автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Оптимизация организации производственных процессов монолитного строительства с учетом факторов внешней среды.

На правах рукописи

Л

Адамцевич Алексей Олегович

ОПТИМИЗАЦИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА С УЧЕТОМ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

Специальность: 05.02.22 - Организация производства (строительство)

5 ДЕК 2013

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2013

005541717

005541717

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Пустовгар Андрей Петрович

Официальные оппоненты:

Киевский Леонид Владимирович, доктор технических наук, профессор

Общество с ограниченной ответственностью (ООО) «Научно-проектный

центр «Развитие города», генеральный директор

Бек-Булатов Андрей Искандерович, кандидат технических наук

Общество с ограниченной ответственностью (ООО) «ПЕНОПЛЭКС

СПб», заместитель генерального директора

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество (ОАО) «Атомэнергопроект».

Защита состоится 19 декабря 2013 года в 11.00 на заседании диссертационного совета Д212.138.01 на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, «Открытая сеть образования в строительстве», ауд. №9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан 19 ноября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Куликова Екатерина Николаевна

Рис. 1. Методологическая схема исследования

- простота установки и перемещения оборудования;

- обеспечение высокой точности измерения температурных градиентов внутри бетонного массива;

- обеспечение высокой точности измерения параметров температуры и влажности окружающей среды;

- масштабируемость системы (обеспечение возможности мониторинга по дополнительным параметрам без необходимости полной перестройки всей системы мониторинга).

Четвертая глава диссертационной работы акцентирует внимание на практике применения и анализе перспективных направлений внедрения разработанных решений, посвящена описанию примеров использования разработанных методов и технических решений, а также анализу перспективных направлений их развития.

Для апробации подхода к управлению производственными процессами монолитного строительства в реальном масштабе времени с учетом воздействия внешних факторов, в диссертационной работе был разработан (совместно с российским производителем беспроводного оборудования) прототип системы автоматизированного мониторинга распределения температурных полей в бетоне и тепловлажностных условий окружающей среды. Тестирование системы мониторинга и верификация разработанных методов моделирования состояния монолитных конструкций с учетом прогнозирования кинетики твердения бетона как функции удельного теплового потока при гидратации цемента осуществлены в рамках научно-производственной деятельности совместно с НОЦ Компьютерного моделирования МГСУ. Испытания проводились при бетонировании плиты стенда вибродинамических испытаний, а моделирование процессов структурообразования и термонапряженного состояния бетона выполнялось в верифицированном программном комплексе ANS YS.

В ходе исследования релевантных направлений практического внедрения разработанных решений установлена высокая актуальность их применения при строительстве монолитных объектов АЭС, в том числе - в рамках реализации проекта перспективного российского энергоблока «ВВЭР-ТОИ». Особенностью данного проекта являются повышенные требования к сокращению сроков строительства типового энергоблока, а также обеспечение высокой степени информатизации управления проектом на всех этапах его жизненного цикла, в том числе - на этапе строительства. Другим важным требованием при возведении объектов по данному проекту является повышенная дифференциация управленческих функций в связи с вовлечением в производственный процесс большого количества контролирующих организаций, осуществляющих научно-техническое сопровождение строительства и обеспечивающих функции управления производственными процессами на основе экспертных оценок. При этом различные участники могут быть сильно удалены как друг от друга, так и от места возведения объекта, что приводит к усложнению информационного обмена между ними. В работе проведен анализ возможности интеграции разработанных решений в

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный строительный университет» (МГСУ)

А

04201455129

На правах рукописи

Адамцевич Алексей Олегович

ОПТИМИЗАЦИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА С УЧЕТОМ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

Специальность: 05.02.22 - Организация производства (строительство)

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Пустовгар Андрей Петрович

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА. 11

1.1. Практика применения и тенденции развития монолитного строительства в России и за рубежом...............................................................11

1.2. Особенности организации производственных процессов монолитного строительства.......................................................................................................21

