Проектирование технологических процессов реконструкции зданий

Проектирование следует осуществлять с детального изучения технической документации объекта и подбора аналогов организационно-технологических схем по технологии реконструкции, имеющих сходные архитектурно-планировочные и конструктивные решения.

Производственный процесс реконструкции зданий проходит в пространстве и времени. Пространственными параметрами служат участки, захватки, рабочие места, фронт работ. Временные параметры характеризуют продолжительность процессов, а их взаимодействие основано на поточных методах производства работ, предусматривающих максимальное совмещение во времени.

На схеме, приведенной на рис. 5.14, дается комплекс параметров и характеристик строительных потоков. Они формируются в зависимости от сложности реконструируемых объектов, применяемых методов и технологий. При этом каждый поток оснащается технологическим комплексом машин и механизмов, а их движение подчинено общему ритму в соответствии с учетом организационно-технологической готовности.

Рис. 5.14. Характеристики строительных потоков при реконструкции зданий и их комплексов

При реконструкции зданий используют частные, специализированные, объектные и комплексные потоки.

Частный поток характеризуется последовательным выполнением одного технологического процесса на различных захватках.

Специализированный поток включает совокупность частных потоков, объединенных общей продукцией в виде элементов зданий.

Объектный поток состоит из совокупности специализированных потоков, продукцией которого является законченный объект.

Комплексный поток является совокупностью объектных, необходимых для реконструкции квартала застройки из разнотипных зданий и сооружений в общий комплекс.

Одним из важных показателей организационно-технологических решений является интенсивность производства работ. Проектирование поточного строительства и увязка с ритмом потоков обеспеченности материально-техническими ресурсами служат одними из необходимых и достаточных условий непрерывности производства и выполнения работ в заданные сроки. Это положение достигается при разработке календарных или сетевых графиков производства работ. Любое отклонение ресурсообеспечения приводит к изменению сроков производства работ. Дестабилизирующее действие указанных факторов может быть усилено отклонениями от технологических регламентов производства работ, снижением качества продукции в результате несоответствия профессионального уровня рабочих уровню механизации, а также нарушениями в системе управления.

Оценка надежности строительных потоков

Типовые архитектурно-планировочные решения различных серий домов позволяют выполнять цикл реконструктивных работ с применением поточных методов. Путем подбора состава бригад, средств механизации и использования прогрессивных технологий возможно создание долговременных объектных ритмичных или кратных изменениям ритма потоков.

Строительный поток представляет собой развивающийся во времени и пространстве производственный процесс. Строительный поток рассматривается как совокупность ряда последовательно включаемых и параллельно выполняемых частных потоков. Его развитие может быть представлено в виде линейных графиков или циклограмм.

Продолжительность выполнения частного ритмичного t_п строительного потока Т на т₃захватках определяется соотношениями: t = m₃K; Т = К(т₃+п-1),где К -продолжительность выполнения работ частным потоком на одной захватке или ритм потока; п - число частных потоков или видов специализированных работ.

Интенсивность частичного потока оценивается зависимостью

Для строительного потока интенсивность может быть определена соотношением , где Р_r - объем работ по частному потоку; Р_с - то же, по строительному потоку.

На рис. 5.15 представлена циклограмма строительного потока, состоящего из 5 частных потоков, при работе на четырех захватках.

Рис 5.15. Циклограмма ритмичных специализированных потоков
1 -работа нулевого цикла; 2 -демонтаж наружных стеновых панелей; 3 -монтаж объемных эркеров; 4 -возведение надстройки; 5 - отделочные и специальные виды работ

Параметры потока оцениваются по следующим показателям:

пространственные - захватки, фронт работ;

технологические - число частных потоков, объемы работ, трудоемкость, интенсивность потока;

временные параметры - модуль цикличности (ритм), шаг потока (интервал времени между включениями частных потоков), темп потока.

Вследствие стохастичности условий функционирования строительного потока его расчет по детерминированным аналитическим зависимостям не дает точного представления о продолжительности и интенсивности работ, которые носят вероятностный характер строительного производства.

Большинство параметров строительного потока (число частных потоков, объем работ и др.) являются детерминированными, в то время как интенсивность и продолжительность производства работ (шаг потока) имеют вероятностный характер, что приводит к их отклонению от расчетных значений.

Так, при постоянном значении объема работ q на захватке интенсивность производства работ i и продолжительность ритма К могут быть непостоянными.

Зная закон распределения ритма потока К как вероятностный параметр, можно постепенно оценить параметр i.

Для комплекса работ, связанных с реконструкцией жилых зданий, наиболее подходящими являются технологии, основывающиеся на применении сборных несущих конструкций. Значения Каппроксимируются бета-распределением, а для других видов работ - Пуассоновским процессом.

