СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА МАЛОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОРИЗОВАННОГО БЕТОНА

Исследование технологичности применения конструкций Из поризованного бетона в малоэтажном жилищном строительстве

Технологичность применения конструкций из поризованного бетона яв­ляется важным качеством, обеспечивающим общее повышение эффективности процесса возведения монолитных конструкций в малоэтажных жилых домах.

Для оценки технологичности применяются различные системы критериев [29,71,75].

Исследование показало, что существует взаимосвязь между факторами, влияющими на технологичность, и получаемыми результатами в строительном производстве. Полученная схема может быть отражена на рис. 4.7.

Анализ существующих источников [29, 39, 46, 85] позволил разработать методику экспертной оценки рассматриваемых параметров технологичности, представленную на рис. 4.8. Методика обеспечивает количественную оценку качества технологичности, что позволяет сравнить расчетные значения с нор­мативами и сформулировать обобщающий достоверный вывод об уровне тех­нологичности разработанных в диссертации решений.

При использовании методики следует учитывать, что проблема количест­венной оценки технологичности применения конструкций из поризованного бетона в жилых зданиях относится к плохо структурируемой и трудно форма­лизуемой проблеме. Общая методика, позволяющая определять интегральный критерий технологичности, базируется на квалиметрическом методе экспертно­го оценивания. Экспертные оценки аккумулируют профессиональные знания опытных и квалифицированных специалистов и являются единственным инст­рументом, позволяющим создавать достаточно точные и надежные имитацион­ные модели для количественного сравнения конкурирующих технологий и принятия эффективных решений (рис. 4.8).

135

Стратегия экспертного оценивания требует решения следующих этапов.

1. Разработка методики отбора и опроса экспертов. На данном этапе су­щественным является отбор достаточного количества экспертов, которые спо­собны всесторонне и квалифицированно оценить все аспекты технологичности решений. Далее необходимо выбрать, в каком режиме (ручном или автоматиче-

136

Ском) будет проводиться диалог экспертов и «инженера по знаниям» и попол­няться база данных и база знаний.

2. Первичная обработка экспертных данных. На данном этапе следует сформировать удобные для всестороннего дальнейшего анализа экспертные выборки,, обеспечить точное и надежное заполнение электронных таблиц, вы­брать статистический прикладной пакет для работы с базами данных, провести графический и первичный аналитический анализ экспертных выборок.

3. Статистический контроль качества экспертных выборок. С точки зре­ния математической корректности и точности проведения последующего стати­стического анализа выборка должна быть репрезентативной (достаточно полно и равномерно представлять мнения экспертов); рандомизированной (получен­ной случайным образом и в одинаковых условиях); однородной и независимой (рассматриваться как реализация случайного вектора с независимыми и одина­ково распределенными компонентами).

Как следует из анализа разработанной методики, представленной на рис. 4.8 , важными первоначальными процедурами являются обоснования требова­ний к критериям технологичности, а также разработка системы самих критери­ев (блоки №2 и 3 этапа №1).

Прежде всего, следует отметить, что для выбора критериев необходимо учитывать следующие основные требования к критериям: комплексность, ак­сиологическую направленность, иерархичность, изменяемость, динамичность и универсальность.

Так, комплексность обеспечивается представлением эффективности тех­нологического решения в целом, как единства характеризующих его многооб­разных свойств. Аксиологическая направленность означает, что предлагаемая система критериев призвана оценивать пригодность и приспособленность тех­нологии к конкретным условиям функционирования. Иерархическая система критериев предлагает наличие критериев, различных по степени совокупности свойств, то есть критериев разных уровней иерархичности и т. д. [70, 73].

137

При этом по степени обобщения свойств критерии могут объединяться в следующие три группы:

А) простые (дифференцированные), принадлежащие к n-му уровню ие­рархии в используемой иерархичной системе, и позволяющие непосредственно установить достижения их свойств;

Б) комплексные (обобщенные), принадлежащие уровням иерархии от 2-го до (n-1), и объединяющиеся по правилам свертывания разнородных элементов;

В) интегральные, принадлежащие самому обобщенному уровню иерар­хии, и отражающие технические или социально-технические и экономические критерии. Свертывание показателей этих критериев проводится на основе их удельного взвешивания с помощью коэффициентов весомости.

