Организационно-технологическое обеспечение комплексного повышения эксплуатационных качеств монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий (на примере строительного комплекса Урала) : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.23.08

Актуальность исследования. К наиболее важным объектам для совер-
шенствования эксплуатационных качеств (ЭК) в гражданском строительстве следует отнести здания с монолитным и сборно-монолитным железобетонным каркасом, вследствие доминирования этих строительных систем на рынке. Для существенного повышения ЭК необходимы новые методические подходы, сти- мулирующие поиск рациональных архитектурно-строительных и организацион- но-технологических решений. Основная ценность подобных методик заключает- ся в выявлении и реализации возможностей осуществления качественных изме- нений на разных этапах жизненного цикла здания. Одним из вариантов решения такой задачи является комплексный подход, ставший методической основой си- стемного инжиниринга, применяемого в лучших бизнес-проектах зарубежной и отечественной промышленности.
В связи с существующими технико-экономическими возможностями участников жизненного цикла здания, комплексный подход в повышении ЭК зданий можно реализовать только при выделении приоритетных направлений. Современная практическая деятельность участников по совершенствованию ЭК гражданских зданий не содержит методической основы и носит во многом слу- чайный характер, не позволяющий реализовать комплексный подход. Отмечен- ный недостаток характерен для многих ее аспектов, включая организационно- технологическое обеспечение, которое определяется интенсивностью внедрения новых организационно-технологических и конструктивных решений, получен- ных на экспериментальной и изобретательской основе.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки методической основы, а также взаимосвязанных организационно- технологических и конструктивных решений, обеспечивающих комплексное по- вышение ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Степень разработанности темы исследования. Совершенствованием строительно-технологических решений на основе комплексного анализа занима- лись отечественные ученые: Афанасьев А.А., Байбурин А.Х., Батаев Д.К-С., Бо-
5
лотин С.А., Булгаков С.Н., Вержбовский Г.Б., Вильман Ю.А., Волков А.А., Го- ловнев С.Г., Гусаков А.А., Завадскас Э.-К.К., Заренков В.А., Крылов В.Г., Лапи-
дус А.А., Мищенко В.Я., Олейник П.П., Панибратов Ю.П., Теличенко В.И. и др. В методологии проектирования зданий с ориентацией на важнейшие груп- пы ЭК (надежность и безопасность) следует отметить работы: Авирома Л.С., Балдина В.А., Батя А.А., Болотина В.В., Бондаренко В.М., Гвоздева А.А., Коло- тилкина Б.М., Колчунова В.И., Перельмутера А.В., Райзера В.Д., Ржаницы- на А.Р., Рогонского В.А., Семченкова А.С., Тимашева С.А., Травуша В.И., Ша-
пиро Г.И. и др.
Исследования в области совершенствования технологических процессов
возведения монолитных и сборно-монолитных зданий для повышения их ЭК со- держатся в трудах: Арбеньева А.С., Афанасьева А.А., Бадьина Г.М., Версто- ваВ.В., ГныриА.И., КолчеданцеваЛ.М., КрасновскогоБ.А., МацкевичаА.Ф., Миронова С.А., Мордича А.И., Несветаева Г.В., Николаева С.В., Пухарен- ко Ю.В., Шембакова В.А., Юдиной А.Ф. и многих других, включая исследовате- лей, указанных выше.
Исследования в области повышения ЭК ограждений монолитных и сбор- но-монолитных гражданских зданий содержатся в работах: Ананьева А.И., Ва- тинаН.И., ГринфельдаГ.И., ГроздоваВ.Т., ДеркачаВ.Н., ИщукаМ.К., Лобо- ва О.И., Орловича Р.Б. и др.
Анализ публикаций показал недостаточную проработанность проблемы комплексного повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, связанных с его организационно-технологическим обеспечением.
Цель, гипотеза и задачи исследования.
Цель исследования − разработка методических, организационно- технологических и конструктивных решений, обеспечивающих комплексное по- вышение ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий (на приме- ре строительного комплекса Урала).
В диссертации сформулирована гипотеза о том, что процесс комплексного повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий возмож-

