Влияние уровня системы обеспечения качества на безопасность гражданских зданий при их возведении. Разработка методов оценки точности технологических процессов с учетом значимости дефектов. Расчет способов производства бетонных работ в зимних условиях.
Аннотация к работе
Федеральные законы «О техническом регулировании» (№184-ФЗ от 27.12.2002), «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (№384-ФЗ от 30.12.2009) создали законодательную базу обеспечения безопасности в строительстве, закрепив в качестве предмета регулирования риск аварии и показатели конструкционной (механической) безопасности. Снижение рисков ошибок участников строительства достигается созданием отраслевых систем обеспечения качества (СОК), например, ПОКАС при строительстве атомных станций, а также систем менеджмента качества (известных в СССР как комплексная система управления качеством продукции - КС УКП), современные требования к которым обобщены в международных стандартах ИСО серии 9000. Наибольшее развитие получили методы, основанные на теориях нечетких множеств и энтропии (Заде Л., Шеннон К., Уткин В.С., Григорович В.Г., Юдин С.В. и др.), но для их использования при оценке качества строительства требуется уточнение параметров математических моделей. Однако работ, системно рассматривающих вопросы оценки и технологического обеспечения качества, влияния организационно-технологических факторов на качество и безопасность гражданских зданий, не выявлено. Предмет исследований - показатели, характеризующие уровень системы обеспечения качества; параметры качества технологических процессов и возведенных конструкций; методы оценки качества; закономерности влияния организационно-технологических факторов на качество и безопасность строительной продукции.Системное взаимодействие указанных элементов создает механизм обеспечения качества и безопасности в процессе строительства и является основой технического регулирования безопасности в соответствии с Федеральным законодательством. 1, может быть реализован в результате: повышения уровня системы обеспечения качества исполнителей; контроля и оценки качества с учетом показателей безопасности; оценки вероятности отказа возводимых конструкций (технического риска); регулирования точности технологических процессов по результатам риск-ориентированного статистического контроля и оценки технического риска; разработки и внедрения соответствующих мероприятий по обеспечению качества и безопасности. На основе принятой концептуальной модели разработан комплексный показатель качества строительства: IMG_0b6c03e4-8e55-4d3c-902d-508c40ae11be , где v - коэффициент «вето»; КСК - уровень системы обеспечения качества строительства; KD, KT - показатели бездефектности и точности технологических процессов; КХ, KS - показатели стабильности процессов по отношению к систематическим и случайным погрешностям; KR, KP - относительные показатели несущей способности и безопасности возводимых конструкций; а, b, с, d - коэффициенты весомости. Значения безразмерных частных показателей и показателя КСМР изменяются, как правило, от 0 до 1, что обеспечивает удобство их применения для сравнительной оценки и регулирования. Уровень системы обеспечения качества (СОК) строительства зависит от возможностей исполнителей безошибочно выполнить работы по проектированию, изготовлению материалов, изделий и возведению здания, а также от эффективности функционирования системы строительного контроля и надзора, что может быть формализовано комплексным показателем: IMG_5b84bd27-5ab2-48d1-b7a4-1466016a056a , где k - коэффициент нормативно-правового обеспечения и эффективности функционирования системы строительного контроля и надзора, определяемый экспертным методом; Кп, Ки, Кс - оценки СОК проектно-изыскательской организации, завода-изготовителя строительных материалов, изделий и строительной организации, определяемые по формуле (6).Разработан метод комплексной оценки качества работ при возведении гражданских зданий с учетом уровня системы обеспечения качества (СОК) строительства, точности технологических процессов, показателей конструкционной безопасности, соответствующий концепции обеспечения качества и безопасности строительной продукции. Метод позволяет системно оценить факторы, влияющие на качество, получить количественную оценку, наиболее чувствительную к снижению показателей безопасности. Развиты теоретические основы оценки и регулирования точности технологических процессов с учетом значимости дефекта, объема выборки, уровня ответственности здания, позволяющие точнее оценить отношение допуска к разбросу. Показатели позволяют оценить точность процессов с позиций обеспечения безопасности и, в случае необходимости, скорректировать методы производства работ и контроля качества с целью достижения расчетной точности по критическим параметрам, влияющим на конструкционную безопасность. Разработанная методика позволяет, в случае невыполнения условий безопасности по результатам риск-ориентированного контроля, прогнозировать по установленным зависимостям изменение уровня конструкционной безопасности при повышении точности технологических процессов, уровня СОК подрядчика и показателей ОТФ.
