Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
UDC 69.05
The purpose of this article is to quantify the impact of implementing high indoor air quality (IAQ) requirements on the timeframe, cost, and labor intensity of design work, and to develop an optimized network planning scheme for an individual housing construction (IHC) project in the context of its lifecycle management. This article examines the problem of ensuring high IAQ in modern energy-efficient low-rise buildings equipped with integrated heat pump systems. Existing regulations, focused primarily on monitoring CO₂ concentrations, do not take into account outdoor air pollution and chemical emissions from building materials, which contributes to the development of "sick building syndrome" during the operational phase. A residential building with an area of 150 m² is considered as the project. The research methodology is based on network planning methods as a tool for managing lifecycle stages, design cost calculation using the SMETA PIR software package, an analysis of the technological interrelations between the architectural and construction sections and the heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) section, and the calculation of time reserves for dynamic network schedules. It was concluded that these design-stage costs are economically justified due to improved overall lifecycle management efficiency and a significant increase in occupant comfort and health during operation. The study's results provide a methodological basis for developing a digital pre-project planning tool.
network planning, indoor air quality, heat pumps, design optimization, low-rise construction, construction lifecycle
Введение
Под микроклиматом помещений принято понимать состояние внутренней среды, которая образуется следующими параметрами: температурой воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха. В нормативной документации регламентируются два варианта состояния микроклимата: допустимое и оптимальное. Оптимальное положение подразумевает, что не менее 80% людей, находящихся в помещении, будут находится в комфортном состоянии. Допустимый набор параметров предполагает, что длительное нахождение в такой среде может вызвать у человека состояние дискомфорта, ухудшение состояния и понижение работоспособности. В зависимости от назначения помещения меняются и требования к их микроклимату. Например, температура воздуха жилой комнаты считается оптимальной в диапазоне 20-22ºС, для спортивного зала оптимальной считается температура в диапазоне 17-20 ºС. Аналогичным образом классифицируются такие параметры воздуха как влажность и скорость движения воздуха [1].
Действующая нормативная документация классифицирует КВВ для помещений общественных и жилых зданий по уровню допустимого содержания СО2. Различают следующие категории КВВ: высокое, среднее, допустимое и низкое. Поддержание нормативного уровня содержания СО2 обеспечивается интенсивностью воздухообмена. При этом не учитывается состояние наружного воздуха, например, в наружном воздухе Москвы концентрация частиц PM2.5 составляет 24.4 мкг, что превышает рекомендуемое значение всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в два раза. Еще один фактор не учитывающийся нормативной документацией - влияние строительных материалов. Выбор которых влияет на состояние КВВ, поэтому нужно выбирать строительные материалы отдавая предпочтение экологической чистоте и безопасности [2-7].
При проектировании раздела отопления, вентиляции и теплообеспечения (ОВ) инженер-проектировщик не учитывает вышеизложенные факторы и это становится источником несоответствия КВВ должному качеству, несмотря на соблюдение всех нормативных показателей воздухообмена помещения [1].
В развитии строительного производства необходимо поддерживать КВВ на более высоком уровне, не допуская снижения энергоэффективности теплообеспечения строительных объектов. Соблюдение заданных условий возможно комплексом технических средств: встроенными воздушными тепловыми насосами с приточной вентиляцией и современными устройствами анализа чистоты воздуха [8-15]. Это подразумевает увеличение объемов проектирования для раздела ОВ и раздела АС, а также усложнение процесса организации планирования разделов проектной документации. Следовательно, обеспечение КВВ высокого качества подразумевает увеличение трудоемкости и усложнение организации проектных работ. Необходимо рассмотреть специфику сетевого планирования проектных работ для объектов индивидуального жилищного строительства как инструмента управления их жизненным циклом. Результаты исследований станут основанием для разработки цифрового инструмента организации рационального планирования проектных работ, который позволит на стадии предварительных, предпроектных исследований получить точное понимание увеличения продолжительности, стоимости и трудоемкости проектных работ при обеспечении высокого КВВ объекта проектирования. Графически схема постановки основной цели исследования представлена на рис.1.
