автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Анализ и прогнозирование риска аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки с учетом технологических решений

На правах рукописи

Серова Елена Анатольевна

АНАЛИЗ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РИСКА АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ С УЧЕТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Специальность:

05.26.02 — Безопасность в чрезвычайных ситуациях (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ДЕК 2012

Москва - 2012

005047627

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

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Волков Андрей Анатольевич Официальные оппоненты:

Тамразян Ашот Георгиевич, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет», профессор кафедры Железобетонных и каменных конструкций

Казаков Александр Александрович, кандидат технических наук, Открытое акционерное общество (ОАО) «Моспроект», ведущий инженер-конструктор

Ведущая организация:

Федеральное государственное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций» (ФГУ ВНИИ ГОЧС (Федеральный центр)) Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России).

Защита состоится 27 декабря 2012 года в 14.00 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 26 ноября 2012 года.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Безопасность является одним из основных требований, предъявляемых к строительному производству. Чрезвычайная ситуация в строительстве является, как правило, следствием случившейся аварии или катастрофы. Желание предотвратить возможность возникновения аварийно-опасных ситуаций при строительстве зданий и сооружений способствует развитию методик анализа и управления строительными рисками, а также методов выбора технологических решений.

Основная проблема при этом заключается в том, что в нормативной и справочной литературе недостаточно систематизирован подход к выбору технологических решений при строительстве зданий и сооружений в контексте анализа специфических строительных рисков, в частности - риска возникновения аварийных ситуаций. В настоящее время отсутствует возможность оценки риска возникновения аварийных ситуаций при заданных параметрах строительства зданий и сооружений в стесненных условиях городской застройки. При выборе технологических решений недостаточно учитывается уровень строительного риска, что является следствием отсутствия методики.

В изложенной постановке проблема комплексно не исследовалась, хотя многие методы анализа и управления рисками в строительстве освещались в трудах отечественных и зарубежных ученых. Среди наиболее известных исследователей этого направления следует назвать Теличенко В.И., Ройтмана В.М., Тамразяна А.Г., Качанова С.А., Зерцалова М.Г., Юфина С.А. и других исследователей.

Разработка методики анализа риска возникновения аварийных ситуаций в строительстве дает возможность не только оценить указанный риск, как на прединвестиционной стадии проекта, так и в процессе проектирования и возведения объекта строительства, но и разработать методы управления риском, в том числе - алгоритмы оценки эффективности технологических решений по возведению зданий и сооружений в условиях сложившейся городской застройки, что в свою очередь, очевидно, позволит снизить количество аварий и, как следствие - чрезвычайных ситуаций, при строительстве зданий и сооружений.

В связи с этим разработка методики по анализу и прогнозированию риска возникновения аварийных ситуаций с целью повышения безопасности строительства в условиях сложившейся городской застройки определяет цель, задачи, научную новизну и практическую значимость данного научного исследования.

Научно-техническая гипотеза диссертации состоит в предположении возможности повышения безопасности строительства зданий и сооружений в условиях городской застройки на основе создания и применения методов анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций с учетом эффективности выбора технологических решений.

Целью диссертации является повышение безопасности строительства зданий и сооружений в условиях городской застройки на основе анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1) анализ проектных и технологических решений при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки.

2) исследование рисков возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий в условиях городской застройки.

3) разработка методики анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений.

4) определение системы классификации факторов риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений.

5) разработка метода количественного анализа риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений.

6) алгоритм оценки эффективности технологических решений при строительстве в условиях городской застройки с учетом риска возникновения аварийных ситуаций.

7) практическая апробация методики анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений.

8) формулировка перспективных направлений дальнейших исследований в области повышения безопасности строительства зданий и сооружений в условиях городской застройки на основе анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций.

Объектом исследования является выбор технологических решений при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки.

Предметом исследования являются риски возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки.

Теоретические и методологические основы исследования

определяются проблемной областью решаемых задач и включают в себя теорию и методы технологии производства работ при строительстве зданий и сооружений, теорию надежности, апробированные аналитические и численные модели и методы анализа рисков, тематические работы отечественных и зарубежных авторов.

Научная новизна диссертации заключается в создании:

— методики анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений;

- системы классификации факторов риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений;

- метода количественного анализа риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений;

- алгоритм оценки эффективности технологических решений при строительстве в условиях городской застройки с учетом риска возникновения аварийных ситуаций.

Практическая значимость результатов исследования состоит в возможности их использования для анализа риска при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и выбора эффективных технологических решений с учетом установленных (требуемых) параметров объекта строительства. Результаты диссертации могут быть использованы в проектных и строительных организациях, а также страховых компаниях для оценки страховой стоимости проекта.