Изменяемость критериев означает, что существует принципиальная и практическая возможность оценки интенсивности свойств, описываемых в кри­териях. Динамичность системы критериев имеет место в том случае, если коли­чественные и стоимостные характеристики объекта определяются как на мо­мент выпуска продукции, так и на период его функционирования.

Универсальность критериев состоит в возможности их использования при оценке объектов, например жилых зданий различных решений.

Виды технологичности применения поризованного бетона во взаимосвязи с циклами приведены на рис. 4.9.

Технологичность изготовления бетона - характеристика общей техноло­гичности подсистемы изготовления конструкций из поризованного бетона при определенных ограничениях со стороны других подсистем и отвечающая таким критериям, как разнотипность, общее количество элементов, материалоемкость, трудоемкость, деформации и напряжения, механизация технологических про­цессов, точность геометрических форм, крупность элементов, сборка и готов­ность ( Пц - п19).

Транспортная технологичность - характеристика общей технологичности подсистемы транспортирования изделий ТПБ при определенных ограничениях

Рис. 4.8. Методика экспертной оценки технологичности применения конструк­ций из поризованного бетона в малоэтажном жилищном строительстве

139

Со стороны других подсистем, отвечающая таким критериям, как разно­типность, разновесность, стоимость транспорта, укрупнение отправочных элементов, загрузка подвижного состава транспортного средства, механи­зация погрузки и разгрузки ( п2.~ Щ. б )•

Циклы применения технологии Виды технологичности

Поризованного бетона применения поризованного бетона

Рис. 4.9. Схема оценки технологичности применения поризованного бетона

Раскроем более подробно выделенные виды технологичности.

Технологичность бетонных работ - характеристика общей технологично­сти подсистемы монтажа конструкций ТПБ при определенных ограничениях со стороны других подсистем, отвечающая таким критериям, как трудозатраты, выполнение мокрых процессов, деформации и напряжения, механизация про­цессов, скорость выполнения СМР, однородность ячеек здания, однородность

140

Участков захватов ярусов, однородность конструктивных элементов, удобство сборки сварки, учет допусков (п3 j - пз. ю).

Эксплуатационная технологичность - совокупность технических свойств жилого дома в период нормальной эксплуатации, характеризующейся с пози­ции обобщенного критерия оценки. Эксплуатационная технологичность должна учитываться на стадии проектирования и должна удовлетворять требования удобства в эксплуатации и затрат по эксплуатации; экономии энергоресурсов и автоматизации; трудоемкости и минимизации затрат {п4 ] - п4 3).

Технологичность модернизации и реконструкции - улучшение и измене­ния технических свойств жилого дома: объемно-планировочные изменения, введение новых технологий, новых механизмов и оборудования так, чтобы объ­ект удовлетворял современным требованиям научно-технического прогресса и технического уровня строительного производства ( n5j - п5 6).

Таким образом, необходимо ввести определение технологичности с пози­ции обобщенного критерия оценки.

При этом под общей технологичностью применения конструкций из по­ризованного бетона будем понимать совокупность технических и организаци­онно-технологических решений возведения жилых домов, их эксплуатации, дальнейшей модернизации и реконструкции, характеризующих современные требования к строительному производству (рис. 4.9).

Анализ существующих критериев оценки технологичности строительства показывает, что в разных методиках используется либо ограниченное, либо очень большое количество критериев, при этом они имеют разные единицы из­мерения, что не позволяет проводить количественную оценку общей техноло­гичности проектов в соизмеримых показателях с учетом важности каждого ча­стного критерия. При разработке критериев оценки технологичности примене­ния поризованного бетона иерархию критериев оценки можно представить в виде, показанном на рис. 4.10. Для полной оценки технологичности предлагает­ся использование критериев по трем уровням.

142

В соответствии с разработанной методикой для оценки технологичности ТПБ применен экспертный метод.

Под методом экспертных оценок решений принимается определение ко­личественной характеристики качества технологичности путем опроса специа­листов высокой квалификации и максимальной объективизации их ответов с помощью современных математических методов и средств, исключающих слу­чайные суждения [39, 66, 75, 81].

После постановки задачи и сбора необходимых данных составляется предварительный перечень показателей. Вся система предварительно отобран­ных для исследования количественных и качественных показателей разбивает­ся на несколько подсистем, составляющих «дерево целей», с тем, чтобы на ка­ждой ветви было не более девяти показателей (предел, рекомендуемый инже­нерной психологией для одновременной экспертной оценки специалистом). Со­ставляется список экспертов, обладающих компетентностью в областях строи­тельного производства.

