Russian Federation
from 01.01.2009 to 01.01.2026
Russian Federation
Russian Federation
UDC 69.05
The article discusses the features of construction management in the erection of structures made of high-strength concrete (HSC). The technological sensitivity of these materials necessitates the development of specialized tools for making organizational decisions at all levels of the investment and construction project life cycle. The purpose of the study is to develop an algorithm for organizational and technological analysis that allows structuring the procedure for preparing and making decisions when organizing work with HSC. The research methodology is based on system and process approaches, methods of decomposition, analytic hierarchy process and organizational and technological modeling. The algorithm was formed on the basis of structuring the project life cycle according to the hierarchy "phase – stage – step". It is shown that the lack of a formalized algorithm complicates the decision-making process and reduces the controllability of construction production. The developed algorithm makes it possible to increase the validity of organizational and technological decisions. Approbation at a facility with class B60 concrete confirmed its effectiveness: reducing the duration of the preparatory period by 15%, no downtime and costs for defect correction. The theoretical significance lies in the development of the methodology of organizational and technological analysis in relation to materials with increased technological sensitivity based on a three-level hierarchy of the life cycle. The practical significance is the possibility of using the algorithm by design and construction organizations to improve the quality of production preparation, reduce construction time and ensure defect-free erection of high-strength concrete structures.
organization of construction production, high-strength concrete, algorithm, organizational and technological analysis, project life cycle, analytic hierarchy process
Введение
Современная практика возведения уникальных и высотных объектов характеризуется расширением применения высокопрочных бетонов (ВБ) классов В60 и выше [1,2,3]. Использование ВБ позволяет обеспечивать требуемые прочностные характеристики [1,4] конструкций при оптимизации их сечений и снижении массы возводимых объектов. Высокопрочные бетоны обладают повышенной технологической чувствительностью [1,4,5,6,7]: ограниченным временем сохранения подвижности (для В 60 –60- 120 мин, В80 – 60-75 мин, для В100 – 45-60 мин), интенсивным тепловыделением, критичностью к параметрам транспортировки, укладки и ухода за бетоном. Указанные особенности усложняют процессы организации строительного производства [8,9]. Нарушение временных параметров подачи смеси, несогласованность логистики, ошибки в планировании захваток и режимов бетонирования приводят к отклонениям от проектных характеристик [5,8,10] и увеличению сроков выполнения работ. В существующей практике организационно-технологические решения по бетонным работам ориентированы на традиционные составы и не предусматривают формализованной процедуры анализа [9,11,12,13] применительно к высокопрочным бетонам. Принятие решений осуществляется по отдельным стадиям без системной увязки, что затрудняет выявление этапов, наиболее чувствительных к технологической специфике ВБ.
Таким образом, актуальной задачей является разработка алгоритма организационно-технологического анализа, обеспечивающего системное обоснование решений при возведении объектов из ВБ.
Областью исследования являются методы организации строительного производства и организационно-технологического проектирования при возведении объектов с применением ВБ.
Предметом исследования являются организационно-технологические процессы и связи на этапах жизненного цикла проекта при использовании ВБ.
Цель исследования – разработка и апробация алгоритма организационно-технологического анализа, основанного на идентификации и детальной проработке этапов жизненного цикла, наиболее чувствительных к специфике ВБ.
Гипотеза: предварительная идентификация критически значимых этапов методом анализа иерархий и их последующая организационно-технологическая проработка позволят повысить согласованность решений и снизить вероятность отклонений [14,15].
Научная новизна заключается в разработке алгоритма, основанного на трехуровневой декомпозиции жизненного цикла («фаза – стадия – этап») и использовании метода анализа иерархий для выявления этапов, критически значимых для применения ВБ, с последующей их детальной проработкой.
Практическое значение – возможность применения алгоритма для повышения обоснованности решений, сокращения сроков планирования и подготовительного периода.