1.3. Управление производственными процессами монолитного строительства.......................................................................................................30

1.4. Выводы по главе 1...................................................................................36

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ПОДХОДА К ОПТИМИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ ПРИ МОНОЛИТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ................................................................39

2.1. Оценка эффективности управленческих решений при организации производственных процессов............................................................................39

2.2. Построение структурной модели комплексной оптимизации управления производственными процессами..................................................44

2.3. Выбор технологического параметра оперативной оценки влияния внешних факторов на производственные процессы.......................................51

2.4. Выводы по главе 2...................................................................................65

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА. 67

3.1. Метод организации управления процессом изготовления бетонной смеси с учетом фактических условий производства бетонных работ...........67

3.2. Метод организации производственных процессов с учетом моделирования кинетики твердения бетона....................................................82

3.3. Метод организации оперативного мониторинга состояния возводимых монолитных конструкций в реальном масштабе времени.......98

3.4. Выводы по главе 3.................................................................................103

ГЛАВА 4. ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ И АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ РЕШЕНИЙ.......................105

4.1. Локальное использование разработанных организационно-технических решений.......................................................................................105

4.2. Анализ актуальных направлений внедрения разработанных решений 110

4.3. Интеграция в информационную среду управления жизненным циклом строительных объектов (на примере проекта перспективного энергоблока АЭС «ВВЭР-ТОИ»)....................................................................117

4.4. Выводы по главе 4.................................................................................124

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.............................................................................................126

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.......................................................................128

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ АВТОРА.............................................................142

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................................144

ПРИЛОЖЕНИЕ № 1 Методика экспериментального исследования процесса

твердения цементных систем...........................................................................145

ПРИЛОЖЕНИЕ №2 Описание основных компонентов прототипа системы

мониторинга.......................................................................................................148

ПРИЛОЖЕНИЕ №3 Результаты моделирования и мониторинга состояния

монолитной конструкции экспериментального стенда................................152

ПРИЛОЖЕНИЕ №4 Сведения о внедрении результатов исследования.....156

ВВЕДЕНИЕ

В России в течение длительного периода времени наиболее востребованным способом строительства являлось использование технологии сборного железобетона. Однако необходимость возведения объектов различного функционального назначения, требующих индивидуальных архитектурных и уникальных конструктивных решений, привела к смещению в последние десятилетия приоритета строительной отрасли в сторону использования технологии монолитного строительства.

Современный подход к развитию монолитного строительства во всем мире характеризуются постоянным усложнением производственных процессов, внедрением новых технологий, а также увеличением степени автоматизации управленческих систем. Развитие данной технологии строительного производства идет сегодня по пути интенсификации за счет непрерывного совершенствования организационных и технологических решений, нацеленных на сокращение срока выпуска готовой продукции при условии обеспечения ее высокого качества и эффективного использования всех видов ресурсов, вовлеченных в производственный процесс.

В России подобная тенденция приобретает дополнительную актуальность в связи с относительно недавним переходом нашей страны к рыночной модели экономики и связанным с этим ростом уровня конкуренции в строительной отрасли. Это приводит к неуклонному повышению требований по сокращению себестоимости и сроков строительства зданий и сооружений в монолитном исполнении. Реализация этих требований определяет необходимость не только совершенствования технологии производства строительных работ, но также пересмотра ело-

жившегося в советские годы подхода к организации и управлению производственными процессами монолитного строительства.