При отборе экспертов, помимо компетентности, учитывались требования, определяющие в соответствии с ними обладание такими качествами, как: креа­тивность, т. е. способность решать задачи, методы решения которых полностью или частично неизвестны; эвристичность, способность выявлять неочевидные проблемы; интуиция, т. е. способность угадывать верное решение без его обос­нования; предикативность, т. е. способность предсказывать или предчувствовать будущее решение; независимость, т. е. способность противостоять мнению большинства или общепринятым авторитетам; всесторонность, т. е. способ­ность рассматривать проблему с разных точек зрения.

В качестве экспертов привлекались ученые НИИ и высших учебных заве­дений, специалисты проектных и строительных организаций.

Форма анкеты экспертного опроса и методика их заполнения для опреде­ления коэффициентов весомости критериев оценки технологичности приведена в работах [52, 53].

143

С учетом требований было создано 5 экспертных групп:

1- я группа - главные специалисты проектных организаций в составе 10 человек;

2- я группа - главные специалисты строительных организаций в составе 10 человек;

3- я группа - главные специалисты предприятий стройиндустрии в составе 10 человек;

4- я группа - научные работники научно-исследовательских организаций в составе 10 человек;

5- я группа - профессорско-преподавательский состав высшей школы в составе 10 человек.

Первичная статистическая обработка данных экспертных оценок предпо­лагает создание количественных выборок, характеризующих мнения каждого из приглашенных экспертов. Рассматриваемая методика предлагает оценку ка­ждого вида или группы технологичности по сто бальной шкале. Каждый экс­перт независимо друг от друга выбирает из анализируемого набора вариантов лучший, далее из оставшегося набора выбирается лучший и т. д. до тех пор, по­ка все объекты не ранжируются по порядку от лучших к худшим. Общая сумма в сто баллов распределяется между объектами таким образом, чтобы разница в баллах между последующими объектами составляла одинаковое число баллов. Если при ранжировании групп какое-то их количество признается одинаковым, то они получают одинаковые, средние для данной «связки» баллы.

После того, как экспертные выборки введены в электронные таблицы, не­обходимо с помощью средств описательной статистики в компактной и нагляд­ной форме представить результаты наблюдений. Полезность методов описа­тельной статистики состоит в том, что по небольшому набору специально вы­бранных статистических показателей на стадии первичной обработки можно оценить основные и характерные черты экспертных выборок. Описывающие выборку показатели можно разбить на несколько групп.

144

Показатели положения описывают расположение данных на числовой оси. К ним относятся: наименьший и наибольший элемент выборки, верхний и нижний квартили (квартили ограничивают зону, в которую попадают 50% цен­тральных элементов выборки), среднее арифметическое изо всех наблюдений, выборочная медиана и другие аналогичные характеристики.

Показатели масштаба описывают степень разброса данных относительно своего центра. К ним относятся: дисперсия выборки, оценка стандартного от­клонения, размах выборки (разность между максимальным и минимальным элементами), межквартильный размах (разность между верхней и нижней квар - тилью), медиана абсолютных отклонений от медианы и так далее. Все эти пока­затели позволяют судить о том, насколько кучно группируется основная масса данных относительно центра, таким образом, что, чем меньше разброс, тем меньше и все показатели разброса.

Показатели асимметрии оценивают степень симметрии распределения выборки относительно центра. К ним относят: коэффициент асимметрии, по­ложение выборочной медианы относительно среднего арифметического, гисто­грамму выборки и так далее.

К показателям, описывающим закон распределения случайной величины, породившей данную выборку, относятся: таблица частот, гистограмма, эмпи­рическая функция распределения, коэффициент эксцесса, оценивающий бли­зость распределения к нормальному распределению, и т. д.