Материалы и методы
Методологической основой исследования является системный подход [8,9,11] к организации строительного производства, в рамках которого процесс возведения объектов с применением высокопрочных бетонов рассматривается как совокупность взаимосвязанных организационно-технологических процессов, реализуемых на различных уровнях жизненного цикла инвестиционно-строительного проекта.
В рамках системного подхода применён метод декомпозиции [9,11], для структурирования жизненного цикла по иерархии «фаза – стадия – этап» (выделены 4 фазы, внутри них – стадии и этапы).
Для идентификации этапов, наиболее чувствительных к технологической специфике высокопрочных бетонов, использован метод анализа иерархий (МАИ) [14,15]. Метод позволил сформировать иерархическую модель принятия решений, целью которой является выявление этапов жизненного цикла, критически значимых при применении ВБ.
- критерии оценки (К1- влияние на свойства бетона, К2 - чувствительность к временным параметрам, К3- влияние на продолжительность строительства, К4-сложность контроля);
- альтернативы— 47 этапов жизненного цикла проекта.
Экспертная группа из 5 специалистов выполнила попарные сравнения по шкале Саати. Рассчитывались векторы приоритетов, индекс и отношение согласованности (ОС<0,1)[11].
Для детальной проработки выявленных значимых этапов применён метод организационно-технологического моделирования [9,12,13], предусматривающий построение логических моделей процессов с определением: состава задач, ответственных участников, входной и выходной информации, взаимосвязей между этапами.
При разработке параметров строительного потока для этапов, связанных с бетонированием конструкций из ВБ, использованы методы поточной организации строительства [8,9]. Выполнялись расчёты допустимого времени укладки смеси на захватке, требуемой интенсивности подачи, минимального размера захватки и шага потока с учётом времени сохранения подвижности смеси и условий строительной площадки.
Анализ нормативно-технической документации проводился с учётом требований действующих сводов правил и стандартов, включая СП 48.13330.2019 «Организация строительства», СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции», СП 468.1325800.2019 «Конструкции из высокопрочного бетона», а также ГОСТ 26633–2015 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые» [16,5,6,8].
Апробация разработанного алгоритма осуществлялась на объекте строительства с применением высокопрочного бетона класса В60. В ходе апробации фиксировались фактические показатели продолжительности этапов, наличие простоев, количество корректировок организационно-технологической документации и затраты на устранение дефектов.
Результаты и обсуждение
На первом этапе исследования выполнен системный анализ жизненного цикла инвестиционно-строительного проекта [8,9] применительно к возведению объектов из высокопрочных бетонов. Процесс строительства был рассмотрен как целостная организационно-технологическая система, включающая взаимосвязанные фазы, стадии и этапы.
Анализ показал, что не все традиционно выделяемые стадии жизненного цикла оказывают влияние на специфику применения высокопрочных бетонов. Часть стадий не формирует дополнительных технологических ограничений и не изменяет организационную структуру строительного производства. В связи с этим была выполнена первичная фильтрация: из общей структуры исключены стадии, не связанные с технологической чувствительностью высокопрочных бетонов.
В результате сформирована уточнённая иерархическая модель жизненного цикла, включающая четыре фазы — инициацию, планирование, реализацию и завершение — и только те стадии, которые оказывают влияние на параметры подготовки и выполнения бетонных работ. Полученная структура представлена на рисунке 1.
Рис. 1 Иерархическая структура жизненного цикла инвестиционно-строительного проекта (после системного анализа)
После формирования уточнённой структуры жизненного цикла был выполнен количественный анализ значимости отдельных этапов. Для этого применён метод анализа иерархий, в качестве критериев оценки рассматривались влияние этапа на обеспечение требуемых свойств бетона (К1) [1,5,4,7], чувствительность к временным параметрам технологического цикла (К2) [5,6], воздействие на общую продолжительность строительства (К3) [8], уровень организационной сложности и риск возникновения отклонений (К4) [9,10]. Экспертная оценка проводилась по шкале попарных сравнений с последующей проверкой согласованности матриц.
