Оптимизация организации процесса возведения конструктивных элементов монолитных зданий на основе комплексного показателя качества организационно-технических решений
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………… 4
ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ ТЕМЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК
ОПТИМИЗАЦИИ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЗВЕДЕНИЯ
КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ…………………………….. 14
1.1. Исследование организационно-технических решений при возведении
конструктивных элементов монолитных зданий…………………………………….. 15
1.2. Обзор существующих методик и способов оптимизации
организационно-технических решений…………………………………………… 21
1.2.1. Организационно-технические решения на стадии проектно-
изыскательских работ………………………………………………………….. 23
1.2.2. Организационно-технические решения на стадии строительно-
монтажных работ………………………………………………………………. 24
1.3. Нормативно-техническая база возведения конструктивных элементов
монолитных зданий……………………………………………………………. 25
1.4. Обзор научных исследований на тему диссертационной работы……… 26
1.5. Выводы по главе 1…………………………………………………………….. 31
ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
КОМПЛЕКСНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ КАЧЕСТВА ОРГАНИЗАЦИОННО-
ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ……………………………………………………………….. 32
2.1. Метод планирования эксперимента при формировании влияющих
факторов………………………………………………………………………………… 33
2.2. Метод системного анализа в строительстве……………………………… 36
2.3. Понятие комплексного показателя качества организационно-
технических решений………………………………………………………….. 38
2.4. Формирование влияющих факторов и параметров……………………… 40
2.5. Исследование и оценка влияющих факторов при помощи
индивидуального экспертного опроса………………………………………… 53
2.6. Искусственные нейронные сети как математический аппарат для
расчета комплексного показателя качества организационно-технических
решений …………………………………………………………………………………. 57
2.7. Выводы по главе 2…………………………………………………………….. 66
ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ РАСЧЕТА КОМПЛЕКСНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ
КАЧЕСТВА ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ.
ФОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ…………………….. 68
3.1. Принцип работы искусственной нейронной сети……………………….. 69
3.1.1. Структура искусственной нейронной сети в параметрической
модели…………………………………………………………………………… 76
3.1.2. Обучение искусственной нейронной сети……………………………… 80
3.1.3. Принципы перекрестной проверки результатов расчета
комплексного показателя качества параметрической модели………………….. 84
3.2. Алгоритм расчета комплексного показателя качества организационно-
технических решений……………………………………………………………………. 86
3.3. Определение граничных и нормального значений комплексного
показателя качества организационно-технических решений……………….. 93
3.4. Формирование методики оптимизации организации возведения
конструктивных элементов монолитных зданий…………………………….. 102
3.5. Выводы по главе 3…………………………………………………………….. 106
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ
ОПТИМИЗАЦИИ ОРГАНИЗАЦИИ ОРГАНИЗАЦИОННО-
ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ КОНСТРУКТИВНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ МОНОЛИТНЫХ ЗДАНИЙ…………………………………… 108
4.1. Описание объекта капитального строительства…………………………. 108
4.2. Определение комплексного показателя качества организационно-
технических решений при возведении конструктивных элементов
монолитного многоэтажного здания………………………………………….. 111
4.3. Внедрение методики оптимизации организации возведения
конструктивных элементов монолитного здания……………………………….. 117
4.4. Оценка экономической эффективности применения методики
оптимизации организации возведения конструктивных элементов
монолитных зданий…………………………………………………………….. 123
4.5. Выводы по главе 4…………………………………………………………….. 124
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………… 126
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………… 129
Приложение А. Бланки экспертного опроса…………………….……………. 145
Приложение Б. Перечень возможных значений комплексного показателя
качества ОТР…………………………………………………………………….. 180
Приложение В. Рекомендации для корректировки ОТР…………………….. 183
Приложение Г. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ………. 191
Приложение Д. Акт о внедрении результатов диссертационного
исследования……………………………………………………………………. 192
Введение содержит общее описание диссертационного исследования,
представленыхарактеристики,перечисленныевразделе«Общая
характеристика работы» автореферата.
Глава 1 содержит обзор теоретических основ организации строительства.
Произведеноисследованиеорганизационно-техническихрешенийпри
возведении конструктивных элементов монолитных зданий. Приводится состав
и структура ОТР, выполнен обзор существующих методик и способов
оптимизации. Оптимизация организации процесса возведения конструктивных
элементов монолитных зданий означает формирование комплекса наилучших
либо корректировку принятых ОТР для снижения трудозатрат и экономии
ресурсов.
Рассматриваются ОТР на различных этапах строительного производства:
проектно-изыскательские и строительно-монтажные работы. Приводится
основная нормативно-техническая база возведения конструктивных элементов
монолитных зданий. Также выполнен обзор научных исследований на тему
диссертации, при этом не выявлено научных исследований, направленных на
комплексное изучение влияющих факторов при организации возведения
конструктивных элементов монолитных зданий.
Глава 2 содержит описание принципов, применяемых для решения задач
исследования. Анализируются методологические основы вспомогательных
механизмов, позволяющих обоснованно подойти к расчету комплексного
показателякачестваОТРпривозведенииконструктивныхэлементов
монолитных зданий. В качестве инструментов для организации опыта
использован метод планирования эксперимента, а для систематизации
накопленных данных использован метод системного анализа. Раскрыты
основные положения методологических основ, подобраны и реализованы
алгоритмы действий.