Особое внимание следует, обратить на наличие в выборке выбросов - грубых промахов (описок, сбоев при вводе данных, невнимательности экспер­тов и так далее) или аномальных наблюдений, свидетельствующих о том, что выборка сформирована с отклонениями от правил. Даже резко выделяющееся наблюдение способно сильно исказить такие показатели как среднее арифмети­ческое, выборочная дисперсия, коэффициент асимметрии и эксцесса. Проще всего обнаружить такие наблюдения от меньших к большим. В этом случае аномальные наблюдения располагаются по краям вариационного ряда и их лег - 145

Ко обнаружить визуально. Оценка проводилась по стобалльной шкале с интер­валом в два балла. Так, каждый эксперт, независимо друг от друга выбирает из 5 предложенных групп лучшую группу. Затем из 4 оставшихся групп выбира­ется лучшая группа и так далее до тех пор, пока все группы не ранжируются по порядку от лучших к худшим. Первой, лучшей группе назначается 40 баллов, второй - 30, третьей - 20, четвертой - 10 и, наконец, пятой - 0 баллов. Таким образом, общая сумма в 100 баллов распределяется между пятью группами так, что учитываются ранги каждой из групп, а разница в баллах между последую­щими группами одинакова и составляет 10 баллов. Если при ранжировании групп какое-то их количество признаются одинаковыми, то они получают оди­наковые, средние для данной «связки» баллы. Например, если три первых группы признаются экспертом одинаковым и лучшими, то распределение, бал­лов для данной аранжировки будет следующим: первой группе - 30 баллов, второй - 30, третьей - 30, четвертой - 10, пятой - 0 баллов. Аналогично реша­ется вопрос в том случае, когда привязок несколько, и в каждую связку входят другие группы и в другом количестве. Если эксперт может ранжировать не только группы, но и разности в баллах между группами, то к полученным 4 разностям применяется стандартный подход, подробно описанный выше.

Ориентируясь на основные требования, предъявляемые к процедурам экспертной оценки государственным стандартом и общими критериями роба - стного статистического оценивания, можно утверждать, что данный метод обеспечивает наибольшую точность и надежность статистических выводов в тех случаях, когда сравнение групп проводится в балльной шкале и использует­ся только информация о взаимной упорядоченности групп или разностей групп.

При большом количестве различных элементов в выборке ее элементы объединяют в группы, представляя результаты опытов в виде группированного статистического ряда. Для этого интервала [а, Ь], содержащий выборку, обычно разбивают на равные, непересекающиеся и открытые слева интервалы общим числом S и длиной D. Далее подсчитывают: частоты т, - количество элементов

146

Выборки, попавших в интервал hi, накопленные частоты ]Г т, - общее количе-

/=1

Ство элементов в первых I интервалах, относительно частоты т/п, накопленные относительно частоты, середины интервалов z,.

Полученные результаты сводят в таблицу частот группированной выбор­ки.

Для наглядного представления выборки по табличным значениям строят гистограмму относительных частот, полигон относительных частот и кумуля­тивную кривую. Гистограммой относительных частот Fn(X) называют кусочно - постоянную функцию, принимающую на каждом из интервалов hi значения частоты или относительной частоты, отнесенные к длине каждого интервала. Гистограмму изображают в виде ступенчатой фигуры, состоящей из столбиков, высота пропорциональна частоте попадания наблюдений в соответствующие интервалы. При большом объеме выборки гистограмма является хорошим при­ближением для плотности (в случае непрерывного распределения) или закона распределения (в случае дискретного распределения) случайной величины, по­родившей данную выборку. Изо всех видов графического представления вы­борки гистограмма наиболее наглядно позволяет оценить близость выборочно­го распределения к теоретическому распределению. Ниже представлены гисто­граммы распределения экспертных оценок для принятых ранее пяти групп тех­нологичности (рис. 4.11). Как видно из анализа гистограмм, данные хорошо ложатся на плотность нормального распределения, что свидетельствует о бли­зости эмпирического распределения к нормальному закону.

Результаты определения коэффициентов весомости для критериев оценки технологичности приведены в табл. 4.3.

На основе полученных коэффициентов весомости рассчитаны значения обобщенных критериев и интегральных критериев, которые обобщены в табл. 4.4.

147

Качественная оценка технологичности приведена в табл. 4.5. Она по­лучена экспертным методом в соответствии с методикой, представленной ранее.

Таким образом, если сравнить полученное значение интегрального критерия с показателями качественной оценки технологичности в табл. 4.5, можно сделать вывод, что разработанная технология применения кон­струкций из поризованного бетона имеет высокий уровень технологично­сти. Это обосновано тем, что рассчитанное значение интегрального крите­рия технологичности N/, равное 0,655 (табл. 4.4.) соответствует интервалу показателей от 0,65 до 0,80 (табл.4.5).

