Введение
Актуальность темы исследования. В современных условиях хозяйствования в России реконструкция строений занимает до 60% общего объема строительных работ (а в ряде регионов - до 75%.) и включает в себя процессы: ремонта, реставрации, восстановления, реабилитации, модернизации, сноса, ликвидации, разборки и утилизации морально и физически изношенных зданий; достройки, надстройки, передвижки незавершенных или ранее законсервированных объектов; повышения комфортности обитания и плотности населения на реконструируемой территории и в реконструируемых строениях; изменения их целевого назначения и форм собственности; блокирования и зонирования локальных объемов внутренней среды обитания зданий и сооружений; формирования автоматизированных систем объективного учета и регулирования расходуемых ресурсов строений в процессе их "интеллектуализации" и т.д.
В условиях рыночной конкуренции важными критериями выбора варианта организационно-технологического решения реконструкции строения (ОТР PC) и выбора организации, реализующей этот вариант ОТР PC, являются конкурентоспособность ОТР PC и эксплуатационная надежность реконструированного сооружения или здания. Средством достижения необходимого уровня конкурентоспособности и эксплуатационной надежности является широко известный аппарат формирования организационно-технологической надежности (ОТН по Русакову А.А.) строительного производства при реконструкции строений и его компоненты: организационно-правовая надежность (ОПН по Мелиховой О.Ф.), организационно-экономическая надежность (ОЭН по Ильиной О.Н. и Сардаряну Т.Г.), организационно-антропотехническая надежность (ОАН по Чулкову В.О.) и др.
Проблема реконструкции строений исследована в трудах многочисленных зарубежных (Barreneche R., Costantino M., Hopkins M., Galatowitsch S., Luch P., Meier P., Motssoni-Kresli D.M., Pellecuer C, Wilson A., Wenstminster L. и др.) и отечественных (Большаков В.А., Васьков СМ., Ганиев К.Б., Гельцер Ю.Г., Гинзбург А.В., Гусаков А.А., Денисов Г.А., Киевский Л.В., Лапшин Е.И., Олейник П.П., Сардарян СР., Семечкин А.Е., Талалай А.Л., Фахратов М.А., Чулков В.О., Шрейбер К.А. и др.) ученых.
Совокупность методов, средств и организационно-технологических решений реконструкции промышленных и гражданских строений называют "пространством переустройства" (по Фахратову М.А.), моделируя его системой "человек - техника - среда" (ЧТС). Основной характеристикой связности компонентов системы ЧТС является воздействие (афферентация по Анохину П.К.), разделяемое на антропотехническое, техногенное или природное.
Изложенное определяет актуальность выбранной темы диссертационного исследования, которая соответствует п.п. 1, 2, 3 и 13 паспорта специальности 05.23.08 - "Технология и организация строительства".
Цель диссертационного исследования: разработка методов и моделей инженерной диагностики и мониторинга ресурса компонентов системы ЧТС, обеспечивающих повышение качества и конкурентоспособность организационно-технологических решений реконструкции строений.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
• анализ практики реконструкции строений и проблемы повышения эксплуатационного качества реконструированных зданий и сооружений;
• анализ методов повышения надежности и конкурентоспособности организационно-технологических решений реконструкции строений (ОТР PC);
• разработка концепции комплексного инновационного подхода к реконструкции стационарных сред строений в системе ЧТС как основы обеспечения конкурентоспособности реализуемых ОТР PC;
• разработка технологий инженерной диагностики и мониторинга взаимного влияния компонентов системы ЧТС в процессе реконструкции строений;
• разработка инфографических и математических моделей исследования параметров реконструкции строений, в частности - трудового элемента;
• выбор и исследование современных информационных систем и технологий, обеспечивающих безопасное для человека использование техногенных отходов в качестве строительных материалов в процессе реализации ОТР PC;
• практическое внедрение разработанных организационно-технологических инноваций при реконструкции строений.
Объект исследования: организационно-технологические решения реконструкции строений (ОТР PC).
Предмет исследования: методы повышения эксплуатационного качества и конкурентоспособности ОТР PC в условиях современного строительства.
Теоретическая и методологическая база исследования: теория функциональных систем, системотехника строительства, строительная антропотехника, экспертные системы, математическое и имитационное моделирование, инфография, новые информационные технологии, отечественные и зарубежные прогнозы научно-технического прогресса в строительстве.