Плотность бета-распределения выражается зависимостью

где К -продолжительность ритма; К_minи К_max-максимальное и минимальное значения ритма потоков, принимаемые по статистическим данным.

Кривые теоретического и физического распределения вероятностей продолжительности работ достаточно близки, что свидетельствует об адекватности принятой модели.

Количественные характеристики надежности строительных потоков оцениваются следующими параметрами:

вероятность функционирования потока с заданной интенсивностью

где i, i₃ - интенсивности потока фактическая и заданная;

вероятность выполнения объема работ в заданный срок

математическое ожидание по интенсивности потока

среднестатистическая интенсивность потока

где т_j -частота функционирования потоков с j-й интенсивностью; п - количество наблюдений; Р_j -вероятность функционирования потоков с j-й интенсивностью;

дисперсия продолжительности выполнения заданного объема работ D_t

Вероятностный характер интенсивности процессов и сроков выполнения работ обусловлен влиянием большого числа возмущающих факторов, которые проявляются в виде различных простоев или увеличения продолжительности работ за счет нарушения или изменения технологических режимов.

На рис. 5.16 приведена фактическая циклограмма производства работ, которая свидетельствует о переходе ритмичных потоков с кратным изменением ритма.

Рис. 5.16. Реальная циклограмма объектного потока при параллельно-последовательной схеме производства работ по реконструкции 4-секционного жилого дома
1 - работы нулевого цикла; 2 - демонтаж наружных стеновых панелей; 3 - монтаж эркеров; 4 - возведение надстройки; 5 - отделочные и специальные виды работ

Математическое ожидание продолжительности вынужденных простоев определяется соотношением с дисперсией

Вероятность отказа потока оценивается как величина простоя, достигшего критического параметра

Факторы, влияющие на надежность потока, разделяются на: управляемые, частично управляемые и неуправляемые.

К управляемым факторам следует отнести: сбалансированность объемов работ с мощностью строительной огранизации; выбор наиболее прогрессивных технологий производства работ; обеспечение средствами механизации, соответствующими принятой технологии.

Частично управляемые факторы: создание текущих запасов материалов и конструкций; соблюдение необходимого интервала между вступлением в работу отдельных частных потоков; полная обеспеченность проектно-сметной и технологической документацией; плановое финансирование объекта; соблюдение технологии выполнения строительных процессов.

Неуправляемые: разработка мероприятий против воздействия погодно-климатических и техногенных условий.

Одним из приемов повышения надежности строительного потока является резервирование производственных мощностей. Определение необходимых мощностей осуществляется методами парного и множественного корреляционного анализа с введением поправочных коэффициентов на однородность работ, концентрацию работ с учетом возможных резервов времени бригад.

Применение резервных ресурсов для повышения надежности строительного потока должно удовлетворять некоторому критерию оптимальности.

На рис. 5.17 приведена принципиальная зависимость между надежностью строительного потока, стоимостью содержания резервов и величиной экономического эффекта от повышения надежности.

Рис. 5.17. К определению оптимальной надежности строительных потоков в зависимости от затрат на резервирование
1 - текущие затраты на производства работ; 2 - затраты на резервирование

Оптимальная надежность будет достигнута в точке пересечения кривых 1,2, что позволит определить затраты на резервирование, соответствующие оптимальному уровню надежности.

§ 5.8. Календарные планы и сетевые графики

Календарные планы разрабатываются на реконструкцию объекта. Их основой являются объемы в физических единицах, трудоемкость работ, состав бригад и звеньев, степень использования средств механизации. Для обеспечения нормативного срока производства работ осуществляется оптимизация по подбору состава бригад и их квалификационному составу. Используются методы ведения работ: последовательный, параллельный или совмещенный. Выбор метода диктуется особенностями технологических процессов, уровнем стесненности и безопасности производства работ. При разработке календарных планов применяются преимущественно детерминированные организационно-технологические модели, в которых не учитывается вероятностный характер продолжительности выполнения строительных процессов. В то же время находят применение имитационные модели, которые учитывают стохастические характеристики строительного производства. Такие модели учитывают вероятностный характер производства работ и более полно учитывают возможные колебания их продолжительности.

Объектный календарный план включает несколько циклов, которые отражают технологические особенности производства работ: подготовительный, цикл нулевых работ, работы по подземной части; специальные; отделочные и работы по благоустройству территории.

В зависимости от уровня реконструктивных работ, принятой технологии и объемов рассчитывается потребность в материально-технических и людских ресурсах. Продолжительность работ каждого цикла зависит от объемов работ, трудоемкости, степени использования средств механизации, ручного инструмента, приспособлений и других факторов. При проектировании календарных планов учитываются технологические перерывы, связанные с набором прочности бетоном, кирпичной кладкой и др., что связано с обеспечением фронта последующих работ.