6
но осуществить за счет повышения ключевых параметров инженерно- функциональных ЭК при реализации метода распределенного1 повышения каче-
ства строительной продукции.
Объект исследования – эксплуатационные качества монолитных и сборно-
монолитных гражданских зданий.
Предмет исследования – методы и технологии повышения эксплуатаци-
онных качеств монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Задачи исследования
1. Определить структуру ЭК монолитных и сборно-монолитных граждан- ских зданий, соответствующую концепции жизненного цикла строительного объекта, выявить содержание ЭК для учета потребностей участников жизненно- го цикла здания.
2. Разработать методику анализа ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий с целью оценки их значимости и приоритета в совершен- ствовании.
3. Разработать модель комплексного подхода к решению задачи повыше- ния ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и алгоритм ее практической реализации.
4. Оопределить методические и организационные условия получения до- стоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и разработать ее алгоритм (на примере деятельности участника жизненного цикла здания);
5. Разработать методику оценки инновационного потенциала монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий для определения приоритетов в их совершенствовании, а также систему оценивания готовности специалиста к строительной экспертизе, позволяющую ее реализовать с достоверными резуль- татами.
1 Распределенность в повышении качества означает согласованное и взаимосвязанное использование основными участниками жизненного цикла здания методико-технологических ресурсов, соответству- ющих специфике их профессиональной деятельности, а также интересам в повышении ЭК здания.

7
6. Разработать и экспериментально обосновать конструктивно-
технологические решения несущих и ограждающих конструкций, обеспечиваю- щие повышение ключевых параметров ЭК несущих и ограждающих конструк- ций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, а также комплект технологических карт по реализации предложенных решений.
Научная новизна исследования заключается в следующем.
1. Предложена структура ЭК монолитных и сборно-монолитных граждан- ских зданий, соответствующая положениям теории строительной квалиметрии, которая позволяет использовать для анализа ЭК концепцию жизненного цикла строительного объекта (здания); выделены различные аспекты и содержание ЭК для учета потребностей участников жизненного цикла здания2. Расширена науч- ная классификация ЭК.
2. Предложена методика применения графоаналитического анализа с ис- пользованием теории графов (метод замощения плоскостей) для определения ключевых параметров, позволяющих систематизировать и ранжировать ЭК мо- нолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
3. Разработана модель комплексного подхода к повышению ЭК за счет ин- теграции возможностей, выявляемых анализом распределенных взаимодей- ствий, а также методико-технологических ресурсов основных участников жиз- ненного цикла монолитного и сборно-монолитного гражданского здания, а так- же алгоритм ее практической реализации.
4. Определены методические и организационные условия получения до- стоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, разработан ее общий алгоритм (на примере деятельности строительного кон- троля заказчика). Разработана система оценивания готовности специалиста к строительной экспертизе (патент РФ No 2675141) для достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, а также инновационно- го потенциала сборно-монолитных систем.
2 В работе не рассматривается конечный этап жизненного цикла – снос и утилизация здания.

8
5. Предложена методика оценки инновационного потенциала систем сбор-
но-монолитных гражданских зданий, для определения приоритетов в их совер- шенствовании.
6. Предложен комплекс новых конструктивно-технологических решений, защищенных 20 патентами РФ на изобретения и полезные модели, обеспечива- ющих повышение ключевых параметров ЭК несущих и ограждающих конструк- ций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий с высокой техноло- гической надежностью.
Положения, выносимые на защиту
1. Структура ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий и методика применения графоаналитического анализа для определения их ключе- вых параметров.
2. Модель комплексного подхода к повышению ЭК монолитных и сборно- монолитных гражданских зданий и алгоритм ее практической реализации.
3. Алгоритм достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
4. Методика оценки инновационного потенциала систем сборно- монолитных гражданских зданий, для определения приоритетов в их совершен- ствовании.
5. Совокупность новых конструктивно-технологических решений, обеспе- чивающих повышение эксплуатационных качеств несущих и ограждающих кон- струкций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Методологической основой исследования послужил опыт проектирова- ния и возведения монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий; мето- ды натурных, расчётных и экспериментальных исследований параметров их ЭК; современная законодательная и нормативная правовая база в строительстве; ме- тоды математической статистики; метод теории графов и линейной алгебры; ме- тод экспертных оценок; методы системного инжиниринга; структурно- функциональный анализ, а также методы эвристического синтеза технических систем.