Рис. 1. Разработка решений для повышений качества КВВ
Рассмотрим процесс производства проектных работ с обеспечением высокого КВВ.
Организация проектных работ по разделу «Отопление, вентиляция и кондиционирование» представляет собой трудоёмкий процесс, оказывающий существенное влияние на сроки и содержание смежных разделов проектной документации, что наглядно иллюстрируется на рис. 2.
Рис. 2. Технологические взаимосвязи разделов проектной документации при разработке ОВиК
Для того чтобы упростить процесс выбора рациональной схемы организации проектных работ различных объектов малоэтажного строительства необходимо автоматизировать расчеты и построение сетевых графиков.
Материалы и методы
Принимаем в качестве объекта исследования ИЖС – малоэтажный жилой дом площадью 150 м², рассматриваемый в контексте управления его жизненным циклом. Воспользуемся сетевым планированием – точным инструментом организации проектных работ, учитывающим продолжительность, последовательность и взаимосвязь разделов процесса проектирования.
Для того, чтобы оперировать конкретными значениями при сетевом планировании проведем расчет стоимости всего процесса проектирования и каждого раздела проектных работ отдельно, для этого воспользуемся специализированным программным обеспечением СМЕТА ПИР.
Для определения стоимости разработки рабочего проекта используется методика, представленная в работе [1], основанная на следующей формуле:
где A и B — постоянные коэффициенты стоимости разработки рабочей документации, руб., для двухэтажного жилого дома с надворными постройками; приняты по данным источника [1]: A=4176, B=0,22.
Коэффициенты к разрабатываемым стадиям проекта, для расчета применялись следующие: = 1,21 – рабочая стадия; = 1,19 – жилые и гражданские здания, = 29,2 – проектные работы, =1,15 – кондиционирование КВВ (СБЦП 81-2001-05 в рамках которого производились расчеты располагает коэффициентом разработки системы кондиционирования спортивных объектов, считая, что у них более высокие требования КВВ, этот коэффициент и применяется при расчете стоимости проектных работ объекта исследования) [1].
Для поддержания высокого уровня КВВ следует учитывать дополнительную взаимосвязь раздела АС и ОВиК, обусловленную воздействием на воздух используемых строительных материалов. Взаимосвязь между разделами АС и ОВиК – см. рис. 3.
Рис. 3. Взаимосвязь раздела ОВиК и раздела АС
Разделы АС и ОВ взаимосвязаны по принципу минимизации теплопотерь через ограждающие конструкции, что влияет на толщину тепловой изоляции и конструкцию стен. При проектировании встроенных теплонасосных систем в качестве источника теплообеспечения появляется еще одна взаимосвязь – организация пространства для размещения теплонаносной системы, которая подключается к системам отопления и вентиляции, в части АС это влияет на планировку помещений и размещение конструктивных элементов объекта строительства. Первые две взаимосвязи при рациональной организации проектных работ не повлияют на увеличение сроков проектирования раздела АС [1]. Третья взаимосвязь – поддержание высокого КВВ подразумевает дополнительные работы при выборе экологичных строительных материалов, что увеличивает сроки проектирования раздела АС.
Для анализа технологической последовательности выполнения работ и их взаимосвязи разработана динамическая модель производственного процесса в форме сетевого графика. Каждому разделу проектной документации присвоен порядковый номер, а продолжительность этапов определена и представлена в таблице 1.
