Building reliability at the stages of the life cycle

Konstantin Schrejber; Yulia Kustikova

doi:doi:10.29039/2658-5340-2026-2-СР0068

Building reliability at the stages of the life cycle

Submit manuscript

To cite

Citations:

BUILDING RELIABILITY AT THE STAGES OF THE LIFE CYCLE

Journal: CONSTRUCTION PRODUCTION № 2 , 2026

Rubrics: ORIGINAL ARTICLES

VAK Russia 2.1.7

UDC 69

Konstantin Schrejber ¹

Yulia Kustikova ²

Author and publication information

Authors:

1. Moscow State University of Civil Engineering (Housing and communal complex, Professor)

Russian Federation

2. Moscow State University of Civil Engineering (Department of housing and communal services, docent)

Russian Federation

Type:

Article

DOI:

https://doi.org/10.29039/2658-5340-2026-2-СР0068

ELocator :

СР0068

Status:

Published

Received:

01.03.2026

Accepted:

15.06.2026

Published:

25.06.2026

Subject area:

VAK Russia 2.1.7
UDC 69

Language:

Russian

Keywords:

reliability, building life cycle, maintainability, technical solutions, organizational and technological solutions, multi-criteria analysis

Abstract and keywords

Abstract:
Abstract. The reliability of buildings and structures must be ensured at all stages of their life cycle, from design to construction, operation, and disposal. Regulatory documents (GOST 27751-2014 Interstate Standard "Reliability of Building Structures and Foundations", the Town Planning Code of the Russian Federation, etc.) define the corresponding stages of the life cycle of buildings and structures, each of which must be accompanied by specific methods of ensuring reliability. At each stage of the life cycle, there is a need to solve the problem of selecting the best technical and/or organizational and technological solutions for specific conditions that ensure the required reliability of buildings and structures. The selection should be made from a set of alternative solutions, each of which is characterized by a set of reliability indicators. Many domestic and foreign scientists and specialists have been and continue to be engaged in the reliability of buildings and structures at a particular stage of their life cycle. However, reliability at a single stage of the life cycle cannot solve the global problem of reliability. Therefore, it is necessary to consider not only the reliability of technical and organizational-technological solutions at a single stage of the life cycle, but also to study this problem systematically and comprehensively, tracing the interconnections between the implementation of measures to ensure the reliability of buildings and structures at various stages of their life cycle. This is the first time that this problem has been addressed in this way.

Keywords:
reliability, building life cycle, maintainability, technical solutions, organizational and technological solutions, multi-criteria analysis

Text

Введение

1.Общие принципы обеспечения надёжности зданий и сооружений на этапах жизненного цикла

Понятие надёжности включает в себя такие свойства конструкций, элементов и систем и зданий (сооружений) в целом, как безопасность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Показатели надёжности дают возможность оценить вероятность безотказной работы, наработка на отказ, технический ресурс, срок службы и др.» [1,2].

В ГОСТ 27.002-2015 Межгосударственный стандарт «Надёжность в технике. Термины и определения» надёжностью называют свойство объекта сохранять во времени способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Указывается, что надёжность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать в себя безотказность, ремонтопригодность, восстанавливаемость, долговечность, сохраняемость, готовность или определённые сочетания этих свойств.

В [3] предлагается количественно определять надёжность как вероятность того, что техническая система будет соответствовать заданным параметрам в течение определённого временного отрезка при условии нормативной эксплуатации, пользуясь выражением (1):

${R(t)=Pr \{ {T>t}\} =}\int_{\mathrm{t}}^{\mathrm{\infty}}\mathrm{f(x)dx}, (1)$

где f(x) - функция плотности времени наработки на отказ; t - продолжительность периода времени функционирования системы.