Апробация работы. Основные теоретические и методические положения диссертации докладывались и апробированы на международных научных и научно-практических конференциях: «Строительство -формирование среды жизнедеятельности» (г.Москва, 2010, 2011 гг.); «Актуальные вопросы инженерной геологии, механики грунтов и фундаментостроения» (г. Санкт-Петербург, 2010 г.); «Актуальные проблемы науки» (г.Тамбов, 2011г.); «Спецпроект: анализ научных достижений» (г. Днепропетровск, Украина, 2011 г.); секции Научно-методического совета по информационным системам и технологиям науки и образования в области строительства (НМС ИСТ) при Международной Ассоциации строительных вузов (АСВ) и Учебно-методическом объединении (УМО) вузов Российской Федерации в области строительства (2011,2012 гг.); заседаниях и научных семинарах кафедры Информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве (ИСТАС) ФГБОУ ВПО «Московской государственный строительный университет» (г. Москва, 2012 г.).

Внедрение результатов работы. Основные результаты выполненного исследования внедрены в Обществе с ограниченной ответственностью (ООО) «146 отдел капитального строительства».

Результаты диссертации опубликованы в 2009-2012 гг. в 12 научных работах, в том числе - в 7 работах в научных изданиях, входящих в действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, утвержденный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав (включая выводы по каждой главе), основных выводов и предложений, библиографического списка, включающего 110 наименований, и приложений.

Содержание диссертации соответствует пп. 8,9 Паспорта специальности 05.26.02 - Безопасность в чрезвычайных ситуациях (строительство).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, поставлены цели и определены задачи исследования, сформулирована научная новизна, практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен аналитический обзор аварийных ситуаций при строительстве, связанных с ошибками проектных и технологических решений. Проанализированы существующие подходы к анализу проектных и технологических решений при строительстве зданий и сооружений. Рассмотрен вопрос о возможности повышения безопасности строительства в условиях сложившейся городской застройки.

Анализ причин аварий в нашей стране и за рубежом показывает, что отступления от проектных решений и нарушение технологии производства строительных работ являются среди них самыми распространенными.

В строительной отрасли при проектировании сооружений и конструкций, в том числе в рамках организации строительного производства, для выбора технологических решений принято использовать метод сравнения, основанный на анализе экономических и временных параметров сопоставляемых вариантов.

Термин «строительная технология» имеет системный смысл, включающий в себя основные элементы производственного строительного процесса (строительные конструкции, материалы, средства, способы, методы, параметры и др.), описывающие процессы производства, управления, контроля и обеспечивающие создание конечной строительной продукции. Современные требования, которые предъявляются к строительному производству: системность, безопасность, гибкость, ресурсосбережение, качество, эффективность.

Существуют модели, согласно которым строительная технология отражает сущность взаимодействия компонентов: «конструкции», «материала», «процесса», «технологических средств»; а также модели, которые учитывают факторы не только характеризующие саму строительную технологию, но также внешние условия производства работ и время выполнения работ, что отражает совокупность технологических и организационных взаимосвязей между элементами строительных технологий.

В результате допущенных в процессе проектирования и строительства дефектов и ошибок существенно снижается надежность возводимого объекта и повышается вероятность отказа. В таких случаях к зданиям и сооружениям часто применяется термин «конструктивная безопасность». Таким образом, техническое регулирование безопасности тесно связано с проблемами надежности и эффективности (рис. 1).

Кроме того, безопасность зданий и сооружений промышленных предприятий является составной частью промышленной безопасности в соответствии с Федеральным законом от 21.07.1997 №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

Рис. 1. Взаимосвязь терминов безопасности, эффективности и надежности

В данной работе предлагается рассмотреть эффективность технологических решений при строительстве зданий и сооружений с точки зрения качества принятого решения и минимизации возможности возникновения аварийной ситуации посредством снижения уровня риска.

Для обеспечения направленности исследования был проведен анализ состояния научной базы рисков возникновения аварийных ситуации при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки. В отечественной и зарубежной нормативной литературе представлены методики по анализу и прогнозированию рисков, возникающих в процессе производства работ, в том числе технических и технологических. Например в РД-03^4-18-01 (Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов) и ГОСТ Р 51901.1-2002 (Менеджмент риска. Анализ риска технологических систем). Однако указанные методики имеют, в основном, вероятностный характер и основаны на статистических данных возникновения чрезвычайных ситуаций.

В результате проведенного анализа необходимо отметить отсутствие нормативных документов, регламентирующих методику оценки риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений.

Рассмотрены риски при строительстве зданий и сооружений, сформулировано определение риска. Под риском, в данном случае, понимается возможность нанесения ущерба объекту строительства или имуществу третьих лиц вследствие изменения сложившейся среды (или параметров здания / сооружения), произошедших по причине проведения строительных работ по возведению этого здания / сооружения, или в результате последствий проведения таких работ.