Календарный план представляет собой систему графиков, изображаемых продолжительность и последовательность работ, их интенсивность, совмещение во времени и пространстве отдельных процессов, продолжительность работ на конкретных участках машин и механизмов, движение ресурсов, включая финансовые, трудовые, энергетические, материально-технические и др.

Целевая задача при разработке календарного плана состоит в достижении максимальной прибыли подрядчиком при выполнении договорных обязательств по срокам завершения работ, вводу в эксплуатацию зданий. Параллельно решаются задачи равномерного использования всех ресурсов, особенно трудовых, создания безопасных условий труда, обеспечения нормативных санитарных требований и нормальных бытовых условий.

Особое значение календарного плана отводится при реконструкции зданий без отселения жильцов, когда любое увеличение продолжительности работ влияет на снижение комфортности и безопасности проживающих.

При разработке календарных планов оптимизируются работы основных технологических процессов во времени и производится максимальное совмещение вспомогательных работ.

Основой календарного планирования является поточное производство работ, что обеспечивает сокращение общей продолжительности.

Календарный план реконструкции объекта должен охватывать все общестроительные и специальные работы, начиная от инженерной подготовки площадки и кончая отделочными работами.

Если специальные работы (санитарно-технические, электромонтажные, устройство лифтов и др.) выполняются специализированными организациями на правах производства работ, разрабатываемых общестроительной организацией, указываются лишь согласованные с субподрядными организациями периоды выполнения специальных работ, начало и окончание которых увязаны с общестроительными работами. Субподрядные организации должны составлять детальные календарные планы выполнения своих работ исходя из календарного плана строительно-монтажных работ.

Сроки производства работ каждого цикла рассчитываются исходя из трудоемкости и состава бригад и звеньев.

При разработке календарного плана устанавливаются период работ машин, время установки подъемников и других средств механизации, доставка сборных конструкций, полуфабрикатов, поставка оборудования.

Работы каждого цикла ведутся поточными методами, что позволяет достичь максимального совмещения работ во времени.

Сетевая модель отображает взаимосвязь отдельных работ по реконструкции объекта и позволяет осуществить математический анализ, способствующий рациональному календарному планированию, прогнозированию и управлению процессами, а также объективной оценке эффективности применяемых технологий.

Метод сетевого планирования, аппарат построения, расчета, анализа и оптимизации моделей позволяет в автоматизированном режиме осуществлять управление ходом выполнения строительно-монтажных и других видов работ. Это достигается путем оценки выполнения фактических объемов работ, которые могут отличаться от запланированных. Основные виды работ, как правило, лежат на критическом пути и определяют общую продолжительность реконструкции. Остальные работы имеют частный или общий резерв времени, что позволяет в реальных условиях строительной площадки корректировать их продолжительность путем изменения состава исполнителей или уровня механизации.

Обычно сетевые графики строят от исходного события к завершающему. При этом событие - это факт окончания одной или нескольких работ, необходимый и достаточный для начала следующих работ.

События устанавливают технологическую и организационную последовательность работ.

В ходе построения сетевого графика последовательность и взаимосвязь работ определяются условиями, которые определяют, какие работы необходимо выполнить и какие условия обеспечить, чтобы можно было начать данную работу.

Расчет временных параметров сетевого графика аналитическим путем выполняется по работам и событиям.

Ранние сроки начала и окончания работ рассчитываются начиная с исходного события, последовательно по всем путям сетевого графика.

Ранний срок свершения начального события определяют максимальной величиной суммы ранних сроков свершения предшествующих событий и продолжительности работ, входящих в данное событие.

Поздний срок окончания и начала работ производят после того, как определены все ранние сроки и общая продолжительность.

Сопоставление ранних и поздних сроков работ и событий позволяет рассчитать их резервы времени, критический путь и провести анализ параметров графика. Если ранние и поздние характеристики работ совпадают, то работы лежат на критическим пути.

Для работ, лежащих на критическом пути, резерв времени равен нулю.

Работы, установленные в сетевой модели, могут иметь общий или частичный резерв времени. Общий резерв времени - это максимальное время, на которое можно задержать начало работы или увеличить ее продолжительность без изменения общего срока строительства.

Частичный резерв времени - это максимальное время, на которое можно перенести начало работы или увеличить ее продолжительность без изменения раннего начала последующих работ. Частичный резерв имеет место, когда в событие входят две или больше работ, и определяется разностью значений ранних сроков, событий и продолжительностью работ.

