ВведениеВ настоящее время актуальным является повышение производительности труда и развитие высокотехнологичных методов строительства. [1] Наиболее эффективно это достигается в модульном строительстве [2-7] Существенное сокращение продолжительности возведения зданий в сравнении с -традиционными способами строительства достигается при крупномодульного строительстве за счет применения крупногабаритных железобетонных модулей высокой заводской готовности. [8-13] Монтаж модулей выполняется ритмично. При этом, на выбор организационно-технологических решений монтажа модулей значительно влияют климатические условия. Так, для защиты строящегося здания от негативного воздействия атмосферных осадков разработан способ, описанный в патенте [14]. Существующие методологические подходы к организационно-технологическому планированию монтажа классических модулей требуют развития в части учёта влияния климатических факторов и их связи с выбором организационно-технологических решений, на что нацелена настоящая работа.Материалы и методыВ настоящей работе использовались такие методы научного исследования, как методы хронометражных наблюдений, математического моделирования, регрессионного анализа и статистической обработки данных. Применение указанных методов позволило формализовать влияние климатических факторов на продолжительность монтажа зданий из крупногабаритных железобетонных модулей и получить математическую модель для практического выбора организационно-технологических решений по предотвращению влияния климатических условий при монтаже зданий из крупногабаритных модулей.Задача математического моделирования заключается в получении расчётной зависимости, позволяющей определить продолжительность полного цикла монтажа КГМ при заданных климатических условиях. Организационно-технологические решения на данном этапе в модель не включаются, поскольку они рассматриваются не как внешние факторы, а как компенсирующие воздействия, назначаемые после расчёта климатически обусловленного увеличения времени.Переход к математическому моделированию в настоящем исследовании обусловлен необходимостью количественного описания влияния климатических факторов на продолжительность монтажа крупногабаритных модулей и формирования на этой основе расчётно обоснованной процедуры выбора организационно-технологических решений.Объектом математического моделирования принят полный цикл монтажа одного крупногабаритного модуля, включающий строповку, подъём и перемещение, наведение и установку в проектное положение, временную фиксацию, расстроповку и подготовку к следующему циклу. Объектами хронометража (наблюдения) являлись возводимые в г. Москве жилые здания с применением крупногабаритных железобетонных модулей высокой заводской готовности.Рассматривалось и оценивалось влияние следующих климатических факторов: температура наружного воздуха (t), наличие или отсутствие атмосферных осадков (P), скорость ветра (v), обледенение конструкций и рабочих поверхностей и относительная влажность воздуха. В качестве исходных климатических параметров для построения базовой математической модели выбраны первые три из указанных выше факторов, обладающих высокой значимостью, со следующими показателями: tᵢ — температура наружного воздуха по i-му наблюдению, °C; Pᵢ — наличие или отсутствие атмосферных осадков по i-му наблюдению; Vᵢ — скорость ветра на отметке монтажа по i-му наблюдению, м/с.Выбор указанных параметров обусловлен их непосредственным технологическим влиянием на операции полного цикла монтажа крупногабаритных модулей. Температура наружного воздуха влияет на состояние монтажных поверхностей, подготовку соединений и выполнение технологически чувствительных операций. Атмосферные осадки ухудшают состояние монтажного горизонта, вызывают необходимость очистки и защиты поверхностей. Скорость ветра влияет на устойчивость модуля в подвесе, точность наведения и продолжительность крановых операций. Для построения регрессионной модели исходные климатические параметры приведены к системе факторных переменных с обозначениями x1, x2 и x3x_1, x_2 и x_3 соответственно.