Технологическое обеспечение строительно-монтажных работ при организации ремонта линейно-протяженных объектов

Актуальность темы

исследования. Рыночные условия хозяйствования в Российской Федерации поставили перед отраслью строительства принципиально новые технические, технологические и организационные задачи, связанные с формированием эффективных технологий капитального ремонта линейно-протяженных объектов топливно-энергетических комплексов. Первое место в ряду таких объектов занимают транспортные системы. Именно применительно к их проблемам эффективные технологии производства строительно-монтажных работ обеспечивают наибольшую эффективность и экономию инвестиций. Влияние строительного обустройства на эффективность функционирования крупных объектов, на организационно-технологическое обеспечение транспортировки энергоресурсов трудно переоценить. Под обустройством такого объекта принимается комплекс сооружений, машин и механизмов, а также связь и взаимодействие их в едином цикле производства. Наиболее трудоемким является выполнение строительных работ при капитальном ремонте магистральных трубопроводов, время эксплуатации которых ограничено, обеспечение эксплуатации затруднено, а объемы трудовых и материальных ресурсов на их создание и поддержание эксплуатационной надежности значительны.

Следует отметить, что на протяжении последних лет в капитальном ремонте магистральных трубопроводов сохраняется нестабильное положение, вызванное стагнацией в экономике страны. С 1990 г. объемы восстановительных работ на трубопроводах сопоставимы с объемами работ по строительству новых трубопроводов в начале 80-х годов. Однако, в настоящее время физические объемы ремонта снижаются. Главной причиной уменьшения объемов ремонта является недофинансирование работ, поэтому снижение затрат на ремонтно-техническое обслуживание трубопроводов — задача первостепенной важности, и здесь необходимо комплексное исследование ряда вопросов, одним из которых является состояние материально-технической базы предприятий, выполняющих ремонт. Техническая оснащенность предприятий во многом определяет выбор способа ремонта трубопровода, а также организацию производства работ и сроки их выполнения с учетом объемов. Все это влияет на стоимость работ и поэтому необходимо знать, насколько рационально используются строительные ресурсы, а также соответствие технического оснащения и объемов выполняемых работ.

Увеличение объемов строительного производства определяет необходимость и актуальность разработки проблем ресурсного обеспечения производства строительно-монтажных работ при организации строительного производства на линейно-протяженных объектах путем совершенствования методов расчетов организационных параметров строительства.

Актуальность выполненных исследований связана с реализацией задач по прогнозированию технологических процессов производства строительных работ на всех этапах капитального ремонта объектов в сложных природно-климатических условиях. Разработанные методики и алгоритмы позволяют эффективно управлять строительными работами и совершенствовать для этого нормативную базу.

Цель диссертационной работы — разработка методов оптимального использования ресурсов ремонтно-строительных потоков (РСП) на основе имитационного моделирования выполнения строительных работ на линейно-протяженных объектах.

Задачи исследования:

— анализ организационных процессов и принципов технического оснащения ремонтно-строительных потоков в условиях реализации рыночных условий хозяйствования;

— разработка методов количественного анализа процессов формирования оптимальных комплектов машин и механизмов для производства строительно-монтажных работ при ремонте линейно-протяженных объектов в условиях неопределенности;

— разработка методов и средств оценки областей эффективного использования комплектов машин и механизмов ремонтного строительного потока с учетом оптимального насыщения фронта работ средствами механизацииразработка информационно-расчетного обеспечения в системе оптимального перебазирования ремонтно-строительных подразделений с определением рациональной зоны работы в плановый период;

— подготовка практических рекомендаций по применению результатов исследований при капитальном ремонте линейно-протяженных объектов.

Объект исследования: методология прогнозирования организационно-технологических процессов производства ремонтно-строительных работ на линейно-протяженных объектах.

Предмет исследования: организация и технология использования строительных ресурсов в ремонтно-строительном производстве.

Методологические и теоретические основы исследования базируются на работах отечественных и зарубежных ученых в области системотехники строительства, методов теории массового обслуживания, вероятностно-статистического анализа, экспертного логического анализа, информационно-вычислительных технологий, имитационного моделирования, обобщении исследований в области технологии и организации строительного производства. Методологическая схема исследования включает в себя поиск оптимальных вариантов использования ресурсов на основе их представления в виде совокупности основных принципов формирования систем машин и механизмов: принцип оптимальности, комплексности, иерархичности, декомпозиции и принцип итерационной оптимизации.

Научно-техническая гипотеза предполагает использование современных методов анализа ресурсного обеспечения строительного производства и информационно-вычислительных компьютерных технологий для прогнозирования параметров организации процессов капитального ремонта линейно-протяженных объектов в сложных природно-климатических условиях, что должно существенно повысить эффективность разработки и реализации инвестиционно-строительных проектов.

Научная новизна результатов исследования:

— разработана методология эффективного использования строительных ресурсов РСП при капитальном ремонте магистральных трубопроводов, позволяющая существенно влиять на эффективность функционирования средств механизации за счет оптимального формирования комплектов машин в условиях реализации рыночных отношений;

— разработаны методы проектирования организационных процессов строительного производства с использованием современных технологических схем капитального ремонта линейно-протяженных объектов, обеспечивающие системотехническую увязку функциональных подсистем и информационно-аналитических задач организационно-технологического проектирования строительства;

— разработаны методы прогнозирования параметров организационных процессов комплектования строительного производства ресурсами в условиях неопределенности, позволяющие осуществлять многовариантное моделирование технико-экономических показателей выполнения строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейно-протяженных объектов;

— предложена структура информационно-расчетного обеспечения в системе организационно-технологического проектирования строительных работ в сложных природно-климатических условиях для повышения эффективности применения материально-технических ресурсов при выполнении строительно-монтажных работ на линейно-протяженных объектах РСП.