Для каждой матрицы парных сравнений рассчитывались вектор приоритетов, индекс согласованности (ИС) и отношение согласованности (ОС) по стандартным формулам. Значения ОС для всех матриц не превысили 0,1 [14], что подтверждает приемлемую согласованность экспертных суждений. Расчёт глобальных приоритетов позволил выделить этапы, оказывающие наибольшее влияние на специфику применения высокопрочных бетонов. На рисунке 2 представлена корреляционная матрица, иллюстрирующая взаимосвязь между критериями оценки (К1- К4) и глобальными приоритетами этапов.
Рис.2 Корреляционная матрица взаимосвязи критериев оценки (К1-К4) и глобального приоритетов этапов
Корреляционная матрица подтверждает сильную положительную связь всех четырёх критериев с глобальным приоритетом этапов. Наибольший коэффициент корреляции соответствует критерию К3 (0,98), что указывает на определяющее влияние продолжительности строительства на итоговый приоритет. Высокие значения К2 (0,86) и К4 (0,85) также подтверждают значимость временных параметров и сложности контроля, что полностью согласуется с экспертными оценками, полученными на этапе ранжирования.
В отличие от предыдущего этапа исследования, где исключались целые стадии, здесь была выполнена более тонкая фильтрация – на уровне отдельных операций. В результате из общей совокупности 47 этапов отобраны 17 этапов, которые требуют специальной организационно-технологической проработки. Фрагмент результатов ранжирования представлен в таблице 1, а выделенные значимые этапы показаны на рисунке 3.
Таблица 1
Результаты ранжирования этапов по глобальному приоритету (фрагмент)
|
№ |
Этап |
Наименование этапа |
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
Глобальный |
Ранг |
|
1 |
2.2.2. |
Формирование |
0,089 |
0,124 |
0,093 |
0,076 |
0,095 |
1 |
|
2 |
2.2.3. |
Планирование |
0,076 |
0,112 |
0,087 |
0,082 |
0,087 |
2 |
|
3 |
3.1.3. |
Подготовка площадки |
0,068 |
0,108 |
0,079 |
0,071 |
0,080 |
3 |
|
4 |
2.1.2. |
Разработка стадии «П» |
0,092 |
0,054 |
0,068 |
0,093 |
0,079 |
4 |
|
5 |
3.3.1. |
Устройство фундаментов |
0,084 |
0,076 |
0,072 |
0,064 |
0,076 |
5 |
|
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
17 |
1.2.2. |
Формирование |
0,047 |
0,048 |
0,048 |
0,047 |
0,048 |
17 |
Рис.3. Результаты идентификации значимых этапов (на основе МАИ)
Этапы, относящиеся к фазе завершения (стадии 4.1- 4.3), не вошли в число значимых (глобальный приоритет менее 0,01), что подтверждает их несущественность для специфики ВБ [13,17]. Остальные этапы (например, 1.1.1, 1.1.3, 3.1.1, 3.2.1–3.2.3 и др.) признаны неспецифичными для ВБ – и не требуют дополнительной проработки. Таким образом, сформирована двухступенчатая процедура отбора: сначала структурное уточнение жизненного цикла на основе системного анализа (исключение целых стадий), затем ранжирование и выделение критически значимых этапов методом анализа иерархий.
Для выделенных 17 значимых этапов выполнена детальная проработка методом организационно-технологического моделирования. Для каждого этапа определены состав задач с учётом специфики ВБ, ответственные, входная/выходная информация, методы. Фрагмент детализации приведён в таблице 2.