Таблица 1
Исходные данные для формирования сетевой модели производственного процесса
|
№ |
Наименование этапа/раздела |
Продолжительность этапа, дни |
|
0-1 |
Подготовка и систематизация исходных данных |
7 |
|
1-2 |
Формирование и реализация технико-экономических показателей |
2 |
|
2-3 |
Формирование и реализация архитектурно-строительного раздела (АС) |
23 |
|
2-4 |
Формирование и реализация генплана, внутриплощадочные инженерные сети |
5 |
|
2-5 |
Анализ состояния и потребности в разработке мероприятий |
5 |
|
3-6 |
Формирование и реализация раздела отопления, вентиляции и теплоснабжения (ОВиК) |
16 |
|
3-7 |
Формирование и реализация раздела средства связи и сигнализация (СС) |
5 |
|
3-8 |
Формирование и реализация раздела электрооборудование и электроснабжение (ЭЭ) |
7 |
|
4-9 |
Формирование и реализация проектов наружных инженерных сетей: |
5 |
|
9-10 |
Формирование и реализация сводной ведомости в потребности материалов |
5 |
|
9-11 |
Формирование и реализация проекта организации строительства (ПОС) |
5 |
|
9-12 |
Формирование и реализация сметной документации (СД) |
9 |
|
12-13 |
Передача проектной документации заказчику |
1 |
Принимаем сформированные данные в качестве исходных для дальнейшего построения сетевого графика процесса производства проектных работ.
Результаты
Сначала рассмотрим сетевой график с разработкой раздела отопление, вентиляции и теплообеспечения (ОВ) со встроенным тепловым насосом – см. рис 4.
Рис. 4. Сетевая модель организации выполнения проектных работ
На рис. 4 представлена декомпозиция разработки проектной документации раздела ОВ, включающая следующие технологические этапы: сбор исходных данных (процесс 0–6.1); расчёт технологического режима работы вентиляционно-теплового оборудования с учётом климатических условий региона строительства (процесс 6.1–6.2); формирование проектных решений (процесс 6.2–6.3); согласование и утверждение документации (процесс 6.3–6.4).
При разработке раздела ОВиК добавится процесс разработки расчета качества воздуха (6.1.1). Рационально будет, организовать процесс проектных работ таким образом, чтобы расчет качества воздуха проводился в самом начале проектирования, что обеспечит своевременное согласование экологичных материалов раздела АС и позволит избежать корректировок проектной документации [1]. Рациональная схема организации проектных работ при разработке ОВиК представлена на рисунке 5.
Рис. 5. Сетевая модель организации выполнения проектных работ раздела ОВиК
Как показано на рис. 5, первые два этапа разработки раздела ОВиК технологически независимы от физической модели объекта и, соответственно, от раздела архитектурно-строительных решений (АС). Организация параллельного выполнения указанных операций ОВиК совместно с разделом АС позволяет избежать дополнительных трудозатрат, связанных с внесением корректировок. В результате оптимизации последовательности проектирования раздела ОВиК срок его завершения синхронизируется с графиком раздела электроснабжения (ЭЭ), вследствие чего общая критическая продолжительность проектных работ составляет 49 дней.
