Разработка методов повышения эксплуатационного качества строительных площадок в процессе возведения на слабонесущих грунтах

Актуальность темы

исследования. В проекте «Концепции стратегии развития строительного комплекса Российской Федерации на перспективу до 2010 года» изложены принципы создания обновленного потенциала мощностей и материально-технической инфраструктуры строительного комплекса на основе инновационных технологий и конструктивных решений для нового строительства и реконструкции промышленных предприятий, зданий и сооружений, инженерных сетей. Предполагается модернизация производственного аппарата как на уровне строительного комплекса так и на уровне страны в целом, которые способствуют укреплению конкурентоспособности строительной отрасли и в производственной сфере направлены на создание обновленного потенциала мощностей и материально-технической инфраструктуры строительного комплекса на основе инновационных технологий.

Приоритетным содержанием строительной деятельности можно считать создание организационно-технологических процессов с использованием гибких и универсальных объемно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающих эксплуатационное качество возводимых строительных объектов. Для решения этих задач необходимо обеспечить: разработку рациональных унифицированных параметров сооружений, в том числе конструктивных схем, обеспечивающих при строительстве и эксплуатации объектов размещение и функционирование высокопроизводительного оборудованияприменение эффективных материалов, в том числе высокопрочных легких бетонов на пористых заполнителях, клееной древесины, высокопустотных керамических камней, легких металлических конструкций, полимерных изделий, негорючих деатемных утеплителей, а также материалов на базе рационального использования техногенных отходов промышленного производствадля районов Крайнего Севера и сейсмических районов использование наукоемких систем и методов предупреждения массовой деформации застройки, технических решений, технологий и оборудования усиления оснований и фундаментов, упрочнения слабых зон грунтаосвоение подземного пространства с применением материалов и конструкций с заданными заранее свойствами, применение в производственном строительстве специальной технологии монолитного поробетонаснижение приведенной массы зданий и сооружений производственного назначениясокращение сроков строительства.

Процесс возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах зависит от многих факторов, действия которых проявляются при организации и технологии строительного производства. К этим факторам следует отнести: технологичность проектных решенийобеспечение комплексной документации в сроки, позволяющие разработать и решить все вопросы подготовки строительного производствавысокая заводская готовность конструкций, деталей, изделий, сокращающая объемы работ, выполняемых на площадкеритмичная и комплектная поставка всех необходимых ресурсовинтенсивное использование современных высокопроизводительных машин и оборудованиянепрерывное повышение квалификации рабочих и инженерных кадроврациональное совмещение профессийвсестороннее использование организационных и технических средств научной организации труда. Разработка методов анализа организационных и технологических показателей строительного производства с учетом указанных факторов позволит повысить организационно-технологическую надежность возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах в заданные сроки с использованием определенного количества ресурсов.

С целью дальнейшего совершенствования организационных и технологических процессов возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах необходимо определить не только комплекс подготовительных мероприятий для выполнения строительно-монтажных работ, но и обеспечить возможность принятия альтернативных решений в зависимости от ресурсного оснащения строительной организации. Наиболее трудоемкими и сложными работами инженерной подготовки строительного производства является возведение строительных площадок на слабонесущих грунтах с обеспечением эксплуатационного качества этих сооружений. Повышение организационно-технологической надежности возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах требует разработки систем отслеживания организационно-технологических параметров по инженерной подготовке территории на всех этапах строительного производства. Анализ практики строительного производства на слабонесущих грунтах показал, что достаточно ответственным является организационно-технологический процесс возведения складской зоны строительной площадки.

В связи с этим возникла необходимость в проведении специальных исследований, направленных на изучение методов повышения эксплуатационного качества строительных площадок в процессе возведения на слабонесущих грунтах с использованием различных конструктивных элементов, с целью повышения темпов, сокращения стоимости и продолжительности выполнения строительно-монтажных работ. Решение этих задач обуславливает необходимость реализации современных информационных технологий с учетом специфики строительного производства на слабонесущих грунтах, чем определяется актуальность темы исследования.

Актуальность выполненных исследований связана с реализацией задач по прогнозированию показателей организационно-технологических процессов производства строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах. Разработанные методики и алгоритмы позволяют эффективно управлять строительно-монтажными работами и совершенствовать для этого нормативную базу. Изложенное определяет актуальность выбранной темы диссертационного исследования, которая соответствует п.п. 2, 4, 5 и 10 паспорта специальности 05.23.08 — технология и организация строительства, представляет собой актуальную проблему, обладающую научной новизной и практической ценностью.

Цель диссертационной работы — разработка моделей и алгоритмов принятия организационно-технологических решений возведения строительных площадок с учетом повышения эксплуатационного качества сооружаемых объектов на основе использования рациональных унифицированных параметров сооружений, в том числе конструктивных схем, обеспечивающих при строительстве и эксплуатации функционирование высокопроизводительного оборудования.