На основе полученных данных разработано программное обеспече­ние для внедрения технологии применения конструкций из поризованного бетона. Состав программ и их назначение приведены в табл. 4.6. Исполь­зование данных программ повышает эффективность реализации разрабо­танной технологии на этапах организации строительного производства, приготовления поризованного бетона, укладки бетона, ухода за ним и в процессе управления технологией.

Таблица 4.3

Результаты определения коэффициентов весомости для критериев оЦенки технологичности применения конструкций из поризованного бетона

Коэффициент весомости,

Крбоб

Коэффициент ве­сомости, Кд„ф

1

I. Технологичность изготовления бетона

148

150

Рис. 4.11. Гистограммы распределения экспертных оценок при определе­нии коэффициентов весомости для критериев технологичности примене­ния конструкций из поризованного бетона для жилых зданий

1. Разработана технология малоэтажного жилищного строительства с использованием конструкций из поризованного опилко - и перлитобетона. Обоснована методика технико-экономической оценки эффективности предло­женной технологии на всех стадиях производственного цикла: заводское изго­товление, транспортирование, выполнение строительно-монтажных работ, экс­плуатация возведенных конструкций.

2. Анализ вариантов использования конструкций из аэрированного бе­тона показал их высокую технико-экономическую эффективность по сравне­нию с сопоставимыми современными аналогами. По сравнению с технологией сплошной кирпичной стены из поризованного керамического кирпича плотно­стью 1100 кг/м3 теплопроводностью 0,26 Вт/м 0 К производства НПО «Керами - ка» (г. Санкт-Петербурга) эффект составляет 609 руб. на 1 м поверхности на­ружной стены. Затраты на кирпичную кладку составляют 1171 руб./м2, а на бе - тонную кладку - 562 руб./м, т. е. в 2,1 раза меньше. По сравнению с техноло­гией кирпичной кладки с использованием газобетонных блоков плотностью 400 кг/м теплопроводностью

0,10 Вт/м 0 К

Производства 211 КЖБИ (п. Сертолово) эффект составляет 60 руб./м. Затраты на газобетонную кладку составляет 622 руб./м, что в 1,11 раз выше разработанной монолитной технологии.

3. Исследование показало высокую эффективность и перспективность расширенного использования предложенной технологии поризованного бетона для строительно-монтажных организаций в Санкт-Петербурге при возведении малоэтажных жилых домов. Сравнительно-экономическая эффективность тех­нологии при использовании одной смесительной установки при обслуживании одним работающим достигает 1,734 млн. руб. в год, а двух установок с двумя работающими - 4,624 млн. руб. в год.

4. Выполнено внедрение разработанной технологии поризованных бето­нов и проверка эффективности технологических решений в условиях строи - 152

Тельных площадок Санкт-Петербурга при возведении малоэтажных жилых до­мов. Технология использована ООО «Мастер Строй Компания» при строитель­стве двух - и трехэтажных жилых домов в г. Пушкине и г. Павловске в 1999 - 2000 гг. Опыт использования технологии показал достаточную сходимость тео­ретических расчетных показателей эффективности с практическими оценками по фактам строительства и эксплуатации. При этом технология работ с поризо - ванным бетоном отличается экономичным расходом доступных строительных материалов и простотой выполнения. Технология позволяет вести работы при отрицательной температуре (до -15 0 С) с использованием противоморозных добавок и покрытием бетонируемых поверхностей теплоизоляционными мата­ми.

5. Предложена технология использования поризованного бетона, осно­ванная на приготовлении смеси в специально разработанной оптимальной бе­тоносмесительной установке и укладке смеси между внутренним и наружным слоем многослойной кирпичной кладки в наружных стенах жилых домов. Предлагаемые технологические и конструктивные решения позволяют опти­мально использовать конструкционные (несущие) и теплозащитные (ограж­дающие) свойства поризованного бетона в среднем слое стены, уменьшить ко­личество швов и стыков и организовать технологический процесс на строи­тельной площадке. Это обеспечивает достижение поставленной цели, снижение стоимости строительства и повышение теплозащитных свойств наружных ог­раждающих конструкций.

6. Исследование технологичности применения конструкций из поризо­ванного бетона с помощью методов экспертного оценивания показало высокий уровень технологичности разработанных решений с учетом заводской, транс­портной, монтажной, эксплуатационной технологичности и технологичности модернизации и реконструкции. При этом интегральный критерий технологич­ности равен 0,665 , что способствует повышению общей эффективности про­цесса возведения малоэтажных жилых домов.

153