Научная новизна работы:
• проведен системотехнический анализ особенностей реконструкции зданий, сооружений, инженерных сетей и других объектов строительства, выявивший целесообразность моделирования процессов и результатов реконструкции строений системой ЧТС на основе повышения эксплуатационного качества и конкурентоспособности ОТР PC;
8
• сформированы научно-методологические основы исследования и оценки конкурентоспособности и организационно-антропотехнической надежности проектных ОТР PC по критерию комфортности трудовой деятельности и обитания в них человека;
• адаптирована применительно к реконструкции строений по критерию эксплуатационного качества реконструированного объекта концепция комплексного инновационного принципа строительного переустройства, предполагающая в первую очередь безопасность трудовой деятельности и жизнедеятельности человека (компонента системы ЧТС), и обеспечивающая тем самым конкурентоспособность ПТР PC;
• применительно к адаптированной концепции разработана технология инженерной диагностики и мониторинга влияния используемых строительных материалов на человека по критерию комфортности обитания);
• использован принцип приемлемого риска при выявлении количественных и качественных признаков сферы безопасности функционирования трудового элемента;
• выполнено математическое моделирование воздействия среды и техники на человека в контексте организационно-технологического режима его трудовой деятельности по критерию неравномерности такого воздействия на человека, как на представителя статистического ансамбля.
На защиту выносятся:
• результаты анализа особенностей реконструкции строений, позволяющие обосновать возможность моделирования реконструкции системой ЧТС;
• адаптированная концепция инновационного принципа строительного переустройства, предполагающая в первую очередь учет потребности и безопасности жизнедеятельности человека (компонента системы ЧТС), и
обеспечивающая тем самым конкурентоспособность ОТР PC по критерию эксплуатационного качества объекта;
• технология инженерной диагностики и мониторинга влияния используемых строительных материалов на человека в строении по критерию комфортности обитания;
• математические модели зависимости между величиной воздействия на человека (понимаемого как "трудовой элемент" строительного производства) и эффектом от такого воздействия, наблюдаемого как изменение функций "трудового элемента" с расчетом организационно-технологического режима его трудовой деятельности;
• методические материалы по исследованию, диагностике и применению техногенных отходов во вновь производимых и применяемых при переустройстве строительных материалах с учетом влияния воздействия таких материалов на человека по критерию организационно-антропотехнической надежности.
Практическая значимость результатов подтверждена использованием результатов диссертационного исследования и их практическим внедрением в ООО "Сантехгазстрой" (г. Москва) и 000 "Промспецтехнология" (г. Усинск) в 2003-2005 гг.
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов, предложенных в работе, достигнута за счет: формирования репрезентативной выборки статистических данных по организационно-технологическим решениям реконструкции строений на объектах, где были внедрены результаты диссертационной работы; сопоставления практических и теоретических результатов с их оценкой по критериям Фишера и Колмогорова; применения современных методов и средств исследований реконструкции строений.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и получили одобрение на: Международной научно-практической конференции
10
"Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном строительстве (г. Белгород, 2002); пятой международной выставке "Ведомственные и корпоративные сети связи" (г. Москва, 2002); Ученом совете ЦНИИОМТП (г. Москва, 2002-2004); Московском городском семинаре "Комплексная обработка документации и данных" секции "Системотехника строительства" Научного Совета по кибернетике РАН (г. Москва, 2004).
11
Глава 1. Анализ сложившейся практики реконструкции строений
1.1. Анализ сложившейся отечественной практики реконструкции
современных строений
На протяжении двух последних десятилетий в среде широко распространенного термина "реконструкция" возник ряд уточняющих и выделяющих отдельные смысловые "секторы" терминов (переустройство, реновация, рекомпонация, реверсация, санация и др.), которые сразу не были восприняты ортодоксальным крылом отечественной строительной общественности. Только теперь современные исследователи начинают наполнять эти термины разнообразными смыслами (часто эти смыслы приходят из-за рубежа).
Рассмотрим такое наполнение смыслом на примере термина "рекомпонация", предложенного д.т.н. профессором Шрейбером К.А [159] и примененного д.т.н. профессором Гинзбургом А.В. и к.т.н. Кузнецовым СВ. [61,89,90,91].
Обычно перекомпоновка подразумевает улучшение эстетических или архитектурно-планировочных качеств реконструируемого объекта с целью повышения его социального статуса или коммерческой стоимости. При рекомпонации изменение отдельных зданий или сооружений, помимо замещения морально и физии-чески изношенных элементов новыми более прогрессивными решениями и объектами, не только не снижает, а значительно повышает уровень комфортности обитания проживающих в нем или осуществляющих трудовые процессы людей.
Главными задачами переустройства, реконструкции, рекомпонации, реверсации и санации в современных условиях становятся: частичное удаление
12
или полный снос не свойственных современным представлениям о комфорте обитания зданий, сооружений или их фрагментов; воссоздание утерянных фрагментов или ансамблей. Возникает потребность в восстановлении забытых или разработке новых технологий реконструкции объектов, выборе новых материалов, совместимых с изначально примененными и отвечающих современным природным и экологическим условиям.