Задачи исследования: анализ современных принципов реализации организационно-технологических процессов строительного производства при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах;

— исследование ограничений, методов и показателей организации и технологии выполнения строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах с эффективным применением различных материалов;

— разработка методов количественного анализа технико-экономических показателей возведения строительных площадок с учетом конструктивных схем реализации строительно-монтажных работ при инженерной подготовке строительного производства;

— разработка методов и средств оценки эксплуатационного качества строительных площадок с учетом физико-механических свойств слабонесущих грунтов и деформационно-прочностных характеристик используемых материалов;

— разработка комплексной системы организационно-технологического проектирования строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах использованием различных материалов в информационной среде;

— подготовка практических рекомендаций по применению результатов исследований в процессе повышения эксплуатационного качества строительных площадок при реализации инженерной подготовки строительного производства.

Объект исследования: организация и технология производства строительно-монтажных работ на слабонесущих грунтах.

Предмет исследования: методология анализа и прогнозирования показателей выполнения строительно-монтажных работ при инженерной подготовке строительного производства.

Методологические и теоретические основы исследования базируются на работах отечественных и зарубежных ученых в области системотехники строительства, методов теории прочности, вероятностно-статистического анализа, экспертного логического анализа, информационно-вычислительных технологий, обобщении исследований в области технологии и организации строительного производства.

Научно-техническая гипотеза предполагает использование современных методов организации и технологии производства строительно-монтажных работ при инженерной подготовке строительного производства и информационных технологий для прогнозирования показателей технологических процессов производства при возведении строительных площадок с использованием различных материалов, что должно существенно повысить эксплуатационное качество строительных площадок на слабонесущих грунтах.

Научная новизна результатов исследования:

— разработаны методы организационно-технологического проектирования процессов строительного производства при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах, обеспечивающие системотехническую увязку функциональных подсистем и информационно-аналитических задач организационно-технологического проектирования строительства;

— разработаны методы прогнозирования показателей организационно-технологических процессов и конструктивных решений при возведении строительных площадок с использованием различных материалов, позволяющие осуществлять многовариантное моделирование технико-экономических показателей выполнения строительно-монтажных работ при инженерной подготовке строительного производства на слабонесущих грунтах;

— предложена структура информационно-расчетного обеспечения в системе организационно-технологического проектирования строительного производства для повышения эксплуатационного качества строительных площадок на слабонесущих грунтах с комплексным использованием различных материалов.

На защиту выносятся:

— результаты анализа организационно-технологического проектирования процессов строительного производства при возведении строительных площадок на слабонесущих грунтах, позволившие выработать научную гипотезу и методические рекомендации по совершенствованию организационно-технологических процессов строительного производства на основе использования различных материаловорганизационно-технологическое проектирование инженерной подготовки строительных работ на слабонесущих грунтах и методы оценки производства строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок с учетом реализации многовариантного моделирования технико-экономических показателей выполнения строительных работструктура информационно-расчетного обеспечения в системе организационно-технологического проектирования строительно-монтажных работ.

Практическая значимость и внедрение результатов исследования.

Совокупность полученных результатов дает методику организационно-технологического проектирования выполнения строительно-монтажных работ в процессе возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах с высоким эксплуатационным качеством, а разработанные информационно-расчетные технологии позволяют анализировать показатели организационно-технологических процессов инженерной подготовки строительного производства с учетом полученных в работе подходов оценки эффективности выполнения строительно-монтажных работ. В процессе работы было выполнено промышленное внедрение результатов исследования производственным предприятием ООО «Строй Тэк» (обеспечение количественного анализа технико-экономических показателей организационно-технологических процессов ресурсного обеспечения строительного производства при выполнении строительно-монтажных работ в условиях инженерной подготовки строительной площадки при возведении жилого микрорайона «Опалиха» — корпус № 1 по адресу Московская обл., Красногорский р-н, п. Ново-Никольское и инженерная подготовка строительной площадки в условиях механизированного сноса панельного жилого дома по адресу г. Москва, Северное Тушино, ул. Виллиса Лациса, д. 3) и производственным предприятием ООО «Инжстрой-плюс» (обеспечение количественного анализа организационно-технологических решений выполнения строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок в условиях производства земляных работ со шпунтовым ограждением из труб 0 325×8 мм и обустройством распорной системы с анкерами по адресу г. Москва, ул. Таллиннская, вл. 32, а также земляных работ с разработкой траншей для инженерных коммуникаций по адресу г. Москва, Куркино — 2-я очередь, мкр. 9). Результаты исследований и научно-технические разработки включены в многоцелевой программный комплекс CAS (Computer Aided System — информационная технология в виде пакета прикладных программ): CAS = Classification and Methods of Designing Parameteres of Building Grounds — классификация и методы расчета показателей строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок, что подтверждается актами внедрения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-практических конференциях, семинарах и заседаниях секции «Строительство» Российской инженерной академии (г. Москва, 2002, 2003) — Московском городском семинаре «Системология и системотехника комплексной обработки данных и документации» (г. Москва, 2004) — 11-ой международной научно-практической конференции «Диагностика-2001 «(г. Москва, 2001) — научных семинарах секции «Организация строительства и автоматизированного проектирования» ЗАО ЦНИИОМТП и других учебных и практических проектных организаций отрасли строительства РФ.

