Компьютерная технология комплексной оценки технического состояния объектов жилищного строительства

Примерно до начала нашей эры население планеты было более или менее стабильно и не превышало 50 млн. Явная тенденция к резкому росту обозначилась с начала века, так за последние 50 лет население планеты увеличилось более чем в 2 раза. По прогнозам ученых эта тенденция сохранится и в будущем, что вызовет огромную перенаселенность. — .- v.

Резкое увеличение численности населения планеты, так называемый «демо-графический взрыв «, вызывает пропорциональное резкое увеличение объемов строительства всех видов зданий, общественных, промышленных, сельскохозяйственных, энергетических и других.

Рост объемов строительства вызывает рост эксплуатационных затрату необходимых на послестроительное обслуживание зданий и сооружений. Необходимо помнить, что эти затраты по мере старения зданий имеют тенденцию к росту.

Современное здание является сложным инженерным сооружением. Для поддержания его в работоспособном состоянии требуются определенные затраты на техническое обслуживание и ремонт}^ Стоимость эксплуатируемых зданий, по данным литературных (Достигла астрономической цифры свыше 250 млрд руб. (по расценкам 1984 года). Расчеты показывают, что оптимизация эксплуатационных расходов позволила бы экономить до 10% общих капиталовложений по стране в год. Следовательно, проблема эксплуатации зданий — это, по существу, проблема эффективности капитальных вложений.

Процессы старения строительных конструкций приводят к необходимости ремонта зданий и сооружений, причем далеко не всегда степень повреждения конструкции можно оценить по выходным параметрам здания как системы. Поэтому возникает потребность в дефектации строительных конструкций через заранее установленные промежутки времени в соответствии с системой плано-во-предупредительных ремонтов зданий.

Теоретические исследования и практические разработки нормативных документов по техническому обслуживанию и ремонтам зданий показали, что как для промышленных, так и для гражданских зданий имеется, в основном, единый подход к рассмотрению вопросов надежности зданий в процессе эксплуатации.

Необходимость разработки теоретических основ эксплуатационной надежности зданий вызывается целым рядом обстоятельств. -,.. •-•/•••• Во первых, изучению конструкций зданий в условиях эксплуатации до сих у пор не уделяется должного внимания. Сроки службы элементов зданий, определяются нормативными документами весьма ориентировочно. Это объясняется прежде всего тем, что анализ отказов конструкций в течение длительного времени эксплуатации сопряжен с изучением большого количества факторов, ис 7 комплексное исследование которых затруднено из-за длительности' времени эксплуатации.

Во вторых, ускоренный износ конструкций зданий ведет к сокращению межремонтных сроков службы, что в свою очередь приводит к повышенным затратам на эксплуатацию.

В третьих, знание закономерностей увеличения износов конструкций во времени необходимо для правильного определения сроков замены или ремонта элементов зданий. Несоответствие фактических сроков службы нормативным требует дальнейших исследований эксплуатационной надежности зданий.

Таким образом, решение задачи повышения эффективности эксплуатации зданий является весьма актуальной.

Актуальность исследования. / Реформа жилищно-коммунального хозяйства, направленная на совершенствование всей системы эксплуатации зданий требует создания новых технологий анализа и оценки технического состояния объектов жилищного строительства. Это продиктовано целым рядом обстоятельств.

До сих пор не уделяется должного внимания вопросу комплексной оценки технического состояния объектов жилищного строительства, включающей физический и моральный износ. Сроки службы элементов зданий и моральный износ, определяются нормативными документами весьма ориентировочно. В нормах СНиП срок службы зданий, их отдельных элементов и конструкций не регламентируется.

При проектировании и эксплуатации зданий постоянно приходится решать вопросы, связанные с долговечностью основных конструкций зданий,-Излишняя долговечность строительных элементов, как в новом строительстве, так и при ремонтах зданий, будет связана с удорожанием строительства и реконструкции, а недостаточная долговечность — с удорожанием эксплуатации зданий.

При проведении очередных ремонтных работ в здании необходимо ремонтировать и заменять элементы конструкций, которые к этому моменту не отслужили нормативного срока службы. Это обусловлено тем, что ремонт каждого отдельного элемента по сроку его службы менее экономичен, чем комплексный. Кроме того, непрерывный ремонт в здании неудобен для проживающих или пользующихся зданием. Таким образом, общее число ремонтов каждого элемента здания в итоге определится потребностью в ремонте конструкций, имеющих минимальный срок службы. Необходимо решить вопрос оптимизации выбора конструкций, учитывая этот фактор.