Описаны основные составляющие показателей качества отдельных
процессов, дано определение комплексному показателю качества ОТР при
возведении конструктивных элементов монолитных зданий, где показатель
качества – в общем понимании это количественная характеристика одного или
нескольких свойств продукции, входящих в ее качество, рассматриваемая
применительно к определенным условиям ее создания и эксплуатации, или
потребления.
Сформирован перечень влияющих факторов и произведена детерминация
факторов на параметры с характеристикой и обоснованием важности.
Рассматриваются теоретические основы индивидуального экспертного опроса
(метод экспертных оценок), производится формирование группы экспертов,
предоставляются исходные данные для реализации метода и описывается
процесспроведенияопроса.Анализируютсяполученныеданныеи
формируется перечень влияющих факторов.
Проведены анализ и изучение искусственных нейронных сетей (ИНС).
Формируется структура элементов ИНС, задается архитектура нейронов.
Производится адаптация математического аппарата в виде ИНС для расчета
комплексного показателя качества.
Врезультатепроведенногоэкспериментасформированперечень
влияющих факторов.
Группа 1– проектно-изыскательские работы:
1.Качество инженерно-геологических изысканий;
2.Качество инженерно-геодезических изысканий;
3.Качество инженерно-экологических изысканий;
4.Качество проектной документации;
5.Качество рабочей документации.
Группа 2 – строительно-монтажные работы:
6.Качество ведения строительного контроля;
7.Качество ведения авторского надзора;
8.Качество службы технического заказчика;
9.Качество научно-технического сопровождения строительства;
10.Качество генподрядной организации;
11.Уровень автоматизации и механизации производства;
12.Квалификация бригад ИТР;
13.Качество опалубочных систем;
14.Качествоорганизационно-технологическойсхемывозведения
монолитных конструкций;
15.Качество исполнительной документации;
16.Качество инженерно-бытовой подготовки производства;
17.Природно-климатические факторы;
18.Качество поставляемых материалов, изделий и оборудования;
19.Иное.
Вглаверассматриваютсяискусственныенейронныесетикак
математический аппарат для расчета комплексного показателя качества ОТР
при возведении конструктивных элементов монолитных зданий. Формируется
параметрическая модель, содержащая 19 факторов, влияющих на процесс
возведенияконструктивныхэлементовмонолитныхзданий,
детерминированные на 55 параметров (рисунок 1).
Строительство в зонеДа
действия высоких
температурНет
Природно-Строительство в зонеДа
климатическийдействия низких
фактортемпературНет
Строительство в зонеДа
активных
сейсмических
процессовНет
Рисунок 1 – Структурадетерминированногофактора«природно-
климатический фактор»
В Главе 3 раскрываются основы проектирования искусственной
нейроннойсети,адаптированнойдлярешенияпоставленныхв
диссертационном исследовании задач. Описывается принцип работы ИНС
применительнокорганизациивозведенияконструктивныхэлементов
монолитных зданий. Формируются слои искусственной нейронной сети:
Слой № 1. Входной сигнал. Сенсор g, содержащий значение входного
сигнала xg – значение параметра (например, своевременный приемочный
контроль выполненных работ, постоянное присутствие сотрудников авторского
надзора и другие), располагается на первом слое системы ИНС. Входной сигнал
параметра может иметь значение 0 либо 1.
Слой № 2. Сумматор. Адаптация расчетной модели происходит за счет
установки значений входных сигналов, после чего алгоритм расчета переводит
сигнал в поле «сумматор Σ». В зависимости от количества параметров внутри
фактора (например, качество службы технического заказчика, качество
строительного контроля и другие), значения распределяются в диапазоне
от 0 до 5, включая 0 и 5.
Слой № 3. Синаптические веса. Значения параметров суммируются в
рамках каждого фактора по отдельности, создавая основную часть показателя
постсинаптическогопотенциала.Приэтомважнойфиксированной
составляющей постсинаптического потенциала является синаптический вес
нейрона Wk (значимость фактора). Синаптический вес каждого фактора
установленврезультатеэкспертногоопросаиизначальнозаданв
параметрической модели.
Слой№ 4.Постсинаптическийпотенциал.Постсинаптический
потенциал V (значение влияющего фактора с учетом его синаптического веса)
формируется при назначении синаптического веса сумме значений параметров
внутри каждого фактора системы. Данный слой ИНС объединяет в себе
сигналы,полученныенапредыдущихслояхнейрона,иформирует
представление об эффективности принятых ОТР в части определенного вида
работ.
Слой № 5. Функция активации. Получив значение постсинаптического
потенциала, сигнал переходит в следующее поле нейрона (пятый слой ИНС) –
«порог активации».
Процесс машинного расчета можно представить в виде ряда уравнений:
(1)
гдеxj – значение входного сигнала;
Wkj – синаптический вес фактора.
Условием активации для фактора является неравенство, представленное в
виде:
,(2)
где– функция активации нейрона
,(3)
где y – выходной сигнал параметрической модели.
Общую архитектуру искусственной нейронной сети можно представить в
виде схемы (рисунок 2).