Жизненный цикл зданий и сооружений охватывает все стадии их существования – от возникновения замысла по возведению до полного завершения эксплуатации и утилизации (сноса). Согласно «Техническому регламенту о безопасности зданий и сооружений», жизненный цикл определяется как период, в течение которого последовательно осуществляются инженерные изыскания, проектирование, строительство (в том числе консервация), эксплуатация, реконструкция, капитальный ремонт и утилизация (снос) объекта. Иными словами, жизненный цикл представляет собой совокупность этапов, через которые проходит объект капитального строительства. На всех этапах жизненного цикла решается задача создания и поддержания надёжного и безопасного, отвечающего требованиям нормативных документов, действующих в данный момент времени, состояния здания (сооружения). на протяжении всего срока службы.

В 2024 г. введён в действие свод правил СП 539.1325800.2024 «Научно-техническое сопровождение инженерных изысканий, проектирования и строительства» [4] для определённых типов зданий, сооружений и условий строительства, осуществляемое в целях обоснования соответствия конструктивных решений нормативным требованиям, обеспечения требований надёжности и механической безопасности при проектировании, строительстве, реконструкции, эксплуатации, демонтаже и сносе зданий и сооружений.

Материалы и методы

Общие принципы обеспечения надёжности зданий и сооружений на этапе архитектурно-строительного проектирования

Стадия проектирования, начиная с разработки задания на проектирование и заканчивая экспертизой проектно-сметной документации, является ключевой в общем комплексе мероприятий по обеспечению надёжности зданий и сооружений на последующих этапах жизненного цикла. Надёжность зданий и сооружений, обеспечиваемая на стадии их проектирования, названа нами проектной надёжностью Nпр.

Задание требований к надёжности элементов, составляющих проектируемую систему, и всей системы в целом включает в себя следующие мероприятия:
1.Выбор и обоснование необходимого и достаточного количества показателей надёжности;
2.Определение количественных характеристик показателей надёжности;
3.Установление доверительных интервалов отклонений значений показателей надёжности от нормируемых (устанавливаемых) показателей;
4.Разработка технических и организационных требований по обеспечению надёжности на этапах жизненного цикла;
5.Установление порядка подтверждения надёжности конструкций, элементов, систем и зданий в целом на этапах жизненного цикла [5].

На стадии проектирования, которое осуществляется в строгом соответствии с действующими нормативными документами, однозначно определяющими требования надёжности конструкций, элементов, систем и зданий в целом, задаются требования надёжности на все последующие этапы жизненного цикла проектируемого объекта.

В большинстве случаев показатели надёжности задаются действующими нормативными документами. Однако, в задании на проектирование могут содержаться более высокие требования к надёжности отдельных конструкций, элементов, систем или зданий в целом. Кроме того, проектировщик может самостоятельно установить повышенные требования надёжности на этапах жизненного цикла при имеющихся ограничениях. С этих случаях разовое нормирование надёжности должно быть строго обосновано.

В тех случаях, когда заданием на проектирование предписано обеспечить нормативный уровень надёжности здания с одновременной минимизацией стоимости строительства, в качестве целевой функции рассматривают стоимость возведения зданий и сооружений, определяя её значение по формуле (2)

$\mathrm{q =R; R =R(}{B}_{{i,}}{ i= }\bar{{1,N}}{ }), (2)$

Эту задачу решают путём отыскания вектора P = ( $P_1, P_2, …, P_i , …, P_n$ ), минимизирующего стоимость строительства. Данная процедура в математическом виде будет выглядеть следующим образом (3):

$R(P) \to min R\bar{({P})}\mathrm{ }, (3)$

Для обеспечения надёжности зданий на этапе проектирования необходимо определить значения показателей надёжности подсистем (применительно к проектированию - конструктивных элементов и систем инженерного обеспечения проектируемых зданий), которые оптимизируют целевую функцию.

Нами предложена следующая классификация показателей оценки надёжности проектных решений - показатели-требования и показатели-ограничения.

К показателям-требованиям нами отнесены те показатели, которые являются обязательными при проектировании. Они могут быть заданы конкретными количественными значениями или интервалами допустимых значений. Все эти показатели установлены нормативными документами.