Вывод
1. Разработан метод комплексной оценки качества работ при возведении гражданских зданий с учетом уровня системы обеспечения качества (СОК) строительства, точности технологических процессов, показателей конструкционной безопасности, соответствующий концепции обеспечения качества и безопасности строительной продукции. Метод позволяет системно оценить факторы, влияющие на качество, получить количественную оценку, наиболее чувствительную к снижению показателей безопасности. Достоверность метода подтверждена исследованиями повреждений построенных зданий в процессе эксплуатации, результатами конечно-элементного моделирования влияния дефектов, опытом практической реализации.
2. Предложены показатели для оценки уровня СОК проектной организации, завода-изготовителя материалов и изделий, строительной организации. Уровень исследованных СОК строительных организаций подрядчиков варьируется в пределах от 0,60 до 0,74 со средним значением 0,68±0,02. Установлено статистически значимое влияние уровня СОК на бездефектность и точность технологических процессов. Предложены математические модели, позволяющие прогнозировать качество работ по предварительной оценке СОК участников строительства и осуществлять их выбор. Разработанные модели могут применяться застройщиком (заказчиком) для квалификационной оценки исполнителей, направленной на создание уверенности в получении качественной и безопасной строительной продукции.
3. Развиты теоретические основы оценки и регулирования точности технологических процессов с учетом значимости дефекта, объема выборки, уровня ответственности здания, позволяющие точнее оценить отношение допуска к разбросу. Разработаны методы оценки точности технологических процессов по условию безопасности возводимых конструкций. Впервые введены показатели резервных значений стандартного отклонения, показателя точности и запаса точности, характеризующие процесс с точки зрения опасности критического дефекта. Показатели позволяют оценить точность процессов с позиций обеспечения безопасности и, в случае необходимости, скорректировать методы производства работ и контроля качества с целью достижения расчетной точности по критическим параметрам, влияющим на конструкционную безопасность.
При недостатке данных контроля предложено использовать уточненные математические модели теории нечетких множеств и информационные критерии на основе энтропии, которые позволяют по данным альтернативного контроля получить адекватные количественные оценки при меньших затратах на контроль.
4. Определены и ранжированы по значимости организационно-технологические факторы (ОТФ), влияющие на качество строительства: уровень соблюдения технологии работ, полнота производственного контроля; обеспеченность механизмами, оснасткой, инструментом; уровень квалификации рабочих и ИТР и др. В результате анализа множественной корреляции и регрессии выявлены зависимости между ОТФ и показателями качества, влияющими на безопасность возводимых конструкций. Полученные регрессионные модели позволяют осуществить регулирование конструкционной безопасности в процессе строительства посредством комплекса мероприятий, повышающих значения показателей ОТФ.
5. Усовершенствованы научные основы обеспечения безопасности на стадии строительства с использованием процедур регулирования точности технологических процессов, повышения показателей СОК подрядчиков и влияющих организационно-технологических факторов. Разработанная методика позволяет, в случае невыполнения условий безопасности по результатам риск-ориентированного контроля, прогнозировать по установленным зависимостям изменение уровня конструкционной безопасности при повышении точности технологических процессов, уровня СОК подрядчика и показателей ОТФ.
Разработаны алгоритмы и программы для комплексной оценки качества с использованием нечетких баз данных и возможностью оперативного контроля и регулирования. При внедрении методики на объектах крупнопанельного и кирпичного домостроения риск аварии возводимых конструкций был снижен до допустимых значений.
6. Разработаны методы оценки значимости дефектов, позволяющие установить объемы статистического контроля и обосновать программу мероприятий по предупреждению дефектов. Назначение достоверности и объемов контроля с учетом значимости дефектов и ответственности зданий, позволяет оптимизировать затраты на контроль и риски ошибок подрядчика и заказчика. Установлена некорректность применения для оценки качества работ коэффициента соответствия нормам, так как его значения на 10-30% выше фактического уровня бездефектности, вычисленного статистическими методами. Получена зависимость, позволяющая скорректировать оценки при использовании коэффициента соответствия.