Рисунок 2 – Общая архитектура искусственной нейронной сети в составе
параметрической модели
Выходной сигнал. Искомое значение комплексного показателя качества
организационно-техническихрешенийформируетсяизсуммированных
значений сигналов предыдущего скрытого слоя нейрона k, содержащего
влияющий фактор.
Смоделировав наихудшую ситуацию, когда каждый параметр каждого
фактора равен нулю, получено минимальное значение комплексного показателя
организационно-технических решений, равное нулю. Максимальное значение
комплексного показателя качества организационно-технических решений равно
31,2 при показателях параметров всех факторов, равных максимально
возможному значению, т. е. единице. В таком случае диапазон значений
комплексного показателя качества ОТР ограничен числами 0 и 31,2.
Нормальное значение комплексного показателя качества ОТР рассчитано
на базе выборки фактических значений комплексного показателя качества ОТР
приналичиистатистическихданныхс30объектов,завешенных
строительством, и составляет 22,8. В таком случае при нормальном значении
комплексного показателя качества ОТР срок возведения конструктивных
элементов равен нормативному (утвержденному в проекте организации
строительства).
В главе развернуто описывается область применения комплексного
показателя качества ОТР с привязкой к влияющим факторам (Таблица 1).
Таблица 1 – Элемент главного поля параметрической модели
Определяются границы значений комплексного показателя качества,
опытнымпутемустанавливаетсянормальноезначениекомплексного
показателя качества ОТР (рисунок 3) на базе экспериментальных данных с
объектов капитального строительства. При помощи вербально-числовой шкалы
желательности Харрингтона присваиваются качественные характеристики
«удовлетворительно» (в диапазоне от 22,8 включительно до 31,2) или
«неудовлетворительно» (в диапазоне от 0 до 22,8).
Значение комплексного показателя
31,2
качества ОТР2522,8
5
13579 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57
Вариант возможного значения комплексного показателя качества ОТР
УдовлетворительноНеудовлетворительно
Рисунок 3 – Области значений комплексного показателя качества ОТР
Приведено описание процесса формирования алгоритма расчета
комплексного показателя качества ОТР:
Шаг 1 – Сбор исходных данных. Первым обязательным действием
оператора является сбор фактических данных с объекта строительства. Важно
понимать степень строительной готовности объекта.
Адаптация интерактивной параметрической модели с ИНС ведется
посредством присвоения значений параметрам значений от 0 до 1. Данные о
наличии и качестве отчетов по результатам инженерных изысканий, качестве
проектной и рабочей документации предоставляются главным инженером
проекта и службой НТС (при наличии). Полный перечень параметров и
факторов отображается в параметрической модели уже на момент запуска
процесса.
Шаг 2 – Установление значений параметров. Требуется установить
значения параметров параметрической модели на базе проанализированной
документации в поле «значение входного сигнала x». Заполнение полей
осуществляется оператором в любой последовательности.
Шаг 3 – Расчет комплексного показателя качества ОТР. После
адаптации информационной модели и присвоения значений параметрам
происходит автоматический расчет постсинаптического потенциала каждого
нейрона – значения каждого фактора с учетом синаптического веса. В
структуре процесса действие названо формированием нейронов. Следующим
автоматизированным действием является выполнение логической операции
конъюнкции и расчет непосредственно комплексного показателя качества
организационно-технических решений.
Шаг 4 – Завершение расчета. В случае удовлетворительного результата
процесс расчета комплексного показателя качества ОТР завершен успешно,
принятые ОТР обеспечивают достаточный уровень значений факторов и
соответственнопараметров. Протокол сформирован, окончание работы
программного комплекса.
Неудовлетворительный результат запускает процесс формирования
рекомендаций по приведению показателей параметров к требуемым границам.
Протокол сформирован и содержит перечень параметров с отклонениями
(отдельно выделены особо отстающие факторы).
Шаг 5 – Корректировка ОТР. Требуется произвести корректировку
организационно-технических решений по рекомендациям, сформированным
для каждого параметра. После реализации рекомендованных мероприятий
итерации повторяются с момента запуска программного комплекса (шаг 1) до
моментаполучениязначениякомплексногопоказателякачестваОТР
«удовлетворительно» (шаг 3). Протокол сформирован, окончание работы
программного комплекса. Таким образом, полный цикл расчета (рисунок 4)
может быть завершен при достижении удовлетворительного значения
комплексного показателя качества ОТР.
Рисунок 4 – Алгоритм расчета комплексного показателя качества ОТР
Оптимизацияорганизациипроцессавозведенияконструктивных
элементов монолитных зданий достигается за счет комплексного применения
эффективных ОТР, либо за счет корректировки малоэффективных ОТР,
характеризующихся комплексным показателем качества, и может быть
представлена в виде зависимости от срока возведения конструктивных
элементов (рисунок 5). При значении 22,8 фактический срок возведения
соответствуетнормативному(принятомувпроектеорганизации
строительства). Оптимизация по критерию сроков возведения происходит в
диапазоне значений комплексного показателя качества ОТР свыше 22,8.
ЗНАЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ
22,8
КАЧЕСТВА ОТР
5
-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 20 40 60 80 100120140160180200220240260280300320
СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ ВОЗВЕДЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЯ
(%)
Рисунок 5 – График зависимости значения комплексного показателя
качества ОТР от сроков возведения конструктивных элементов зданий
В главе формируется методика оптимизации организации процесса
возведения конструктивных элементов на основе комплексного показателя
качества ОТР. Обучение ИНС в параметрической модели происходит по мере
получения новых прецедентов с объектов, завершенных строительством, т. е.
при наличии достоверных данных о каждом факторе и конечном результате
строительства. Разрабатываются рекомендации по оптимизации ОТР для
повышения значения комплексного показателя качества.
В главе 4 приводится описание практического применения методики
оптимизации организации ОТР при возведении конструктивных элементов
зданий. Разработана программа для ЭВМ «Параметрическая модель оценки
оптимизационных характеристик производственных процессов возведения
конструктивных элементов монолитных зданий на основе комплексного
показателя качества организационно-технических решений».
При сопровождении объекта капитального строительства автором
произведен сбор и анализ исходно-разрешительной документации, результатов
инженерных изысканий, проектная и рабочая документация, перечень
заключений, данные со строительной площадки. Расчет комплексного
показателя качества ОТР выполнялся при помощи параметрической модели с
ИНС.Внедрениеметодикиоптимизацииорганизациивозведения
конструктивных элементов осуществлялось на стадии строительно-монтажных
работ при строительной готовности 20 %. Значения параметрической модели
формировались на базе имеющейся информации о документации и участниках
строительства.
Внедрение результатов диссертационного исследования в виде алгоритма
расчета комплексного показателя качества ОТР и методики оптимизации
организации возведения конструктивных элементов произведено на объекте
строительства: многофункциональный жилой комплекс, г. Москва, Ореховый
бульвар, 24, корпус 2. Общая площадь здания составляет 125 609,8 м2,
строительный объем 487 522,2 м3, количество этажей 30 + 1 подземный,
площадьзастройкисоставляет4139,8м 2,высотаздания99,95м,
сейсмостойкость 5 и менее балов, назначение объекта жилое, стоимость
строительства 12 742 654 720,00 руб., стоимость возведения конструктивных
элементов 3 822 796 416,00 руб.
Перед началом расчета комплексного показателя качества ОТР автором
диссертационного исследования были проанализированы исходные документы
и принятые ОТР. Первый запуск параметрической модели сопровождался
выбором этапа строительного производства – строительно-монтажные работы,
а также присвоением значений параметрам модели. Значение комплексного
показателя качества ОТР при первом расчете составило 19,4, что является
неудовлетворительнымитребуетпроизвестикорректировкуОТРв
соответствии с рекомендациями. В результате второго расчета комплексного
показателя качества ОТР после внедрения методики оптимизации организации
возведения конструктивных элементов здания (таблица 2) и применения
рекомендаций получено удовлетворительное значение 24,9.
Таблица 2 – Результаты внедрения методики
Стоимость
ЗначениеСрок возведения
возведения
комплексногоконструктивных
конструктивных
показателя качестваэлементов здания,
элементов здания,
ОТРдни
руб.
До внедрения19,4
6603 822 796 416,00
методики(неудовлетворительно)
После
24,9
внедрения6333 666 409 288,74
(удовлетворительно)
методики
Эффект от
+ 5,5– 27–4%
оптимизации
В итоге сокращение сроков возведения конструктивных элементов здания
составило 27 дней, сокращение стоимости работ составило 4 % от общей
стоимости возведения конструктивных элементов здания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполненные исследования в рамках поставленных задач позволяют
сделать следующие выводы и предложения.
1.Выявленоотсутствиесистемногомеханизмаоптимизации
организации процесса возведения конструктивных элементов монолитных
зданий на основе комплексного показателя качества. Существующие методы и
способы оптимизации организации возведения конструктивных элементов не
обладают комплексным подходом и учитывают только локальные факторы на
определенномэтапестроительства.Разрозненноеприменениетаких
мероприятий не приводит к оптимизации организации процесса возведения
конструктивных элементов монолитных зданий. Проведенные исследования
показали важность комплексного подхода при формировании эффективных
организационно-технических решений для организации процесса возведения
конструктивных элементов монолитных зданий, а также необходимость их
корректировкипривыявлениинедостаточногозначениякомплексного
показателя качества.
2.По результатам натурных наблюдений установлены 19 влияющих
факторов, детерминированных на 55 параметров, оказывающих влияние на
организацию возведения конструктивных элементов монолитных зданий. При
помощи метода экспертных оценок установлены степени значимости факторов
системы (синаптические веса). Отмечена необходимость учета всех основных
влияющих факторов модели для достижения объективной характеристики
эффективности организационного процесса.
3.Для определения эффективности применяемых организационно-
технических решений сформирован алгоритм расчета и предложена авторская
параметрическая модель на базе искусственной нейронной сети для расчета
комплексного показателя качества организационно-технических решений,
учитывающая влияющие факторы и параметры на всех этапах строительства.
Произведена настройка параметрической системы, установлены граничные и
нормальное значения комплексного показателя качества ОТР. Установлена
зависимость между сроком возведения конструктивных элементов монолитных
зданий и комплексным показателем качества организационно-технических
решений.
