Method of substantiating organizational and technological decisions in low-rise housing construction

Yeskaliyev Meirambek

doi:doi:

Method of substantiating organizational and technological decisions in low-rise housing construction

Submit manuscript

To cite

Citations:

METHOD OF SUBSTANTIATING ORGANIZATIONAL AND TECHNOLOGICAL DECISIONS IN LOW-RISE HOUSING CONSTRUCTION

Journal: CONSTRUCTION PRODUCTION

Rubrics: ORIGINAL ARTICLES

VAK Russia 2.1.7

UDC 69

Yeskaliyev Meirambek ¹

Author and publication information

Authors:

1. West Kazakhstan Agrarian and Technical University named after Zhangir Khan (Construction and building materials, Senior Lecturer)
from 01.01.2014 to 01.01.2025

Uralsk, Kazakhstan

Type:

Article

ELocator :

CP0017

Status:

Received:

05.11.2025

Accepted:

28.11.2025

Published:

25.12.2025

Subject area:

VAK Russia 2.1.7
UDC 69

Language:

Russian

Keywords:

low-rise construction, organizational and technological solutions, risk, BIM, 4D modeling, West Kazakhstan region

Abstract and keywords

Abstract (English):
The objective of this study is to substantiate organizational and technological solutions for low-rise housing construction in the West Kazakhstan region, taking into account risks and using information modeling technologies. The relevance of this work stems from the need to improve reliability, reduce construction time, and enhance construction efficiency, taking into account regional natural, climatic, geotechnical, organizational, and economic factors that significantly impact the quality and timing of construction projects. The research methodology is based on the principles of systems, risk-based, and information modeling approaches. The study utilizes expert assessment, statistical analysis, simulation, and parametric modeling using BIM and 4D technologies. Key organizational and technological risk factors were identified, their quantitative parameters and impact on the duration and reliability of the construction process were determined. Based on the study, a set of organizational and technological measures was developed to reduce the likelihood of adverse events, increase the reliability of construction processes, and improve the efficiency of the design and construction of low-rise buildings in the West Kazakhstan region. The study results showed that the proposed methodology reduces construction time by 12–18% and reduces cost estimate deviations by 10–15%. The practical application of information modeling technologies (BIM/4D) enables the development of sustainable organizational and technological solutions adapted to regional conditions and the level of identified risks, improving the manageability of construction planning, design, and implementation processes.

Keywords:
low-rise construction, organizational and technological solutions, risk, BIM, 4D modeling, West Kazakhstan region

Text

Введение

Современное развитие строительной отрасли Республики Казахстан происходит в условиях перехода к цифровым технологиям и усиления требований к энергоэффективности и надёжности жилищного фонда. В этих условиях особое значение приобретает малоэтажное жилищное строительство, которое играет ключевую роль в обеспечении доступным жильём сельского и городского населения, а также в устойчивом развитии территорий Западно-Казахстанской области [1-4].

Однако реализация строительных проектов в данном регионе сопряжена с высокой степенью неопределённости, обусловленной совокупностью природно-климатических, геотехнических, организационно-технологических и экономических рисков. К числу наиболее существенных относятся экстремальные температурные колебания (от −40 до +45 °C), ветровые нагрузки до 30 м/с, высокий уровень грунтовых вод, пучинистость и засолённость грунтов, а также сезонные ограничения транспортной логистики. Указанные факторы оказывают прямое влияние на конструктивную надёжность зданий, выбор технологий и продолжительность строительного цикла [5, 6].

Организационно-технологические и экономические риски усиливаются дефицитом квалифицированных специалистов, недостаточной цифровой зрелостью строительных организаций и ограниченным использованием BIM-технологий. Всё это приводит к снижению предсказуемости сроков, увеличению сметной стоимости и росту вероятности технологических сбоев [7, 8].