В базовой теории анализа риска выделяют два подхода - качественный и количественный. Качественный анализ риска является первоочередной задачей, его цель - определение видов рисков, рискообразующих факторов, а также

ранжирование выявленных рисков. Количественный анализ предназначен для определения уровня суммарного риска.

Качественный анализ рисков проводится с точки зрения:

- истоков, причин возникновения данного вида рисков;

- вероятных негативных последствий, вызванных возможной реализацией данного риска;

- конкретных прогнозируемых мероприятий, позволяющих минимизировать рассматриваемый риск.

К качественным методам анализа рисков относятся экспертные методы оценки рисков, методы аналогий, концептуальные переносы.

Основными результатами качественного анализа рисков являются:

- выявление конкретных рисков и порождающих их причин;

- анализ и оценка гипотетических последствий возможной реализации отмеченных рисков;

- предложение мероприятий по минимизации ущерба.

Также на этом этапе определяются граничные значения (минимум и максимум) возможного изменения всех факторов (переменных) проекта.

Количественный анализ рисков производится на основе математических моделей принятия решений и особенностей реализации проекта, основными из которых являются:

- стохастические (вероятностные);

- лингвистические (описательные);

- детерминированные (игровые, поведенческие)

В диссертации предполагается развитие возможности повышения безопасности строительства в условиях сложившейся городской застройки на основании разработки методики по анализу и прогнозированию риска возникновения аварийных ситуаций, с учетом параметров существующей ситуации объекта строительства.

Представленная на рис. 2 схема диссертационного исследования отображает логическую последовательность его этапов: от формулировки гипотезы научного исследования (пункт 1) до практической проверки результатов (пункт 9). Объектом исследования (пункт 4) является выбор технологических решений при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки. Методологические и теоретические работы в изученной области (пункт 6) позволили сформулировать задачи данного исследования (пункт 7). Решение поставленных задач привело к полученным результатам (пункт 8), которые были практически апробированы в результате экспериментальной проверки (пункт 9).

Во второй главе описаны основные подходы к определению надежности зданий и сооружений, проанализированы существующие методы оценки рисков, рассмотрены вероятностные методики оценки рисков возникновения аварийных ситуаций. Описана разработанная автором методика по анализу и прогнозированию риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки.

ТГНаучно-техническая гипотеза: предположение возможности повышения безопасности строительства зданий и сооружений в условиях городской застройки на основе создания и применения методов анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций с учетом эффективности выбора технологических решений__

______^_____

2. Тема диссертационного исследования: анализ и прогнозирование риска аварийных ситуации при строительстве в условиях городской застройки с учетом технологических решений

_____^_

3. Цель исследования: повышение безопасности строительства зданий и сооружений в условиях городской застройки на основе анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций

_____-__—

7. Задачи:

- Анализ проектных и технологических решений при строительстве зданий и сооружений.

- Исследование рисков возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений.

- Разработка методики анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки с учетом технологических решений.

- Определение системы классификации рискообразующих факторов риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве сооружений.

- Разработка метода количественного анализа риска возникновения аварийных ситуаций в строительстве^

- Алгоритм оценки эффективности технологических решений при строительстве в условиях городской застройки.

_____

8. Результаты исследования:

Проведенный анализ современных отечественных и зарубежных разработок и исследований показал отсутствие методов оценки эффективности технологических решений с помощью анализа строительных рисков.

Проведенные исследования рисков возникновения аварийных ситуаций показали отсутствие методики оценки риска с учетом существующих условий участка строительства.

Создана методика анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций в условиях городской застройки с учетом технологических решений.

Разработана классификация рискообразующих факторов риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений.

Предлагаемый метод количественного анализа риска позволяет оценить уровень указанного риска, исходя из существующих условий строительства сооружений.

Представлен алгоритм оценки эффективности технологических решений при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки.

_____^

9. Экспериментальная проверка и практическое использование результатов исследования:

проведена апробация разработанной методики анализа риска возникновения аварийных ситуаций в условиях городской застройки, а также алгоритма оценки эффективности технологических решений на реальных примерах строительства и реконструкции сооружений. Определено направление дальнейших исследований в области повышения безопасности строительства в условиях сложившейся городской застройки с помощью анализа риска и оценки эффективности технологических решений.

Г 4. Объект исследования:

выбор технологических решений при строительстве сооружений в условиях городской застройки. 5. Предмет исследования: риски возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий в условиях городской застройки.