На основе методов сетевого планирования выполнены расчёты временных резервов выполнения работ для сетевых графиков, представленных на рис. 4 и 5. Результаты определения резервов времени приведены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Расчет временных резервов рабочих процессов сетевого графика №1
|
Работа (i,j) |
Ранние сроки: начало tijР.Н. |
Ранние сроки: окончание tijР.О. |
Поздние сроки: начало tijП.Н. |
Поздние сроки: окончание tijП.О. |
Резервы времени: полный RijП |
Частный резерв I рода, Rij1 |
Частный резерв II рода, RijC |
|
0,1 |
0 |
7 |
0 |
7 |
0 |
0 |
0 |
|
0,6.1 |
0 |
2 |
28 |
30 |
28 |
28 |
0 |
|
1,2 |
7 |
9 |
7 |
9 |
0 |
0 |
0 |
|
2,3 |
9 |
30 |
9 |
30 |
0 |
0 |
0 |
|
2,4 |
9 |
14 |
27 |
32 |
18 |
18 |
0 |
|
2,5 |
9 |
14 |
30 |
35 |
21 |
21 |
0 |
|
6.1,6.2 |
2 |
7 |
30 |
35 |
28 |
0 |
7 |
|
3,6.3 |
30 |
35 |
30 |
35 |
0 |
0 |
0 |
|
3,7 |
30 |
35 |
32 |
37 |
2 |
2 |
2 |
|
3,8 |
30 |
37 |
30 |
37 |
0 |
0 |
0 |
|
4,9 |
14 |
19 |
32 |
37 |
18 |
0 |
18 |
|
6.2,6.3 |
14 |
14 |
35 |
35 |
21 |
0 |
21 |
|
6.3,6.4 |
35 |
37 |
35 |
37 |
0 |
0 |
0 |
|
9,10 |
37 |
44 |
39 |
46 |
2 |
2 |
0 |
|
9,11 |
37 |
44 |
39 |
46 |
2 |
2 |
0 |
|
9,12 |
37 |
46 |
37 |
46 |
0 |
0 |
0 |
|
12,13 |
46 |
47 |
46 |
47 |
0 |
0 |
0 |
Таблица 3
Расчет временных резервов рабочих процессов сетевого графика №2
|
Работа (i,j) |
Ранние сроки: начало tijР.Н. |
Ранние сроки: окончание tijР.О. |
Поздние сроки: начало tijП.Н. |
Поздние сроки: окончание tijП.О. |
Резервы времени: полный RijП |
Частный резерв I рода, Rij1 |
Частный резерв II рода, RijC |
|
0,1 |
0 |
7 |
0 |
7 |
0 |
0 |
0 |
|
0,0.6.1 |
0 |
2 |
30 |
32 |
30 |
30 |
0 |
|
1,2 |
7 |
9 |
7 |
9 |
0 |
0 |
0 |
|
0.6.1, 6.1 |
2 |
4 |
2 |
4 |
0 |
0 |
0 |
|
2,3 |
9 |
32 |
9 |
32 |
0 |
0 |
0 |
|
2,4 |
9 |
14 |
27 |
32 |
18 |
18 |
0 |
|
2,5 |
9 |
14 |
30 |
35 |
21 |
21 |
0 |
|
6.1,6.1.1 |
2 |
4 |
30 |
37 |
28 |
0 |
7 |
|
6.1,6.2 |
2 |
7 |
30 |
37 |
28 |
0 |
7 |
|
3,6.3 |
30 |
35 |
30 |
37 |
0 |
0 |
0 |
|
3,7 |
30 |
35 |
32 |
39 |
2 |
2 |
2 |
|
3,8 |
30 |
37 |
30 |
39 |
0 |
0 |
0 |
|
4,9 |
14 |
19 |
32 |
39 |
18 |
0 |
18 |
|
6.2,6.3 |
14 |
14 |
35 |
37 |
21 |
0 |
21 |
|
6.3,6.4 |
35 |
37 |
35 |
39 |
0 |
0 |
0 |
|
9,10 |
37 |
44 |
39 |
48 |
2 |
2 |
0 |
|
9,11 |
37 |
44 |
39 |
48 |
2 |
2 |
0 |
|
9,12 |
37 |
46 |
37 |
48 |
0 |
0 |
0 |
|
12,13 |
46 |
47 |
46 |
49 |
0 |
0 |
0 |
Обсуждение
Процесс проектирования ОВиК предполагает увеличение сроков проектирования раздела АС (выбор материалов) и раздела ОВиК (проведение расчетов). При рациональном планировании увеличение общих сроков проектных работ составит 2 дня. Суммарно весь процесс проектирования малоэтажного коттеджа с теплонасосной системой и ОВиК составит 49 дней. Сравнение раздела ОВиК с встроенной и классической системой теплообеспечения приведено в таблице 4.
