Материал: Инженерные системы и сооружения
Инженерные системы и сооружения |
Выпуск №2(23), 2016 |
Концепция системной оценки параметров технологий возведения жилых многоэтажных зданий с позиции жизненного цикла здания.
Рассмотрим концепцию системной оценки параметров 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 прогнозиро-
ванием затрат на стадиях подготовки и обеспечения (Zподг.), проектирования (Zпр.), строи-
тельства (Zстр.), содержания (Zсод.), ремонта (Zрем.), реконструкции (Zрек.), демонтажа (Zдем.), утилизации (Zутил.) двумя способами (рис. 1).
|
Жизненный цикл жилых многоэтажных зданий |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Возведение |
Эксплуатация |
Снос |
|
||
Эффекты |
|
|
|
|
|
|
ЭКТР возв. |
ЭКТР экспл. |
ЭКТР снос. |
||||
|
||||||
Затраты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время |
|||
Zподг.; Zпр.; Zстр. |
Zсод.; Zрем.; Zрек. |
Zдем.; Zутил. |
||||
|
||||||
Условные обозначения:
модель первого способа – m ЭЖЦ 1 min модель второго способа – m ЭЖЦ 2 max
Рис. 1. Схема моделей распределения эффектов и затрат по этапам жизненного цикла жилых многоэтажных зданий в зависимости от способа оценки
Первый способ (рис. 1) характеризует локальный оптимум, отображается в виде: mЭжц1 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. 1), при котором более адекватно характеризуется действительность, в формальном выражении имеет вид: mЭжц2 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.
61
Научный журнал
Алгоритм принятия эффективных технологических решений (рис. 2), 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 техникоэкономических 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
|
|
Предельные |
|
№ |
Наименование параметра |
значения |
|
параметра |
критериев |
||
|
|||
|
|
оптимальности |
|
1. |
Площадь застройки |
min |
|
2. |
Жилая площадь |
max |
|
3. |
Общая площадь |
max |
|
4. |
Высота этажа |
max |
|
5. |
Строительный объем |
max |
|
6. |
Отношение жилой площади здания к общей площади |
max |
|
|
здания |
|
|
7. |
Отношение строительного объема здания к общей площади |
max |
|
|
здания |
|
|
8. |
Гибкость планировочных решений |
max |
|
9. |
Комфортность |
max |
|
10. |
Экологичность |
max |
|
11. |
Долговечность |
max |
|
12. |
Ремонтопригодность |
max |
|
13. |
Энергоемкость эксплуатационная |
min |
|
14. |
Энергоемкость строительно-монтажных работ |
min |
|
15. |
Материалоемкость |
min |
|
16. |
Общая трудоемкость |
min |
|
17. |
Затраты труда рабочих |
min |
|
18. |
Затраты труда машиниста |
min |
|
19. |
Стадийность |
min |
|
20. |
Потребное количество рабочих |
min |
|
21. |
Потребное количество строительно-монтажных машин |
max |
|
22. |
Занятость строительно-монтажных машин |
max |
|
23. |
Продолжительность строительно-монтажных работ |
min |
|
24. |
Стоимость материалов |
min |
|
25. |
Стоимость строительно-монтажных работ |
min |
Блок 1. Проведение направленного мониторинга технологий возведения жилых многоэтажных зданий
1.1.Мониторинг объемно-планировочных, конструктивных, технологических решений жилых многоэтажных зданий
1.2.Мониторинг требований, предъявляемых к жилым многоэтажным зданиям
1.3. Мониторинг промышленно-строительного комплекса
1.4. Мониторинг научных и инновационных исследований, проводимых в строительной области и смежных отраслях
Блок 2. Создание информационной базы данных технологий возведения жилых многоэтажных зданий
2.1.База данных строительных технологий во взаимосвязи с объемнопланировочными и конструктивными решениями
2.2.База данных требований, предъявляемых к жилым многоэтажным зданиям
2.3. База данных промышленно-строительного комплекса
2.4. База данных научных и инновационных исследований, проводимых в строительной области и смежных отраслях
Блок 3. Формирование системы оценки строительных технологий в зависимости от местных условий строительства
Блок 4. Оценка альтернативных |
Нет |
|||
строительных технологий по системе |
||||
|
||||
параметров с учетом их значимости |
|
|||
по критерию оптимальности |
|
|||
|
|
|
||
|
Да |
|
|
|
|
|
|
|
|
Блок 5. Строительство жилых многоэтажных зданий с применением |
|
|||
ресурсосберегающих технологий возведения |
|
|||
|
|
|
|
|
Рис. 2. - Алгоритм принятия эффективных технологических решений жилых многоэтажных зданий
62
Инженерные системы и сооружения |
Выпуск №2(23), 2016 |
|
|
Для ранжирования альтернативных строительных технологий разработана математическая модель проведения многокритериальной оптимизации F(x) = (ƒ1(x), …, ƒn(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 значе-
ния параметров (xопт: x1, x2, ..., xj, …, xn) при зависимости y = ƒ(x), так как вид зависимости предполагает наличие экстремума функции и это значение не выходит за рамки ограниче-
ний, xопт соответствует y = max или y = min по смыслу критерия (табл. 1, табл. 2).