6. Методологические н теоретические основы исследования: теория и методы технологии производства работ при строительстве зданий и сооружений, апробированные аналитические и численные модели и методы анализа технических рисков

Рис. 2. Общая схема диссертационного исследования

Важным этапом оценки надежности является выбор показателей надежности строительных конструкций, в настоящее время официально установленных норм надежности строительных конструкций, зданий и сооружений нет. Существует несколько подходов к нормированию надежности:

- установление экономических норм надежности, основанных на стоимостных критериях. Чаще всего используют оптимизацию по критерию суммарных затрат с учетом вероятности отказов в процессе эксплуатации;

- обобщение опыта проектирования и эксплуатации строительных объектов;

- анализ заложенных в строительные нормы и правила запасов и уровня надежности. Согласно такому анализу, надежность строительных конструкций равна Р=0,9999...0,999999. Вероятность отказа конструкций соответственно равна £>=1 (Г1..КГ6;

- расчетный метод назначения уровня надежности;

- метод, связывающий требуемый уровень надежности с тремя классами зданий и сооружений по степени ответственности согласно ГОСТ 27751-88*.

Оценка надежности конструкций широко используется для анализа риска аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений.

Риск аварии — величина, регулируемой составляющей которой является объектный риск, формируемый за счет ошибок проектировщиков, поставщиков, строителей, выбора технологии, контролеров и др. К нерегулируемым составляющим риска аварии относятся вероятности возникновения внешних воздействий на объект, различающихся по частоте проявления и мощности.

Схема процесса оценки риска включает описание системы, идентификацию опасности и разработку сценариев, которые могут привести к аварии, как в условиях нормальной эксплуатации, так и в аварийных ситуациях; качественный анализ рисков; количественную оценку опасных воздействий; расчет вероятностей опасных событий и разработку экономически эффективной стратегии контроля и снижения рисков.

Количественная оценка риска по своей природе - процесс, в основе которого лежат методы теории вероятности. Однако, существует ряд трудностей и неопределенностей, связанных с количественной оценкой риска, что в свою очередь связано с неполнотой существующих баз данных и баз знаний.

Первым этапом анализа риска является идентификация возможных опасностей. В общем случае, опасные факторы рекомендуется подразделять на природные и техногенные, внешние и внутренние опасности.

К внутренним опасностям аварий следует относить:

- ошибки изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации конкретного здания или сооружения, неправильные действия или бездействие персонала в аварийных ситуациях и т.д.;

- изменение свойств материалов зданий и сооружений и их оснований;

- переменные температурные воздействия.

При этом стоит отметить, что одним из наиболее сложных и недостаточно изученных вопросов является влияние неэффективного технологического решения на возникновение и развитие аварийной ситуации.

Ранжирование основных сценариев возникновения и развития аварий по уровню опасности для персонала, населения, имущества и окружающей природной среды следует выполнять с помощью матрицы качественной оценки риска аварий - «частота - тяжесть последствий», согласно которой определяется уровень последствий при реализации риска.

Методы оценки риска строительства зданий и сооружений можно разделить на три класса: вероятностные, детерминированные и экспертные.

К вероятностным относятся регрессионные модели, различные модели прогнозирования, имитационные модели, модели теории принятия решений в условиях неопределенности и др. К детерминированным относятся модели матричные, линейные и нелинейные, математического программирования, динамического программирования, сетевые и др. К экспертным относятся методы оценок экспертов, основанных на различных частных решениях.

Для оценки риска необходимы количественные показатели, которые должны обеспечивать сравнимость степени опасности различных его источников, состояния безопасности для различных видов деятельности и категорий. Как правило, понятие риска связывают с возможностью наступления сравнительно редких событий.

Исходя из этого возможны следующие виды риск-анализа конструкций.

1. Интервальный риск-анализ:

ВДе[тшй(£с,г),тахЯ(£с,г)] (1)

2. Вероятностный риск-анализ:

Я(0=|С(£с,Г)/(Яс,04ГА (2)

«к

где С^сД) - потери, определяемые для значений параметров уравнения предельного состояния - плотность распределения вероятностей

параметров предельного состояния.

Полный риск можно Я можно определить следующим образом:

<=1

При этом принимается, что конструкция подвержена количеству Ля различных угроз, что угрозы могут повредить конструкции Л^ различными способами (в зависимости от рассматриваемой угрозы) и что общее состояние повреждённой конструкции можно разделить на неблагоприятных состояний с соответствующими последствиями С(5\). При этом р(Щ — вероятность возникновения ¡-й угрозы (в пределах рассматриваемого интервала времени); р{РДН1) — условная вероятность возникновения у-го повреждённого состояния конструкции при наступлении г'-й угрозы; р(5к\0,) - условная вероятность наступления к- го неблагоприятного общего состояния 5 конструкции, находящейся в /-м повреждённом состоянии.

В настоящей работе автором разработана методика по анализу и прогнозированию риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки. Суть данной методики состоит в комплексном подходе к оценке риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений, который включает качественный и количественный анализ указанного риска. В рамках качественного анализа риска разработана система классификации факторов указанного риска, а также ранжирование выбранных факторов. В составе количественного анализа создан метод количественной оценки уровня риска с применением комбинации методов планирования эксперимента и экспертного анализа.

