Организационно-технологическая надежность строительного производства

В процессе проектирования организации реконструкции объекта и группы зданий основной задачей является построение организационно-технологической модели, учитывающей структуру строительных потоков, их функционирование и взаимодействие. Создание такой модели базируется на использовании проектно-сметной документации, нормативов удельных затрат труда, выработки, продолжительности работ.Организационно-технологическая надежность в отличие от надежности строительных конструкций и систем является показателем надежности строительного производства как критерия надежности конечных результатов.

Организационная надежность предусматривает принятие решений по реконструкции объектов, с заданной вероятностью обеспечивающих получение запланированного результата функционирования специализированного или объектного потока в условиях случайных воздействий.

Надежность технологических решений должна обеспечивать бесперебойное функционирование строительных процессов. При этом должен быть осуществлен выбор способов производства работ,позволяющий строительному потоку функционировать с заданными параметрами в определенных пределах несмотря на воздействие случайных производственных факторов.

Основными задачами на этапе реализации проектов реконструкции при поточном производстве работ являются оперативное планирование СМР и управление ими, обеспечивающее предупреждение возникновения отказов, ликвидацию отказов и их последствий. Для этой цели осуществляются расчет и создание страховых ресурсов и запасов, разработка организационно-технологических решений по повышению надежности.

При анализе функционирования строительного потока имеют место отклонения фактических параметров его работы от значений, установленных в технологических картах или графиках производства работ.

Полное или частичное прекращение функционирования строительного потока или процесса, вызывающее отклонение от заданных параметров, является технологическим отказом. Они возникают в результате воздействия различных организационно-технологических факторов,дестабилизирующих производство работ. Технологический отказ не обязательно связан с полной остановкой процесса. Наиболее частыми являются частичные отказы, которые самоустраняются или ликвидируются в процессе производства работ. Причины отказов достаточно разнообразны. Они разделяются на:

технические - выход из строя машин и механизмов, инженерных сетей, коммуникаций, низкое качество материалов;

технологические - нарушения технологических регламентов производства работ, устранение брака, появление непредвиденных работ, изменение численного и квалифицированного состава исполнителей, нарушение правил техники безопасности;

организационные - смещение сроков представления фронта работ, несвоевременное обеспечение документацией,срыв сроков работ субподрядными организациями, изменение последовательности выполнения работ, перерывы с ресурсообеспечением, отсутствие рабочих требуемой квалификации;

управленческие - нарушения производственной связи и информации, несвоевременное принятие решений, ошибки оперативного планирования, некомпетентность руководства;

климатические, включая стихийные бедствия.

Наиболее характерными причинами отказов при выполнении реконструктивных работ являются: появление непредвиденных работ в результате недостаточного уровня диагностики элементов здания; снижение интенсивности производства работ в стесненных условиях; несвоевременное обеспечение технической документацией; отсутствие специальных машин и механизмов, ручного инструмента, средств диагностики и контроля качества работ.Перечисленные факторы служат причинами внезапных, постепенных, частичных или полных отказов. Так как большинство производственных факторов являются случайными, то надежность строительного производства оценивается статистически,а критерии и количественные характеристики - вероятностными методами. Отказы в строительном производстве, являясь случайными величинами, могут быть дискретными и непрерывными. Они характеризуются функциями распределения вероятностей.

На этой основе производится имитационное моделирование. При этом распределение вероятностей отказов подчиняется определенным законам. Основной задачей при оценке распределения вероятностей отказов для расчета уровня надежности реконструктивных работ является определение функций, характеризующих вероятностные свойства рассматриваемого строительного процесса.

Наибольшее распространение получили следующие законы распределения вероятностей отказов: нормальный,пуассоновский, экспоненциальный, гамма- и бета-распределения.

Основной задачей при выборе адекватной модели является установление закономерностей распределения отказов или функций, характеризующих вероятностные свойства рассматриваемых строительных процессов.

Закон нормального распределения используется в теории надежности для описания событий, зависящих от многих факторов, каждый из которых слабо влияет на распределение случайного события.По нормальному закону распределяются параметры выработки бригад и звеньев на строительных процессах, продолжительности технологических процессов, сроки реконструктивных работ и др.

Плотность распределения нормального закона имеет следующий вид

где а = М [ х ] -математическое ожидание; s = D [ х ]-дисперсия распределения.

Распределение зависит от параметров а и s. Кривая плотности распределения (рис. 5.19, а)симметрична относительно математического ожидания, и ее максимальное значение равно .