Назревает необходимость создания комплексной компьютерной технологии позволяющей по результатам визуального и инструментального обследования здания устанавливать закономерности увеличения износов конструкций во времени, для правильного определения сроков замены или ремонта элементов зданий.

Возникает необходимость в экспертизе технико-экономического обоснования проектов и проектных решений, позволяющей на основе данных об эксплуатации объектов жилищного строительства выдавать рекомендации о целесообразности осуществления намеченного строительства.

Развитие строительной индустрии требует создания компьютерных баз данных, позволяющих подобрать для конкретного типа здания и условий строительства, конструкции и материалы таким образом, чтобы минимизировать затраты за весь жизненный цикл здания.

Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью создания инструмента, позволяющего анализировать причины, приводящие к увеличению эксплуатационных расходов и ускорению морального износа, как. дяя су-ществующих, так и для проектируемых здании. Решение вышеприведенных проблем из-за необходимости накапливать, хранить и обрабатывать большие объемы информации, возможно только используя современные компьютерные технологии.

Цель работы: разработка алгоритмов и математических моделей комплексной оценки технического состояния объектов жилищного строительства с использованием компьютерных технологий.

Задачи исследования: Достижение поставленной цели определяется решением следующих задач: ——.

•анализ применяемых методов оценки технического состояния объектов жилищного строительства;

•разработка и обоснование научной гипотезы совершенствования технологии комплексной оценки технического состояния объектов жилищного строительства;

•разработка методов и схем, а также моделей алгоритмов и элементов компьютерных программ комплексной оценки технического состояния объектов жилищнрго строительства;

•анализ особенностей оценки состояния здания на основе проведенных обследований и автоматизации сбора и обработки статистической информации;

•апробация предложенной методики и подготовка на основе разработанных методов и средств практических рекомендаций по комплексной оценке технического состояния объектов жилищного строительства.

Объект исследования: техническое состояние здания и технологии его оценки.

Предмет исследования: формализация процесса оценки технического состояния здания для создания алгоритмов и моделей.

Методологическая база исследования: системотехника строительства, математическая статистика, теория вероятностей, теория надежности, системный анализ, методы синтеза и декомпозиции задач и алгоритмов, общая теория систем, теория принятия решений, информатика и теория надежности, в строительном проектировании, труды российских и иностранных ученых по вопросам оценки технического состояния объектов жилищного строительства Научная новизна работы заключается в том, что:

•в результате проведения многофакторного компьютерного эксперимента выявлены и проранжированы факторы, влияющие на изменение эксплуатационных затрат жилых зданий;

•получена аналитическая зависимость, позволяющая оценить влияние типа конструктивных элементов здания на изменение эксплуатационных затрат, на основе методов математической статистики- ~ :

•разработана структура и методика автоматизации комплексной оценки технического состояния объектов жилищного строительства;

•установлен экономически целесообразный срок службы жилых зданий с учетом физического и морального износа.

Практическая значимость. Разработанная методика позволяет по результатам визуального и инструментального обследования здания комплексно оценить его техническое состояние, а также изменение этого состояния во времени (в случае периодических обследований). На основе накопления информации об объекте возможен прогноз изменения состояния сооружения во времени и определение путей минимизации последующих эксплуатационных расходов, что является важным в условиях совершенствования системы эксплуатации жилищно-коммунального хозяйства. Кроме того, по мере накопления информационной базы возможна оценка и корректировка проектных решений на стадии проектирования в системе САПР.

Внедрение результатов. Результаты работы используются при проведении практических и лекционных занятий по курсу «Конструкторские подсистемы САПР» кафедры «САПР в строительстве» МГСУ.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований доложены на международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов МГСУ «Окружающая среда. Развитие-строительство-образование» в 1998 г. и научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов МГСУ «Строительство — формирование среды жизнедеятельности» в 1999 г., заседаниях кафедры «САПР в строительстве» МГСУ.

На защиту выносятся:

•результаты обобщения анализа состояния и перспектив развития оценки технического состояния объектов жилищного строительства, позволившие выработать научную гипотезу о необходимости одновременного учета физического и морального износа здания;

•аналитическая зависимость, позволяющая оценить влияние срока службы конструктивных элементов здания на изменение эксплуатационньх&Затрат;

•методика и алгоритм компьютерной программы оценки технического состояния объектов жилищного строительства.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в трех печатных работах.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений, содержащих разработанные программы расчета.