В третьей главе разработана классификация составляющих риска возникновения аварийных ситуаций, рассмотрены технологические аспекты при строительстве зданий и сооружений в условиях сложившейся городской застройки, проведен анализ технологий, применяемых на нулевом цикле строительства здания (сооружения), а также разработана классификация рассматриваемых технологий и определение уровней их сложности.

В настоящем исследовании определены следующие составляющие (факторы) риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки: геологическая и гидрогеологическая; конструктивная; ситуационная; технологическая сложность; применение неэффективного технологического решения.

Указанный перечень факторов определяет универсальную картину основных составляющих риска. С учетом специфики технологического процесса состав рискообразующих факторов может быть скорректирован. Например, геологическая и гидрогеологическая составляющая имеет наибольшее значение на этапе нулевого цикла строительства зданий и сооружений, а также для технологий, предполагающих работу грузоподъемной техники.

Далее разработана классификация выбранных факторов по определенным признакам.

Геологическая и гидрогеологическая составляющая. Данная составляющая определяется в соответствии с категорией сложности инженерно-геологических условий по СП 11-105-97. В указанной классификации выделяют три категории сложности: простая, средней сложности и сложная.

На основании вышеизложенного для удобства ранжирования указанной составляющей (фактора) риска приведена табл. 1.

Конструктивная составляющая. Данный фактор предполагает определение архитектурно-конструктивных параметров строящегося здания (сооружения). В зависимости от этапа возведения здания (сооружения), для которого прогнозируется риск, конструктивная составляющая может определяться различными геометрическими параметрами возводимого здания (сооружения).

Таблица 1.

Ранжирование геологической и гидрогеологической составляющей (фактора) риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки

Категории сложности геологической и гидрогеологической составляющей (фактора) риска Ранжирование составляющей (фактора) риска

I(простая) Низкий (1)

II (средней сложности) Средний (2)

III (сложная) Высокий (3)

Например, для нулевого цикла строительства была выбрана конструктивная характеристика, которая оказывает наибольшее влияние на существующую ситуацию строительства. Такой характеристикой является заглубление проектируемого здания (сооружения).

На основании проведенного анализа, предлагается выделить три категории конструктивной составляющей: простая — менее 5 м; средней сложности — от 5 до 10 м; сложная — более 10 м.

Для удобства ранжирования конструктивной составляющей (фактора) риска приведена табл. 2.

Таблица 2.

Ранжирование конструктивной составляющей (фактора) риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки

Категории сложности конструктивной составляющей (фактора) риска Ранжирование составляющей (фактора) риска

Простая (менее 5 м) Низкий (1)

Средней сложности (от 5 до 10 м) Средний (2)

Сложная (более 10 м) Высокий (3)

Ситуационная составляющая. Ситуационная сложность предполагает попадание окружающей застройки в зону влияния строящегося здания (сооружения) или стесненность площадки строительства.

Попадание окружающей застройки в зону влияния характеризуется наличием в зоне влияния планируемого здания (сооружения) существующей застройки. Данная составляющая была исследована в научных публикациях, в которых авторы основываются на анализе расчетов более 160 объектов в городе Москве, а также в соответствии с существующими нормативными документами. Предлагается выделить три категории ситуационной сложности строительства (где к — глубина котлована):

1) безопасная - окружающая застройка находится на расстоянии > 5А от строящегося здания (сооружения);

2) средней опасности — окружающая застройка находится на расстоянии от 0,5/; до 5/г от строящегося здания (сооружения);

3) опасная - окружающей застройки находится на расстоянии < 0,5й от строящегося здания (сооружения).

Для удобства ранжирования ситуационной составляющей (фактора) риска приведена табл. 3.

Таблица 3.

Ранжирование ситуационной составляющей (фактора) риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки

Категории сложности ситуационной составляющей (фактора) риска Ранжирование составляющей (фактора) риска

Безопасная (расстояние до существующей застройки > 5И) Низкий (1)

Средней опасности (расстояние до существующей застройки от 0,5й до 5И) Средний (2)

Опасная (расстояние до существующей застройки < 0,5й) Высокий (3)

Технологическая сложность. Данная составляющая подразумевает сравнительный уровень сложности применяемой технологии. Предлагается классификация технологий, применяемых при строительстве зданий и сооружений, на три категории:

1) простая — хорошо освоенные в производстве работ технологии с применением машин и механизмов общестроительного назначения, требующие стандартной квалификации персонала (например, для стадии нулевого цикла-это шпунтовое ограждение котлована из металлических труб с деревянной забиркой);

2) средней сложности — широко используемые технологии с применением специализированных машин, механизмов и оборудования, предъявляющие дополнительные требования к квалификации персонала (например, для стадии нулевого цикла — это железобетонная стена в грунте);

3) сложная — редко используемые технологии с применением узкоспециализированных машин, механизмов и оборудования, требующие специальной квалификации персонала (например, для стадии нулевого цикла-это jet-grouting, цементация оснований и фундаментов, метод химического закрепления грунтов, замораживание грунтов).