Большие города не имеют возможности расширять свои территории за счет отчуждения земель от сельскохозяйственных нужд или просто за счет не используемых свободных близлежащих территорий. Такое развитие в предыдущие времена создавало новые проблемы, связанные с необходимостью резкого расширения транспортных коммуникаций, инженерных сетей и другой инфраструктуры. Требовалось значительное количество инвестиций, которые могли или должны были окупиться спустя годы.
Альтернативой такому подходу стала реконструкция отдельных зданий и сооружений на уже функционирующих территориях городов, подразумевающая предварительный снос морально и физически устаревших строений и коммуникаций с полным, частичным временным или постоянным отселением проживающего населения.
Расширение объемов реконструкции зданий и сооружений неизбежно ведет к частичному или полному переустройству инженерных сетей и сооружений, а череда таких реконструктивных работ превращает территорию города в непрерывно продолжающуюся стройку. В середине прошлого века застройку крупных городов в нашей стране осуществляли на основе генеральных планов реконструкции, сносили ветхое жильё и не вписавшихся генеральные планы жилые и общественные здания. Объемы реконструкции были незначительными и не могли удовлетворить полностью социальных запросов населения.
13
После войны темпы реконструкции возросли, существенно расширились границы городов, возрос уровень механизации реконструктивных работ, предприятия стройиндустрии обеспечивали постоянный рост жилищного строительства, однако способствовали ухудшению экологии и занимали существенную часть городских территорий. Положительным результатом такой стратегии реконструкции явилось удовлетворение потребностей значительной части горожан в жилье, повышения нормы жилой и полезной площади на одного человека, обеспечения семей отдельными квартирами, хотя потребительские свойства и качество жилья оставляли желать лучшего.
Около 85% построенного жилого фонда распределялось в соответствии с очередностью бесплатно на основе достаточно жесткого норматива площади на одного человека. Остальные 15% выделялись жилищно-строительным кооперативам со значительной рассрочкой. Для этого периода характерны: низкий архитектурный уровень жилых и общественных зданий; крайняя примитивность градостроительных решений; нарушение принципа комплексности застройки.
К концу 80-х годов в крупных городах применяли проекты жилых домов повышенной этажности с улучшенной планировкой квартир, стали внедрять методы комплексной застройки. Однако, эти новации в основном осуществляли на окраинных территориях, вблизи новых границ города. Население крупных городов постоянно увеличивалось, делая недостаточными для удовлетворения потребностей в жилье все возрастающие объемы и темпы строительства.
К настоящему времени построенный в тот период жилой фонд почти полностью морально и физически изношен. Многие объекты в крупнопанельном исполнении, особенно жилые пятиэтажные здания, уже давно находятся в техническом состоянии, близком к аварийному. В том же состоянии находятся обеспечивающие эти жилые дома инженерные
14
сооружения и подземные коммуникации, а также решения по благоустройству прилегающих территорий.
В 2001-2003 гг. начались и стали активно развиваться коренные изменения, обусловившие выбор объекта исследований и актуальность настоящей работы, которая ориентирована на проектные аспекты технологии и организации жилищного строительства на основе реконструкции. Многие технические и организационные решения в строительстве не просто связаны с экономикой, а являются прямым следствием ее состояния и развития. Сложились количественные изменения соотношения объемов бюджетного и внебюджетного финансирования реконструкции при резком увеличении роли внебюджетного финансирования по всем компонентам её структуры значительно сократили объемы бесплатно представляемого жилья (доля бюджетного финансирования в реконструкции объектов ежегодно уменьшается на 3-4%).
Доля индивидуальных проектных решений реконструкции объектов резко возросла, меньше строят зданий из сборных конструкций, исчезли из употребления традиционные материалы 60-80 гг., применяют новые проектные решения отделки офисных и жилых зданий, санитарно-технических и электротехнических сервисных устройств. Доля крупнопанельных домов снизилась с 38,2 до 24,3%, а кирпичных и каменных домов наоборот возросла с 34,6 до 46,2%, более чем в три раза вырос объем жилых домов в монолитном и сборно-монолитном исполнении. Повышение участия частных инвесторов в общем объеме инвестиций и снятие многих запретов при проектировании реконструкции объектов изменили архитектурно-планировочный облик возводимых и переустраиваемых зданий.
Существенное сокращение территорий для застройки требует интенсивно вести строительство в старых районах города в условиях крайней стесненности строительной площадки, с соблюдением повышенной безопасности
15
существующих объектов. Значительно изменились организационно-технологические решения (например, работы по сооружению нулевого цикла, где приходится использовать строительные технологии, которые в прежние периоды в городском строительстве применяли в исключительных случаях).