4.Разработанаметодикаоптимизацииорганизациивозведения
конструктивных элементов монолитных зданий на основе комплексного
показателя качества организационно-технических решений, содержащая 7
шагов реализации. Системный подход к влияющим факторам и их
детерминация позволили учесть влияние на организацию процесса на трех
уровнях: состояние параметров – характеристика ресурсов и окружающей
среды; состояние факторов – характеристика организационных структур;
комплексныйпоказателькачества –комплекснаяхарактеристика
эффективности организации процесса. Предложенные рекомендации для
повышения эффективности организационно-технических решений позволяют
привести как единичные показатели факторов, так и комплексный показатель
качества в целом к нормальному значению.
5.Порезультатамапробациирезультатовдиссертационного
исследования на объекте «многофункциональный жилой комплекс» достигнуто
сокращение сроков возведения конструктивных элементов монолитного здания
на 27 дней относительно нормативного, снижение стоимости работ составило
156 387 127,26 руб., или 4 % относительно сметной стоимости. Эффект от
применения разработанной методики заключается в сокращении сроков
возведения конструктивных элементов, что благоприятно отражается на
экономике строительства объектов.
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы
Возможным направлением развития исследования является расширение
области применения. Адаптация методики оптимизации организации процессов
и обучение искусственной нейронной сети позволяют охватить обширный
спектр зданий и сооружений по их назначению, а также применить методику к
организации различных строительных процессов.
Актуальнойзадачейразвитиянаправленияостаетсярасширение
обучающихпримеровдляискусственнойнейроннойсетиввиде
статистических данных с объектов, завершенных строительством.
Актуальность темы исследования. Современный строительный рынок
диктует жесткие правила производительности труда, качества продукции,
эффективности организации процессов и финансовой экономичности. Потребность
в инструменте оптимизации организации возведения конструктивных элементов
здания является наиболее актуальным аспектом процесса строительства. В области
организации строительного производства основную роль играют принимаемые
организационно-технические решения (ОТР), оказывающие прямое влияние на
процессы и результат строительной деятельности.
В существующем положении строительной отрасли формирование ОТР при
возведении конструктивных элементов монолитных зданий происходит на базе
нормативно-технической документации, методических указаний,
стандартизированных технологических материалов и на индивидуальном опыте
ответственных специалистов. Отсутствие комплексного подхода к оценке всех
факторов и параметров, влияющих на качество принятых организационно-
технических решений, зачастую приводит к появлению критических дефектов,
часть которых являются неустранимыми, что увеличивает срок возведения
конструктивных элементов зданий. Принимаемые организационно-технические
решения не учитывают структурированные статистические данные и тем более не
позволяют прогнозировать техническое состояние строительных конструкций до
момента их фактического возведения. К тому же, процесс анализа причин
появления дефектов, повреждений и отклонений конструктивных элементов
зданий занимает значительное время.
Комплексный показатель качества организационно-технических решений
объединяет в себе документальные и технические составляющие, что позволяет в
полном объеме произвести учет факторов, влияющих на достижение конечной
цели при возведении конструктивных элементов многоэтажных зданий –
соответствии утвержденной проектной документации, надежности и безопасности
конструкций.
Выявив зависимость между влияющими факторами организационно-
технических решений и эффективностью организации процесса возведения
конструктивных элементов многоэтажных зданий, возможно обоснованно
предсказать вероятность достижения требуемого результата на любой стадии
строительного процесса.
Эффективность применения метода оценки комплексного показателя
качества организационно-технических решений определяется масштабным
подходом к подбору факторов, определяющих организацию процесса возведения
конструктивных элементов монолитных зданий [84]. При этом комплексный
показатель качества позволяет выявлять параметры влияющих факторов с
неудовлетворительными значениями. В этой связи важными вопросами в области
исследования являются сокращение времени, затраченного на анализ появления
дефектов конструктивных элементов; учет прогностических данных до начала
строительства; предупреждение возникновения неустранимых дефектов в
конструктивных элементах зданий, сокращение продолжительности возведения
конструктивных элементов. Особо значимо применение механизмов оптимизации
организационно-технических решений для таких участников строительства, как
застройщик и технический заказчик.
Оптимизация организации процесса возведения конструктивных элементов,
представляющая из себя возможность сокращения сроков возведения
конструктивных элементов монолитных зданий за счет применения эффективных
ОТР, либо за счет корректировки малоэффективных ОТР, характеризующихся
комплексным показателем качества, является актуальной задачей в области
исследования [106].
Степень разработанности темы исследования определена посредством
анализа научно-технической литературы зарубежных и отечественных авторов.
Системы интеллектуального анализа качества продукции, в том числе и
строительной, активно разрабатываются и внедряются по всему миру.
Строительная отрасль является наиболее сложной с точки зрения
регламентирования элементов организационно-технических решений, что требует
детального ранжирования оцениваемых факторов и параметров. Многие аспекты
данного направления освещены в научных трудах как частные элементы без учета
их комплексной взаимосвязи на основе комплексного показателя качества.