7. Проведены производственные исследования качества работ с проверкой разработанных методик и моделей при возведении 30-ти гражданских зданий различных конструктивных систем. Установлены характеристики аппроксимирующих нормальных и логнормальных распределений основных параметров качества. Определены средние уровни бездефектности возведения зданий 0,62-0,69, достигаемая точность 0,59-0,90 и стабильность технологических процессов по видам работ, а также показатели несущей способности и безопасности конструкций с учетом дефектов. Обоснованные критерии комплексной оценки позволяют однозначно оценить качество возведения объектов. Большинство зданий возведено с удовлетворительным уровнем качества, кроме двух кирпичных (с нарушением армирования кладки) и двух панельных зданий (с дефектами узлов и связей). На указанных объектах выполнено регулирование точности технологических процессов по условию безопасности, разработаны и внедрены соответствующие мероприятия, повышающие качество работ и безопасность возводимых конструкций.
8. Разработаны вероятностный метод расчета параметров технологии с учетом технологической изменчивости и способы возведения монолитных конструкций в зимних условиях, повышающие качество и эффективность работ. Новые способы ускоренного возведения основаны на результатах лабораторных и опытно-производственных исследований влияния режимов нагружения, отрицательных температур на параметры эксплуатационного качества монолитных конструкций. Предложенные способы, позволяют снизить дополнительные затраты на зимнее бетонирование, сократить сроки возведения зданий, повысить качество возводимых конструкций.
9. Результаты исследований использованы в стандарте СРО «Союз строительных компаний Урала и Сибири», методических документах Госстройнадзора Челябинской области и ряда крупных строительных организаций, в программах НИР Минобразования РФ. При внедрении разработанных методов контроля и оценки качества установлено снижение уровня дефектности на 5-25%, показателя точности процессов - на 10-40%, (технический эффект), увеличение уровня безопасности конструкций на 15-20% (социальный эффект). Размер предотвращенного ущерба при различной степени локализации аварии составляет (0,01-0,92)С0, где С0 - стоимость здания. Экономический эффект на объектах внедрения составил 6,16-6,56 млн. руб. на одно здание.
Научно обоснованные организационные и технологические решения и реализованная совокупность методов, формируют механизм регулирования безопасности на стадии строительства в соответствии с требованиями Федерального законодательства. Разработанный программно-методический инструментарий обеспечения качества и безопасности гражданских зданий предназначен для создания информативной доказательной базы при проверке соответствия объектов строительства установленным требованиям.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс ряда строительных вузов страны при подготовке и переподготовке кадров инженеров-строителей.
Список литературы
1. Байбурин, А.Х. Качество и безопасность строительных технологий: монография / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев.- Челябинск: Изд-во ЮУРГУ, 2006.- 453 с.
2. Современные строительные технологии: монография / Под ред. С.Г. Головнева. - Челябинск: Изд. центр ЮУРГУ, 2010. - 268 с.
3. Патент №1675499 Российская Федерация, МКИ Е 02 D 15/02. Способ возведения монолитных бетонных и железобетонных стен гражданских зданий в зимних условиях / А.Х. Байбурин, Н.В. Юнусов, С.Г. Головнев и др. - Бюл. № 33, 1991.
4. Патент №2017906 Российская Федерация, МКИ Е02 В 5/32. Способ возведения монолитных железобетонных перекрытий гражданских зданий в зимних условиях / А.Х. Байбурин, Н.В. Юнусов, С.Г. Головнев и др. - Бюл. № 15, 1994.
5. Патент №2364690 Российская Федерация, МПК Е04 В 2/84. Способ возведения монолитных зданий в зимнее время / С.Г. Головнев, А.Х. Байбурин, Л.А. Беркович. - Бюл. № 23, 2009.
6. Байбурин, А.Х. Оценка качества строительно-монтажных работ на основе показателей надежности / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев // Известия вузов. Строительство. - 1998. - № 2. - С. 67-70.