Таблица 4
Сравнительный анализ разработки раздела ОВиК со встроенной и классической системой теплообеспечения
|
Система теплоснабжения |
Привязка к климатическим особенностям региона |
Продолжительность разработки раздела, дней |
Стоимость разработки раздела, руб. |
|
Классическая система теплоснабжения с эл. котлом |
да |
12 |
52 676 |
|
Встроенная система теплоснабжения на основе ВТН |
да |
15 |
52 676 |
|
Встроенная система с разработкой раздела ОВиК |
да |
17 |
59 699 |
При рациональном планировании проектных работ, включающем проработку мероприятий по поддержанию высокого качества воздушной среды, продолжительность разработки раздела «Отопление, вентиляция и кондиционирование» для объекта малоэтажного строительства увеличивается на два рабочих дня. Данное незначительное удлинение цикла проектирования не оказывает существенного влияния на общую стоимость проектных работ, в том числе на затраты.
Заключение
Для обеспечения высокого качества внутреннего воздуха в объектах малоэтажного строительства необходимо раннее согласование разделов архитектурно-строительных решений и отопления, вентиляции и кондиционирования с учётом экологических характеристик строительных материалов.
Разработанная оптимизированная схема сетевого планирования позволяет выполнять расчёт КВВ параллельно с архитектурным разделом, что минимизирует объём корректировочных работ. При этом общая продолжительность проектирования увеличивается незначительно — на 2 рабочих дня, достигая 49 дней по критическому пути, а рассчитанные временные резервы обеспечивают гибкость в перераспределении трудовых и временных ресурсов.
Экономический анализ показал, что стоимость раздела ОВиК возрастает на 13% (до 59 699 руб.), а общие затраты на проект — на 15% (до 201 927 руб.). Данные затраты являются экономически оправданными, так как компенсируются повышением эксплуатационного комфорта, снижением рисков развития синдрома «больного здания» и увеличением потребительской ценности объекта на стадии эксплуатации, что подтверждает эффективность применения методов сетевого планирования для управления жизненным циклом в целом.
Предложенная методика рационального планирования может быть масштабирована на другие объекты низко- и среднеэтажной застройки и служит методической основой для разработки цифрового инструмента предпроектной оптимизации.
В перспективе интеграция сетевого планирования с BIM-технологиями и алгоритмами динамического расчёта резервов позволит автоматизировать процесс выбора оптимальной схемы организации проектирования, учитывая климатические особенности региона, требования к энергоэффективности и экологической безопасности.
1. Lapidus, A. Organizational and technological aspects of the design and construction of heat supply systems based on heat pumps in low-rise construction / A. Lapidus, V. Fedoseev, A. Sokolov, J. Ostryakova, V. Voronov // E3S Web of Conferences. — 2021. — Vol. 263. — P. 02025. — doi:https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126302025. EDN: https://elibrary.ru/DQXBUV
2. Mailyan, L. R. Features of design solutions for volumetric blocks made of lightweight fiber shotcrete with permanent formwork / L. R. Mailyan, T. A. Ivanova, N. V. Andreeva, I. A. Magerramova // Modern trends in construction, urban development and territorial planning. — 2025. — Vol. 4, No. 1. — Pp. 7–14. — doi:https://doi.org/10.23947/2949-1835-2025-4-1-7-14. EDN: https://elibrary.ru/BLPQOB
3. Mailyan, L. R. Technology of manufacturing fiber-reinforced concrete with aggregated oriented fiber reinforcement and study of its characteristics / L. R. Mailyan, P. A. Shilov // Expert: Theory and Practice. — 2023. — No. 2 (21). — Pp. 53–59. DOI: https://doi.org/10.51608/26867818_2023_2_53; EDN: https://elibrary.ru/HIBUFH
