Системная оценка параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий

На правах рукописи

Дьячкова Ольга Николаевна

системная оценка параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий

Специальность 05.23.08 – Технология и организация строительства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2009

Работа выполнена на кафедре технологии строительного производства ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Юдина Антонина Федоровна

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Болотин Сергей Алексеевич;

кандидат технических наук, доцент

Крылов Георгий Владимирович

Ведущая организация ОАО «Научно-исследовательский и проектный институт по жилищно-гражданскому строительству ЛенНИИпроект»

Защита диссертации состоится 14 апреля 2009 г. в 14–00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.223.01 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д. 4, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат размещен на официальном сайте ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» ( http://spbgasu.ru ).

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д. 4, тел. / факс: 8 (812) 316-58-72

Автореферат разослан 12 марта 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, профессор

Ю. Н. Казаков

Общая характеристика работы

Актуальность: 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 (рис. 3).

Рис. 1. Объем строительства в структуре городской застройки в зависимости от назначения зданий

Рис. 2. Объем строительства в структуре городской застройки в зависимости от потребительских свойств жилых многоэтажных зданий

Рис. 3. Объем строительства в структуре городской застройки жилых многоэтажных зданий в зависимости от технологии возведения

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.

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:

• многофакторный анализ 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», 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-ом, 11-ом 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.

Исследование проводилось в рамках приоритетной национальной программы «Доступное и комфортное жилье – гражданам России».

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.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен многофакторный анализ современных технологий возведения жилых многоэтажных зданий, в том числе изучены научно-исследовательские труды отечественных и зарубежных ученых, посвященные системной оценке технологических решений; на базе градостроительного кодекса Российской Федерации и других, действующих на территории страны, нормативных источников исследована система взаимодействия основных участников процесса строительства; проведен анализ проектно-строительной документации домов, построенных в Санкт-Петербурге за последние 15–20 лет, по результатам которого разработаны структурно-элементные схемы, раскрывшие многовариантность технологий возведения жилья, определены их преимущества и недостатки; уточнена классификация технологий возведения жилых многоэтажных зданий.

Совершенствованием строительно-технологических решений на основе системного анализа занимались ведущие ученые Абовский Н. П., Афанасьев А. А., Байбурин А. Х., Болотин С. А., Булгаков С. Н., Владимирский С. Р., Волков А. А., Головнев С. Г., Гусаков А. А., Гусакова Е. А., Завадскас Э.-К. К., Заренков В. А., Крылов Г. В., Олейник П. П., Панибратов Ю. П., Петраков Б. И., 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.

Во второй главе разработана концепция системной оценки параметорв технологий возведения жилых многоэтажных зданий.

Модель (m) эффективности жизненного цикла жилых многоэтажных зданий представляет собой множество конструктивно-технологических решений (КТР), принимаемых на этапе возведения (ЭКТРвозв.), эксплуатации (ЭКТРэкспл.), сноса (ЭКТРснос.): m ЭЖЦ: {ЭКТР} max.

Эффективность конструктивных и технологических решений оценивается прогнозированием затрат на стадиях подготовки и обеспечения (Zподг.), проектирования (Zпр.), строительства (Zстр.), содержания (Zсод.), ремонта (Zрем.), реконструкции (Zрек.), демонтажа (Zдем.), утилизации (Zутил.) двумя способами (рис. 4).

Рис. 4. Схема моделей распределения эффектов и затрат по этапам жизненного цикла жилых многоэтажных зданий в зависимости от способа оценки

Первый способ (рис. 4) характеризует локальный оптимум, отображается в виде: : ЭКТРвозв.1 + ЭКТРэкспл.1 + ЭКТРснос.1 min и заключается в прогнозировании эффектов и затрат на этапах:

• возведения – на стадиях подготовки и обеспечения, проектирования, строительства: ЭКТРвозв.1 Zподг. + Zпр. + Zстр.;
• эксплуатации – на стадии содержание: ЭКТРэкспл.1 Zсод., где в затратах на содержание учитываются затраты на отопление здания;
• сноса: ЭКТРснос.1 = 0.