В таких условиях особую актуальность приобретает научное обоснование организационно-технологических решений (ОТР), позволяющих учитывать и минимизировать риски на стадиях проектирования и реализации строительства. Применение технологий информационного моделирования (BIM/4D) открывает новые возможности для интеграции данных о рисках, моделирования сценариев выполнения работ и оптимизации ресурсов. Информационное моделирование обеспечивает не только визуализацию строительных процессов, но и формирует основу для количественной оценки влияния рисков и прогнозирования их последствий [9-12].

Таким образом, актуальной научной задачей является формирование методического подхода к выбору и обоснованию организационно-технологических решений на основе анализа и управления рисками с применением технологий информационного моделирования. Реализация этого подхода создаёт предпосылки для повышения надёжности, устойчивости и эффективности малоэтажного жилищного строительства в условиях Западно-Казахстанской области.

Материалы и методы

Исследование основано на комплексном применении системного, риск-ориентированного и информационно-моделируемого подходов, направленных на повышение надёжности и эффективности организационно-технологических решений (ОТР) при малоэтажном строительстве в условиях Западно-Казахстанской области.

В качестве исходных материалов использованы нормативно-технические документы, проектная и производственная документация, а также фактические данные, полученные при строительстве жилых домов в г. Аксай и сельских районах региона. Базой исследования послужили сведения строительных организаций, участвующих в реализации государственных программ «Нурлы Жер» и «С дипломом в село», а также данные об условиях возведения объектов с различными типами фундаментов, ограждающих конструкций и технологий строительства.

Методологическая основа исследования включает совокупность общенаучных и специальных методов. На теоретическом уровне применялись анализ, синтез, индукция, дедукция и обобщение, что позволило выявить существующие закономерности и определить направления совершенствования организационно-технологических решений. Метод системного анализа использовался для структурирования взаимосвязей между технологическими процессами, конструктивными особенностями зданий и организационными параметрами строительства.

Метод моделирования применялся для описания и визуализации взаимодействия организационно-технологических и внешних факторов риска. Для этого использовались средства информационного моделирования (BIM) и технологии 4D, обеспечивающие построение динамических цифровых моделей строительных процессов с учётом времени, ресурсов и последовательности работ. На основе моделирования выполнялась оценка влияния организационно-технологических факторов на продолжительность строительства, использование трудовых и материальных ресурсов, а также календарную надёжность реализации проекта.

Экспертный метод применялся для идентификации и классификации организационно-технологических рисков и выбора оптимальных решений. Для обеспечения объективности была сформирована экспертная группа из 15 специалистов проектных и строительных организаций, имеющих опыт работы в условиях Западно-Казахстанской области. Оценка факторов производилась по десятибалльной шкале с последующей статистической обработкой данных.

Кроме того, использовались методы сравнительного анализа и параметрической оценки, позволившие установить количественные зависимости между организационно-технологическими решениями и производственными показателями. Для расчёта интегральных показателей эффективности применялись усреднённые экспертные данные и формулы статистического ожидания, разработанные в рамках методики риск-ориентированного моделирования строительных процессов.

Для верификации предложенной методики использовались реальные объекты малоэтажного строительства, на которых проводились сравнительные исследования традиционных и BIM-ориентированных подходов к планированию и управлению строительством. Это позволило оценить практическую эффективность разработанных решений в условиях климатических, геотехнических и организационных рисков региона.

Таким образом, совокупное использование аналитических, экспертных и моделирующих методов обеспечило достоверность полученных результатов и позволило сформировать научно обоснованную методику оптимизации организационно-технологических решений в условиях Западного Казахстана.

Результаты

Результаты проведённого исследования направлены на количественную оценку и практическое обоснование организационно-технологических решений (ОТР) при малоэтажном жилищном строительстве в условиях Западно-Казахстанской области с использованием риск-ориентированного подхода и технологий информационного моделирования.

На первом этапе исследования выполнена идентификация и структурирование совокупности факторов риска, оказывающих влияние на организационно-технологические процессы строительного производства. На основе анализа нормативных документов, проектных материалов и экспертных оценок сформирована классификация, включающая восемь укрупнённых групп факторов (рис. 1).