К показателям-ограничениям, которые, как правило, подробно отражаются в задании на проектирование, относятся самые различные ограничения на использование планировочных и конструктивных решений, связанные с градостроительной ситуацией, охраной объектов культурного наследия, охраной окружающей природной среды. Но из рассмотренных нами 93 заданий на проектирование жилых зданий в Московской, Калужской и Тверской областях в 86 были указаны ограничения на удельную сметную стоимость строительства.

Обеспечение надёжности зданий и сооружений на этапе возведения

Обеспечение надёжности зданий на этапе их возведения имеет многоаспектный характер и включает в себя:

выбор технологических схем и организационно-технологических решений, обеспечивающих качество выполнения работ, соответствующее требованиям нормативных документов и утверждённой проектно-сметной документации (ПСД);
система контроля качества производства работ и качества материалов, изделий, конструкций, оборудования;
система контроля качества при приёмке законченных строительством объектов в эксплуатацию.

Выбор организационно-технологических решений, обеспечивающих качество работ, в свою очередь включает в себя:

выбор оснастки, приспособлений, оборудования, средств механизации для производства строительно-монтажных и специальных работ;
систему контроля качества производства работ (строительный контроль, государственный архитектурно-строительный надзор, внутрикорпоративный контроль), разрабатываемую на стадии организационно-технологической подготовки строительства;
систему контроля качества поступающих на строительную площадку конструкций, материалов, изделий, оборудования.

Вышеперечисленными решениями исчерпывается перечень мероприятий по обеспечению надёжности зданий на этапе их возведения, поскольку приёмка в эксплуатацию представляет собой лишь констатацию факта соответствия или несоответствия построенного объекта требованиям нормативных документов и утверждённой ПСД.

Результаты

Нами были отобраны 36 показателей, наиболее значимо влияющих на надёжность зданий, нормативные значения которых достигаются в процессе строительства.

Для получения количественного значения интегрального критерия оценки надёжности зданий, достигаемой на этапе возведения, необходимо было произвести нормализацию и приоритетное ранжирование выявленных оценочных показателей, имеющих различную размерность (кгС, %, мм). Эта задача решалась нами методом экспертных оценок [6,7]. К процедуре экспертного оценивания нами было привлечено семь экспертов, являющихся высококвалифицированными специалистами в области строительства и эксплуатации зданий и сооружений. В процессе экспертного опроса два специалиста были отстранены от дальнейшей работы из-за систематической несогласованности их оценок с оценками большинства экспертов, участвовавших в опросе.

В результате проведена нормализация показателей надёжности с получением их количественных характеристик и получен ряд предпочтительности оценочных показателей.

Зная количественные значения всех нормализованных оценочных показателей, соотнесённые с десятибалльной шкалой, и коэффициенты весомости оценочных показателей, не представляет труда произвести их «свёртку» в интегральный критерий оценки надёжности, достигаемой на стадии возведения зданий, используя выражение (4):

$p_1×q+1, р+2×q+2, ..., р+37×q+37＊К_{cмр}^N, (4)$

Определяющим фактором, обеспечивающим надёжность конструкций, элементов, систем, оборудования и зданий в целом в процессе строительства, является действенная система контроля качества производства работ, их соответствия требованиям нормативных документов, утверждённой проектно-сметной документации (ПСД) и организационно-технологической документации (ОТД). Контроль качества должен вестись в следующих формах

внутрифирменный контроль;
технический надзор заказчика;
строительный контроль [8];
государственный архитектурно-строительный надзор [9];
авторский надзор.

Государственный архитектурно-строительный надзор осуществляется в случаях, предусмотренных, предусмотренных Градостроительным кодексом РФ [10].

Авторский надзор и научно-техническое сопровождение строительства может осуществляться по желанию технического заказчика или застройщика, кроме строительства высотных зданий, когда научно-техническое сопровождение является обязательным.

Внутрифирменный контроль качества осуществляется в следующих формах:

входной контроль ПСД;
приёмочный контроль качества поступающих на объекты строительства конструкций, материалов, изделий, оборудования (может включать выборочные лабораторные испытания);
геодезический контроль.