Таблица 2
Детализация значимых этапов (фрагмент)
|
Этап |
Наименование |
Состав задач с учётом ВБ |
Ответственные |
Входная информация |
Выходная информация |
Методы |
|
2.2.2. |
Формирование |
Учёт t_ж при расчёте продолжительности циклов бетонирования; |
ПТО, технолог |
Объёмы работ, t_ж ВБ, |
Календарный график |
Сетевое планирование, |
|
2.2.3. |
Планирование |
Расчёт потребности в ВБ по этапам; определение |
ПТО, снабжение |
t_ж, удалённость завода, |
План поставок, |
Логистическое моделирование |
|
3.1.3. |
Подготовка площадки |
Уточнение фактических свойств ВБ; |
Технолог, лаборатория |
Паспортные данные ВБ |
Подтверждение свойств, |
Лабораторные испытания, |
Особое внимание уделено этапам, связанным с расчётом параметров строительного потока для бетонирования конструкций из ВБ [16,5,8]. На этапе 3.1.3 (подготовка площадки к производству работ) выполнялись следующие расчёты:
- допустимое время укладки на захватке: ,
- требуемая интенсивность подачи смеси: ,
- минимальный размер захватки из условия непрерывности бетонирования:
- шаг потока:
где – время сохранения подвижности смеси (по паспорту завода), мин;
– время транспортировки, мин;
– время на маневры и перестановку оборудования (10–15 мин);
– объём бетона на захватке, м³;
– производительность бетононасоса, м³/ч;
– рациональный размер захватки, м² (в диапазоне от до по условию тепловыделения);
– производительность звена бетонщиков, м²/смену.
Проведённые расчёты показали, что параметры организационной подготовки – график подачи, размер захватки и согласование интенсивности потока – оказывают решающее влияние на стабильность процесса. На основе этой детализации был собран общий алгоритм организационно-технологического анализа (рисунок 4), охватывающий фазы инициации, планирования, реализации.
Рис. 4. Общий алгоритм организационно-технологического анализа
Разработанный алгоритм был применён при строительстве– многофункционального комплекса, в условиях плотной городской застройки. Высокопрочный бетон класса В60 применялся в подземной части зданий. Сравнение показателей до и после внедрения алгоритма приведено в таблице 3.
Таблица 3
Результаты апробации алгоритма
|
Параметр |
Без применения |
С применением |
Методика расчёта |
|
Продолжительность фазы планирования |
65 дней |
52 дня |
Фиксировалась фактическая продолжительность |
|
Продолжительность подготовительного периода |
45 дней |
38 дней |
Фиксировалась фактическая продолжительность |
|
Наличие корректировок |
7 |
2 |
Количество зарегистрированных изменений |
|
Простои из-за несогласованности |
4 смены |
0 смен |
Фиксировалось время ожидания поставок ВБ |
|
Соответствие проектных |
0,87 |
0,98 |
Отношение фактической продолжительности |
|
Затраты на исправление дефектов |
380 тыс. руб. |
0 руб. |
Фактические затраты на устранение брака |
Расчёт экономического эффекта от внедрения алгоритма:
Применение двухступенчатой процедуры (системный анализ + МАИ) позволило объективно выделить из 47 этапов 17 критически значимых для применения ВБ. Расчётные значения ОС<0,1 подтверждают достоверность экспертных оценок. Включение стадии 2.1 в число значимых соответствует практике, поскольку именно здесь формируются проектные решения, определяющие возможность применения ВБ. Исключение фазы завершения подтверждено низкими значениями глобальных приоритетов (<0,01).
Разработанный алгоритм позволяет сконцентрировать ресурсы на критических точках и обеспечить преемственность решений. Расчётные зависимости для параметров потока, адаптированные к ограниченному времени жизнеспособности смеси, обеспечивают непрерывность бетонирования и исключают образование «холодных» швов [5,6,4]. Полученные результаты согласуются с выводами исследований о необходимости учёта технологической чувствительности ВБ на этапах планирования и подготовки производства.
