Оптимизация выполнения строительно-монтажных работ при неблагоприятных климатических условиях

После революции индустриализация страны потребовала интенсификации всего народного хозяйства страны, в том числе, и строительства. Отсюда и появилась необходимость введения круглогодичного режима строительства.

Всесезонность строительства вызвала необходимость в разработке дополнительных мероприятий, необходимых для компенсации агрессивности климатических факторов с целью обеспечения требований, предъявляемым к технологическим процессам.

Сущность этих мероприятий заключается в привлечении дополнительных ресурсов (материальных, энергетических, трудовых и т.д.), которое неизбежно привлечет к удорожанию строительства.

Выполнение СМР в зимних (экстремальных климатических условиях) сопровождается снижением уровня производительности труда, этот факт общеизвестен.

Современная практика учета агрессивности климатических факторов в зимнее время на нормативном уровне основана на разбиении территории страны на 8 климатических зон, для каждой из которых, определен удельный вес зимнего периода в году в процентном отношении. Это приводит к значительным расхождением в ряде пунктов каждой зоны, которое вызвано геоморфологическим характеристиками местности (формы рельефа, высота над уровнем моря и т.д.).

Таким образом, сложившаяся практика не позволяет точно определить объемы дополнительных ресурсов, необходимых для производства работ в зимнее время и размерность снижения уровня производительности труда.

На основании анализа сложившейся теории и практики учета агрессивности климатических факторов, гипотетически полагаем, что для обеспечения объективности ценообразования, планирования и организационно-технологического проектирования необходимо решить следующие задачи:

- на основе ретроспективного анализа построить временные ряды прогнозируемых уровней производительности труда для каждой группы работ, объединяющим в своем составе технологические процессы, имеющие схожие свойства и ограничения при производстве в зимнее время в пределах специализации рассматриваемой организации на годовой период;

- осуществить подбор оптимальных вариантов выполнения всех технологических процессов среди множества возможных, основанном на критерии минимизации стоимости выполняемых работ;

- оптимизировать топологию календарной сети с целью передислокации работ в положение на календарной линейке и изменению интенсивности работ, соответствующее достижению минимальности затрат всего комплекса работ.

Постановка первой задачи основана на метеорологической изученности всей территории страны, которая различна. Критерием изученности служит глубина исторического периода метеорологических наблюдений, которая, по критериям Госкомгидромета является изученной (полной), если она составляет [1]:

температура воздуха – 30 – 50 лет;

температура почвы – не менее 10 лет;

максимальная глубина промерзания почвы – 25 – 30 лет;

расчетная толщина стенки гололеда – 25 – 30 лет;

расчетная ветровая нагрузка – не менее 20 лет.

Если, отсутствует или не соответствует приведенным критериям, хотя бы одно из условий, то регион считается недостаточно изученным.

Неизученным считается регион, в котором отсутствует репрезентативный пост, который находится на удалении, позволяющем осуществлять перенос ее данных на территорию стройплощадки.

В последнем случае, на основании [1], выполняется комплекс инженерно-гидрометеорологических изысканий, состав и содержание которых зависят от цели производства изысканий.

С позиций основных положений математической статистики, аппроксимация временных рядов правомочна при наличии четырех и более рядов.

Основная часть климатических факторов – температура, ветровые характеристики, влажность, атмосферное давление и т.п., образуют непрерывно дифференцируемые временные ряды, образующими систему, называемую погодой.

Наряду с климатическими факторами, образующих непрерывные ряды, в природе имеют место атмосферные явления, например: гроза, дождь, снегопад, метель, поземка, изморозь и т.п. Закономерность возникновения таких явлений, описывается кусочно-непрерывными функциями, носит сложный многофакторный характер. Определение закономерностей в возникновении которых и составляет одну из главных задач метеорологии, но не является строительной задачей.

Исследования непрерывных временных рядов температуры, силы ветра, влажности и других климатических факторов, позволили установить линии трендов и аппроксимировать их полиномиальными выражениями с коэффициентом корреляции, близким к 1, в то время, как попытки аппроксимировать линии трендов линейной, показательной и степенной зависимостью, оказались неправомочными [2].

Несмотря на сложность прогнозирования атмосферных явлений, необходимость которых актуальна, так как, некоторые из них, например, осадки более 5 мм в сутки, приводят к полной остановке производства СМР под открытым небом.

Учет таких явлений возможен посредством стохастического анализа частотности этих явлений.

Практически, безусловное решение этой проблемы возможно при наличии доброкачественного метеорологического прогноза.