Завершающим этапом контроля качества строительства является выдача разрешения на ввод объекта в эксплуатацию, которое представляет собой документ, удостоверяющий выполнение строительства, или реконструкции объекта в полном объёме в соответствии с разрешением на строительство, проектной документацией, а также соответствие построенного (реконструированного) объекта требованиям законодательных документов («Технический регламент о безопасности зданий», Градостроительный кодекс РФ), нормативных документов, утверждённой проектно-сметной документации и градостроительной документации. Для получения разрешения на ввод построенного (реконструированного) объекта, помимо прочих документов, представляется заключение федерального или регионального органа государственного строительного надзора о соответствии построенного, (реконструированного) объекта требованиям проектной документации (в том числе с учётом изменений, внесённых в рабочую документацию в установленном порядке).

В результате фундаментальных исследований, проводившихся А.Г.Ройтманом в течение многих лет, было выявлено огромное влияние качества строительства зданий (включая качество конструкций, материалов и изделий) на надёжность конструкций, элементов, систем и зданий в целом на этапе технической эксплуатации [10.11]. Определено, в частности, что причинами дефектов, проявившихся в процессе технической эксплуатации, дефекты изготовления элементов и конструкций составляют 17,6% от общего количества, а низкое качество производства строительно-монтажных и специальных работ при возведении зданий - 41,6%. Так, погрешности точности монтажа каркасных зданий влекут за собой снижение прочностных характеристик стыковых соединений в среднем на 10...15% [12].

Надёжность зданий и сооружений на этапе технической эксплуатации

Исследование надёжности зданий на этапе технической эксплуатации представляет собой весьма сложную задачу по нижеследующим обстоятельствам.

Снижение надёжности конструкций, элементов, систем, оборудования зданий, именуемое отказами, зависит от огромного количества разнообразных факторов и абсолютно не соотносится с нормативными (расчётными) сроками службы. Даже в пределах одного здания одни и те же конструктивные элементы могут одновременно находиться в разном техническом состоянии. Так, например, состояние покрытия полов зависит от интенсивности движения, которое в свою очередь зависит от плотности заселения и от образа деятельности проживающих или пребывающих во внутренних помещениях.

Большой проблемой является и чрезвычайное разнообразие зданий, составляющих жилищный фонд нашей страны - здания разнятся по периодам постройки, конструктивным схемам, объёмно-планировочным решения, материалам и конструкциям, использованным при их возведении.

Номенклатура и содержательные характеристики отдельных показателей и групп показателей, характеризующих надёжность жилых зданий на этапе технической эксплуатации, принципиально отличаются от показателей оценке надёжности на этапах архитектурно-строительного проектирования и возведения зданий.

Поскольку процесс изменения во времени показателей надёжности имеет вероятностный характер с крайне низкой степенью определённости, в трудах А.Г. Ройтмана предложено количественно определять надёжность конструкций, элементов и систем эксплуатируемых зданий через вероятность возникновения отказов. При этом этап технической эксплуатации предложено разделить на три периода: период приработки, период нормальной эксплуатации и период интенсивного износа, в течение которых интенсивность отказов различна. В период приработки интенсивность отказов достаточно велика. Это объясняется выявлением скрытых дефектов изготовления элементов и конструкций и дефектов выполнения работ при возведении зданий, которые не были обнаружены в процессе строительного контроля и при приёмке объекта в эксплуатацию. Одним из способов нивелировать негативные последствия возникновения отказов является установлением гарантийных сроков различной продолжительности для разных конструкций, элементов и систем в договорах подряда.

В период нормальной эксплуатации интенсивность отказов стабилизируется, а возникающие в это время отказы называют внезапными.

С определённого периода времени начинается интенсивный износ конструкций, элементов, систем, оборудования и зданий в целом. Резко возрастает интенсивность отказов. Это происходит вплоть до достижения нормативных (расчётных) сроков службы [13].