РезультатыДля получения статистически обоснованной зависимости между рассматриваемыми климатическими условиями и продолжительностью монтажного цикла выполнены хронометражные наблюдения монтажа крупногабаритных модулей при возведении жилых зданий, результаты которых сведены в табл.1.Таблица 1Сводная таблица результатов хронометражных наблюдений№ПериодКоличество наблюденийТемпература, ̊СОсадкиСкорость ветра, м/сПродолжительность полного цикла монтажа, Тц, минут12345671Июль 202520+18,9…+29,00/11,8…6,030,8…42,52Октябрь 202520+1,7…+12,00/12,8…7,434,9…50,23Январь 202620-18,0…-1,50/12,9…9,142,7…64,0 Для перехода от физических климатических параметров к факторным переменным математической модели влияния климатических факторов на монтажный цикл крупногабаритных модулей (для отобранных факторов) предлагается использовать следующие выражения:x1=(ti-t0)Δt,(1)x_1=\frac{(t_i-t_0)}{\Delta t}, (1)где x1x_1 — нормированное значение температурного фактора;tᵢ — фактическая температура наружного воздуха по i-му наблюдению, °C;t₀ — центральное значение температурного диапазона, °C;Δt — интервал варьирования температурного фактора, °C,x3=(Vi-V0)ΔV,(2)x_3=\frac{(V_i-V_0)}{\Delta V}, (2)где x₃ — нормированное значение ветрового фактора;Vᵢ — фактическая скорость ветра по i-му наблюдению, м/с;V₀ — центральное значение диапазона скорости ветра, м/с;ΔV — интервал варьирования скорости ветра, м/с.Фактор осадков предлагается учитывать как линейную бинарную переменную x₂ и как участник парных взаимодействий с другими климатическими факторами (x₂ = 0, если осадки отсутствуют; x₂ = 1, если осадки присутствуют).Для описания относительной продолжительности полного цикла монтажа крупногабаритного модуля общая форма регрессионной зависимости может быть представлена следующим образом:Iкл=a0+a1X1+a2X2+a3X3+a11X12+a33X32+a12X1X2+a13X1X3+a23X2X3,(3)I_{кл}=a_0+a_1X_1+a_2X_2+a_3X_3+a_{11}X_1^2+a_{33}X_3^2+a_{12}X_1X_2+a_{13}X_1X_3+a_{23}X_2X_3, (3)где a0a_0 — свободный член уравнения;a1,a2,a3a_1, a_2, a_3 — коэффициенты линейных членов;a11,a33a_{11}, a_{33} — коэффициенты квадратичных членов;a12,a13,a23a_{12}, a_{13}, a_{23} — коэффициенты взаимодействия факторов.В результате решения системы нормальных уравнений получены коэффициенты безразмерной регрессионной модели (табл.2).Таблица 2Коэффициенты безразмерной регрессионной модели№КоэффициентЗначениеЧлен моделиИнтерпретация123451a0a_01,1041свободный членбазовый уровень безразмерного состояния монтажного цикла2a1a_1−0,1661x1x_1влияние температурного фактора3a2a_20,2029x2x_2влияние наличия атмосферных осадков4a3a_30,1203x3x_3влияние ветрового фактора5a11a_{11}0,0927x12x_1^2нелинейное влияние температурного фактора6a33a_{33}−0,0386x32x_3^2нелинейное влияние ветрового фактора7a12a_{12}0,0054x1x2x_1x_2совместное влияние температуры и осадков8a13a_{13}−0,1063x1x3x_1x_3совместное влияние температуры и ветра9a23a_{23}−0,0115x2x3x_2x_3совместное влияние осадков и ветра С учётом полученных коэффициентов безразмерная регрессионная модель принимает следующий вид:Iкл=1,1041-0,1661x1+0,2029x2+0,1203х3+0,0927х12-0,0386x32+0,0054x1x2-0,1063x1x3-0,0115x2x3I_{кл} = 1,1041-0,1661x_1+0,2029x_2+0,1203х_3+0,0927х_1^2-0,0386x_3^2+0,0054x_1x_2-0,1063x_1x_3-0,0115x_2x_3Математический смысл построения регрессионной модели второго порядка в настоящем исследовании заключается в формировании аналитической основы для перехода от качественного описания климатических ограничений к количественной оценке их влияния на продолжительность монтажа. Практический смысл данной модели состоит в том, что она позволяет:прогнозировать изменение продолжительности полного цикла монтажа при заданных климатических условиях;выявлять сочетания факторов, наиболее неблагоприятные для устойчивости монтажного процесса;определять моменты, при которых базовая технология перестаёт обеспечивать допустимую продолжительность цикла;формировать исходную расчётную основу для выбора организационно-технологических решений.Допустимый индекс состояния монтажного цикла определяется выражением:Iдоп=TдопT0,(4)I_{доп}= \frac{Tдоп}{T0}, (4) где TдопT_{доп} — допустимая продолжительность монтажного цикла, определяемая с учётом календарного графика производства работ;T0T_0 — базовая продолжительность полного цикла монтажа в благоприятных условиях.