Второй способ (рис. 4), при котором более адекватно характеризуется действительность, в формальном выражении имеет вид: : ЭКТРвозв.2 + ЭКТРэкспл.2 + ЭКТРснос.2 max, то есть осуществляется переход к системному анализу на этапах:

• возведения: ЭКТРвозв.2 Zподг. + Zпр. + Zстр.;
• эксплуатации: ЭКТРэкспл.2 Zсод. + Zрем. + Zрек., где кроме затрат на содержание, включаются затраты на ремонты и реконструкцию;
• сноса: ЭКТРснос.2 Zдем. + Zутил. с соответствующими затратами, в том числе на демонтаж, утилизацию.

Подход к проблеме принятия эффективных технологических решений, обеспечивающий их своевременную корректировку, должен охватывать все этапы жизненного цикла и учитывать систему не только прямых, но и обратных связей между его основными участниками.

Алгоритм принятия эффективных технологических решений (рис. 5), как совокупность предписаний необходимых и достаточных для достижения поставленной цели, состоит в проведении направленного мониторинга строительных технологий жилых многоэтажных зданий, по результатам которого создается информационный комплекс баз данных, затем альтернативные проекты ранжируются с помощью оценки по системе технико-экономических параметров (табл. 1) и определяется ресурсосберегающий вариант для заданных условий строительства.

Таблица 1

Система рациональных технико-экономических параметров жилых многоэтажных зданий с оценкой по критерию оптимальности

Рис. 5. Алгоритм принятия эффективных технологических решений жилых многоэтажных зданий

Для ранжирования альтернативных строительных технологий разработана математическая модель проведения многокритериальной оптимизации F(x) = (1(x), …, n(x)) по x M, суть которой состоит в отыскании лучшего варианта по критерию оптимальности с учетом весомости нескольких имеющих разные дименсии технико-экономических параметров. Математическая модель используется в программе «Приоритетный вариант» для проведения исследования с помощью ПЭВМ.

Обозначения альтернативных вариантов строительных технологий (B1, B2, …, Bi, …, Bm) и значения их технико-экономических параметров (x11, x12,..., xij, …, xmn) вводятся вручную в исходную матрицу программы, где автоматически определяются оптимальные значения параметров (xопт: x1, x2,..., xj, …, xn) при зависимости y = (x), так как вид зависимости предполагает наличие экстремума функции и это значение не выходит за рамки ограничений, xопт соответствует y = max или y = min по смыслу критерия (табл. 1, табл. 2).

Затем значения параметров преобразуются в безразмерные величины: если , то , если , то и заполняется нормализованная матрица, где aij = xопт = 1, а остальные значения находятся в диапазоне 0 aij для и для (табл. 3).

Оптимизационные матрицы для первого и второго способов оценки выстраиваются путем перемножения весов (q1, q2, …, qj, …, qn; Q1, Q2, …, Qj, …, Qn) и безразмерных значений параметров (a11, a12, … aij, …, amn). Аддитивные критерии (k, K) вычисляются по формулам для первого и для второго способа оценки. Результаты расчета в виде цифры, соответствующей рангу альтернативного варианта, выводятся в столбце 7 соответствующей оптимизационной матрицы (табл. 4, табл. 5).

Таблица 2

Исходная матрица

Таблица 3

Нормализованная матрица

Таблица 4

Оптимизационная матрица для min

Таблица 5

Оптимизационная матрица для max

В третьей главе для апробации системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий проведен анализ распределения значимости критериев оптимальности технико-экономических параметров (табл. 1) для основных участников жизненного цикла (рис. 6) и определена весомость параметров (рис. 7).

Рис. 6. Графики распределения значимости критериев оптимальности параметров для основных участников жизненного цикла жилых многоэтажных зданий: – критерий оптимальности параметра имеет значение для участника, – критерий оптимальности параметра не имеет значения для участника

Рис. 7. График распределения весомости технико-экономических параметров

С помощью системной оценки значимости предельных значений критериев оптимальности технико-экономических параметров для застройщика, инвестора, генпроектировщика, генподрядчика, собственника (табл. 6, рис. 6) построен приоритетный ряд, характеризующий степень влияния каждого участника на системность, безопасность, гибкость, ресурсосбережение, качество, эффективность принимаемых технологий возведения жилых многоэтажных зданий:

генподрядчик > генпроектировщик > (застройщик, инвестор, собственник).

Таблица 6

Значимость критериев оптимальности параметров для основных участников жизненного цикла жилых многоэтажных зданий