Весомый вклад в развитие области организации и технологии производства
внесли следующие авторы: Волков А. А., Гинзбург А. В., Лапидус А. А.,
Молодин В. В., Монфред Ю. Б., Олейник П. П., Киевский Л. В., Красновский Б. М.,
Ильин Н. И., Прыкин Б. В., Синенко С. А., Теличенко В. И. Румянцева В. Е.,
Федосов С. В., Опарина Л. А., Топчий Д. В., Кондрашкин О. Б., Казаков Д. А.
Однако область анализа, прогнозирования и определения показателя
качества организационно-технических решений при возведении конструктивных
элементов монолитных зданий на всех этапах строительного производства остается
актуальной для дальнейшего изучения [108]. По результатам литературного обзора
зарубежных и отечественных источников не установлено наличие научных
исследований, учитывающих взаимное влияние факторов и параметров в составе
параметрической модели, формирующих эффективность организации возведения
конструктивных элементов монолитных зданий и учитывающих комплексные
показатели, характеризующие организационно-технические решения. В изученных
работах не встречается термин «комплексный показатель качества
организационно-технических решений» при организации возведения
конструктивных элементов монолитных зданий. Отсутствует структурный
механизм оптимизации организации процесса возведения конструктивных
элементов монолитных зданий на основе комплексного показателя качества
организационно-технических решений.
Научно-техническая гипотеза исследования заключается в возможности
оптимизации организации процесса возведения конструктивных элементов
монолитных зданий на основе комплексного показателя качества организационно-
технических решений за счет сокращения продолжительности возведения.
Цель исследования – оптимизация организации процесса возведения
конструктивных элементов монолитных зданий на основе комплексного
показателя качества организационно-технических решений.
Задачи исследования:
1. Обзор научных исследований и существующих методик оптимизации
организации строительства при возведении конструктивных элементов зданий.
Анализ методов и средств организации возведения конструктивных элементов
зданий. Обзор существующих методик и подходов при формировании модели
процесса возведения конструктивных элементов монолитных зданий.
2. Формирование перечня факторов, параметров и характеристик,
влияющих на оптимизацию организации возведения конструктивных элементов
монолитных зданий.
3. Формирование параметрической модели для определения
комплексного показателя качества организационно-технических решений с
применением искусственной нейронной сети (ИНС). Определение граничных и
нормального значений комплексного показателя качества ОТР. Выявление
зависимости значения комплексного показателя качества организационно-
технических решений от сроков возведения конструктивных элементов
монолитных зданий.
4. Разработка методики оптимизации организации процесса возведения
конструктивных элементов монолитных зданий на основе комплексного
показателя качества ОТР с использованием программного комплекса для ЭВМ,
обеспечивающего обучение и работу параметрической модели.
5. Апробация и внедрение методики оптимизации организации процесса
возведения конструктивных элементов монолитных зданий на основе
комплексного показателя качества организационно-технических решений.
Объект исследования – процесс возведения конструктивных элементов
монолитных многоэтажных зданий.
Предмет исследования – организационно-технические решения при
возведении конструктивных элементов монолитных зданий.
Научная новизна исследования:
1. Введен термин «комплексный показатель качества организационно-
технических решений при возведении конструктивных элементов монолитных
зданий», подразумевающий под собой системную характеристику эффективности
применяемых организационно-технических решений.
2. Сформирована система факторов, влияющих на организацию возведения
конструктивных элементов зданий, детерминированных на параметры.
3. Разработана параметрическая модель расчета комплексного показателя
качества организационно-технических решений с применением искусственной
нейронной сети на основе выявления зависимости значения комплексного
показателя качества ОТР от продолжительности возведения конструктивных
элементов монолитных зданий. Определены граничные и нормальное значения
комплексного показателя качества организационно-технических решений.
4. Предложена методика оптимизации организации возведения
конструктивных элементов монолитных зданий на основе комплексного
показателя качества организационно-технических решений. Отличительной
особенностью результатов исследования являются динамичность и обучаемость
параметрической модели расчета комплексного показателя качества ОТР, а также
возможность адаптации методики с учетом особенностей объекта капитального
строительства [95].
Теоретическая значимость исследования:
1. Сформирован перечень факторов и параметров, влияющих на
оптимизацию организации возведения конструктивных элементов монолитных
зданий.
2. Определены синаптические веса факторов, влияющих на повышение
эффективности организационно-технических решений при возведении
конструктивных элементов монолитных зданий.
3. Определены граничные и нормальное значения комплексного показателя
качества организационно-технических решений.
4. Установлена зависимость комплексного показателя качества
организационно-технических решений от продолжительности возведения
конструктивных элементов монолитных зданий.
5. Сформированы параметрическая модель и алгоритм расчета комплексного
показателя качества организационно-технических решений при возведении
конструктивных элементов монолитных зданий.
Практическая значимость исследования состоит в возможности
применения разработанной методики при организации возведения конструктивных
элементов монолитных зданий для оптимизации за счет повышения эффективности
организационно-технических решений.
