безопасности объекта оказывает качество изготовления и монтажа строительных конструкций [34]. Данный факт подтверждается диаграммой безопасности строительства (рис. 1.3.3), построенной на основе математической модели из работы [53]: Г="- , (1.3.1) где у - характеристика безопасности, связанная с риском аварии R через интеграл Гаусса (некоторые значения R в зависимости от у приведены в табл. 1.3.2 [37]); г\ - коэффициент запаса, определяемый, как отношение математических ожиданий сопротивления конструкции и воздействия на нее; ц/ - уровень дефектности строительства (характеристика качества изготовления и монтажа конструкции, имеющая смысл изменчивости (вариации) сопротивления конструкции воздействию).
Из диаграммы безопасности следует вывод, что конструкционная безопасность строительного объекта в значительной степени зависит от качества (бездефектности) завершенных на объекте строительно-монтажных работ по возведению строительных конструкций.
Вывод о значительной роли человеческих ошибок как факторов риска подтверждается фактами из зарубежной строительной практики. В работе [2] приводятся некоторые результаты анализа статистических данных об авариях в Западной Европе и, в частности, отмечается: - частота отказов намного превышает значение, вычисленное без учета грубых ошибок; - отказы почти всегда связаны с ошибками людей; - чаще всего причиной отказа является сразу несколько ошибок; - ошибки обнаруживаются и в тех конструкциях, которые не отказали.
Эти выводы означают, что большинство отказов (аварий) не являются следствием только случайных отклонений нагрузок или прочности материалов в неблагоприятную сторону. В нормальной практике проектирования выбор размеров конструкции влияет лишь на теоретическую вероятность, заложенную в нормы. Человеческие же ошибки возникают с гораздо большей частотой, чем отклонения прочности материалов или нагрузки от расчетных значений. В качестве аргумента в работе [2] приводятся значения вероятностей ошибок при строительстве, из которых видно, что вероятность человеческих ошибок на порядок выше вероятностей неучтенных отклонений прочности и нагрузки.
Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»
20 июня 1997 года Государственной Думой принят федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (№ 116-ФЗ) [70].
Настоящий федеральный закон определяет правовые, экономические и социальные основы обеспечения безопасной эксплуатации опасных производственных объектов и направлен на предупреждение аварий на опасных производственных объектах и обеспечение готовности организаций, эксплуатирующих опасные производственные объекты, к локализации и ликвидации последствий указанных аварий.
Закон [70] дает следующее определение промышленной безопасности: «промышленная безопасность опасных производственных объектов -состояние защищенности жизненно важных интересов личности и общества от аварий на опасных производственных объектах и последствий указанных аварий». Авария трактуется как «разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемые взрыв и (или) выброс опасных веществ» [70].
К видам деятельности в области промышленной безопасности относятся: проектирование, строительство, эксплуатация, расширение, реконструкция, техническое перевооружение, консервация и ликвидация опасного производственного объекта; изготовление, монтаж, наладка, обслуживание и ремонт технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте; проведение экспертизы промышленной безопасности; подготовка и переподготовка работников опасного производственного объекта в необразовательиых учреждениях.
Для регулирования конструкционной безопасности объектов строительства на различных стадиях их создания законом [70] предусмотрены следующие основные инструменты: - контроль (в формах экспертизы и государственного надзора); - подтверждение соответствия; - обязательное страхование.
На различных этапах инвестиционно-строительного процесса (до момента начала эксплуатации) закон [70] устанавливает обязательные к исполнению и способствующие обеспечению безопасности промышленного строительного объекта правила и требования: - обязательности наличия перед принятием решения о начале строительства, расширения, реконструкции, технического перевооружения, консервации и ликвидации опасного производственного объекта положительного заключения экспертизы промышленной безопасности проектной документации, утвержденного федеральным органом исполнительной власти в области промышленной безопасности, или его территориальным органом; - недопуска отклонений от проектной документации в процессе строительства, расширения, реконструкции, технического перевооружения, консервации и ликвидации опасного производственного объекта; - обязательности прохождения экспертизы промышленной безопасности изменений, вносимых в проектную документацию; - проведения авторского надзора разработчиками проектной документации в процессе строительства, расширения, реконструкции, технического перевооружения, консервации и ликвидации опасного производственного объекта; - проверки соответствия опасного производственного объекта в процессе приемки его в эксплуатацию требованиям проектной документации; - проверки готовности организации к эксплуатации опасного производственного объекта и к действиям по локализации и ликвидации последствий аварии; - обязательности разработки декларации о промышленной безопасности (в том числе и на стадии проектирования); - обязательности страхования ответственности за причинение вреда жизни, здоровью или имуществу других лиц и окружающей природной среде в случае аварии на опасном производственном объекте.
Закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» устанавливает дополнительные требования к проектированию, строительству и эксплуатации опасных производственных объектов, обеспечивающих более детальную проработку вопросов безопасности на всех стадиях жизненного цикла объектов. Законом введено требование декларирования промышленной безопасности, в том числе и на стадии проектирования. При разработке декларации анализируется спектр возможных угроз, оценивается степень их влияния на объект и возможные неблагоприятные последствия, определяется перечень мероприятий по снижению негативного влияния и предотвращению появления аварийных ситуаций, а также ликвидации их возможных последствий.
Квалиметрия и логика при оценке риска
В формулах (3.1.9) и (3.1.10) «внутренний» риск аварии объекта зависит от технического состояния групп однотипных конструкций, образующих несущий каркас. Количество таких групп и число однотипных конструкций в группах в современных зданиях и сооружениях велико, и обследование конструкций с целью определения фактических уровней надежности р, групп сопряжено с большими затратами и времени, и денежных средств. Объем экспертных работ резко сократится, если в основу оценки технического состояния несущего каркаса объекта положить принципы квалиметрии [1].
Для этого в каждой группе отыскиваются наиболее и наименее дефектные конструкции с последующей экспертной оценкой их соответствия требованиям проекта в части обеспечения их прочности, жесткости и устойчивости. С позиции теории нечеткой логики такое соответствие дает оценку уровня надежности pi наиболее дефектной и р2 наименее дефектной конструкций в группе. С позиций теории квалиметрии уровни надежности ps и р2 следует считать «единичными» показателями конструкционной безопасности объекта. Использование «единичных» показателей требует ввести и такие понятия, как «комплексный» и «интегральный» показатели уровня конструкционной безопасности объекта. За комплексный показатель конструкционной безопасности объекта следует принять закон распределения вероятностей уровней надежности остальных в группе конструкций. Таким показателем может служить закон равномерной плотности, математическая модель (функция плотности вероятности) которого имеет вид [10]: f(p)=l/(P2-pi), (3.2.1) гдер -уровни надежности конструкций в группе (р\ р р2) Вид закона (3.2.1) показан на рис. 3.2.1. Его нижняя граница характеризует уровень надежности р\ наиболее дефектной в группе конструкции, верхняя - уровень надежности р2 наименее дефектной в группе конструкции.
При равномерном законе распределения математическое ожидание уровня надежности несущих конструкций в группе определяется по формуле [10]: Щр]=(Рі+Р№ (3-2.2)
В процессе эксплуатации объекта среднее значение Щр] постепенно смещается влево (уменьшается). Причиной уменьшения среднего значения являются старение и износ групп конструкций, а также ошибки людей, отвечающих за эксплуатацию объекта строительства. На конкретный момент времени показателями технического состояния несущего каркаса являются величины pi,p2 и М\р\ найденные для всех групп конструкций. В совокупности эти показатели образуют необходимую и достаточную информацию для определения по формуле (3.1.10) среднего значения риска аварии R, который в полном соответствии с принципами теории квалиметрии принимается за интегральный показатель конструкционной безопасности объекта. При определении риска аварии учитывается через законы распределения (3.2.1) фактическое состояние всех конструкций, образующих несущий каркас здания (сооружения). В результате задача расчета риска аварии объекта сводится к задаче определения уровней надежности р\ и р2 для наиболее и наименее дефектных в группе конструкций.
В экспертно-инженерной практике надежность строительной конструкции оценивается через соответствие параметров конструкции требованиям проекта в части обеспечения ее прочности, жесткости и устойчивости. Для определения уровня надежности конструкции по выявленным на экспертной основе отступлениям (дефектам) ее параметров от требований проекта используется правило, построенное на основе лингвистической переменной «очень» [22,35].