Достигнутые на сегодняшний день результаты в области внедрения в монолитном строительстве поточных методов производства, снижения трудоемкости работ и увеличения интенсивности труда создали высокий потенциал для возведения строительных объектов со скоростью, сопоставимой с использованием технологии сборного железобетона. Не смотря на это, анализ ситуаций, возникающих в ходе инвестиционного периода монолитного строительства, показывает, что в большинстве случаев фактические сроки реализации таких проектов оказываются значительно выше плановых, что негативно сказывается на себестоимости конечной продукции и эффективности строительного производства в целом. Практика показывает, что в монолитном строительстве такая ситуация может наблюдаться даже при достаточно высоком уровне общей организации, характеризующимся непрерывностью поставок материалов, значительной степенью механизации работ и плановым обеспечением производственного процесса квалифицированными трудовыми ресурсами. Причиной является сложность прогнозирования фактических сроков производства работ в условиях нестабильности параметров производственной среды, а также высокая трудоемкость переделок в работе в случае выявления дефектов в возведенных монолитных конструкциях.

Поэтому обеспечение эффективности монолитного строительства в современных условиях интенсификации строительного производства требует оптимизации подхода к организации простых производственных процессов изготовления монолитных конструкций за счет совершенствования методов выработки и реализации управленческих решений, повышающих устойчивость производства к внешним воздействиям и создающим возможность выпуска качественной строительной продукции в строгом соответствии с запланированным графиком.

Целью работы выбрана разработка организационно-технического подхода к управлению производственными процессами монолитного строительства в реальном масштабе времени с учетом воздействия внешних факторов.

Научно-техническая гипотеза состоит в предположении возможности повышения эффективности монолитного строительства за счет организации методов, обеспечивающих высокую оперативность выработки решений адаптивного характера в ходе управления производственными процессами на различных этапах изготовления строительной продукции.

Объект исследования. В качестве объекта исследования выбран комплексный производственный процесс изготовления монолитных конструкций.

Предмет исследования. Предметом исследования являются организационные, теоретические и методические аспекты выработки и принятия решений при управлении производственными процессами монолитного строительства с учетом воздействия внешних факторов.

Теоретической и методологической основой исследования являются труды отечественных и зарубежных ученых в области организации и управления строительным производством и технологии монолитного строительства; общие положения и принципы системного анализа, системотехники строительства, теории управления и теории организационно-технологической надежности строительного производства; эмпирические методы исследования влияния различных факторов на процессы структурообразования бетона.

Научная новизна диссертации состоит в создании: 1) Комплексной структурной модели оптимизации управления производственными процессами на различных этапах изготовления монолитных конструкций.

2) Метода организации управления процессом изготовления бетонной смеси с учетом фактических условий производства бетонных работ.

3) Метода организации производственных процессов с учетом моделирования кинетики твердения бетона.

4) Метода организации оперативного мониторинга состояния возводимых монолитных конструкций в реальном масштабе времени.

Задачи исследования.

1) Анализ теории и практики организации и управления производственными процессами монолитного строительства.

2) Формализация задач организации управления производственными процессами монолитного строительства в реальном масштабе времени.

3) Разработка подхода к комплексной оптимизации управления производственными процессами монолитного строительства.

4) Разработка метода организации управления процессом изготовления бетонной смеси с учетом фактических условий производства бетонных работ.

5) Разработка метода организации производственных процессов с учетом моделирования кинетики твердения бетона.

6) Разработка метода организации оперативного мониторинга состояния возводимых монолитных конструкций в реальном масштабе времени.

7) Практическая апробация разработанных решений;

8) Определение перспективных направлений дальнейших исследований в рамках обозначенной предметной области.

Апробация результатов:

Апробация результатов исследования осуществлена на III Академических чтениях «Актуальные вопросы строительной физики» в 2011 г. (г.Москва,

Россия); на IV и V Международных научно-практических конференциях «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» в 2012 и 2013 гг. (г.Москва, Россия); на XII Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи в 2012 г. (г.Москва, Россия); на Международном семинаре «Монолитное строительство» в 2012 г. (г.Амштеттен, Австрия); на Международной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» в 2012 г. (г.Москва, Россия), на III Всероссийской конференции «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений» в 2012 г. (г.Москва, Россия) и на Международном семинаре «Concrete Seminar Series» Департамента гражданского строительства Университета Торонто в 2013 г. (г.Торонто, Канада).