Отказы, возникающие в процессе технической эксплуатации носят исключительно случайный характер, и, следовательно, их невозможно спрогнозировать с известной долей вероятности. Поэтому на практике следует стремиться к всемерной минимизации факторов, негативно влияющих на эксплуатационную надёжность и максимально точно осуществлять мероприятия, снижающие степень вероятности возникновения отказов. В этой связи представляется уместным говорить не о выборе оптимальной (рациональной) модели технической эксплуатации, а о выборе оптимальной (рациональной) стратегии технической эксплуатации, направленной на повышение степени надёжности зданий на этапе технической эксплуатации.

В соответствии с положениями теории надёжности наиболее полно динамику изменения надёжности в процессе технической эксплуатации характеризуют функции: параметр потока отказов ω(t) и интенсивность отказов λ(t), которые определяют из выражений (5) и (6):

$\mathrm{\omega}(t) = \frac{∆n_k}{N ∆t}, (k-1)∆t ≤t ≤ k∆t, (5)$

где N - количество конструкций, элементов, систем с отказами, допускающими восстановление без замены, $Δn_k$ - суммарное количество отказов восстанавливаемых элементов за всё время эксплуатации.

$\mathrm{\lambda(t)} =\frac{∆n_k}{(N-∆_{n1}- ... -n_{k-1} - ... -n_{m-1})∆t} , (k-1)∆t ≤ t ≤ k∆t, (6)$

где N - количество конструкций, элементов и систем с критическими отказами, не подлежащие восстановлению, $Δn_1, …, Δn_{k-1}, …, Δn_m$ - общее количество отказов не подлежащих восстановлению элементов в период приработки (Δn1),в период нормальной эксплуатации ( $Δn_{k-1}$ ) и в период интенсивных отказов ( $Δn_m$ ) [14].

Деление конструкций, элементов и систем на подлежащие восстановлению и не подлежащие восстановлению связано с тем, что в силу большого количества объективных и субъективных факторов в процессе эксплуатации жилых зданий далеко не всегда удаётся осуществлять нормативную техническую эксплуатацию. В первую очередь это касается системы планово-предупредительных ремонтов, отсутствие или несоблюдение которой влечёт за собой критическое снижение надёжности в процессе технической эксплуатации, восстановление которой возможно только путём замены конструктивного элемента или системы (части системы).

При всей сложности формализации надёжности жилых зданий на этапе технической эксплуатации, обусловленной высокой степенью неопределённости влияющих факторов и воздействий на элементы системы, формализация необходима для разработки научно обоснованных рекомендаций по обеспечению эксплуатационной надёжности. Алгоритм решения проблемы традиционен: имитационная модель системы (в нашем случае - технической эксплуатации жилого здания) → критерии оценки надёжности (в сочетании с эффективностью) → оптимизация системы технической эксплуатации по критериям надёжности и эффективности.

Для этого необходимо построить вероятностную модель технической эксплуатации в форме случайного процесса (7)

ξ(t) =ξ(t,ω), (7)

где ω - элементарное событие, представляющее собой совокупность всех случайных воздействий, при фиксации которых функционирование системы становится детерминированным.

В теории надёжности функцию ξ(t,ω) называют траекторией случайного процесса, определяющей характер функционирования системы технической эксплуатации при фиксированных значениях совокупности случайных воздействий [20]. Поскольку критерий надёжности в условиях полной неопределённости отождествляется с функцией надёжности φ, то этой функции должен соответствовать показатель качества φ = M f, где f=f(ξ(t,φ), t∈T), T - время, в течение которого требуется обеспечить нормативную надёжность (например, до капитального ремонта). Показатели качества технической эксплуатации жилых зданий могут быть самыми разнообразными. На практике обычно показателями качества считают количество обращений и заявок по поводу неисправностей и аварий.

В теоретическом плане для оценки качества эксплуатации сложных систем используют
- средний эффект по событиям в определённом временном интервале;
- средний эффект на одно событие.

Средний эффект по событиям в интервале времени определяют из выражения (8):

$\mathrm{f}=\frac{1}{T}\sum_{a≤ti<a+T}φ(ti), (8)$

где $t_i$ - момент наступления некоторого события (отказ конструкции/элемента/системы, поступление заявки на устранение неисправности или аварии и др.); $φ(t_i)$ - эффект, характеризующий качество выполнения операции в рамках технической эксплуатации в момент $t_i$ .