Практическая апробация подтвердила эффективность алгоритма [10,13]: сокращение сроков на 20% и 15%, отсутствие простоев и дефектов, соответствие проектных и фактических параметров (98%). Результаты подтверждают выдвинутую гипотезу. Дальнейшие исследования целесообразно направить на адаптацию алгоритма для В100 и выше и интеграцию с BIM.
Заключение
В результате системного анализа и декомпозиции жизненного цикла инвестиционно-строительного проекта выделены четыре основные фазы (инициация, планирование, реализация, завершение) и соответствующие им стадии, что позволило структурировать организационно-технологические задачи при возведении объектов из высокопрочных бетонов.
С применением метода анализа иерархий (МАИ) из 47 этапов жизненного цикла идентифицированы 17 этапов, критически значимых для обеспечения качества и сроков при применении ВБ. Установлено, что этапы фазы завершения не оказывают существенного влияния на специфику работ с ВБ и могут выполняться по стандартным регламентам.
Для идентифицированных значимых этапов с использованием организационно-технологического моделирования разработан алгоритм, регламентирующий последовательность выполнения задач, состав участников, входную и выходную информацию, а также методы контроля с учётом технологической чувствительности ВБ. Приведены расчётные зависимости для определения параметров строительного потока (допустимого времени укладки, интенсивности подачи смеси, размеров захваток, шага потока).
Апробация разработанного алгоритма на объекте строительства с применением бетона класса В60 подтвердила его эффективность: сокращение продолжительности фазы планирования на 20%, подготовительного периода на 15%, отсутствие простоев и затрат на исправление дефектов, достижение проектных прочностных характеристик.
Практическое использование предложенного алгоритма позволяет повысить обоснованность организационно-технологических решений, обеспечить устойчивость строительного производства и снизить риски при возведении объектов из высокопрочных бетонов.
1. Bazhenov, Yu. M., Alimov, L. A., Voronin, V. V. Tekhnologiya betona, stroitel’nykh izdeliy i konstruktsiy [Technology of Concrete, Building Products and Structures]. Moscow: ASV, 2020. 172 p. ISBN 978 5 4323 0029 4.
2. SP 63.13330.2018. Betonnye i zhelezobetonnye konstruktsii. Osnovnye polozheniya [Concrete and Reinforced Concrete Structures. Basic Provisions]. Ministry of Construction of the Russian Federation. Moscow, 2018. 211 p.
3. SP 468.1325800.2019. Konstruktsii iz vysokoprochnogo betona [Structures Made of High Strength Concrete]. Ministry of Construction of the Russian Federation. Moscow, 2019. 78 p.
4. GOST 266332015. Betony tyazhyolye i melkozernistye. Tekhnicheskie usloviya [Heavy and Fine Grained Concretes. Specifications]. Standartinform. Moscow, 2019. 37 p.
5. Lavrov, I. Yu., Beregovoy, V. A. Vysokofunktsional’nye betony dlya promyshlennogo stroitel’stva i mashinostroeniya [High Performance Concretes for Industrial Construction and Mechanical Engineering] // Stroitel’nye materialy [Construction Materials]. 2024. No. 12. P. 42–48. DOIhttps://doi.org/10.31659/0585 430X 2024 831 12 42 48. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-831-12-42-48; EDN: https://elibrary.ru/XKCEOG
6. Murtazaev, S.A. Yu., Salamanova, M. Sh. Vysokokachestvennye betony dlya monolitnogo stroitel’stva [High Quality Concretes for Monolithic Construction] // Ekonomika stroitel’stva i prirodopol’zovaniya [Economics of Construction and Environmental Management]. 2018. No. 4 (69). P. 137–142. EDN: https://elibrary.ru/ZAQMNV
7. SP 48.13330.2019. Organizatsiya stroitel’stva [Organization of Construction]. Ministry of Construction of the Russian Federation. Moscow, 2019. 145 p.