4. Merkulov, S. I. Life cycle of a construction project at the operational stage / S. I. Merkulov, S. M. Esipov // Safety of the Russian construction stock. Problems and Solutions: Proceedings of the International Academic Readings. — Kursk, 2023. — Pp. 189–193. EDN: https://elibrary.ru/QMWKSF
5. Murtazaev, S. A. Yu. Environmental and legal problems in the field of utilization of technogenic raw materials using low-carbon technologies / S. A. Yu. Murtazaev, A. A. Akulov, M. G. Pletnev, L. E. Korobka // Bulletin of Tula State University. Earth Sciences. - 2025. - No. 4. - Pp. 62-68. EDN: https://elibrary.ru/CMIDGK
6. Lapidus, A. A. Methodology of organizing the construction of integrated development of territories to ensure resource and logistics coordination / A. A. Lapidus, B. M. Krasnovsky, S. A. Yu. Murtazaev, S. A. Aliyev // Construction production. - 2025. - No. 1. - Pp. 3-7. - doi:https://doi.org/10.54950/26585340_2025_1_3. EDN: https://elibrary.ru/NKSCFC
7. Topchiy, D. V. Integration of Building Information Modeling and Digital Twin in the Project Construction Process / D. V. Topchiy, O. D. Alyoda // Bulletin of Eurasian Science. - 2025. - Vol. 17, No. 1. - URL: esj.today. EDN: https://elibrary.ru/JNEHEN
8. Dai, B. Life cycle techno-environmental-economic assessment of dual-temperature evaporation transcritical CO2 high-temperature heat pump systems for industrial waste heat recovery / B. Dai, C. Liu, S. Liu, W. Dabiao, Q. Wang, T. Zou, X. Zhou // Applied Thermal Engineering. - 2023. - Vol. 219. - P. 119570. - doi:https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.119570. EDN: https://elibrary.ru/DOATNZ
9. Gamage, I. Implementing Circular Economy throughout the Construction Project Life Cycle: A Review on Potential Practices and Relationships / I. Gamage, S. Senaratne, S. Perera, J. Xiaohua // Buildings. — 2024. — Vol. 14, iss. 3. - P. 653. - doi:https://doi.org/10.3390/buildings14030653. EDN: https://elibrary.ru/XSFHCI
10. Mohd-Rahim, F. A. Sustainable Construction Through Life Cycle Costing / F. A. Mohd-Rahim, S. A. Muzaffar, S. Yusoff, N. Zainon, C. Wang // Journal of Building Performance. — 2014. — Vol. 5, iss. 1. - P. 83–94.
11. Favi, C. Integrating life cycle engineering into design for additive manufacturing: A review / C. Favi, L. Murgese, N. Villazzi, S. Gallozzi, M. Mandolini, M. Marconi // Journal of Manufacturing Systems. — 2025. — Vol. 82. - P. 599–631. - doi:https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2025.07.010. EDN: https://elibrary.ru/RROMJQ
12. Tu, T. BIM Application in Life-Cycle Cost Management of Construction Projects / T. Tu // Transactions on Engineering and Technology Research. — 2025. — Vol. 5. - P. 99–107. - doi:https://doi.org/10.62051/dxx78288. EDN: https://elibrary.ru/QAMBVI
13. Zubair, M. BIM- and GIS-Based Life-Cycle-Assessment Framework for Enhancing Eco Efficiency and Sustainability in the Construction Sector / M. Zubair, M. Ali, M. Khan, A. Khan, M. Hassan, W. Tanoli // Buildings. — 2024. — Vol. 14, iss. 2. - P. 360. - doi:https://doi.org/10.3390/buildings14020360.
14. Aljaber, A. Life Cycle Cost in Circular Economy of Buildings by Applying Building Information Modeling (BIM): A State of the Art / A. Aljaber, E. Alasmari, P. Martinez-Vazquez, C. Baniotopoulos // Buildings. — 2023. — Vol. 13, iss. 7. - P. 1858. - doi:https://doi.org/10.3390/buildings13071858. EDN: https://elibrary.ru/XFTKJJ
15. Song, H. Digital twin enhanced BIM to shape full life cycle digital transformation for bridge engineering / H. Song, Y. Gang, L. Haijiang, Z. Tian, J. Annan // Automation in Construction. — 2023. — Vol. 147. - P. 104736. - doi:https://doi.org/10.1016/j.autcon.2022.104736. EDN: https://elibrary.ru/MIERZA
