ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В современных условиях ста-

новятся востребованными новые методы, методики, технологии и модели, которые могут способствовать снижению себестоимости строительной продукции и повышению рентабельности работы строительных организаций.

Целью организации любого строительного производства является разработка мероприятий, обеспечивающих сооружение объектов и сдачу их в эксплуатацию в проектные сроки с высоким качеством и оптимальными денежными, трудовыми и материальными затратами. Строительство, как и любая другая отрасль материального производства, имеет свою специфику, которая в значительной степени связана с технологией и организацией работ. Одной из особенностей является необходимость перемещать средства механизации и ресурсы через определенный промежуток времени на новую строительную площадку. Это вызывает дополнительные затраты, связанные с уточнением организации производства, технологии строительства, составов систем и комплектов машин, дальности и времени доставки строительных материалов, полуфабрикатов и готовых строительных элементов.

Строительное производство подвержено воздействию природно- климатических факторов, оказывающих влияние на качество и сроки выполнения технологических операций, производительность машин, занятых в строительном процессе. Возникают незапланированные простои средств механизации, отклонения технологических, технических и экономических параметров от оптимальных значений. Это влечет непроизводительные затраты материальных, трудовых, энергетических и денежных ресурсов и приводит существенному удорожанию строительных объектов. Таким образом, строительное производство, как сложная вероятностная организационно- технологическая система находится в состоянии повышенного риска по обеспечению расчетной скорости потока строительства, срока выполнения работ, стоимости и энергоёмкости строительно-монтажных работ.

Производительность машины является одним из важнейших техни- ко-экономических показателей. Вследствие влияния многих факторов (погодные условия, возраст и техническое состояние машин, квалификация оператора и др.) конкретная производительность в каждом случае будет различной, то есть реальная производительность – случайная величина и заранее точно предсказать её невозможно. Однако на основе опыта можно установить долю тех случаев, когда выполняются нормы соответствующих ЕНиРов. Эта доля и будет оценкой вероятности выполнения нормативов. Она даёт возможность более

3

обоснованно рассчитывать требуемое количество машин, энергоемкость строительного процесса, его стоимость и трудоемкость.

В связи с этим ещё на стадии проектирования необходимо использовать вероятностные представления о технологическом процессе и производительности машин, что позволит учесть возможность отклонений фактических параметров рабочих операций от намеченных, увеличения сроков выполнения работ и завершения проекта.

Однако в настоящее время еще недостаточно внимания уделяют стадии макропроектирования. Этим и обусловлен ряд недостатков проектных решений, основными из которых являются: отсутствие должной взаимоувязки параметров машин различных типов; недостаточная вариантность и экономическая обоснованность рассматриваемых систем машин; отсутствие учета вероятностного характера функционирования машин; отсутствие оценки надежности работы машин на эффективность строительства; недостаточное использование методов исследования операций и имитационного моделирования.

Создавшаяся ситуация обусловила создание методологии обоснования систем, комплектов и отдельных машин.

Степень разработанности проблемы. Теоретическая и методологическая основа исследования. Системным исследованиям теоретических и экономических проблем строительства, совершенствования организации работы систем, комплектов и отдельных машин посвящены работы отечественных ученых: И.С. Адышева, С.С. Атаева, А.К. Бчемяна, В.Н. Иванова, С.Е. Канторера, В.М Колишевского, Е.М. Кудрявцева, А.С. Мензуренко, Ч.М. Мешика, И.А. Недорезова, С.Я Луцкого, В.Б. Пермякова, С.В. Репина, В.А. Роганова, А.В. Семенченко, В.С. Смирнова, П.И. Филимонова, А.А. Яблонского и др.

Цель работы: создание методологии оценки надежности работы систем, комплектов и отдельных строительных машин в условиях экономических рисков строительства.

Идея работы – повышение эффективности календарного планирования при производстве строительно-монтажных работ путем учета технической и организационно-технологической надежности работы систем, комплектов и отдельных машин.

Объект исследования – реальные строительные процессы, применение системам, комплектов и отдельных машин в строительстве, существующая теоретическая база.

Предмет исследования – методология, методы, методики, инструментарий формирования комплектов и систем машин в строительстве.