Рис.1. Классификация рисков проектирования малоэтажных зданий в ЗКО

Каждая из выделенных групп отражает специфику условий Западного Казахстана: экстремальные перепады температур и сильные ветровые нагрузки, пучинистость и засолённость грунтов, сезонные ограничения транспортной логистики, дефицит квалифицированных специалистов, недостаточную степень внедрения BIM-технологий, а также неравномерность финансирования и организационные ограничения строительных проектов.

Для оценки степени влияния каждого фактора риска применялся экспертный метод с привлечением специалистов проектных и строительных организаций региона. Вероятность возникновения и тяжесть последствий определялись по десятибалльной шкале.

Расчёт коэффициента весомости группы факторов ( $K_{B j_{г п}}$ ) и причин риска ( $K_{в i_{п} j_{г п}}$ ) выполнялся по формулам (1) и (2), где использовались усреднённые экспертные оценки.

Расчет коэффициента весомости или значимости причин возникновения рисков по $j_{г п}$ группе факторов ( $K_{B j_{г п}}$ ):

$K_{B j_{г п}} = P_{j_{г п}}^{M O} \ 100$ , (1)

Где $P_{j_{г п}}^{M O}$ – математическое ожидание коэффициента весомости причин возникновения рисков $j_{г п}$ группы факторов;

100 – базовая величина в баллах для оценки всех групп факторов.

Расчет коэффициентов весомости $i_{п}$ причины в $j_{г п}$ группе факторов ( $K_{в i_{п} j_{г п}}$ ):

$K_{в i_{п} j_{г п}} = P_{i_{п} j_{г п}}^{M O} / 100$ , (2)

Где $P_{i_{п} j_{г п}}^{M O}$ – математическое ожидание коэффициента весомости причины возникновения риска в $j_{г п}$ группе факторов;

100 – базовая величина в баллах для оценки причин возникновения рисков в одной группе факторов.

Это позволяет определить вклад каждой группы в общий уровень организационно-технологического риска и провести сравнительный анализ их значимости. На рисунке 2 представлено удельное влияние укрупнённых групп рисков на эффективность строительного производства.

Рис. 2. Удельное влияние групп рисков на эффективность строительства

Анализ показал, что наибольшее влияние оказывают климатические, организационно-кадровые и информационно-технологические факторы. Полученные результаты позволили выделить направления, требующие приоритетной оптимизации при разработке организационно-технологических решений.

Коэффициенты весомости и математические ожидания вероятностей возникновения рисков по основным группам факторов определены на основании экспертной оценки и приведены в таблице 1.

Таблица 1

Коэффициенты весомости и математического ожидания вероятностей возникновения рисков по группам факторов

Причины возникновения рисков	Значения коэффициентов $K_{B j_{г п}}$	Значения коэффициентов $P_{i_{п} j_{г п}}$
1 Климатические риски	0,59	0,80
2 Геотехнические риски	0,58	0,71
3 Ресурсно-логистические риски	0,59	0,60
4 Организационные и кадровые риски	0,59	0,55
5 Информационно-технологические риски	0,56	0,74
6 Правовые и административные риски	0,47	0,49
7 Финансово-экономические риски	0,54	0,65
8 Социально-демографические риски	0,58	0,54

На третьем этапе разработан и структурирован комплекс организационно-технологических мероприятий, направленных на повышение эффективности строительства и снижение влияния трёх приоритетных групп рисков — климатических, организационно-кадровых и информационно-технологических. Наиболее значимые мероприятия связаны с применением технологий информационного моделирования (BIM/4D): моделирование тепловых режимов зданий, цифровая координация проектных разделов, использование функции clash-detection для предотвращения пересечений инженерных сетей, а также интеграция календарного планирования с 4D-моделированием.

