автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Обоснование выбора конструкций дорожных одежд с использованием критерия энергетических затрат

На правах рукописи Конорева Алла Александровна

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРИТЕРИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ

05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук, 0 \ ■■ о """ 3

00346443Ь>

Омск - 2009

003464496

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Боброва Татьяна Викторовна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Смирнов Александр Владимирович;

кандидат технических наук Лонский Владимир Николаевич

Ведущая организация - Казанский государственный архитектурно-

строительный университет

Защита состоится 9 апреля 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.250.01 ВАК РФ при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)» по адресу: 644080, г. Омск, проспект Мира, 5, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)».

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу диссертационного совета.

Телефон для справок: (3812) 65-20-41; факс: (3812) 65-03-23.

E-mail: bobrova_tv@sibadi.org

Автореферат разослан «6» марта 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Т. В. Боброва

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных условиях строительства при оценке и принятии технических решений используются стоимостные показатели. Основной недостаток стоимостных методов заключается в том, что они существенно зависят от рыночных цен на материалы, энергию и оборудование, поэтому оценка стоимости работ не всегда даёт объективную картину реальной технической эффективности принимаемых решений.

Дорожное строительство - энергоемкая отрасль, потребляющая материальные ресурсы других энергоемких отраслей и затрачивающая достаточно много энергии на их доставку и преобразование в технологических процессах. Поэтому важной задачей дорожной отрасли является снижение энергоемкости процессов дорожного строительства.

До последнего времени учету энергозатрат в строительстве и эксплуатации автомобильных дорог уделяли незаслуженно мало внимания. Научных работ в этом направлении применительно к дорожному строительству недостаточно.

В то же время показатель потребления энергии - один из объективных критериев при принятии организационно-технологических решений на стадиях проектирования и строительства автомобильных дорог.

Объектом исследования являются проектные конструкции и органи-зационно-тсхнологические решения при строительстве дорожных одежд.

Предмет исследования - совокупность закономерностей формирования энергетических затрат в транспортно-производственных и технологических процессах при строительстве дорожных одежд.

Цель работы - разработать метод и модели оценки и оптимизации энергетических затрат на этапах производственного цикла строительства дорожной одежды для обоснования проектных решений.

Дня достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ современного состояния управления энергетическими затратами в дорожном строительстве;

- обосновать критерий энергетических затрат при сравнении вариантов конструкций дорожных одежд;

- разработать концептуальную модель формирования энергетических затрат при строительстве дорожной одежды;

- представить комплекс моделей оценки и снижения энергозатрат при сравнении конструктивных и организационно-технологических решений для принятия решений о выборе конструкций дорожных одежд;

- разработать алгоритм решения и программное обеспечение для реализации моделей на ПЭВМ.

Методологической основой для расчета энергетических затрат в дорожных конструкциях является комплексный анализ, включающий в себя системный и логистический подходы к изучению сложных систем с использованием аппарата имитационного моделирования, исследования операций и принятия решения с помощью функции полезности. Он применяется для решения слабоструктурированных задач и с его помощью в вероятностной системе «Строительство конструкций дорожных одежд» становится возможным учет системных взаимосвязей между подсистемами и окружающей средой.

Научная новизна состоит:

1) в разработке концептуальной модели формирования энергозатрат на всех этапах строительства конструкций дорожных одежд;

2) обосновании комплексного критерия энергетических затрат при сравнении проектных решений конструкций дорожных одежд с учетом критерия энергетических затрат;

3) разработке комплекса моделей сложных логистических систем для оценки и снижения энергетических затрат при сравнении конструктивных и организационно-технологических решений.

Практическая значимость заключается в рациональном выборе проектных решений конструкций дорожных одежд с учетом критерия энергетических затрат на уровне регионов (с разработкой программного обеспечения «Оптимизация энергетических затрат при транспортировке груза от поставщика до дорожного объекта "Energy way"», свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008615912 от 28.01.2009г.). Использование разработанной методики расчета энергозатрат позволяет принимать обоснованные решения при строительстве дорожных одежд.

На защиту выносится:

- методика расчета энергетических затрат при строительстве конструкций дорожных одежд;

- концептуальная модель оценки и путей снижения энергозатрат при строительстве дорожных одежд;

- комплексный критерий, включающий энергетические затраты, при сравнении вариантов конструкций дорожных одежд;

- комплекс моделей сложных логистических систем для сравнения конструктивных и организационно-технологических решений при принятии решений о выборе конструкций дорожных одежд.