8. Telichenko, V. I., Terentiev, O. M., Lapidus, A. A. Tekhnologiya vozvedeniya zdaniy i sooruzheniy [Technology of Building and Structure Erection]: textbook for higher education students in the field of “Construction”. 3rd ed., stereotyped. Moscow: Vysshaya shkola, 2006. 445 p. ISBN 5 06 004441 6.
9. Nebritov, B. N. Organizatsionno tekhnologicheskoe proektirovanie [Organizational and Technological Design]: study guide. Ministry of Education and Science of the Russian Federation, Federal Agency for Education, Rostov State University of Civil Engineering. Rostov on Don: Rostov State University of Civil Engineering, 2009. 127 p., ill., tables. EDN: https://elibrary.ru/QNOJYD
10. Topchiy, D. V. Organizatsionno tekhnologicheskoe modelirovanie stroitel’no montazhnykh rabot pri kompleksnoy otsenke rezul’tativnosti pereprofilirovaniya promyshlennykh ob"ektov [Organizational and Technological Modeling of Construction and Installation Works in a Comprehensive Assessment of the Effectiveness of Repurposing Industrial Facilities]: PhD thesis (Cand. Tech. Sci.): 05.02.22. Moscow State University of Civil Engineering. Moscow, 2015. 119 p., ill. EDN: https://elibrary.ru/SMKTDK
11. Saaty, Thomas L. Prinyatie resheniy: metod analiza ierarkhiy [Decision Making: The Analytic Hierarchy Process] / translated from English by R. G. Vachnadze. Moscow: Radio i svyaz’, 1993. 314 p., ill. ISBN 5 256 00443 3.
12. Mustafa, M. A., Al Bahar, J. F. Project Risk Assessment Using the Analytic Hierarchy Process // IEEE Transactions on Engineering Management. 1991. Vol. 38, No. 1. P. 46–52.
13. Zhao, X., Hwang, B. G., Phng, W. Construction Project Risk Management in Singapore: Resources, Effectiveness, Impact, and Understanding // KSCE Journal of Civil Engineering. 2014. Vol. 18, No. 1. P. 27–36. DOIhttps://doi.org/10.1007/s12205 014 0045 x. DOI: https://doi.org/10.1007/s12205-014-0045-x; EDN: https://elibrary.ru/QODXWC
14. Abbas, S., Nehdi, M. L., Saleem, M. A. Ultra High Performance Concrete: Mechanical Performance, Durability, Sustainability and Implementation Challenges // International Journal of Concrete Structures and Materials. 2016. Vol. 10. P. 271–295. DOI: https://doi.org/10.1007/s40069-016-0157-4
15. Akhnoukh, A. K., Elia, H. Developing High Performance Concrete for Precast/Prestressed Concrete Industry // Case Studies in Construction Materials. 2019. Vol. 11. P. e00290. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.cscm.2019.e00290.
16. Adamtsevich, Aleksey Olegovich. Optimizatsiya organizatsii proizvodstvennykh protsessov monolitnogo stroitel’stva s uchetom faktorov vneshney sredy [Optimization of the Organization of Production Processes in Monolithic Construction Considering Environmental Factors]: PhD thesis (Cand. Tech. Sci.): 05.02.22. Moscow State University of Civil Engineering. Moscow, 2013. 122 p.
17. Sobuz, M. H. R., Aditto, F. S., Datta, S. D., Kabbo, M. K. I., Jabin, J. A., Hasan, N. M. S., Khan, M. M. H., Rahman, S. M. A., Raazi, M., Zaman, A. A. U. Z. High Strength Self Compacting Concrete Production Incorporating Supplementary Cementitious Materials: Experimental Evaluations and Machine Learning Modelling // International Journal of Concrete Structures and Materials. 2024. Vol. 18. Art. 67. DOIhttps://doi.org/10.1186/s40069 024 00707 7. DOI: https://doi.org/10.1186/s40069-024-00707-7; EDN: https://elibrary.ru/DTKAYA