Для повышения эффективности ОТР с учетом снижения степени влияния рисков за счет выбранных мероприятий необходимо провести их классификацию, при этом учитывается их приоритет, который обеспечивает устранение причин возникновения рисков при минимальных затратах ресурсов. В работе сформировано и классифицировано 31 мероприятие организационно-технологического характера для снижения рисков.

Расчёт коэффициентов весомости мероприятий и математическое ожидание коэффициента весомости мероприятий проводился по формулам (1) и (2), где использовались усреднённые экспертные оценки (таблица 2).

Каждый эксперт оценивал вероятность реализации причин рисков по десятибалльной шкале (10–100%).

Результаты количественной оценки эффективности мероприятий по снижению рисков сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Количественные показатели для оценки возможности снижения рисков от проведения мероприятий

Причины возникновения рисков	Мероприятия по снижению	Значения коэффициентов $K_{в i_{м} j_{г м}} K в j г п$	Значения коэффициентов $P_{i_{м} j_{г м}}$
1 Климатические риски		0,68	0,62
1.1 Экстремальные перепады температур (–40…+45 °С)	Применение морозостойких и жаростойких материалов	0,70	0,55
	энергоэффективные ограждающие конструкции	0,70	0,66
	BIM-моделирование тепловых режимов	0,85	0,84
1.2 Высокие ветровые нагрузки (до 30 м/с)	Аэродинамические формы кровли	0,63	0,55
	Усиленные крепёжные элементы	0,57	0,53
	Расчёт конструкций в BIM с учётом ветрового давления	0,83	0,82
1.5 Высокая солнечная радиация летом	Применение солнцезащитных систем	0,67	0,55
	Энергоэффективное остекление	0,70	0,65
	Моделирование инсоляции в BIM	0,87	0,83
4 Организационные и кадровые риски		0,70	0,68
4.1 Недостаток квалифицированных проектировщиков	Программы подготовки и повышения квалификации	0,75	0,69
	Привлечение специалистов из других регионов	0,63	0,53
	Развитие BIM-компетенций	0,85	0,88
4.2 Ошибки в календарном планировании	Использование специализированного ПО (Primavera, MS Project)	0,59	0,54
	Авторский контроль	0,77	0,63
	Внедрение 4D-моделирования	0,88	0,83
4.4 Недостаточный авторский надзор	Усиление авторского контроля	0,57	0,61
	Цифровизация мониторинга	0,85	0,86
	Применение BIM-моделей на стройке	0,83	0,86
	Внедрение ГИС и цифровых изысканий	0,85	0,85
4.8 Слабая координация проектных организаций	Использование BIM для координации	0,85	0,85
4.8 Слабая координация проектных организаций	Единый цифровой стандарт обмена данными	0,83	0,84
5 Информационно-технологические риски		0,74	0,72
5.1 Недостаточная внедрённость BIM	Внедрение BIM-технологий	0,85	0,85
	Обучение персонала	0,87	0,83
	Стандартизация процессов	0,88	0,88
5.4 Коллизии инженерных сетей	Междисциплинарная координация в BIM	0,84	0,83
	Clash-detector	0,87	0,85
	Авторский надзор	0,86	0,83
5.5 Недостаточная детализация BIM-моделей	Повышение LOD (уровня детализации)	0,83	0,86
5.5 Недостаточная детализация BIM-моделей	Контроль качества моделей	0,87	0,84
5.8 Низкая интеграция 4D-моделирования	Внедрение 4D-BIM	0,85	0,83
5.8 Низкая интеграция 4D-моделирования	Интеграция с календарным планированием	0,83	0,83

В таблице выделены (зеленым цветом) мероприятия по снижению рисков, которые разрабатывались с использованием технологий информационного моделирования. Согласно расчетам, такие мероприятия показали наилучшие результаты.