Наиболее рациональным и удобным в оперативной работе является построение сетевого графика в масштабе времени. Корректировка графиков имеет цель сократить общую продолжительность работ, т.е. длину критического пути. Для сокращения срока реконструкции применяют следующие приемы корректировки: перераспределение трудовых резервов; совмещение технологических процессов во времени; привлечение дополнительных ресурсов для параллельного выполнения работ.

Для информационного обеспечения модели автоматизированного проектирования стройгенпланов требуется большой объем исходной информации в виде базы данных, представленной в графической форме и в виде организационно-технологической и справочно-информационной документации (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Схема автоматизированного проектирования стройгенплана

Для решения задач формируются три массива информации: постоянная, переменная и информация по общекомпоновочным решениям.

Массив постоянной информации состоит из архитектурно-технологических решений, принятых на предыдущих стадиях проектирования.

Массив переменной информации формируется в процессе решения комплекса задач расчетно-оптимизационного плана.

Массив информации по общекомпоновочным решениям представляет собой графическую часть рассчитанных вариантов стройгенплана.

Основными задачами вариантного автоматизированного проектирования стройгенплана являются разработка методов и алгоритмов выбора и размещения на территории площадки временных зданий и сооружений, определение оптимальных трасс прокладки временных инженерных коммуникаций, выбор расположения складов, мест установки машин и механизмов и др. Решение этих задач носит оптимизационный характер.

Автоматизированное проектирование стройгенпланов неразрывно связано с результатами формирования календарных планов, определения материально-технических ресурсов, оптимизации методов производства работ, использования рационального парка машин и механизмов. Влияние этих данных является определяющим при выборе и привязке монтажных кранов, определении площадей складов, количества инвентарных зданий и т.п.

В практике технологического проектирования получили широкое распространение система «Гектор» и ее модификации.

«Гектор-АРМ ППР» предназначен для автоматизации выпуска наиболее сложных и часто встречающихся в практике разделов проектов производства работ. АРМ ППР обеспечивает необходимые расчеты, ведение текстовых и графических баз данных, составление графической и текстовой документации в диалоговом режиме: подбор и вычерчивание строительно-монтажных кранов, автоматизированное составление технологических схем, подбор землеройной техники и транспорта, подсчет объемов работ, расчет потребностей в машинах и механизмах, рабочих кадрах, временных административно-бытовых зданиях и т.д.

«Гектор-календарь» - предназначена для подготовки и управления ходом реконструкции. Система позволяет создать сетевые технологические модели, рассчитывать календарные планы, корректировать их с учетом выделения ресурсов, получать графики потребности в ресурсах, в том числе в машинах и механизмах, рабочих кадрах, финансировании, фиксировать выполнение объемов работ календарного плана и др.

Поиск наиболее распространенных методов и технологий производства работ осуществляется на основе технологических критериев строительных процессов в виде функциональных зависимостей. К ним относятся:

материалоемкость конструкций, которая характеризует удельный расход материалов на единицу площади: M=f(R,L,K_M),где R -физико-механические характеристики материала; L - геометрические параметры конструктивных элементов; K_M - коэффициент использования материалов;

трудоемкость работ T=f(М_изг,M_тр,M_M,Z,M_пр),где М_изг - трудоемкость изготовления сборных конструкций в зависимости от принятой технологии, уровня механизации и автоматизации производства; M_тр -затраты на процесс транспортирования конструкций к месту монтажа; M_M - трудоемкость монтажа в зависимости от геометрических параметров конструкций Z и методов производства работ M_пр;

продолжительность работ N=f(М_в,M_oтp,K_T),где М_в - метод возведения конструкций; M_oтp -организационно-технологические решения; K_T - технологичность конструктивных элементов;

энергоемкость Э= f(С_{М CM},N_М,K_гр), где С_{М CM} - стоимость машино-смен средств механизации; N_M - мощность строительных машин и механизмов; K_гр - коэффициент использования кранов по грузоподъемности.

Оценка весомости критериев эффективности технологий осуществляется путем построения матрицы ожидаемых результатов

где a₁, ..., a_j - варианты сравнения различных технологий х₁,...,х_п -разноразмерные показатели эффективности Х_т1,…,Х_тп - значения показателей эффективности; Р=(Х_ij) - разноразмерная матрица принятия решений.

Для перехода к однородным показателям эффективности матрицу Р преобразуют в матрицу оценок ожидаемых результатов методами нормативных векторов или трансформации шкалы

где индекс Э соответствует эталонному значению и в матрице Р используются стоимостные минимизируемые показатели.

Оптимизация методов и технологий реконструкции зданий и сооружений осуществляется путем вариантного сопоставления минимизируемых параметров.