Результаты научного исследования применимы строительными
организациями, действующими в рамках договоров подряда на устройство
монолитных конструктивных элементов зданий, а также организациями,
осуществляющими функции технического заказчика. Применение
параметрической модели позволяет проводить расчет комплексного показателя
качества организационно-технических решений на всех этапах строительного
производства, оценивать риск отклонений от требований проектной документации
и своевременно корректировать малоэффективные ОТР. Методика позволяет
динамично выявлять малоэффективные организационно-технические решения с
низкими показателями и производить их оптимизацию. Методика максимально
эффективна в случаях строительства жилых и общественных многоэтажных зданий
из монолитного железобетона.
Внедрение механизма, разработанного в рамках научного исследования,
позволяет структурировать и централизовать потоки информации, которые
оцениваются и преобразуются в качественную характеристику комплексного
показателя качества организационно-технических решений, что позволяет
оценивать эффективность и при необходимости корректировать организационно-
технические решения на всех этапах строительства [114].
Разработанная методика не подразумевает затрат на интеграцию в
организационно-техническую систему компании. Для обеспечения
функционирования методики и параметрической модели не требуется участие
специализированных сотрудников и узконаправленного программного
обеспечения. Требуемая информация поступает от инженеров-изыскателей,
инженеров-проектировщиков, мастеров-прорабов, инженеров строительного
контроля, отдела кадров и иных подразделений – участников процесса – в единый
информационный центр к руководителю проекта, директору по строительству,
уполномоченным осуществлять координацию подразделений и далее
обрабатывается оператором.
Результатом внедрения методики может стать оптимизация процессов в
целевых организациях при инженерных изысканиях, проектировании и при
выполнении строительно-монтажных работ. С учетом динамичности
разработанной модели административный персонал получает инструмент,
прогнозирующий результат деятельности на всех этапах строительного
производства, что в свою очередь оказывает положительный эффект за счет
снижения трудозатрат и сокращения продолжительности возведения
конструктивных элементов монолитных зданий.
Методология и методы исследования. Для формирования основных
направлений исследования и определения объекта, предмета исследования в работе
использованы эмпирические методы, такие как наблюдение, сравнение, измерение,
описание. После формирования концептуальной модели исследования
использованы методы теоретического уровня [2]. Абстрагирование, формализация,
идеализация, изучение и обобщение, анализ [3] и синтез, индукция и дедукция,
аксиоматика позволяют конкретизировать цель и задачи исследования, установить
проблематику и выдвинуть научно-техническую гипотезу. Наблюдение и анализ
позволили сформировать рассматриваемые факторы и параметры, оказывающие
влияние на организацию возведения конструктивных элементов монолитных
зданий [124]. Для оценки достаточности выбранных факторов и их степени
значимости использовался исследовательский эксперимент – анкетный опрос
экспертов строительной отрасли. С помощью системного подхода все факторы
распределены по этапам строительного производства: инженерные изыскания,
проектные работы, строительно-монтажные работы. Обобщение всех направлений
исследования представляется возможным по принципам системотехники
строительства и методологии планирования эксперимента [6].
Базой для формирования математического аппарата послужила методология
программирования искусственных нейронных сетей. В основе методологии лежат
такие науки, как нейрофизиология, математика, статистика, физика, компьютерная
наука и техника. Для перехода от теоретических основ и моделирования научного
исследования к практической реализации применяется интерактивная
компьютерная среда в виде программного комплекса, созданного при помощи
языка программирования. Для обучения искусственной нейронной сети применена
форма «обучения с учителем», при которой участие учителя рассматривается как
наличие знаний об окружающей среде, представленных в виде пар вход–выход.
Более детально методология и методы исследования представлены в главе 2
диссертационного исследования.
Положения, выносимые на защиту:
1. Перечень факторов, влияющих на организацию процесса возведения
конструктивных элементов монолитных зданий.
2. Параметрическая модель оценки оптимизационных характеристик
производственных процессов возведения конструктивных элементов монолитных
зданий на основе комплексного показателя качества организационно-технических
решений.
3. Алгоритм расчета комплексного показателя качества организационно-
технических решений при возведении конструктивных элементов монолитных
зданий.
4. Методика оптимизации организации процесса возведения
конструктивных элементов монолитных зданий на основе комплексного
показателя качества организационно-технических решений.
Степень достоверности исследования обуславливается уровнем
согласованности мнений экспертов при формировании факторов,
детерминированных на однозначные параметры, а также статистической
обучающей выборкой на базе фактических данных с завершенных строительством
объектов для адаптации искусственной нейронной сети.
Апробация результатов диссертационной работы проведена в рамках
четырех международных научных конференций, в НИУ МГСУ на заседаниях
кафедры «Технологии и организация строительного производства».
Практическая апробация результатов исследования произведена на
следующем объекте капитального строительства: многофункциональный жилой
комплекс, расположенный по адресу: г. Москва, Ореховый бульвар, 24, корпус 2.
Личный вклад автора. Научное исследование проводилось автором
самостоятельно. Все результаты исследования получены лично автором. Автором
проведен литературный обзор по теме диссертации, определены методы и
методология исследования, подготовлен и проведен экспертный опрос, построена
математическая модель исследования, математическая модель реализована
автором в виде программного комплекса для ЭВМ. Автор самостоятельно произвел
обучение ИНС на обучающей выборке прецедентов. На основании созданной
параметрической модели автор разработал алгоритм расчета комплексного
показателя качества организационно-технических решений, методику
оптимизации организации процесса возведения конструктивных элементов
монолитных зданий, адекватное функционирование которой подтверждено
результатами апробации и внедрения, проведенного автором при сопровождении
строительства объекта. Автором самостоятельно сформированы выводы по
результатам исследования и даны рекомендации для дальнейшего развития
исследований в обозначенной области.