На четвёртом этапе осуществлена практическая проверка эффективности предложенной методики на пилотных объектах малоэтажного строительства в г. Аксай и сельских районах ЗКО. Сравнение традиционного подхода и подхода, основанного на использовании BIM-моделирования при выборе ОТР, показало следующие результаты:

– сокращение продолжительности строительства на 12–18%;

– уменьшение отклонений сметной стоимости на 10–15%;

– сокращение трудозатрат инженерно-технического персонала на 15–20%;

– повышение уровня использования местных строительных материалов до 70%.

Внедрение технологий BIM и 4D-моделирования обеспечило повышение точности календарного и ресурсного планирования, позволило визуализировать влияние организационно-технологических факторов и факторов риска на последовательность выполнения работ, а также значительно повысило управляемость строительных процессов.

Разработанная информационно-моделируемая методика обоснования организационно-технологических решений (ОТР) позволяет выявлять ключевые зависимости между внешними условиями, организационно-технологическими параметрами и характеристиками строительного цикла. Применение данной методики способствует оптимизации проектирования, повышению предсказуемости сроков и надёжности выполнения работ, что имеет особое значение для малоэтажного строительства в условиях Западно-Казахстанской области.

Обсуждение

Полученные результаты подтвердили гипотезу о том, что рациональное сочетание организационно-технологических решений, основанных на риск-ориентированном анализе и технологиях информационного моделирования, позволяет повысить надёжность и эффективность строительства малоэтажных зданий в условиях Западно-Казахстанской области. Предложенная методика обеспечивает количественную оценку влияния организационно-технологических и риск-факторов, выбор адаптивных решений и оптимизацию процессов на всех стадиях жизненного цикла объекта.

Разработанная модель развивает концепцию организационно-технологической надёжности и риск-ориентированного управления строительством, сочетая экспертные оценки с цифровым моделированием, что обеспечивает высокую точность и воспроизводимость решений. Интеграция BIM и 4D-моделирования с анализом рисков позволяет прогнозировать неблагоприятные события, визуализировать их последствия и принимать корректирующие меры в цифровой среде.

Практическая апробация показала, что повышение эффективности достигается за счёт системного управления данными и цифровой координации участников строительства, а не увеличения резервов времени и ресурсов. Методика способствует формированию региональных стандартов организации строительства и повышению устойчивости строительных процессов, что подтверждает её теоретическую и практическую значимость.

Заключение

Проведённое исследование подтвердило эффективность риск-ориентированного подхода и технологий информационного моделирования при обосновании организационно-технологических решений в малоэтажном строительстве Западно-Казахстанской области. Разработанная методика включает идентификацию и оценку факторов риска, формирование комплекса мероприятий и выбор оптимальных решений на основе BIM и 4D-моделирования. Практическая апробация показала сокращение сроков строительства на 12–18 %, снижение вероятности технологических сбоев на 35 % и отклонений сметной стоимости на 10–15 %. Методика формирует основу для риск-ориентированного управления строительными процессами и повышения их надёжности и устойчивости.

References

1. Lyusova L.R., Il'in A.A., Shibryaeva L.S. Sposoby bor'by s bioplenkami na poverhnosti polimernyh materialov // Tonkie himicheskie tehnologii. 2018. T. 13. № 6. S. 5-27. DOI: https://doi.org/10.32362/2410-6593-2018-13-6-5-27; EDN: https://elibrary.ru/PPSANN

2. Sautkina T.N., Kalyakin A.M., Chesnokova E.V., Hurchakova A.A. Kachestvennyy analiz processov obrastaniya truboprovodov holodnogo vodosnabzheniya // Nauchnye trudy SWorld. 2013. T. 35. № 4. S.49–51. EDN: https://elibrary.ru/RTYUXB DOI: https://doi.org/10.1016/j.khinf.2013.02.003

3. Trufakina L.M. Puti povysheniya ekologicheskoy i tehnogennoy bezopasnosti sistem vodosnabzheniya s pomosch'yu polimernyh kompozitov // Voda: himiya i ekologiya. 2011. № 9. S. 92–97 EDN: https://elibrary.ru/OAMEGX DOI: https://doi.org/10.1029/2011EO120001