На частично застроенных территориях, где иногда и не сохранилось документации об инженерных сетях и коммуникациях (а если она и сохранилась, то в традиционном виде, не приспособленном для ее использования в технологиях САПР) необходимо разрабатывать организационно-технологические проектные решения на сооружение локального объекта (или их совокупности) в условиях старой застройки.
Необходимо учитывать лучшие достижения реконструкции прошлого времени: индустриализацию реконструкции (перенос трудоемких процессов на заводы строительных конструкций и материалов; превращение строительных площадок, по мере необходимости, в монтажные); комплексную механизацию реконструкции (замену ручного труда механизированным на основе применения строительных средств механизации и транспортирования (СМИТ) и электрофицированного инструмента); поточные и поточно-скоростные методы реконструкции (устранение простоев, перерывов, неравномерной загрузки рабочих и СМИТ, равномерное и непрерывное ведение строительно-монтажных работ (СМР), эффективную загрузку производственных мощностей во времени и в пространстве); сетевые методы планирования и управления реконструкцией (выявление рациональных связей технологических процессов во времени и в пространстве, критических путей и работ, компьютерные информационные технологии оптимизации продолжительности реконструкции).
Модели календарного планирования реконструкции являются "стартовой иллюстрацией" запроектированной организации реконструкции объекта, быстро устаревает, теряют свое контрольно-управленческое значение, требуют
16
постоянной корректировки.. С переходом к новым организационным условиям реконструкции объектов, когда в состав исходной информации календарного планирования, кроме организационно-технологических параметров, необходимо включать данные по финансам, инвесторам, социальным и другим факторам, "традиционные" методы и формы календарного планирования окончательно теряют возможность осуществлять контрольно-управленческие функции. Выход возможен на основе интерактивно - графического диалога специалиста и ЭВМ, инфографического моделирования организации работ и экспертных систем принятия организационных решений по реконструкции объектов.
1.2. Анализ зарубежного опыта реконструкции объектов при переустройстве городских территорий
Тенденции развития реконструктивных работ в городском строительстве, особенно в последние десятилетия, не являются свойственными не только нашей стране. Описанию проблем строительства и переустройства в крупных городах наиболее развитых стран посвящено довольно много работ зарубежных специалистов, носящих обзорно-аналитический характер.
Если в 1985 г. доля городских жителей в общем населении наиболее развитых стран составляла 71%, то в 2002г. она достигла 74%. В Великобритании она повысилась с 91,5 до 93%, в Германии - с 85,5 до 87,8% , в Японии с 76,5 до 77%, в США - с 73,9 до 74,6%, во Франции с 73,4 до 74,5%, в Италии с 67 до 70,3%. Этот перечень можно продолжить, но и приведенный набор данных свидетельствует о мировой тенденции к возрастанию доли городских жителей в общем населении развитых стран.
17
В крупных городах (как правило - в центральной их части) сооружают значительные по территории и объемам реконструкции торгово-развлекательные центры многофункционального назначения, размещая на их территории не только общественные здания, но и жилые дома. Например, в Токио разработан проект строительства городского "прибрежного центра" стоимостью 3,4 триллиона йен, в который входят 24 высотных административных и жилых здания, рассчитанных на 45 тысяч человек.
Ускоренными темпами раздвигаются границы крупных городов, застраиваются бывшие пригороды. Плотно застроенные пригороды опоясывают многие города Северной и Южной Америки, Австралии и других стран кольцами шириной до 100 км. Результат такого расширения территорий аналогичен ситуации российских крупных городов - резкая нехватка свободных городских земель для нового строительства.
Подавляющее число строительных объектов имеют индивидуальный архитектурный облик, широко внедряют существенно новые конструктивные решения, новые отделочные материалы, улучшаются дизайн и комфортность зданий. Развиваются архитектурно-эстетические требования к застроенным территориям, архитектурный контроль за строительством, что обеспечивает комфортность, привлекательность и рыночную ликвидность зданий.
Следствием постоянного роста дефицита площадей для застройки во всех развитых странах явилось значительное изменение структуры городского строительства, характеризующееся сокращением застройки новых территорий, снижением доли нового строительства и увеличением доли реконструкции отдельных зданий, кварталов и районов городов.
В США и Японии рост инвестиций в новое строительство нежилых городских объектов увеличивается ежегодно на 0,9%, а в реконструкцию на 5-10%. Расходы на ремонт и перестройку жилых домов, в среднем по каждой из названных стран, за пять лет возросли со 100 до 125 миллиардов долларов. |