На защиту выносятся:

— результаты анализа методов формирования оптимальных комплектов машин и механизмов для капитального ремонта линейно-протяженных объектов в сложных природно-климатических условиях, позволившие выработать научную гипотезу и методические рекомендации по совершенствованию организационных процессов строительного производства на основе использования информационно-вычислительных технологий имитационного моделирования;

— организационно-технологическое проектирование строительных работ с определением границ эффективного использования комплектов машин в условиях неопределенности с учетом оптимального перебазирования заданного числа взаимозаменяемых машин и их оптимальной загрузкиструктура информационно-расчетного обеспечения в системе организационно-технологического проектирования строительных работ при капитальном ремонте линейно-протяженных объектов.

Практическая значимость и внедрение результатов исследования. Совокупность полученных результатов дает методику организационно-технологического проектирования выполнения строительных работ при капитальном ремонте линейно-протяженных объектов, а разработанные информационно-расчетные технологии позволяют анализировать параметры организационных процессов оптимального комплектования ремонтно-строительных потоков строительными ресурсами с учетом полученных в работе подходов оценки эффективности выполнения строительно-монтажных работ.

В процессе работы было выполнено опытно-промышленное внедрение результатов организационно-технологического проектирования строительно-монтажных работ при оптимальном использовании строительных ресурсов РСП для ремонта магистральных трубопроводов: научно-производственным предприятием «Стройпроектсервис» и производственным предприятием «Промспецтехнология» .

Разработан программный комплекс, который позволяет в автоматизированном и диалоговом режиме реального времени осуществлять поиск рациональных решений по формированию комплектов машин и оптимальной их загрузки при ремонте магистральных трубопроводов. Результаты исследований включены в научно-техническую разработку (программное обеспечение «Ресурсы»).

Результаты работы использовались в лекционном курсе «Искусственный интеллект» Университета методологии знания (УМЗ), входят в используемые опубликованные методические разработки и указания по этим курсам. Материалы диссертации могут оказаться полезными при формировании учебного и реального программного обеспечения для поиска эффективных решений по формированию комплектов машин и оптимальной их загрузки при капитальном ремонте линейно-протяженных объектов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: секции «Строительство» Российской инженерной академии (2000;2002 гг.) — Московском городском семинаре «Системология и системотехника комплексной обработки данных и документации» (2001;2003 гг.) — научных семинарах секции «Организация строительства и автоматизированного проектирования» ЗАО ЦНИИОМТП и других учебных и практических проектных организаций отрасли строительства РФ.

Общие выводы.

1. Анализ современного состояния и структуры парка машин ремонтно-строительных потоков на линейной части магистральных трубопроводов показал их низкую степень обновления — 1,5 — 2,0% в год при ранее эффективно действующей норме 8−12%, что значительно сокращает их выработку и увеличивает эксплуатационные затраты. В этом связи задача оптимального использования строительных ресурсов решена следующим образом: выполнены исследования и предложена методика формирования оптимальных комплектов машин для капитального ремонта, линейной части магистральных трубопроводов на основе учета различных условий определенности и неопределенности, с использованием методов имитационного моделирования.

2. Выдвинута научно-техническая гипотеза о том, что использование современных методов анализа ресурсного обеспечения строительного производства и информационно-вычислительных компьютерных технологий для прогнозирования параметров организации процессов капитального ремонта линейно-протяженных объектов в сложных природно-климатических условиях, что должно существенно повысить эффективность разработки и реализации инвестиционно-строительных проектов.

3. Предложен и обоснован способ определения границы эффективного использования комплектов машин и механизмов при капитальном ремонте линейно-протяженных объектов с учетом потока отказов в условиях неопределенности. При этом, разработана методика определения рациональной зоны работы строительных подразделений с учетом их перебазирования в плановый период. Для решения использован математический аппарат кластер-анализа. В качестве меры близости объектов группы выбрано отношение суммарных затрат на перебазирование при переходе с объекта на объект к суммарному объему работ в этой группе.

4. Разработана математическая модель, описывающая методы комплектования строительного производства ресурсами в условиях ограниченной информации об условиях эксплуатации машин и механизмов. Количественно определена возможность оптимальной расстановки и распределения заданного числа взаимозаменяемых машин и их оптимальной загрузки на основе использования методов линейного программирования.

5. Экспериментальные данные о работе средств механизации ремонтно-строительных работ на линейной части магистральных трубопроводов обеспечили возможность разработки методов комплектования машинами и механизмами специализированных строительных подразделений для капитального ремонта линейно-протяженных объектов в сложных природно-климатических условиях.

6. Разработана структура организационного проектирования комплектования машинами и механизмами строительных подразделений как систем обслуживания с потоками отказов. Разработан метод определения оптимальной структуры комплектования специализированных строительных подразделений машинами и механизмами в условиях неопределенности. Разработанные методики позволяют довести количественные характеристики динамических процессов, имеющих место при капитальном ремонте линейно-протяженных объектов, до инженерного уровня, а многовариантные расчеты создают методологическую базу обоснования и выбора параметров организационно-технологических процессов строительства в сложных природно-климатических условиях. Практическая реализация разработанных методов и моделей показала эффективность их применения на промышленных объектах.