Вероятность попадания случайных величин на заданный интервал измерения параметра х от a до b определяется интегрированием плотности распределения

или с применением функции Лапласа

Распределение Пуассона наиболее успешно используется для определения вероятности дискретных событий (число отказов на монтаже элементов здания в смену, сутки, месяц или число отказов башенных кранов в сутки и т.п.). Закон распределения Пуассона описывается в следующем виде:

Рис. 5.19. Распределение вероятностей отказов по законам
а - Гаусса; б -Пуассона

На рис. 5.19, б приведены графики функций для l t = 2, 4 и 6. Исследования статистических данных показали, что продолжительность работы сетевого графика t_ij есть случайная величина, распределенная в интервале (а, b)чаще всего по закону b -распределения с плотностью

Здесь а -нижняя граница интервала распределения случайной величины времени выполнения работы t_ij; b -верхняя граница интервала; a, b - степенные параметры распределения.

Случайное распределение значений продолжительности работ может быть аппроксимировано частным видом b -распределения.

В проектировании организации работ в управлении строительством процессы строительного производства моделируются с помощью линейных графиков, циклограмм и сетевых графиков (рис.5.20). Перечисленные модели должны отвечать следующим требованиям:

отражать процесс реконструкции во взаимосвязи составляющих элементов; отражать динамику строительных процессов и возможные отклонения параметров работ от первоначальных значений; отражать взаимосвязь отдельных отклонений на конечные результаты; отображаться в математических символах для анализа строительных процессов.

Рис. 5.20. Модели случайных процессов
- линейный график; б -циклограмма; в -сетевой график; i - номер работы (потока); j -номер конечного события работы; п - количество работ (потоков); т -количество захваток; t - продолжительность работы; q^а - трудозатраты; а -количество рабочих в бригаде; t _совм - продолжительность совмещенного выполнения двух работ; t^р - ритм потока; K^р -коэффициент кратности ритмов; L_кр - критический путь; Т_кр -продолжительность критического пути; Т - общая продолжительность строительства

Сравнение приведенных видов моделей показывает, что линейный график в полной мере не отражает взаимосвязи работ.

Циклограмма более полно отражает взаимосвязь работ не столько по технологическим требованиям, сколько по соображениям поточного производства работ. В то же время циклограмма не в состоянии отражать динамику строительства и может функционировать при строгом соблюдении продолжительности работ. Отклонения продолжительности работ,вызванные случайными факторами, требуют пересчета циклограмм.

Сетевой график является более приемлемой моделью для отражения вероятностных производственных процессов.Преимуществом сетевого графика является наличие работ, лежащих на критическом пути. Для работ, лежащих на некритическом пути, возможно определить резервы времени, что дает отклонения, не влияющие на дальнейший ход работ. Модель сетевого графика более динамична, так как позволяет в ряде случаев снимать ресурсы с некритических работ и направлять на критические.

Наиболее эффективным методом анализа сетевых графиков является метод усреднения. Он предполагает для каждой из входящих в сетевой график работ две вероятностные оценки продолжительности - t _minи t _{m ах}. Ожидаемое значение продолжительности определяется как t _ож =(3 t _min + 2 t _{m ах})/5, дисперсия

Показатель организационно-технологической надежности как функция, зависящая от многих параметров случайных воздействий,может быть представлен несколькими состояниями, зависящими от ресурсообеспечения принятой технологии производства работ и организационных факторов.

На рис. 5.21, а приведены графические зависимости, свидетельствующие о влиянии ресурсосбережения на организационно-технологическую надежность (ОТН). Показатель ОТН более интенсивно стремится к предельному состоянию при достижении нормативных параметров ресурсообеспечения.

Рис. 5.21. Графические зависимости организационно-технологической надежности от ресурсообеспечения (а) и (б),использование ресурсов (в) и методов производства работ (г)
1, 2 -совмещенные методы производства работ; 3 -комбинированные; 4 -раздельные; s -среднеквадратические значения продолжительности работ

Увеличение ресурсообеспечения до определенного предела приводит к возрастанию ОТН и последующему более интенсивному падению (рис. 5.21, б).

Повышение ресурсообеспечения сверх нормативного, кроме того, приводит к дополнительным экономическим затратам, связанным с хранением материалов и конструкций, арендной платой за использование механизмов, простоем рабочей силы и т.д. Для каждого реконструируемого объекта существует количественный показатель ресурсов, при котором стоимость и продолжительность возведения принимают свои рациональные значения. Уровень ОТН зависит от степени использования ресурсов. В частности,вследствие простоев или неполного использования производительности машин и механизмов наблюдается его снижение (рис. 5.21, в).

Методы производства реконструктивных работ и принятие современных технологий также существенно влияют на уровень ОТН (рис. 5.21, г). Применение раздельных,комбинированных и совмещенных методов производства работ показывает, что совмещенные методы обладают более высоким уровнем надежности. Следствием данного обстоятельства являются снижение продолжительности работ и повышение экономических показателей.

Анализ факторов, влияющих на ОТН, свидетельствует о необходимости рационального использования различных видов ресурсов при календарном планировании строительного производства с учетом вероятностной продолжительности выполнения работ.