Правило представлено в табл. 3.2.1 и содержит 11 уровней опасности конструкции, различающихся по показателю степени переменной «очень». При составлении правила использован прием нечеткой логики, состоящий в отождествлении понятий «надежность» и «соответствие». Поскольку мера соответствия (степень) в отличии от меры надежности изменяется в пределах от 0,5 до 1, уровни надежности в табл. 3.2.1 разделены на две части, одна из которых содержит степени соответствия, другая - несоответствия. Границей между частями является шестой уровень опасности, характеризуемый предельно низкой степенью соответствия требованиям проекта.
Оценка и регулирование конструкционной безопасности на предпроектной стадии
Решение задачи риск-менеджмента (составляющая строительного риска) на предпроектной стадии может быть представлено в виде последовательно выполняемых этапов: - формирование «дерева» состояний объекта; - определение «нормального» (для новых зданий) уровня надежности групп несущих конструкций; - формирование минимальных требований к организациям-участникам строительного процесса с целью обеспечения «нормального» уровня надежности групп несущих конструкций; - подбор или проверка соответствия организаций-участников сформированным минимальным требованиям; - декларирование конструкционной безопасности.
На первом этапе формируется дерево состояний объекта, представляющее собой иерархическую последовательность возведения групп однотипных конструкций несущего каркаса (рис. 4.2.1). Каждое из возможных состояний объекта строительства характеризуется количеством групп однотипных несущих конструкций щ и риском аварии R{.
Целью построения дерева состояний является декомпозиция объекта и определение общего числа групп однотипных несущих конструкций п. Исходной информацией для построения дерева состояний могут служить предварительные эскизные проработки структуры будущего объекта или структура объекта аналога.
На втором этапе производится определение нормального уровня надежности групп однотипных несущих конструкций по формуле (3.4.4) с учетом общего числа групп п, определенного на предыдущем этапе:
Целью определения нормального уровня надежности является установление минимальных требований к конструктивным элементам для обеспечения нормального уровня риска аварии всего объекта: R R„. (4.2.1)
На третьем этапе производится формирование минимальных требований к организациям-участникам строительного процесса (проектировщикам, поставщикам материалов и конструкций, строителям), призванных обеспечить нормальный уровень риска аварии планируемого к возведению объекта.
Требование обеспечения нормального риска аварии может быть записано в виде (4.2.1) или в виде ограничения на средний уровень надежности М[р] групп однотипных конструкций: М[р] рн. (4.2.2) Априорное прогнозирование среднего уровня надежности М[р] осуществляется по формуле (3.3.2): Щр] = /i.M-ju.c-ju.n+0,8-(1-/1 J -/ic-/in +0,5-/i.M-(l-/iJ -/іпЛ-0,9-/ім-/іс-(1-/і + +0,4{l-{iJ{l-ju.J-fLn+0J2{l- J- c{l-fi.lj+0,45-jLLM-(l-iiJ-(l-iiJ+ +0,36-(1-/1 -(1-/1 J -(1-/1,).
Решение обратной задачи при известном требуемом М[р] (4.2.2) позволяет сформировать множество QH комбинаций значений входящих в формулу (3.3.2) параметров (цп, /LC и /LM), обеспечивающих выполнение условий (4.2.1) и (4.2.2).
В графической форме процесс формирования множества QH может быть проиллюстрирован рисунком 4.2.2. Множество возможных комбинаций значений //.„, fi.c и /ім (изменяющихся в интервале от 0 до 1) формирует пространство качества Q представленное на рис. 4.2.2 в виде куба в координатах {(0;0;0) (1;1;1)}. Множество комбинаций значений /Ln, /ic и JLLM, обеспечивающих выполнение равенства: М[р] =Рт (4.2.3) формирует граничную поверхность ун, отсекающую в пространстве Q область QH, где комбинации значений /±п, /мс и jiM удовлетворяют условию (4.2.2).
Сформированное множество QH представляет собой минимальные требования к организациям-участникам строительного процесса в части соответствия систем менеджмента качества требованиям международных стандартов серии ISO 9000, выполнение которых обеспечит для планируемого к возведению объекта нормальный риск аварии.
На четвертом этапе производится подбор или проверка соответствия требованиям множества QH выбранных организаций-участников строительства через оценку функционирования их систем менеджмента качества.
Оценка соответствия систем менеджмента качества требованиям международных стандартов серии ISO 9000 (табя. 4.2.1) выполняется методом экспертных оценок по правилу, приведенному в табл. 3.3.1 и формуле (3.3.3).