7. Байбурин, А.Х. Формирование системы показателей качества в строительстве / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев // Известия вузов. Строительство. - 1999. - №8.- С. 57-60.
8. Байбурин, А.Х. Надежность как критерий для классификации дефектов в строительстве / А.Х. Байбурин // Промышленное и гражданское строительство. - №10. - 2000. - С. 25-26.
9. Байбурин, А.Х. Методика статистической оценки качества строительно-монтажных работ / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев // Известия вузов. Строительство. - 2000. - №5. - С. 85-89.
10. Байбурин, А.Х.Оценка системы качества строительной организации / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев// Известия вузов. Строительство. - 2001. -№ 1. - С. 57-61.
11. Байбурин, А.Х. Качество возведения кирпичных жилых домов / А.Х. Байбурин // Жилищное строительство. - 2001. - №9. - С. 9-10.
12. Байбурин, А.Х. Анализ видов, последствий и критичности отказов в строительстве / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев // Известия вузов. Строительство. - 2001.- №8. - С. 77-79.
13. Байбурин, А.Х. Оценка качества строительства кирпичных зданий / А.Х. Байбурин // Известия вузов. Строительство. - 2001. - № 11. - С. 120-123.
14. Байбурин, А.Х. Оценка качества строительно-монтажных работ методами теории нечетких множеств / А.Х. Байбурин // Известия вузов. Строительство. - 2002. - №6. - С. 54-58.
15. Байбурин, А.Х. Качество возведения монолитных жилых домов / А.Х. Байбурин, С.Г. Никоноров // Жилищное строительство. - 2002. - №4. - С. 4-6.
16. Байбурин, А.Х. Проектирование экспертной системы оценки качества строительных технологий / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев, С.В. Никоноров // Известия вузов. Строительство. - 2002. - № 7. - С. 52-55.
17. Байбурин, А.Х. Оценка качества строительства монолитных зданий / А.Х. Байбурин, С.В. Никоноров // Известия вузов. Строительство. - 2002. - № 9. - С. 129-133.
18. Байбурин, А.Х. Анализ опасности дефектов строительно-монтажных работ/ А.Х. Байбурин // Известия вузов. Строительство. - 2003. - № 1. - С. 49-51.
19. Байбурин, А.Х. Качество возведения крупнопанельных зданий / А.Х. Байбурин // Жилищное строительство. - 2002. - №10. - С. 10-11.
20. Байбурин, А.Х. Анализ критичности дефектов возведения жилых зданий / А.Х. Байбурин // Жилищное строительство. - 2003. - №5. - С. 13-14.
21. Байбурин, А.Х. Комплексная оценка качества возведения домов / А.Х. Байбурин // Жилищное строительство. - 2003. - №11. - С. 2-3.
22. Байбурин, А.Х. Проектирование экспертной системы оценки качества / А.Х. Байбурин, Т.В. Субботин // Жилищное строительство. - 2004. - №5. - С. 4-5.
23. Байбурин, А.Х. О совершенствовании нормативов качества возведения жилых зданий / А.Х. Байбурин, С.В. Никоноров // Жилищное строительство. - 2005. - №8. - С. 8-9.
24. Байбурин, А.Х. Влияние качества строительства на эксплуатационную надежность крупнопанельных зданий / А.Х. Байбурин // Жилищное строительство. - 2006. - №7. - С. 5-6.
25. Байбурин, А.Х. Оценка качества строительства при недостатке информации / А.Х. Байбурин // Жилищное строительство. - 2007. - №2. - С. 23-24.
26. Байбурин, А.Х. Дефекты устройства связей и живучесть панельных зданий / А.Х. Байбурин // Жилищное строительство. - 2007. - №4. - С. 6-7.
27. Байбурин, А.Х. О допуске на размеры монолитных конструкций гражданских зданий / А.Х. Байбурин, С.В. Никоноров // Вестник ЮУРГУ. Сер. «Строительство и архитектура». Вып. 6. - 2008. - №12(112). - С. 16-18.