Для удобства ранжирования указанной составляющей (фактора) риска приведена табл. 4.

Таблица 4.

Определение фактора технологической сложности риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки

Категории технологической сложности риска Ранжирование составляющей (фактора) риска

Простая Низкий (1)

Средней сложности Средний (2)

Сложная Высокий (3)

В настоящем исследовании рассмотрен вопрос эффективности технологических решений при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки. Определено понятие эффективности и уровни эффективности технологических решений в определенных параметрах среды.

Применение неэффективной технологии. Эффективность технологического решения показывает насколько выбранный способ возведения технологии рационален в данных условиях строительства.

Наиболее частой причиной аварий при строительстве зданий и сооружений являются некорректные технологические решения проекта. На примере нулевого цикла строительства зданий (сооружений) разработана таблица для определения эффективности технологических решений по возведению зданий и сооружений.

Для удобства ранжирования указанной составляющей (фактора) риска приведена табл. 5.

Таблица 5.

Определение фактора применения неэффективной технологи риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки

Категории эффективности применяемой технологии Ранжирование составляющей (фактора) риска

Высокоэффективная (А) Низкий (1)

Малоэффективная (В) Средний (2)

Неэффективная (С) Высокий (3)

В рамках количественного анализа риска при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки разработан метод оценки уровня указанного риска, а также проанализированы математические методы и модели, применяемые для оценки рисков.

В данном случае при оценке уровня риска применить вероятностные методики, основанные на статистических данных не представлялось возможным ввиду отсутствия достаточного количества данных, необходимых для статистики. Применение же экспертных оценок являлось индивидуальным для каждого отдельного объекта.

Для наиболее эффективного анализа риска разработана методика, на основании которой экспертная оценка компилируется с теорией планирования эксперимента. Принцип планирования эксперимента состоит в анализе массива данных, полученных с помощью эксперимента или анализа экспертных мнений. Первой задачей планирования эксперимента являлось формирование массива данных экспертного анализа так, чтобы рассмотренные экспертами комбинации рискообразующих факторов находились в определенной закономерности, назначенной из математических соображений теории планирования эксперимента. Далее была построена функция отклика, позволяющая воспроизвести данные экспертного анализа (отклик) при произвольной (в рамках соответствующих областей применимости) комбинации исходных рискообразующих факторов.

В процессе анализа риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки были определены его составляющие (факторы), в том числе геологическая и гидрогеологическая, конструктивная, ситуационная, технологическая сложность, применение неэффективного технологического решения. Далее необходимо было определить и классифицировать суммарный риск.

Для решения данной задачи был выбран план эксперимента Бокса-Бенкена, позволяющий определить функцию отклика в виде полинома второго порядка:

М(.Х„Х2 ...Хк) = /?„ + /?,*! + Ргх2 + - + ркХк + /?12*1*2 + А3*1*3 + - + Рк-1,кХк-1*к + 011*1 + &2*| + /?Ыс*к

(4)

где /3— коэффициенты регрессии.

Согласно плану Бокса-Бенкена при пяти варьируемых факторах рассматривается 41 уникальная комбинация пяти факторов, причем каждый фактор варьируется на трех уровнях, т.е. принимает минимальное, среднее и максимальное значение.

Для определения уровня суммарного риска применен экспертный анализ уровней риска исходя из заданных параметров сложившейся среды. В процессе анализа разработан опросный лист, в который включены рискообразующие факторы в комбинациях, назначенных согласно принятому плану эксперимента. Риск оценивается по следующим параметрам:

1) очень низкий риск;

2) низкий риск;

3) средний риск;

4) высокий риск;

5) очень высокий риск.

В рамках данной работы для примера был выбран нулевой цикл строительства зданий (сооружений), для которого была разработана подробная анкета экспертного опроса. Далее экспертами была заполнена таблица, в которой на основании заданных факторов и описанной ситуации строительства нужно было оценить общий риск каждого конкретного случая (41 вариант по условиям планирования эксперимента). После получения экспертных данных проводились необходимые расчеты по оценке экспертных мнений, в результате чего была окончательно сформирована таблица экспертных мнений.

Основной задачей оценки риска стало применение теории планирования эксперимента для получения коэффициентов регрессии. В данном случае функцией отклика является непосредственно суммарный риск, который подставляется в уравнение, после чего производится ряд расчетов (с помощью теории планирования эксперимента определялись коэффициенты регрессии и далее функция отклика в численной форме) для определения влияния каждой составляющей (фактора) на уровень суммарного риска.