Задачи исследований: Теоретико-методологические:

– систематизировать теоретические основы работы комплектов и систем машин при строительстве объектов;

4

–обобщить и интерпретировать методы эффективного использования машин в строительстве;

–разработать методологию надежности работы систем, комплектов машин при строительстве зданий и сооружений;

–выявить методологическое содержание и потенциальные возможности системного анализа для обоснования управленческих решений применения систем, комплектов и отдельных машин с учетом надежности их работы в инвестиционных проектах, календарных планах и при выборе очередности строительства объектов.

–разработать методологию формирования оптимальной структуры систем и комплектов машин с учетом надежности их работы и неопределенности ситуации.

Практические:

–разработать пакет регрессионных уравнений (моделей) для прогнозирования и оценки влияния параметров систем и комплектов машин на основные технико-экономические показатели их работы;

–разработать пакет корреляционно-регрессионных моделей работы машин для выявления основных направлений повышения эффективности работы систем и комплектов машин;

–обосновать и разработать показатели надежности планирования строительных работ и оценки организационно-технологических решений;

–создать модель расчета организационно-технологической надежности работы систем, комплектов и отдельных строительных машин;

–разработать алгоритмическое и программное обеспечение для обоснования рациональных границ организационно-технологической надежности работы отдельных машин, комплектов и систем для повышения качества различных технологических процессов, выполняемых машинами;

–создать комплект моделей, методик, алгоритмов и программ для совершенствования производственных, организационных и бизнес- процессов работы строительных машин.

Технические:

–создать информационные базы натурных испытаний, технических и экономических показателей работы отдельных машин, комплектов и систем для оценки эффективности их использования в строительстве;

–составить математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для работы с базами данных;

–разработать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для обработки результатов нормативных наблюдений;

–создать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для построения многофакторных математических моделей;

5

–разработать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для формирования комплектов и систем машин;

–создать имитационные модели работы систем, комплектов и отдельных строительных машин;

–разработать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для расчета организационно-технологической надежности работы систем, комплектов и отдельных строительных машин;

–составить математическое, алгоритмическое и программное обеспечение по формированию оптимальной структуры комплектов и систем машин с учетом надежности их работы.

Научное значение работы состоит в развитии научных основ обоснования путей повышения организационно-технологической надежности строительства.

Научная новизна работы заключается:

1)в создании системы обоснования организационно- технологических решений, которая включает в себя имитационные модели инвестиционных проектов, календарного планирования, технологических процессов, работы систем, комплектов и отдельных машин;

2)в разработке имитационных моделей обоснования инвестиционных строительных проектов, очередности возведения объектов, продолжительности и стоимости строительства отдельных объектов, отдельных технологических процессов с учетом надежности работы систем, комплектов и отдельных машин;

3)в создании модели формирования систем, комплектов машин с заданной стоимостью и оценкой экономического риска, представляю-

щая собой модификацию известной задачи о портфеле акций Г. Марковица;

4)в разработке имитационной модели прогнозирования продолжительности и стоимости строительства отдельных объектов с учетом их надежности работы строительных машин, комплектов и систем;

5)в создании многофакторных математических моделей основных технико-экономических показателей организационно-технологических решений, учитывающие надежность работы строительных машин.

Методология и методы исследований.

Методологией настоящей работы используется комплект методов и моделей при анализе свойств при совершенствовании многофункциональных систем. Для решения поставленных задач использовались методы: системного, статистического, регрессионного анализа, теории вероятностей, имитационного моделирования, «экспертных оценок», линейного и нелинейного программирования и информационные

6

технологии. Кроме этого рассматривались: анализ литературных источников, системотехника строительства, теория управления строительством, проектами и инвестициями, базы натурных испытаний с обработкой результатов методами математической статистики, научное обобщение теоретических и экспериментальных исследований.

Основные научные положения, защищаемые автором:

I. Учёт технической и организационно-технологической надежности работы систем, комплектов и отдельных машин позволяет с большей точностью планировать их ритмичную работу и определять время производства строительно- монтажных работ, что сказывается на снижении стоимости и повышении качества строительной продукции.

II. Создание информационных баз натурных испытаний, технических и экономических показателей отдельных машин, комплектов и систем способствует оптимизации организационно-технологических решений с заданной надежностью при разработке ресурсосберегающей технологии индустриального строительства.

III. Создание алгоритмического и программного обеспечения при обосновании надежности различных технологических строительно- монтажных работ позволяет установить рациональную область применения систем, комплектов и отдельных машин, сократить время принятия решений при разработке ППР.