Затем значения параметров преобразуются в безразмерные величины: если y xmaxj ,
|
x |
|
|
|
xmin |
|
|
то aij |
ij |
, если |
y xminj |
, то aij |
j |
и заполняется нормализованная матрица, |
|
xmaxj |
xij |
||||||
|
|
|
|
|
где aij = xопт = 1, а остальные значения находятся в диапазоне 0 aij 1. Весомости параметров для первого (q) и второго (Q) способов оценки эффективности жизненного цикла жилых
n
многоэтажных зданий моделируются согласно ограничению (q1 q 2 ... q n ) 1 для j 1
|
n |
|
|
|
|
|
|
mЭжц |
и (Q |
Q |
2 |
... Q |
) 1 для mЭжц |
2 |
(табл. 3). |
1 |
1 |
|
n |
|
|
||
|
j 1 |
|
|
|
|
|
|
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
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ki q j aij , |
где |
(i 1, m; |
j 1, n) |
для |
первого |
и |
||||||||
j 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ki Q j aij , |
где |
(i 1, m; |
j 1, n) для второго способа оценки. Результаты расчета |
|||||||||||
j1
ввиде цифры, соответствующей рангу альтернативного варианта, выводятся в столбце 7 соответствующей оптимизационной матрицы (табл. 4, табл. 5).
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
Исходная матрица |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначение альтернативного |
Наименование технико-экономических параметров |
|||
|
варианта |
A1 |
A2 |
Aj |
An |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
B1 |
x11 |
x12 |
x1j |
x1n |
|
B2 |
x21 |
x22 |
x2j |
x2n |
|
Bi |
xi1 |
xi2 |
xij |
xin |
|
Bm |
xm1 |
xm2 |
xmj |
xmn |
|
Критерий оптимальности параметра |
min |
max |
max (min) |
max (min) |
|
Лучшее значение параметра, xопт |
x1 |
x2 |
xj |
xn |
|
|
63 |
|
|
|
Научный журнал
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
Нормализованная матрица |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначение альтернативного |
Наименование технико-экономических параметров |
|||
|
варианта |
A1 |
A2 |
Aj |
An |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
B1 |
a11 |
a12 |
a1j |
a1n |
|
B2 |
a21 |
a22 |
a2j |
a2n |
|
Bi |
ai1 |
ai2 |
aij |
ain |
|
Bm |
am1 |
am2 |
amj |
amn |
|
Весомость параметра, q |
q1 |
q2 |
qj |
qn |
|
Весомость параметра, Q |
Q1 |
Q2 |
Qj |
Qn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
Оптимизационная матрица для mЭжц |
1 |
min |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Обозначение |
|
Наименование технико- |
|
Аддитивный |
Ранговый номер |
|
|||||
|
альтернативного |
экономических параметров |
альтернативного |
|
||||||||
|
критерий, k |
|
||||||||||
|
варианта |
A1 |
|
A2 |
|
|
Aj |
|
An |
варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
2 |
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
6 |
7 |
|
|
B1 |
q1a11 |
|
q2a12 |
|
|
qja1j |
|
qna1n |
k1 |
определяется |
|
|
B2 |
q1a21 |
|
q2a22 |
|
|
qja2j |
|
qna2n |
k2 |
-//- |
|
|
Bi |
q1ai1 |
|
q2ai2 |
|
|
qjaij |
|
qnain |
ki |
-//- |
|
|
Bm |
q1am1 |
|
q2am2 |
|
|
qjamj |
|
qnamn |
km |
-//- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
Оптимизационная матрица для mЭжц |
2 |
max |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Обозначение |
|
Наименование технико- |
|
Аддитивный |