28. Байбурин, А.Х. Методика оценки качества возведения кирпичных зданий / А.Х. Байбурин // Вестник ЮУРГУ. Сер. «Строительство и архитектура». Вып. 9. - 2009. - №35(168). - С. 24-27.
29. Байбурин, А.Х. Исследование влияния технологических факторов на уровень качества возведения гражданских зданий / А.Х. Байбурин // Вестник ЮУРГУ. Сер. «Строительство и архитектура». Вып. 11. - 2010. - №33(209). - С. 20-24.
30. Байбурин, А.Х. Техническое регулирование безопасности на стадии строительства / А.Х. Байбурин // Вестник ЮУРГУ. Сер. «Строительство и архитектура». Вып. 12. - 2011. - №16(233). - С. 18-20.
31. Байбурин, А.Х. Надежность монтажа панельных зданий по параметрам качества продукции / А.Х. Байбурин // Вестник ЮУРГУ. Сер. «Строительство и архитектура». Вып. 13. - 2011. - №35(252). - С. 40-43.
32. Байбурин, А.Х. Раннее нагружение монолитных конструкций многоэтажных гражданских зданий в зимних условиях: Дис. ... канд. техн. наук. / А.Х. Байбурин. - Челябинск, 1992. - 211 с.
33. Байбурин, А.Х. Совершенствование системы качества строительно-монтажных работ / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев // Третьи уральские акад. чтения. Проблемы реконструкции городов Урала.- Екатеринбург: Изд-во УРО РААСН, 1997. - С. 90-94.
35. Байбурин, А.Х. Нормирование точности строительно-монтажных работ по критерию надежности / А.Х. Байбурин // Вестник ЮУРГУ. Сер. «Строительство и архитектура». Вып. 2. - 2003. - №7(23). - С. 55-57.
36. Байбурин, А.Х. Комплексная оценка качества строительно-монтажных работ / А.Х. Байбурин // Вестник ЮУРГУ. Сер. «Строительство и архитектура». Вып. 3. - 2005. - №13(53). - С. 68-70.
37. Байбурин, А.Х. Модель для выбора участников строительства / А.Х. Байбурин, С.Г. Головнев // Материалы международного конгресса «Наука и инновации в строительстве» SIB-2008, Т.3. - Воронеж: ВГАСУ, 2008. - С. 25-28.
38. Байбурин, А.Х. Обеспечение безопасности крупнопанельных зданий / А.Х. Байбурин, Д.А. Байбурин // Предотвращение аварий зданий и сооружений: Сб. науч. тр. - М.: МДП, 2008. - С. 35-39.
39. Байбурин, А.Х. Обеспечение надежности строительно-монтажных работ по параметрам качества продукции / А.Х. Байбурин // Предотвращение аварий зданий и сооружений: Сб. науч. трудов. Вып. 8. - М.: МДП, 2009. - С. 205-212.
40. Байбурин, А.Х., Оценка и совершенствование системы качества в проектных организациях / А.Х. Байбурин, А.Ю. Самарин // Строительство и образование: Сб. науч. трудов. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009, №12. - С. 3-5.
41. Байбурин, А.Х. Технология ускоренного возведения монолитных конструкций в зимних условиях / А.Х. Байбурин // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века. - 2009. - №2(121). - С.72-73.
42. Байбурин, А.Х. Исследование влияния качества строительства на эксплуатационную надежность зданий / А.Х. Байбурин // Предотвращение аварий зданий и сооружений: Сб. науч. трудов. Вып. 9. - М.: МДП, 2010. - С. 140-147.
43. Baiburin, A.Kh. Implementation of pile foundation quality and serviceability / A.Kh. Baiburin, S.G. Golovnev // The Proceedings of the International Geotechnical Symposium «Geotechnical Aspects of Natural and Man-Made Disasters». - Astana, Kazakhstan Geotechnical Society, 2005. - P. 144-147.
44. Baiburin, A.Kh. Quality and reliability estimation of airfield runway / A.Kh. Baiburin, S.G. Golovnev // The Proceedings of the International Geotechnical Symposium «Geotechnical Engineering for Disaster Prevention & Reduction». - Yuzhno-Sakhalinsk, Russia - Sapporo, Japan, 2007. - Р. 271-272.