С помощью этого выражения можно определить количество отказов конструкций, элементов, систем, оборудования, размер материальных и финансовых потерь от самих отказов, а также на устранение этих отказов и др.

Для обеспечения эксплуатационной надёжности конструкций, элементов, систем, оборудования и зданий в целом максимально допустимое отклонение показателей, характеризующих надёжность, не должно превышать в принятом временном интервале (до истечения процесса эксплуатации, до капитального ремонта или реконструкции) значения g (T), которое определяют по формуле (9):

$\mathrm{g(T) ={max}_{{a\let<a+T}}}{\mathrm{\rho (\xi (t), \eta}}, (9)$

где ρ - отклонение показателей надёжности от нормативных (установленных) значений [15].

Заключение

Предлагаемые имитационные модели процесса технической эксплуатации зданий дают возможность не только планировать комплекс эксплуатационных мероприятий на среднесрочную перспективу в условиях высокой степени неопределённости, но и оценивать качество технической эксплуатации, По изложенным выше причинам предложить модель технической эксплуатации с детерминированными параметрами невозможно даже при условии использования на всех этапах жизненного цикла технологий имитационного моделирования. Следовательно, приступая к технической эксплуатации жилых зданий, должна разрабатываться не модель, а стратегия технической эксплуатации, предполагающая управление процессами не планово, а, исходя из показателей надёжности в каждый отдельно взятый момент времени.

References

1. Baykhel't F., Frankin P. Reliability and maintenance. Mathematical approach. M.: Radio and communication, 1988, 213 p.

2. Dormidontova T.V., Evdokimov S.V. Complex Application of Methods for Assessing the Reliability and Monitoring of Building Structures and Related Structures.

3. Reliability and Efficiency in Engineering. Reference. In 10 volumes./ Edited by A.I. Rembezy. - Moscow: Mechanical Engineering, 1986.

4. SP 539.1325800.2024. Code of Rules. Scientific and Technical Support for Engineering Surveys, Design, and Construction.

5. Gnedenko B. V., Belyaev Yu. K., Solovyov A. D. Mathematical Methods in the Theory of Reliability. – M.: Nauka, 1965. – 524 p.

6. Dubov Yu.A., Travkin S.I., Yakimets V.N. Multi-criteria Models of Formation and Selection of System Options. - M.: Nauka, 1986. - 296 p.

7. SP 543.1325800.2024. Code of Rules. Construction supervision during construction, reconstruction, and major repairs of capital construction facilities.

8. Federal Law No. 248-FZ dated July 31, 2020, "On State Control (Supervision) and Municipal Control in the Russian Federation".

9. The Town Planning Code of the Russian Federation.

10. Roitman A.G. Reliability of Structures of Operated Buildings. — M.: Stroyizdat, 1985. — 175 p.

11. Roitman A.G., Smolenskaya N.G. Repair and Reconstruction of Residential and Public Buildings. - M.: Stroyizdat, 1978. - 319 p.

12. Technical operation of residential buildings: Textbook / S.N. Notenko, V.I. Rimshin, A.G. Roitman, et al.; Ed. by V.I. Rimshin and A.M. Strazhnikov. - 2nd ed. revised. and add. - M.: Vyssh.shk., 2008.- 638 p.

13. Kashtanov V.A. Research of the maintenance strategy under the restriction on the moments of the distribution of the time of uninterrupted operation // Basic issues of the theory and practice of reliability. M.: Sovetskoe radio, 281 p.

14. Zamyati A.A. Statistical conclusions about the reliability of a recoverable system with multiple failures // Izv. AN USSR. Technical Cybernetics. 1986. No. 3, pp. 109-114.

15. Issues of Mathematical Theory of Reliability/ E.Yu. Barzilovich, Yu.K. Belyaev, V.A. Kashtanov, etc. M.: Radio and Communication, 1983. 267 p.