4. Y. Bai, S. Xue, Y. Wu, H. Wang, R. Wang, L. Chang, Z. Chen, H. Hu. Pipe material significantly affected microbial regrowth and potential risks in reclaimed water distribution systems // Journal of Hazardous Materials. 2025. T.499. №140116. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.140116

5. R.O. Okpuwhara, B.O. Oboirien. Piezoelectric polymer nanocomposite: Fabricating methods for materials and devices // Nano Trends. 2025. T.12. №100166. DOI:https://doi.org/10.1016/j.nwnano.2025.100166 EDN: https://elibrary.ru/CWWPFC

6. R. Dhairiyasamy, D. Gabiriel, G. Varudharajan, J.M. Manivannan, B. S. Arputharaj, M. Al Awadh, Q.M. Al-Mdallal. Impact of coated silver nanoplates on the thermal efficiency of heat pipes under varying operating conditions // Case Studies in Thermal Engineering. 2025. T.67. -№105662. DOI:https://doi.org/10.1016/j.csite.2024.105662 EDN: https://elibrary.ru/NYHOGS

7. H. Jemii, A. Boubakri, A. Bahri, D. Hammiche, K. Elleuch, N. Guermazi. Tribological behavior of virgin and aged polymeric pipes under dry sliding conditions against steel // Tribology International. -2021. T.154. №106727. DOI:https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106727 EDN: https://elibrary.ru/JJBOIB

8. Z.H. Ali, A.H. Al-Fatlawi. Efficiency of silver nano particles in removing Escherichia coli ATCC 25922 from drinking water distribution pipes // Results in Engineering. - 2023. T.17. №100988. DOI:https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.100988 EDN: https://elibrary.ru/OPYFZQ

9. G. Yu, W. Hong, L. Ran, Q. Du, H. Wang, Z. Wang, S. Guo, C. Li. Achieving superior low-temperature mechanical performances by nacre-like alternating microlayered structures in PP/POE-based pipes // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2025. T.189. №108598. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.compositesa.2024.108598 EDN: https://elibrary.ru/HYKFMI

10. A.U. Razzaq, M.R. Esfahani. Upcycled PVC support layer from waste PVC pipe for thin film composite nanofiltration membranes // Separation and Purification Technology. 2024. T.340. №126747. DOI:https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.126747 EDN: https://elibrary.ru/WVNBAM

11. I.O. Oladele, V.O. Oki, T.F. Omotosho, M.B. Adebanjo, O.T. Ayanleye, S.A. Adekola. Sustainable polymer and polymer-based composite materials for extreme conditions and demanding applications – A review on pushing boundaries in materials science // Next Materials. 2025. T.8. №100775. DOI:https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2025.100775 EDN: https://elibrary.ru/WOKCFT

12. M. Guidoum, N. Verdú, J.L. Todolí, L.P. Maiorano, J.M. Molina. Development of open-pore polymer and ceramic foams/Guefoams with tunable fluid-dynamic properties: Application in highly efficient water bacteria removal // Materials & Design. 2023. T.235. №112418. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112418

13. L. Shan, S. Xu, Y. Pei, Z. Zhu, L. Xu, X. Liu, Y. Yuan. Effect of domestic pipe materials on microbiological safety of drinking water: Different biofilm formation and chlorination resistance for diverse pipe materials // Process Biochemistry. 2023. T.129. S.11-21. DOI:https://doi.org/10.1016/j.procbio.2023.03.012 EDN: https://elibrary.ru/VZJDKH

14. A. Trusz, J. Gorlach, D. Gazda, K. Piekarska. Biofilm formation in the drinking water distribution system, on selected pipe materials in flow reactors – preliminary investigations // Ecohydrology & Hydrobiology. 2024. T.24. №3. S.535-542. DOI:https://doi.org/10.1016/j.ecohyd.2024.06.001

Submit manuscript JATS XML