IV. Созданный инструментарий для обоснования управленческих решений применения систем, комплектов и отдельных машин с учетом ОТН при разработке инвестиционных проектов, календарных планов и очередности строительства объектов позволяет принимать организа- ционно-технологические решения с минимальным риском.

V. Формирование оптимальной структуры системы машин на основе предложенной методологии обеспечивает эффективное применение машин обеспечивает снижение стоимости и трудоемкости строительно-монтажных работ при соблюдении запанированного графика строительства.

Достоверность научных положений подтверждается:

– представительным объемом длительного (более 10 лет) наблюдения за работой кранов, трубоукладчиков и бульдозерных, экскаваторных комплектов и гидротранспортных систем при производстве строительно-монтажных работ;

–логичностью и адекватностью сделанных допущений при построении математических моделей;

–значительным объемом наблюдений за работой строительных машин и механизмов при строительстве зданий и сооружений в Новосибирской области;

7

–корректностью теоретических расчетов, удовлетворительным совпадением результатов расчетов с результатами натурных испытаний, высокими коэффициентами корреляции установленных эмпирических зависимостей;

–широким внедрением результатов исследований при составлении проектов производства работ и проектов организации строительства.

Основные результаты работы, полученные лично автором.

Теоретико-методологические:

–выявлены проблемы в теории применения комплектов и систем машин при организации строительства, определены факторы, влияющих на организационно-технологическую надежность строительства и предложен путь установления важности каждого из них;

–установлены закономерности и параметры распределения факторов, влияющих на надежность работы строительных машин и систем;

–предложены статистические, имитационные и вероятностные методы прогнозирования и оценки комплектов и систем машин, технологических процессов строительства, календарных планов, очередности строительства, инвестиционных проектов;

–разработана методология формирования оптимальной структуры комплектов и систем машин с учетом надежности их работы и неопределенности ситуации.

Методические:

–разработана методика подготовки и проведения наблюдений за работой систем, комплектов и отдельных машин при строительстве зданий и сооружений;

–предложены имитационные модели для оценки вариантов инвестиционных проектов, очередности строительства, календарных планов, технологических процессов строительства, работы систем и комплектов машин;

–предложены модели расчета надежности работы систем, комплектов и отдельных строительных машин;

–предложена модель формирования оптимальной структуры систем и комплектов машин с учетом надежности их работы на конкретных строительных объектах;

–предложена модель расчета надежности комплектов и систем машин при использовании в них дополнительных машин.

Прикладные:

–по данным ЗАО «Сибгидромехстрой» построены корреляцион- но-регрессионные модели, позволяющие учесть влияния факторов риска на производство земляных работ;

8

–построен ряд корреляционно-регрессионных моделей основных технико-экономических показателей работы строительных машин;

–выполнена оценка надежность работы гидротранспортных систем, бульдозерных и экскаваторных комплектов, стреловых кранов и других строительных машин;

–созданы имитационные модели работы строительных машин, комплектов и систем для оценки организационно-технологической надежности производства строительных процессов;

–предложены основные принципы и созданы эффективные компьютерные программы для формирования оптимальных комплектов и систем машин для конкретных условий строительства, позволяющих осуществлять подготовку студентов и повышение квалификации ИТР.

Технические:

–созданы информационные базы натурных испытаний, технических и экономических показателей работы машин, комплектов и систем для оценки эффективности их использования в строительстве;

–составлено математическое, алгоритмического и программное обеспечение для работы с базами данных;

–разработан комплекс программ для обработки результатов нормативных наблюдений;

–создано математическое, алгоритмического и программное обеспечение построения многофакторных математических моделей;

–созданы имитационные модели для расчета основных технико- экономических показателей и надежности работы строительных машин, комплектов и систем;

–разработано математическое, алгоритмического и программное обеспечение для расчета надежности работы отдельных строительных машин, комплектов и систем;

–разработано математическое, алгоритмического и программное обеспечение для формирования оптимальной структуры комплектов и систем машин с учетом надежности их работы.

Практическая ценность работы:

Разработано методическое, математическое и программное обеспечения для исследования и оценки надежности работы систем, комплектов и отдельных машин и механизмов при строительстве сооружений с использованием специальных баз данных, включающая: модели формирования систем и комплектов с учетом организационно- технологической надёжности работы строительных машин; модель формирования комплектов машин при производстве бетонных работ; многофакторные модели влияния случайных факторов на основные технико-экономические показатели инвестиционных проектов, календарных планов, технологических процессов и отдельных машин;

9

многофакторные математические модели основных технико- экономических показателей систем, комплектов и отдельных машин для оптимизации организационно-технологических решений; модель оценки эффективности применения новых машин и механизмов; программное обеспечение для проектирования ресурсосберегающей технологии возведения зданий и сооружений с учётом организацион- но-технологической надёжности строительства.