Далее была проведена обработка результатов эксперимента. Полученные результаты проанализированы на предмет их адекватности путем верификации аналитических данных и реальных ситуаций строительства зданий

(сооружений) в условиях сложившейся городской застройки. На основании исследования реальных строительных ситуаций проведена обработка результатов расчета и оптимизация риска.

В результате выполненного анализа определена итоговая зависимость суммарного риска от его составляющих (факторов) для стадии нулевого цикла строительства зданий (сооружений):

М(х1,х2...х5} = 5 + 0,75х1 + 0,8 125х2 +1,125x3 + 1,5х4 + 1Д875х5 + + 0,9583^ + 0,8750х| +0,4583лг32 + 0,9583л^ +0,875х52 - 0,5x^3 -— 0,5*^4 — 0,2.5х-,х3 — 0,5х2х5 -+- 0,25х3х5 — 0,5д:4дг5 (5)

При определенных условиях строительства, согласно формуле (5) можно получить значения риска, результаты расчета представлены в табл. 6.

Таблица 6.

Результаты расчета риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве

в условиях городской застройки

Описание объекта строительства (пример №1) Геологическая и гидрогеологическая ситуация средней сложности, окружающая застройка находится на расстоянии 0,5/г до 5Л от строящегося здания (сооружения), проектируемое здание планируется заглубить на 5-10 м, при строительстве планируется применение простой, но неэффективной технологии

Оценка факторов риска X, х2 Х3 х4 Х5

2 2 2 1 3

Нормированные значения факторов для расчета 0 0 0 -1 1

Итоговый пользовательский риск (расчетный уровень риска) 4 (7,02)

Описание объекта строительства (пример №2) Геологическая и гидрогеологическая ситуация средней сложности, окружающая застройка находится на расстоянии более 5 Ь от строящегося здания (сооружения), проектируемое здание планируется заглубить более чем на Юм, при строительстве планируется применение средне-сложной, но малоэффективной технологии

Оценка факторов риска х2 X, X,

2 1 3 2 2

Нормированные значения факторов для расчета 0 -1 1 0 0

Итоговый пользовательский риск (расчетный уровень риска) 4 (6,9)

Таблица 6 (Продолжение).

Результаты расчета риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве

в условиях городской застройки

Описание объекта строительства (пример №3) Геологическая и гидрогеологическая ситуация средней сложности, окружающая застройка находится на расстоянии от 0,5/г до 5Л от строящегося здания (сооружения), проектируемое здание планируется заглубить белее чем на 10 м, при строительстве планируется применение средне-сложной и эффективной технологии

Оценка факторов риска X, Х2 х5

2 2 3 2 1

Нормированные значения факторов для расчета 0 0 1 0 -1

Итоговый пользовательский риск (расчетный уровень риска) 3 (6,03)

Далее, для более полного описания исследуемого риска была разработана сопоставительная таблица вероятностной оценки рассчитываемого уровня риска (табл. 7).

Таблица 7.

Определение вероятностной характеристики риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки

Риск возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий (сооружений)

Уровень риска Вероятностная оценка

Очень высокий риск (5) 0,75-КГ*-1-КГ*

Высокий риск (4) 0,5-10-4-0,74-Ю-4

Средний риск (3) 0,3-10"4-0,49-10"4

Низкий риск (2) 0,15-10"4-0,29-10"4

Очень низкий риск (1) мо-'-о.н-ю-4

Допустимый риск МО"6

В четвертой главе согласно плану исследования проведен анализ существующих алгоритмов и методов выбора эффективных технологических решений при строительстве зданий и сооружений в условиях сложившейся городской застройки. Разработан алгоритм оценки эффективности технологических решений при строительстве в условиях городской застройки с учетом риска возникновения аварийных ситуаций. Описана проведенная апробация разработанной методики и алгоритма выбора эффективных технологических решений. Определены перспективные направления дальнейших исследований.

В ходе исследования определен наиболее корректный алгоритм оценки эффективности технологических решений при строительстве в условиях городской застройки с учетом риска возникновения аварийных ситуаций, который указан на рис. 3.

Рис. 3. Укрупненная блок-схема алгоритма оценки эффективности технологических решений при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки

с учетом риска

Апробация разработанной методики и алгоритма выбора эффективных технологических решений проводилась в ООО «146 отдел капитального строительства».

Перспективными направлениями дальнейших исследований в области повышения безопасности строительства в условиях сложившейся городской застройки являются:

- автоматизация разработанной методики по анализу и прогнозированию риска при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки;

- применение методов управления рисками для более эффективного прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки;

- развитие созданной методики по анализу риска в контексте повышения безопасности строительства.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Проведенный анализ современных отечественных и зарубежных разработок и исследований показал отсутствие методов оценки эффективности технологических решений с помощью анализа строительных рисков. Для повышения безопасности в строительстве необходима разработка алгоритма оценки эффективности технологических решений при строительстве в условиях городской застройки с учетом риска возникновения аварийных ситуаций.