Работа удостоена ряда наград. В том числе: диплома победителя в номинации «Лучший научно-исследовательский проект» Всероссийского конкурса НТТМ-2012; премии Минобрнауки в поддержку талантливой молодежи I степени (приказ Минобрнауки России №821 от 15.10.2012); диплома победителя и Гранта для поддержки молодых ученых по результатам отбора в молодежном научно-инновационном конкурсе «УМНИК» на 2013-2014 гг.; победы в конкурсе на соискание стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики, на 2013-2015 гг.; медали «За успехи в научно-техническом творчестве» Всероссийского выставочного центра в 2013 г.

Публикации:

По результатам диссертационного исследования опубликовано 10 научных статей, в том числе 5 статей опубликованы в научных изданиях, входящих в

действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.

На защиту выносится:

1) Комплексная структурная модель оптимизации управления производственными процессами на различных этапах изготовления монолитных конструкций;

2) Метод организации управления процессом изготовления бетонной смеси с учетом фактических условий производства бетонных работ.

3) Метод организации производственных процессов с учетом моделирования кинетики твердения бетона.

4) Метод организации оперативного мониторинга состояния возводимых монолитных конструкций в реальном масштабе времени.

5) Результаты практического внедрения предложенных решений в практику организации строительного производства.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объём диссертации составляет 159 страниц, в том числе 10 таблиц, 48 иллюстраций и 4 приложения. Библиографический список включает 140 наименований печатных работ и ссылок на информационные \УеЬ-ресурсы, а также 10 авторских публикаций.

Методологическая схема диссертационного исследования, отражающая логическую последовательность основных его этапов, представлена на рис. 1.

Объект: комплексный производственный процесс изготовления конструкций в условиях монолитного строительства

Предмет: организационные, теоретические и методические аспекты выработки и принятия решений при управлении производственными процессами монолитного строительства с учетом воздействия внешних факторов

I

Научно-техническая гипотеза: повышение эффективности монолитного строительства за счет организации методов, обеспечивающих высокую оперативность выработки решений адаптивного характера в ходе управления производственными процессами на различных этапах изготовления строительной продукции

_1_

Цель: разработка организационно-технического подхода к управлению производственными процессами монолитного строительства в реальном масштабе времени с учетом воздействия внешних факторов.

Теоретическая и методологическая основа: труды отечественных и зарубежных ученых в области организации и управления строительным производством и технологии монолитного строительства; общие положения и принципы системного анализа, системотехники строительства, теории управления и теории организационно-технологической надежности строительного производства; эмпирические методы исследования

Т

Задачи:

■ Анализ теории и практики организации и управления производственными процессами монолитного строительства.

■ Формализация задач организации управления производственными процессами монолитного строительства в реальном масштабе времени.

■ Разработка подхода к комплексной оптимизации управления производственными процессами монолитного строительства.

■ Разработка метода организации управления процессом изготовления бетонной смеси с учетом фактических условий производства бетонных работ.

■ Разработка метода организации производственных процессов с учетом моделирования кинетики твердения бетона.

■ Разработка метода организации оперативного мониторинга состояния возводимых монолитных конструкций в реальном масштабе времени.

■ Практическая апробация разработанных решений;

■ Определение перспективных направлений дальнейших исследований в рамках обозначенной предметной области.

Научная новизна:

■ Комплексная структурная модель оптимизации управления производственными процессами на различных этапах изготовления монолитных конструкций.

■ Метод организации управления процессом изготовления бет. смеси с учетом фактических условий производства бетонных работ.

■ Метод организации производственных процессов с учетом моделирования кинетики твердения бетона.

■ Метод организации оперативного мониторинга состояния возводимых монолитных конструкций в реальном масштабе времени.

Результаты: Разработан комплексный организационно-технический подход к оптимизации управления производственными процессами на различных этапах монолитного строительства, включающий методы организации взаимосвязи производственных процессов на различных этапах строительного производства, организации опер