9
Область исследования диссертационной работы соответствуют пунктам
паспорта научной специальности 05.23.08 «Технология и организация строи- тельства», а именно пункту 4 «Теоретические и экспериментальные исследова- ния эффективности технологических процессов, выявление общих закономерно- стей путем моделирования и оптимизации организационно-технологических решений», пункту 11 «Разработка научных основ, системного подхода, методов и технологий повышения эксплуатационного качества промышленных и граж- данских зданий с учетом круглогодичного производства работ, инструменталь- ного контроля и способов повышения надежности зданий при их возведении и реконструкции».
Практическая, теоретическая ценность и реализация результатов ис- следований.
Практическая ценность результатов исследований заключается в следу- ющем:
– экспериментально обоснованы технологические способы устройства гибких стержневых и полосовых связей в многослойных кладках из облицовоч- ного кирпича и ячеистобетонных блоков;
– определены оптимальные составы звеньев, нормы времени и нормоком- плекты для производства работ по возведению каркаса гражданского здания в несъемной железобетонной опалубке;
– разработаны и экспериментально обоснованы конструктивно- технологические решения наружных многослойных ненесущих стен с гибкими стержневыми и сетчатыми связями, обеспечивающие повышение ключевых па- раметров ЭК стенового ограждения гражданского здания;
–разработан и экспериментально обоснован комплекс конструктивно- технологических решений (патенты No 2653211, No 2658687, No 2695177, No135671, No145678, No145947, No163122, No170807, No178930, No180555) по возведению каркаса гражданского здания с использованием несъемной желе- зобетонной опалубки, обеспечивающих повышение его ключевых параметров ЭК;

10
– разработан комплект технологического оснащения каменщика (патенты
No 131035, No 133861, No 146614), а также устройство для крепления кладки к пе- рекрытию (патент No 2591707) и конструктивное решение подоконного отлива (патент No 188528), которые позволяют обеспечить повышение ключевых пара- метров ЭК наружного многослойного стенового ограждения с высокой техноло- гической надежностью;
– разработан комплекс технологических решений по монтажу несущих конструкций систем сборно-монолитных гражданских зданий: «РЕКОН»; УДС; КУБ-2,5 (патенты No 2697985, No 2716626, No 2718889, No 156709), позволяющих с высокой технологической надежностью обеспечить возможность повышения ключевых параметров ЭК конструкций каркаса здания;
–разработан и внедрен в производство (строительные организации г. Екатеринбурга) комплект из шести технологических карт по реализации пред- ложенных конструктивно-технологических решений для комплексного повыше- ния ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Значимость работы для теории заключается в следующем:
– усовершенствованы методы и технологии повышения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий;
– усовершенствована классификация ЭК монолитных и сборно- монолитных гражданских зданий и выявлены взаимосвязи между разными ви- дами ЭК;
– разработана модель комплексного подхода к повышению ЭК монолит- ных и сборно-монолитных гражданских зданий на основе их графоаналитиче- ского анализа и выявления ключевых показателей;
–разработан алгоритм практической реализации модели комплексного подхода к повышению ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зда- ний, содержащий возможность получения достоверной оценки ЭК;
– определены условия получения достоверной оценки ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, разработан общий алгоритм достовер- ной оценки ЭК;

11
– разработана методика оценки инновационного потенциала сборно-
монолитных систем гражданских зданий.
Опыт практической реализации результатов исследований свидетельству-
ет о возможности и целесообразности их внедрения в гражданское строитель- ство с целью повышения ключевых параметров ЭК конструкций зданий.
Основные результаты диссертационного исследования внедрены в произ- водственную деятельность одного из крупнейших строительных холдингов Среднего Урала – АО «Корпорация «Атомстройкомплекс», строительной фирмы ООО «СК Система» (г. Екатеринбург), а также в производственную деятель- ность проектной организации ООО «Проектное бюро «Квартал» (г. Екатеринбург), экспертной организации ООО «Агентство «Эксперт-Информ» (г. Екатеринбург)», а также учебный процесс в Институте Строительства и Ар- хитектуры Уральского федерального университета: дисциплины программ бака- лавриата по направлению 08.03.01 «Строительство» (программа «Строительство зданий, сооружений и развитие территории», образовательная траектория «Про- мышленное и гражданское строительство») и магистратуры по направлению 08.04.01 «Строительство» (программы «Организационно-технологические и экономические решения в строительстве» и «Промышленное и гражданское строительство»).
Достоверность научных результатов, полученных в диссертации, обу- словлена: использованием поверенных средств измерений, представительными объемами выборок, адекватными методами обработки экспериментальных дан- ных, и подтверждается практикой реального возведения гражданских зданий, имеющих спрос на строительном рынке городов Среднего и Южного Урала (Екатеринбурга, Челябинска, Первоуральска и других), по разработанным на ос- нове исследований технологическим картам.
Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы диссер- тационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на следующих науч- но-практических конференциях: XI, XIII и XIV Международные научно- практические конференции «Фундаментальные и прикладные исследования,