Ранговый номер |
|||||
|
альтернативного |
экономических параметров |
альтернативного |
||||||||
|
критерий, K |
||||||||||
|
варианта |
A1 |
|
A2 |
|
|
Aj |
|
An |
варианта |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
2 |
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
6 |
7 |
|
B1 |
Q1a11 |
|
Q2a12 |
|
|
Qja1j |
|
Qna1n |
К1 |
определяется |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B2 |
Q1a21 |
|
Q2a22 |
|
|
Qja2j |
|
Qna2n |
К2 |
-//- |
|
Bi |
Q1ai1 |
|
Q2ai2 |
|
|
Qjaij |
|
Qnain |
Кi |
-//- |
Таблица 6 Значимость критериев оптимальности параметров для основных участников жизненного
цикла жилых многоэтажных зданий
|
|
Основные участники жизненного цикла |
|
||||
Оценка параметров |
Застрой- |
|
Инвестор |
Генпроек- |
Генпод- |
Собствен- |
|
|
щик |
|
тировщик |
рядчик |
|
ник |
|
|
|
|
|
||||
Количество значимых |
|
|
|
|
|
|
|
критериев оптимальности, |
|
|
|
|
|
|
|
в баллах: |
11 |
|
11 |
12 |
16 |
|
11 |
Коэффициент значимости |
|
|
|
|
|
|
|
системы параметров: |
0,18 |
|
0,18 |
0,20 |
0,26 |
|
0,18 |
|
|
64 |
|
|
|
|
|
Инженерные системы и сооружения |
|
|
Выпуск №2(23), 2016 |
||||||||
Весомость параметра, |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
баллы |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер параметра |
Рис. 3. 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.3) 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).
Вывод
На основе многофакторного системного анализа современных технологий возведения жилых многоэтажных зданий выявлено, что на всех стадиях выбора проектно-строительных решений скрыты большие резервы эффективного использования ресурсов, а в системе взаимодействия основных участников жизненного цикла (застройщик, инвестор, генпроектировщик, генподрядчик, собственник) нарушены обратные связи, что приводит к принятию несовершенных с социально-экономической точки зрения организационно-технологических решений по возведению объектов.
Библиографический список
1.Булгаков С. Н. Концепция и рекомендации по повышению эффективности капитального строительства в новых экономических условиях.// Экономика строительства. 1996. -
№1. - с, 2 – 22
2.Бабич А.С., Кирнова М.А., Сотникова К.Н. Разработка алгоритма оптимизации расхода топлива источником теплоты // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. 2009. № 1. С. 125-131.
3.Сотникова К.Н. Повышение эффективности энергоснабжения потребителей в системах с нетрадиционными источниками теплоты // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 4. С. 66-71.
References
1.Bulgakov S. N. The concept and recommendations for improving the effectiveness of capital construction in the new economic environment.// Economy of construction. 1996. - No. 1. - 2 – 22
2.Babich A. S., Khirnova M. A., Sotnikova K. N. Development of algorithm optimization of fuel consumption by the heat source // Scientific journal. Engineering systems and built-niya. 2009. No. 1. P. 125-131.
3.Sotnikova K. N. Improving the efficiency of power supply systems with alternative heat sources // Herald of the Voronezh state technical University. 2009. Vol. 5. No. 4. Pp. 66-71.
65