Основная идея работы состоит в обосновании использования критерия энергетических затрат в качестве одного из частных критериев при сравнении проектных решений конструкций дорожных одежд в регионе.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных методов расчетов, обеспечи-

вающих достаточный уровень надежности результатов математического моделирования; методологической базой исследования, основанной на фундаментальных и достоверно изученных положениях.

Отличие от результатов, полученных другими авторами. В результате анализа работ ряда авторов установлено, что в настоящее время энергозатраты при строительстве конструкций дорожных одежд рассчитываются по отдельным видам работ или технологиям, без увязки их в единый процесс. В работе доказана необходимость применения комплексного подхода к управлению энергозатратами на протяжении всей логистической цепочки строительства дорожных одежд от добычи материалов до их устройства в слое, что позволяет оптимизировать энергетические затраты конструкций дорожных одежд.

Реализация работы. Часть исследований выполнена в составе научно-исследовательской работы 2006 - 2007 гг. «Разработка новой теории оптимального управления и модернизации транспортной структуры для обеспечения социальной эффективности и конкурентоспособности экономики на мировом рынке» (№ государственной регистрации 01200607535), выполнялась в рамках научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники».

Результаты, полученные по предложенным методикам, приняты к использованию в производственной деятельности предприятий ГУ УДХ Омской области, ЗАО «Стройсервис».

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на: Второй международной научно-практической конференции «Формирование транспортно-логистической инфраструктуры. Приграничное сотрудничество России и Казахстана» (Омск, 2007); Международном конгрессе «Машины, технологии и процессы в строительстве» (Омск, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Повышение долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения» (Казань, 2008). Материалы диссертационной работы используются в дипломном проектировании и в учебном процессе.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 7 статьях, опубликованных в журналах и сборниках трудов, в том числе одна статья в журнале по списку ВАК.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 107 наименований. Объем работы -184 страницы машинописного текста, в том числе 39 рисунков, 29 таблиц, 7 приложений объемом 46 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследования, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе обобщены результаты исследований по расчету энергетических ресурсов на всех стадиях жизненного цикла конструкции дорожной одежды.

Вопросами оценки энергозатрат на производство строительной продукции занимались многие видные ученые. В частности, отдельные проблемы оценки энергоемкости конструкций, дорожно-строительных работ и автомобильного транспорта освещались в трудах Т.В. Бобровой, В.Н.Ефименко, М.А. Завьялова, С.К. Илиополова, В.Н. Луканина,

A.А.Малышева, В.М. Могилевича, М.В. Немчинова, В.П. Никитина,

B.Б. Пермякова, Ю.И. Петрашкевича, Н.С. Полосиной-Никитиной, А.В.Руденского, В.А. Семенова, В.В. Сиротгока, A.B. Смирнова, В.В. Ушакова, Д.М. Ярошева и др.

Ряд положений, связанных с накоплением и преобразованием энергии в строительных материалах и конструкциях, которые были сформулированы в трудах этих ученых, использованы и получили дальнейшее развитие в данной работе. Основные из них следующие:

- поглощенная материалом при переработке энергия равна полезной энергии, затраченной в производственном процессе;

- в строительстве материалы - поглотители энергии. С помощью количественной оценки можно учитывать изменение их качественного состояния показателем удельной работы сил сопротивления материалов - энергопоглощаемость е. Это минимум затрат энергии, необходимой для переработки единицы массы материала с целью получения заданной строительной продукции;

- фактический расход энергии на единицу продукции всегда больше энергпоглощаемости;

- энергоемкость материалов - наибольшее значение потенциальной энергии на единицу объема, которое может быть накоплено в материале без появления остаточной деформации;

- работа, затрачиваемая на деформацию физического тела, равна его внутренней энергии. Энергия деформации вычисляется как работа внутренних сил в процессе деформирования;

- дорожная одежда обладает первоначальной предельной потенциальной энергией обратимых деформаций, которая уменьшается под влиянием внешних воздействий (нагрузка от транспортных средств и температурных изменений);

- энергетический принцип заключается в том, что энергия внешних сил, действующих на дорожную конструкцию, не должна превышать в течение заданного периода эксплуатации допускаемых значений внутренней энергии связности её материалов.

Решение задачи - снижение энергозатрат и материалоемкости производственных процессов, тесно связано с проблемами экологии дорожного

строительства. Рост потребления природных ресурсов в строительной отрасли ведет к увеличению отходов, нуждающихся впоследствии в утилизации. Например, в Японии ежегодный объем строительных отходов превышает 70 млн т. Почти половина этого объема подвергается повторной переработке; вторая половина используется для различных подсыпок. В этом объеме на бетонные отходы приходится 34 %, асфальтовые - 46 %, строительный мусор - 20 %.