12
разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт- Петербург, 2011 и 2012 годы); Международная научно-практическая конферен- ция «Строительный комплекс России. Наука. Образование. Практика» (Улан- Удэ, 2012 год); I, II и III Международные конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (Чебоксары, 2012, 2014 и 2016 годы); IV Региональный семинар «Применение изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения» (Екатеринбург, 2012 год); III Ельцинские чтения. Международная научно-практическая конференция «Со- временный город: проектирование строительство и развитие» (Екатеринбург, 2014 год); I Международная научно-практическая конференция «Строительство и экология: теория, практика, инновации» (Челябинск, 2015 год); Международ- ная научно-практическая конференция «Современные строительные материалы, технологии и конструкции» (Грозный, 2015 год); I, III и V Международные кон- ференции «Проблемы безопасности стратегических критичных инфраструктур» (Екатеринбург, 2015, 2017 и 2019 годы); IV Всероссийская научно-практическая конференция «Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: без- опасность, качество, энерго- и ресурсосбережения» (Якутск, 2016 год); X Всероссийская молодежная конференция «Современные технологии. Теория и
практика» (Пермь, 2018 год).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 54 печатных рабо-
тах, общим объемом 41,7 п.л., лично автором – 24,54 п.л., в том числе из них 6 статей в журналах из перечня ВАК, 4 статьи в журналах, входящих в междуна- родную базу цитирования Scopus, 9 патентов РФ на изобретение, 12 патентов РФ на полезные модели. По результатам исследования разработано 6 типовых тех- нологических карт, внедренных в производство. Полный перечень публикаций автора по тематике исследования приведен в приложении Б.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами по каждой из них, общих выводов. Основная часть диссертации содержит 181страницу машинописного текста, в т.ч. 28таблиц, 54рисунка, 20 формул и список использованной литературы из 286 наименований работ

13
отечественных и зарубежных авторов. Приложения к диссертации выполнены на
39 страницах.
Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулирована цель и
поставлены задачи исследования, описаны объект и предмет исследования, оха- рактеризована научная новизна исследований, представлена практическая зна- чимость полученных результатов, а также приведены сведения об апробации, публикациях, структуре и объеме работы.
Первая глава содержит обоснование исследования монолитных и сборно- монолитных зданий для повышения ЭК гражданских зданий. В главе предложен новый подход к классификации и структуре ЭК гражданских зданий, а также к их анализу. Представлены основные достоинства и недостатки монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий, влияющие на их ЭК. В главе опреде- лены (на примере г. Екатеринбурга) сборно-монолитная система и типы наруж- ного ограждения, которые обладают потенциалом для комплексного повышения ЭК; установлены факторы для приоритетного совершенствования организаци- онно-технологического обеспечения ЭК монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.
Вторая глава содержит методику оценки инновационного потенциала сборно-монолитных систем гражданских зданий и графоаналитического анализа для определения ключевых параметров инженерно-функциональных эксплуата- ционных качеств (ЭК) монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий. В главе представлена модель комплексного подхода к повышению ЭК. Разрабо- танный алгоритм практической реализации модели включает методы выделения приоритетных задач и определения возможности их решения разными участни- ками жизненного цикла здания. Приоритетными задачами определены ключевые параметры инженерно-функциональных ЭК. Также в главе, на основе эксперт- ной оценки, сформулированы методические и организационные условия полу- чения достоверной оценки ЭК на примере одного из ключевых его параметров, предложен инструмент повышения достоверности оценки ЭК гражданских мо- нолитных и сборно-монолитных гражданских зданий.

14
Третья глава содержит результаты экспериментальных исследований ЭК
наружных трехслойных и двухслойных стен гражданских монолитных и сборно- монолитных гражданских зданий. Также в главе представлены результаты экс- периментального исследования технологии устройства сборно-монолитных кон- струкций в несъемной железобетонной опалубке.
В четвертой главе представлены, разработанные по результатам проведен- ных исследований, на изобретательской основе, конструктивно-технологические решения, направленные на комплексное повышение ЭК несущих и ограждаю- щих конструкций монолитных и сборно-монолитных гражданских зданий. Так- же в главе приведены основные результаты внедрения авторских разработок.
Благодарность. Автор выражает глубокую благодарность за помощь и поддержку при выполнении диссертационной работы научному руководителю – доктору технических наук, профессору кафедры «Строительное производство и теория сооружений» Южно-Уральского государственного университета А.Х. Байбурину, аспиранту Уральского федерального университета Зотее- вой Е.Э. за помощь в оформлении работы; доктору экономических наук, про- фессору кафедры Систем управления энергетикой и промышленными предприя- тиями» Уральского федерального университета А.П. Исаеву за методическую помощь в подготовке диссертации.