Оптимальный выбор технологических процессов основан на исследовании чувствительности технологических процессов к агрессивности климатических факторов.

Выбор основан на определении границ между летней и зимней областью в n – мерном пространстве числовых полей климатических факторов, чувствительность к агрессивности которых для данных технологических процессов максимальна. Так же определяется граница, за пределами которой, выполнение рассматриваемого технологического процесса невозможно.

В качестве критериев такого анализа, необходимо использовать ограничения, приведенные в нормативных источниках (СНиПы, СН, СП и т.д.).

Если, в нормативных источниках отсутствуют те или иные критерии, они должны быть определены на основании экспериментальных или теоретических исследованиях.

В настоящих исследованиях, доказано, что в климатических условиях Хабаровского края, наибольшую агрессивность к основным общестроительным технологическим процессам, проявляют экстремальное значение отрицательных температур и ветра [2]. В общем виде, характеристики таких областей будут выглядеть следующим образом (рис. 2).

На рис. 1 показана поверхность, описывающая регрессионную зависимость между параметрами (T- температура, W – скорость ветра) от коэффициента производительности СМР - у. Данная зависимость описывается уравнением вида:

(1)

Поверхность (1) указывает на области допустимой работы при определенных климатических условиях.

На рис.2 выделены три области, первая из которых соответствует нормальным климатическим условиям, в которых технологический процесс выполняется без дополнительных мероприятий. Вторая область, градуированная по оттенкам серого, соответствует климатическим условиям, при которых необходимо выполнять дополнительные мероприятия, причем, объем и стоимость этих мероприятий увеличивается по мере продвижения к границе возможности выполнения технологического процесса (на рисунке – по мере затемнения растра). За пределами этой границы выполнение рассматриваемого технологического процесса невозможно и запрещено на нормативном уровне.

В регрессионном анализе область, в которой выполнение технологического процесса происходит в обычном режиме, описывается системой уравнений:

(2)

где С – критическое значение температуры, утвержденное ГОСТом.

Область, в которой выполнение технологического процесса требует разработки дополнительных мероприятий, описывается системой вида:

(3)

где С1 – значение параметра Т, при котором выполнение технологического процесса не возможно при любых дополнительных условиях.

Математическая модель, состоящая из (1), (2) и (3) описывает технологический процесс с учетом климатических областей, как требующих дополнительных мероприятий, так и происходящий в идеальных условиях.

Выполненный анализ технологий по данной методике обогащает технологию строительного производства и предъявляет дополнительные требования системного характера к содержанию нормативных источников, регламентирующих строительную технологию.

Постановка и решение задачи требующей дополнительных мероприятий основано на минимизации стоимости строительства путем изменения топологии календарной сети с одновременной оптимизацией продолжительности выполнения отдельных работ.

Решение этой задачи состоит из двух параллельных этапов.

Первый заключается в определении удорожания стоимости выполнения работ за счет возрастания агрессивности климатических факторов по мере передислокации работы с календарного промежутка времени, с относительной низкой агрессивностью климатических факторов в период с более высокой. То есть, на этом этапе определяется непосредственно “зимнее удорожание”, сущность которого можно сформулировать следующим образом – зимнее удорожание выражается увеличением стоимости выполняемых работ в неблагоприятный (зимний) период и численно равное стоимости дополнительных мероприятий, необходимых для компенсации агрессивности климатических факторов в условиях данного строительства и компенсации снижения уровня производительности труда путем увеличения фонда заработной платы.

С позиций экономики – зимнее удорожание и будет объективно установленной платой за производство СМР в экстремальных климатических условиях.

Снижение уровня производительности труда неизбежно при производстве СМР в экстремальных климатических условиях. Этот факт общеизвестен и объясняется физиологическими возможностями человека, которые снижаются в суровых климатических условиях, и как следствие – падает уровень производительности труда. Учет такого снижения и будет составляющей второго этапа.

Литература:

1. Афанасьев А.А., Матвеев Е.П., Монастырев П.В. Индустриальные методы облицовки фасадов зданий при их утеплении // Промышленное и гражданское строительство. ООО «Издательство ПГС», 2005 – 200с.

2. Федосенко В.Б. Особенности ценообразования объектов недвижимости в строительном комплексе Дальнего Востока и Крайнего Севера//Промышленное и гражданское строительство. ООО «Издательство ПГС», 2003 - 230с.

3. СП 11-103-97. Свод правил. Инженерно-гидрометеорологические изыскания для строительства. М.: 1997.