Допустимая продолжительность монтажного цикла Tдоп определяется по следующему выражению:Tдоп=Tсмэфnц,(5)T_{доп} = \frac{T_{см}^{эф}}{nц}, (5)где TсмэфT_{см}^{эф}– эффективный сменный фонд времени, мин.;nц – требуемое количество монтажных циклов за смену.Для количественной оценки необходимого уровня воздействия организационно-технологических решений вводится показатель требуемой степени компенсации климатически обусловленного увеличения продолжительности монтажного цикла:Kтр=Iкл-IдопIкл-1,(6)K_{тр} = \frac{I_{кл}-I_{доп}}{{I_{кл} -1}}, (6)где KтрK_{тр} — требуемая степень компенсации климатически обусловленного увеличения продолжительности монтажного цикла;Iкл−1I_{кл} − 1 — общее климатически обусловленное увеличение продолжительности монтажного цикла в безразмерной форме;Iкл−IдопI_{кл} − I_{доп} — часть климатически обусловленного увеличения, подлежащая компенсации.По значению KтрK_{тр} устанавливается зона климатического воздействия и необходимость в выборе и применении дополнительных организационно-технологических решений (табл.3).Таблица 3К определению зоны климатического воздействия№ЗонаУсловиеОценка состояния по шкале ХаррингтонаОбязательность организационно-технологических решений123451I. Благоприятная зонаIкл≤IдопI_{кл} ≤ I_{доп};P = 0;V<VогрV < V_{огр}хорошо / очень хорошоне требуется2II. Осадки без нарушения ритмаIкл≤IдопI_{кл} ≤ I_{доп};P = 1удовлетворительнотребуется технологическая защита3III. Незначительное ухудшениеIкл>IдопI_{кл} > I_{доп};KтрK_{тр} ≤ 0,30удовлетворительнотребуется4IV. Умеренное ухудшение0,30 < Kтр ≤ 0,55плохотребуется5V. Существенное ухудшение0,55 < KтрK_{тр} ≤ 0,75плохотребуется6VI. Высокое ухудшение0,75 < KтрK_{тр} ≤ 0,90очень плохотребуется7VII. Критическая зонаKтрK_{тр} > 0,90 или V ≥ VогрV_{огр}недопустимообязательно ограничение работ Для последнего из объектов наблюдения допустимая продолжительность одного цикла TдопT_{доп} при 8-часовой рабочей смене (с исключением подготовительно-заключительного времени, организационных перерывов и технологических потерь) составила 52,5 минут. При этом, требуемое количество монтажных циклов за смену nц составило 8 крупногабаритных модулей. При базовой продолжительности полного цикла монтажа в благоприятных условиях 31,2 мин. IдопI_{доп} составил 1,68. Применив регрессионную зависимость (3), значение безразмерного индекса состояния монтажного цикла при заданных климатических условиях IклI_{кл} составило 2,02.Подставив полученные значения в выражение (6) получен показатель требуемой степени компенсации климатически обусловленного увеличения продолжительности монтажного цикла KтрK_{тр}=0,33, соответствующий зоне умеренного ухудшения (по табл.3).Следовательно, требуются дополнительные организационно-технологические решения по предотвращению влияния климатических условий на продолжительность монтажа модулей. Для этого рекомендуется использование защитного покрытия модулей с защитой монтажного горизонта от действия неблагоприятных климатических факторов.ОбсуждениеУстановлено, что основные климатические факторы — температурный режим, наличие осадков и ветровой режим — статистически значимо влияют на безразмерный индекс состояния монтажного цикла. Также статистически значимым является нелинейное влияние температурного фактора и взаимодействие температуры с ветровым режимом. Это подтверждает необходимость учёта не только отдельных климатических факторов, но и их совместного влияния при моделировании состояния монтажного цикла крупногабаритных модулей.Сформирована рабочая безразмерная регрессионная зависимость для расчёта индекса состояния монтажного цикла крупногабаритных модулей. Полученная зависимость является полной рабочей формой модели, поскольку для неё выполнены оценка коэффициентов, проверка статистической значимости и проверка адекватности модели в целом.ЗаключениеОпределены наиболее значимые климатические факторы, влияющие на продолжительность полного цикла монтажа зданий из крупногабаритных модулей. Разработана математическая модель, описывающая зависимость продолжительности монтажа от наиболее значимых климатических факторов и их сочетаний.