В данной работе предусмотрен комплексный подход при принятии решений по уменьшению энергозатрат на протяжении всей цепочки: от добычи материалов до их устройства в слое дорожной одежды. В технологии строительного производства транспортные, погрузочно-разгрузочные и складские работы являются связующим звеном между отдельными основными производственными процессами. С этой точки зрения данные работы являются вспомогательными, так как не преобразуют качественных характеристик материалов, а только изменяют их месторасположение. С другой стороны, эти процессы оказывают большое влияние на изменение затрат груда, стоимости и энергопоглощаемости продукции. Учесть энергозатраты на данные процессы позволяют логистические методы. Логистика комплексно с системных позиций охватывает все этапы дорожно-строительного производства от добычи до устройства в слое дорожной конструкции.

В ряде работ оценка энергетических ресурсов рассматривается применительно к решению частных научных и практических задач и приводится в виде энергоемкости отдельных видов работ или технологических операций. При этом используются различные методики, подходы, единицы измерения, что затрудняет сопоставимость результатов и их анализ.

На основании изучения литературных источников сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе на базе анализа процессов преобразования энергии на всех стадиях строительства конструкций дорожных одежд (ДО) предложена модель накопления общих энергетических затрат. Обоснован энергетический критерий для рационального выбора проектных решений и представлена концептуальная модель оценки и путей снижения энергозатрат при строительстве дорожных одежд.

Последовательность формирования энергетических затрат при строительстве ДО представлена на рис. 1. Энергию сопротивления конструкции ДО внешним воздействиям проф. А. В. Смирнов предлагает называть «энергией связности» и рассчитывать её в виде предельной потенциальной энергии дорожной конструкции, соответствующей стадии разрушения. Эту энергию мы будем далее рассматривать как внутреннюю энергию конструкции ДО, которая, прежде всего, зависит от свойств материалов и их взаимного сцепления.

энергетических затрат

Рис. 1. Модель формирования общих энергетических затрат при строительстве ДО: ПП - промышленное производство; ДХ - дорожное хозяйство; звездочкой обозначены транспортные и погрузочио-разгрузочные работы между отдельными подсистемами

Общие энергетические затраты на строительство конструкции ДО представим в виде:

Э = Эвн + Эсп + Эпкр+ Эоем, (1)

где Э - общие энергетические затраты; Эвн - внутренняя энергия конструкции; Эсп -энергия вспомогательных и сопутствующих операций; Эцер ~ энергия перемещения ресурсов; Эобм ~ энергия обмена с окружающей средой.

Внутренняя энергия конструкции складывается из энергии, затраченной природой на первоначальных этапах формирования сырья и последующих этапах, связанных с преобразованием сырья (первичная переработка, переработка сырья в материалы, изделия и полуфабрикаты,

устройство конструктивных слоев). На протяжении всего процесса строительства ДО происходит обмен энергией с окружающей средой (например, тепловую энергию выделяет работающая техника, увеличивая потери энергии). В то же время энергия окружающей среды (например, энергия солнца) также может участвовать в строительном процессе.

В технологии преобразования исходных материалов всегда присутствует энергия вспомогательных и сопутствующих операций, которая не увеличивает внутреннюю энергию материала или конструкции. Данная энергия может быть оптимизирована при совершенствовании технологических процессов и рациональном подборе составов машин в отряде (например, за счет увеличения коэффициента виутрисменного использования машин). Процессами накопления энергии необходимо управлять, принимая эффективные организационно-технологические и конструктивно-технические решения: при выборе поставщиков материалов, транспортных схем, способов переработки материалов и устройства конструктивных слоев. На решения, принимаемые не в дорожной отрасли, а в промышленности, можно влиять только косвенно, обеспечивая рациональный выбор исходных материалов для конструкции.

Промышленные энергетические затраты на материалы, применяемые в дорожных конструкциях, можно рассчитать по статистическим данным. Расходы энергии на получение отходов промышленности предлагается не включать в энергетические затраты дорожной отрасли, за исключением затрат энергии на их дополнительную переработку.

При расчете энергозатрат на строительство дорожной одежды использовались общие подходы ряда авторов, В данной работе они систематизированы и преобразованы для обеспечения автоматизированного расчета с введением дополнительных показателей:

Эс = £#,хЭг- (2)

1-1

где Эс - общая энергопотребность конструкции, МДж/1000 м2; Э, - энергозатраты ¡-то слоя, МДж/т, МДж/м2, МДж/м3; К,- коэффициент приведения энергозатрат на 1000 м2; п - количество слоев дорожной одежды.