Созданы базы данных по строительным машинам и механизмам для совершенствования процесса формирования допустимых сочетаний оборудования и выбора оптимальных по структуре или составу решений. В базу данных вошли показатели асфальтоукладчиков, автобетоновозов, автобетоносмесителей, автогрейдеров, автомобилей- самосвалов, бетоносмесителей принудительного и гравитационного действия, бетононасосов, бетоноукладчиков, вибраторов поверхностных, бульдозеров, бурильных машин, гидромониторов, грунтовых насосов, земснарядов, катков, насосов водяных, экскаваторов (прямая лопата, обратная лопата, драглайн), погрузчиков фронтальных, скреперов, кранов автомобильных, башенных, гусеничных и пневмоколёсных, вибропогружателей, дизель-молотов, бортовых машин и прицепов.

Реализация работы:

Результаты исследований реализованы в виде программ, баз данных и найденных решений в ОАО компаний «Корпорация трансстрой», управлении федеральных автомобильных дорог (УФАД) «Алтай» федерального дорожного агентства, Государственном унитарном предприятии Новосибирской области «Управление капитального строительства» (ГУП НСО «УКС»), ЗАО «Региональный инновационный центр», ООО «Сибмельстрой», ООО «Новосибирск- регионводстрой», ОАО «Сибстроймеханизация», ЗАО «Сибгидромехстрой» при строительстве объектов в Сибирском федеральном округе.

Результаты работы нашли отражение в учебных пособиях и учебных процессах ряда вузов г. Новосибирска (НГАСУ, Новосибирской государственной академии водного транспорта, Новосибирской государственной архитектурно-художественной академии, СГУПС). По материалам работы соискателем написаны учебные пособия «Оптимизация организационно-технологических решений в промышленном и гражданском строительстве», «Оптимизация производственных процессов в строительном комплексе», «Экономика строительства (Спецкурс)». В СГУПС соискателем написаны два учебных пособия, подготовлены и читаются лекции по дисциплинам «Технология строительных процессов», «Компьютерное обеспечение. АСУ и АРМ экономиста».

10

Соответствие работы паспорту научной специальности. В со-

ответствии с формулой специальности 05.23.08 «Технология и организация строительства» разработаны новые и усовершенствованы существующие методы и средств анализа обработки информации и управления сложными машинными системами, повышения эффективности, надежности и качества этих систем. Полученные результаты соответствуют пунктам: 1 «Прогнозирование и оптимизация параметров технологических процессов и систем организации строительства и его производственной базы, повышение организационно- технологической надежности строительства»; 4 «Теоретические и экспериментальные исследования эффективности технологических процессов; выявление общих закономерностей путем моделирования и оптимизации организационно-технологических решении»; 5 «Исследование эффективности применения машин, оборудования, установок, инструментов, транспортных средств, систем автоматизации в строительстве и его производственной базе; обоснование их технологических возможностей и областей рационального применения; обоснование оптимального машинного парка и организационных форм управления им» паспорта специальности.

Апробация работы. Основные положения докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях НГАСУ (Новосибирск, 1998–2014 гг.); II международном конгрессе «Ресурсо- и энергосбережение в реконструкции и новом строительстве» (Новосибирск, 1999 г.); международной научно-практической конференции «Эффективность инвестиций в новое строительство и реконструкцию» (Новосибирск, 2000 г.); международной научно-технической конференции «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург, 2006 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века» (Омск: СибАДИ, 2006 г.); междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 75-летию Сиб. гос. ун-та путей сообщения «Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе: кадровое и науч.-техн. обеспечение процессов интеграции в мировую трансп. систему» (Новосибирск, 2007 г.); Международном конгрессе «Машины, технологии и процессы в строительстве» (Омск: СибАДИ, 2007 г.), Научно-техническом семинаре института горного дела (Новосибирск, ИГД, 2009 г.), Международной научно-технической конференции «Политранспортные системы» (Новосибирск, СГУПС, 2014 г.).

На рисунке приведена структура исследования.

11