Публикации. Результаты научной деятельности отражены в 5 публикациях
в рецензируемых научных изданиях, в которых размещаются основные научные
результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук.
Соответствие диссертации паспорту специальности. Тема диссертации
соответствует пунктам 1, 3, 4, 7, 11 паспорта научной специальности 05.02.22 –
Организация производства (в строительстве), отрасль науки – технические науки:
1. Разработка научных, методологических и системотехнических основ
проектирования организационных структур предприятий и организации
производственных процессов. Стратегия развития и планирования
организационных структур и производственных процессов.
3. Разработка методов и средств информатизации и компьютеризации
производственных процессов, их документального обеспечения на всех стадиях.
4. Моделирование и оптимизация организационных структур и
производственных процессов, вспомогательных и обслуживающих производств.
Экспертные системы в организации производственных процессов.
7. Анализ и синтез организационно-технических решений. Стандартизация,
унификация и типизация производственных процессов и их элементов.
Организация ресурсосберегающих и экологических производственных систем.
11. Разработка методов и средств планирования и управления
производственными процессами и их результатами.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа структурирована
по разделам и содержит оглавление, введение, четыре главы основной части,
заключение, список литературы, приложения [4; 8; 104]. Диссертационная работа
выполнена на 192 страницах машинописного текста и включает в себя 25 рисунков,
14 таблиц, 140 источников профессиональной литературы, 5 приложений.
Выполненные исследования в рамках поставленных задач позволяют сделать
следующие выводы и предложения.
1. Выявлено отсутствие системного механизма оптимизации организации
процесса возведения конструктивных элементов монолитных зданий на основе
комплексного показателя качества. Существующие методы и способы
оптимизации организации возведения конструктивных элементов не обладают
комплексным подходом и учитывают только локальные факторы на определенном
этапе строительства. Разрозненное применение таких мероприятий не приводит к
оптимизации организации процесса возведения конструктивных элементов
монолитных зданий. Проведенные исследования показали важность комплексного
подхода при формировании эффективных организационно-технических решений
для организации процесса возведения конструктивных элементов монолитных
зданий, а также необходимость их корректировки при выявлении недостаточного
значения комплексного показателя качества.
2. По результатам натурных наблюдений установлены 19 влияющих
факторов, детерминированных на 55 параметров, оказывающих влияние на
организацию возведения конструктивных элементов монолитных зданий. При
помощи метода экспертных оценок установлены степени значимости факторов
системы (синаптические веса). Отмечена необходимость учета всех основных
влияющих факторов модели для достижения объективной характеристики
эффективности организационного процесса.
3. Для определения эффективности применяемых организационно-
технических решений сформирован алгоритм расчета и предложена авторская
параметрическая модель на базе искусственной нейронной сети для расчета
комплексного показателя качества организационно-технических решений,
учитывающая влияющие факторы и параметры на всех этапах строительства.
Произведена настройка параметрической системы, установлены граничные и
нормальное значения комплексного показателя качества организационно-
технических решений. Установлена зависимость между сроком возведения
конструктивных элементов монолитных зданий и комплексным показателем
качества ОТР.
4. Разработана методика оптимизации организации возведения
конструктивных элементов монолитных зданий на основе комплексного
показателя качества организационно-технических решений, содержащая 7 шагов
реализации. Системный подход к влияющим факторам и их детерминация
позволили учесть влияние на организацию процесса на трех уровнях: состояние
параметров – характеристика ресурсов и окружающей среды; состояние факторов –
характеристика организационных структур; комплексный показатель качества –
комплексная характеристика эффективности организации процесса.
Предложенные рекомендации для повышения эффективности организационно-
технических решений позволяют привести как единичные показатели факторов,
так и комплексный показатель качества в целом к нормальному значению.
5. По результатам апробации результатов диссертационного
исследования на объекте «многофункциональный жилой комплекс» достигнуто
сокращение сроков возведения конструктивных элементов монолитного здания на
27 дней относительно нормативного, снижение стоимости работ составило
156 387 127,26 руб., или 4 % относительно сметной стоимости. Эффект от
применения разработанной методики заключается в сокращении сроков
возведения конструктивных элементов, что благоприятно отражается на экономике
строительства объектов.
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы
Возможным направлением развития исследования является расширение
области применения. Адаптация методики оптимизации организации процессов и
обучение искусственной нейронной сети позволяют охватить обширный спектр
зданий и сооружений по их назначению, а также применить методику к
организации различных строительных процессов.
Актуальной задачей развития направления остается расширение обучающих
примеров для искусственной нейронной сети в виде статистических данных с
объектов, завершенных строительством.
Публикации автора в научных журналах
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (211 отзывов)
5 (8 отзывов)
4.9 (20 отзывов)
4.2 (5 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
4.2 (6 отзывов)
4.9 (298 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
5 (428 отзывов)