2. Проведенные исследования рисков возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений показали отсутствие методики оценки риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений.

3. Созданная методика анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки, с применением комбинации методов планирования эксперимента и экспертного анализа, дает возможность оценить уровень исследуемого риска при заданных параметрах ситуации строительства.

4. Разработана система классификации рискообразующих факторов риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки, в рамках которой рассмотрены различные составляющие риска при строительстве зданий (сооружений), в том числе показатели технологической сложности и эффективности технологических решений.

5. Предлагаемый метод количественного анализа риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений позволяет оценить уровень указанного риска, исходя из анализа существующих условий строительства зданий (сооружений), используя методы планирования эксперимента и экспертного анализа.

6. Представлен алгоритм оценки эффективности технологических решений при строительстве зданий и сооружений в условиях городской застройки, позволяющий оптимизировать уровень риска, что дает возможность повышения безопасности строительства.

7. Разработанная методика получила практическую реализацию в виде апробации на реальных примерах строительства зданий в условиях существующей городской застройки.

8. В результате работы было определено направление дальнейших исследований в области повышения безопасности строительства в условиях сложившейся городской застройки с помощью анализа и прогнозирования риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве зданий и сооружений с учетом влияния городской застройки и эффективности выбора технологических решений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

*

1. Серова Е.А. Причины роста количества аварий в геотехническом

строительстве [Текст] // Вестник МГСУ. — 2009. — №1. — с. 513—516. *

2. Серова Е.А., Чунюк Д.Ю. Проблемы выбора технологии при строительстве подземных и заглубленных сооружений [Текст] // Вестник МГСУ. - 2009.-№3,-с. 211-216.

3. Серова Е.А., Чунюк Д.Ю. Применение теории анализа и управления риском в практике строительства подземных и заглубленных сооружений [Текст] // Сб. науч. тр. конференции «Актуальные вопросы инженерной геологии, механики грунтов и фундаментостроения». — СПб.: СПбГАСУ, 2010.

4. Серова Е.А., Чунюк Д.Ю. Качественный и количественные анализ геотехнического риска [Текст] // Сб. науч. тр. XIII Междунар. межвуз. науч.-практ. конф. молодых ученых докторантов и аспирантов «Строительство —

формирование среды жизнедеятельности». -М.: МГСУ, 2010. *

5. Серова Е.А., Чунюк Д.Ю. Качественный и количественный подходы при анализе геотехнического риска [Текст] // Вестник МГСУ. — 2010. — №2. — с. с. 164-169.

6. * Дейнеко A.B., Серова Е.А., Чунюк Д.Ю. Специфика количественного анализа геотехнического риска [Текст] // Вестник МГСУ. — 2010. — №4. — с. 369-374.

7. Серова Е.А., Чунюк Д.Ю. Зерцапов М.Г. Понятие эффективности технологических решений при анализе геотехнического риска [Текст] // Сб. науч. тр. XIV Междунар. межвуз. науч.-практ. конф. молодых ученых докторантов и аспирантов «Строительство — формирование среды жизнедеятельности».-М.: МГСУ, 2011.-е. 584-591.

8. Серова Е.А., Чунюк Д.Ю., Дейнеко A.B. Оценка сложности и эффективности технологических решений в геотехническом строительстве [Текст] // Сб. науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы науки». - Тамбов, 2011.-Часть 4.-с. 112-116.

9. Чунюк Д.Ю., Дейнеко A.B., Серова Е.А. Аспекты выбора технологических решений и связанные с ними риски при строительстве подземных и заглубленных сооружений [Текст] // Сб. научн. тр. VI Междунар. науч.-практ. конф. «Спецпроект: анализ научных достижений». - Украина, Днепропетровск, 2011. - Том 3.-е. 77-83.

10. Серова Е.А., Манько A.B. Качественный анализ геотехнического риска при возведении бетонных плотин [Текст] // Геориск. — 2011. — №3. — с. 44-46.

*

11. Волков А.А., Серова Е.А. Качественный анализ составляющих риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки с учетом технологических решений [Электронный ресурс] //

Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. - 2012. — Вып. 3 (23). ♦

12. Волков А.А., Серова Е.А. Методика количественного анализа уровня риска возникновения аварийных ситуаций при строительстве в условиях городской застройки с учетом технологических решений // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. — 2012. - Том 8. - №4.

*

— 7 работ, опубликованные в научных изданиях, входящих в действующий перечень Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Лицензия ЛР №020675 от 09.12.1997 г. ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

Подписано в печать: 16.11.2012. Формат: 60x84 1/16 Печать: офсетная

О бъем: 1 п л._Тираж: 100_Заказ №: 104к

129337, г. Москва, Ярославское ш., 26, ФГБОУ ВПО «МГСУ»