Общие выводы.

1. Инженерная подготовка строительного производства в сложных природно-климатических условиях представляет собой часть общего комплекса задач строительной деятельности и включает сложный процесс создания организационно-технологических процессов с использованием гибких и универсальных объемно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающих эксплуатационное качество возводимых строительных объектов. Для решения этих задач необходимо обеспечить: разработку рациональных унифицированных конструктивных схем строительных площадок, обеспечивающих при строительстве и эксплуатации объектов размещение и функционирование высокопроизводительного оборудованияприменение эффективных материалов, в том числе полимерных изделий, а также материалов на базе рационального использования техногенных отходов промышленного производства. Это доказывает необходимость дальнейшего глубокого теоретического осмысливания природы строительных процессов, разработки новых схем производства строительно-монтажных работ и методологии организации строительного производства.

2. Проведенный анализ существующих подходов к реализации технологических процессов возведения строительных площадок на слабонесущих грунтах выявил существенную востребованность новых научных подходов к назначению технологических параметров использования конструктивных решений для обеспечения эксплуатационной надежности строительных площадок с учетом качественных и количественных физико-механических характеристик грунта, что позволило обосновать целесообразность и перспективность применения различных синтетических материалов для возведения строительных площадок в сложных природно-климатических условиях. Выдвинута научно-техническая гипотеза о том, что использование современных методов организации и технологии производства строительно-монтажных работ при инженерной подготовке строительного производства и информационных технологий для прогнозирования показателей технологических процессов производства при возведении строительных площадок с использованием различных материалов должно существенно повысить эксплуатационное качество строительных площадок на слабонесущих грунтах.

3. Современное развитие строительного комплекса обуславливает широкомасштабное возведение объектов подземного, наземного и надземного базирования. Комплексный анализ работ по инженерной подготовке строительного производства на слабонесущих грунтах позволил выявить достаточно трудоемкую и продолжительную строительную операциювозведение строительных площадок, классифицировать их по принципу использования различных материалов и конструктивных особенностей.

4. Исследованы организационно-технологические процессы возведения строительных площадок различных типов на слабонесущих грунтах с учетом их конструктивных особенностей, основанных на использовании грунтовых, древесных и синтетических материалов. При этом, установлена перспективность применения комбинированных армирующих прослоек, состоящих из нетканого, сетчатого и резинотканевого материала, с одновременным использованием минеральных грунтов при отсыпке насыпей строительных площадок. Разработаны математические модели, описывающие процесс деформации основания насыпи строительной площадки, армированной резинотканевым материалом. Получены функциональные зависимости для определения величины осадки насыпи с учетом физико-механических свойств материалов насыпи. Предложены конструкции ячеистых прослоек и методика их расчета, учитывающая возможность использования при строительстве высокопрочных синтетических материалов.

5. Разработаны организационно-технологические процессы возведения строительных площадок, которые обуславливают последовательное выполнение отдельных видов работ: планировки полосы строительствадоставки лесоматериалов до места строительства и их укладкиразмещения конструкции из синтетического материалаустройства земляного полотна и т. д. Определен комплекс подготовительных мероприятий для выполнения строительно-монтажных работ в зависимости от материально-ресурсного оснащения строительной организации. Получены аналитические зависимости продолжительности выполнения работ, отражающие ресурсную оснащенность специализированной строительной бригады. Установлено, что использование армирующих прослоек из синтетических материалов приводит к снижению расхода древесины и уменьшению объема земляных работ, повышению уровня индустриализации и снижению трудозатрат на строительные и ремонтные работы, изменению транспортных расходов, повышению эксплуатационной надежности и сроков службы конструкции строительной площадки. Определен комплекс подготовительных мероприятий для выполнения строительно-монтажных работ в зависимости от материально-ресурсного оснащения строительной организации. Получены аналитические зависимости продолжительности выполнения работ, отражающие ресурсную оснащенность специализированной бригады.

6. Выбор эффективного организационно-технологического процесса возведения строительных площадок обеспечивается многовариантными расчетами, выполняемыми в условиях постоянного изменения стоимостных характеристик. Предложенная методика выбора подразумевает наличие некоторого числа конкурирующих вариантов возведения различных типов строительных площадок, а алгоритмы методики проектирования организационно-технологических процессов строительного производства в сложных природно-климатических условиях реализованы в информационной среде в виде многоцелевого программного комплекса CAS = Classification and Methods of Designing Parameteres of Building Grounds — классификация и методы расчета показателей строительно-монтажных работ при возведении строительных площадок. Программный комплекс позволяет реализовать процесса проектирования организационно-технологических показателей строительного производства с системных позиций в диалоговом режиме на всех этапах решения с одновременным обеспечением возможности использования опыта и знаний проектировщика.