5. Основные выводы.

1 .Проведенный анализ показал необходимость создания инструмента, позволяющего устанавливать причины, приводящие к увеличению эксплуатационных расходов и ускорению морального износа, как для существующих, так и для проектируемых зданий. Решение вышеприведенных проблем из-за необходимости накапливать, хранить и обрабатывать большие объемы информации, возможно только используя современные компьютерные технологии.

2.Проведенные исследования показали, что отставание в разработке вопросов физики надежности вызывает необходимость широко использовать статистические, методы оценивания и принятия решений по эксплуатационной надежности и долговечности строительных конструкций и материалов на основе накопление полной, непрерывной, достоверной и однородной статистической информации, относящейся к этапам разработки, создания и эксплуатации жилых зданий. Решение этой задачи возможно только при использовании современной вычислительной техники.

3.Установлено, что оптимальный срок службы здания определяют по физическому износу, понимая под этим экономически целесообразный срок службы, не учитывая влияние морального износа, однако в современных условиях оба этй фактора становятся равнозначными, а в ближайшее время благодаря высоким темпам развития техники вопросы морального износа станут превалирующими. Одновременный учет физического и морального износа приводит к снижению оптимального срока службы зданий и снижению эксплуатационных затрат.

4.В результате проведенного предварительно спланированного компьютерного эксперимента по ранжированию факторов (типов ремонтируемых конструктивных элементов здания) установлено, что на уровень эксплуатационных затрат здания наибольшее влияние оказывает срок службы кровли, инженерного оборудования, полов и внутренней отделки. Получена аналитическая зависимость, позволяющая оценить влияние типа конструктивных элементов здания на изменение эксплуатационных затрат.

5.Установлено, что с технической и экономической точек зрения необходимо повышать сроки службы и однородность конструкций и материалов, используемых в домостроении (внутренняя отделка здания, конструкции кровли, инженерное оборудование и т. д.), что приводит к снижению эксплуатационных затрат и росту срока службы жилых зданий.

6.Проведенный анализ сравнения затрат на отдельные конструктивные элементы в строящемся здании и затрат на восстановительные работы аналогичных элементов в существующих зданиях показал, что последние в среднем в три и более раз больше, за счет сложности проведения работ и необходимости разбирать или сменять конструкции, находящиеся в хорошем состоянии, только потому, что они затрагиваются при ремонте смежных изношенных элементов.

7.Установлено, что экономически целесообразный срок службы жилых зданий с учетом физического и морального износа равен примерно 80−90 годам, независимо от того, что фактически они могут прослужить больший срок. Продление срока службы здания свыше этого возраста потребует затрат сравнимых с затратами на новое строительство с учетом последующей эксплуатации.

8.Предложенная компьютерная технология комплексной оценки технического состояния объектов жилищного строительства позволяет на основании визуального и инструментального обследования здания, а также данных о конструкциях, элементах и системах определять: техническое состояние здания и его конструкцийоптимальные сроки планово предупредительных работ, текущих и капитальных ремонтовнаиболее рациональные конструктивные материалы по результатам их эксплуатациистоимость эксплуатации здания, конструкций и материаловзатраты на планово предупредительные работы, текущий и капитальный ремонтоптимальные решения, минимизирующие эксплуатационные затраты.

9.Апробация предложенной методики на контрольном примере показала, что за счет использования оптимизационных методов при увеличении стоимости 1 м² жилой площади на 3−5% можно сократить суммарную стоимость ремонта здания за нормативный срок службы на 11−17% или при пересчете в доллары порядка 100−150 тыс. $, при увеличении оптимального срока службы здания на 9−13%.

10.Рекомендуется повышать сроки службы конструкций и материалов, используемых в домостроении, что приводит к снижению эксплуатационных затрат и росту срока службы жилых зданий.

11 Выполненная работа позволяет наметить направления дальнейших исследований в рамках рассматриваемой проблемной области:

• разработка методик социально-экономической и экологической оценок проектных решений жилых зданий;

• разработка компьютерного классификатора дефектов, повреждений, отказов и предельных состояний конкретных конструкций и систем технических устройств.