Э, -Л(2А1гд +Эп!гп +Э"Ркш' +ЭУ!гУ) (3)

' ^ V у и ч и Ч « у у ¡Г> ^

где , ЭЦ, Эу , ЭЦР, Э^ - энергозатраты соответственно на добычу, МДж/т;

транспортирование, МДж/т-км; первичную переработку, МДж/т; переработку сырья в изделия и полуфабрикаты, МДж/т; укладку у'-х материалов на единицу /-го слоя

дорожной конструкции, МДж/т, МДж/м2, МДж/м3; Ь^ . ИЦ, Ьу , , Иу - количество

7-го сырья (материала) в единице продукции при добыче, транспортировке, первичной переработке, переработке сырья в изделия и полуфабрикаты, укладке в ¡'-м слое, т (изменяется в зависимости от коэффициентов запаса и производственных потерь сырья);

/3 - количество видов сырья и материалов, полуфабрикатов и конструкций, включенных в единицу слоя.

Подставляя формулу (3) в (2), получаем:

ЭС = Х1 ^.х^+да+^+Л^+Э^ (4)

/=|у=1 У У V У У У у у у

В расчетах энергетических затрат используют технические нормативы, паспортные характеристики машин и др. документацию. Формулы расчета энергии по основным подсистемам строительного производства представлены в табл. 1.

К энергетическим затратам на строительство ДО добавляются затраты на ремонты по восстановлению слоя износа. Общие энергетические затраты на дорожную одежду Эдо за период срока службы определяются по формуле

эдо = эс + эр > (5)

где Эр- энергозатраты на ремонт в процессе эксплуатации в межремонтный период, МДж/1000 м2.

От многократного воздействия транспортных средств и климатических факторов постепенно снижается запас прочности дорожной одежды (дорожную одежду считают прочной, если под воздействием многократно повторяющихся нагрузок от движущихся транспортных средств она сохраняет в течение заданного срока службы достаточную ровность). Упругий прогиб или вычисленный по нему модуль упругости характеризует фактическую прочность дорожной одежды.

Снижение модуля упругости оказывает существенное влияние на ровность покрытия. Под влиянием климатических факторов и нагрузок транспортного потока ровность со временем ухудшается. Ухудшение ровности дорожного покрытия ведет к снижению скорости транспортного потока, увеличивая тем самым энергопотребление при перевозке грузов и пассажиров. Изменения модуля упругости дорожных конструкций Е, и энергозатрат транспортного потока Э, по годам эксплуатации автомобильной дороги за срок службы Тся представлены на рис. 2 в виде совмещения двух графиков. Расчеты к этим графикам сделаны на основе исследований В. К. Апестина (по изменению модуля упругости дорожных конструкций) и Ю.В. Луканина, В. Н. 'Грофименко (по изменению энергозатрат транспортного потока).

Расчет относительных показателей осуществляется по формулам:

ЭоТН~ э,/ Э„ах,: ЕоТН~ Е^Етш, (6)

где Э/ и Е, - соответственно изменения энергозатрат транспортного потока и модуля упругости по годам эксплуатации Г; Этах, Епшх - максимальные значения расчетных значений.

Таблица 1

Расчет энергетических затрат компонентов логистической системы

Обозначение видов энергии, форм. (3) Формулы для расчета энерпш в подсистемах строительства дорожной конструкции Условные обозначения

эУ У - затраты энергии, на единицу продукции при укладке у-го материала {] ~\,р) в ¡-м слое (1 = 1,п) ¿-й дорожной техникой, работающей в отряде машин, МДж/м2; г], - мощность двигателя кВт, кш - коэффициент использования двигателя по мощности; кх, - коэффициент, учитывающий снижение расхода энергии при холостой работе двигателя; ке1-коэффициент использования двигателя по времени; 3,6 - переводной коэффициент кВт-ч в МДж; II - производительность огряда машин, мг/ч

эт Щ] - Х.^, Л г=1 г-1 ''1 ' НРГ,'?( ¿//•Й-Л'А'^ - гНрг-ч-а+ьФ-Уг) =1—---- - затраты энергии 1-го типа автомобильного транспортного средства на транспортировку /-го материала ( / = 1, /?), содержащегося в <-м слое (/' = 1 ,п), МДж/т-км; Нрп - норма расхода топлива, л/ч; /, - расстояние перевозимого груза, км; ц, - удельная теплота сгорания топлива, МДж/л; уг- коэф. использования грузоподъемности (для грузов 1 класса у, — 1); 1„р, -продолжительность простоя автомобиля под погрузкой и разгрузкой, ч; /? - коэф. использования пробега ( р = 0,5); Кг, - среднетехническая скорость, км/ч; g| - грузоподъемность автомобиля, т

~ПР ЭУ11 = НРГц1 -Чу! ЪП2 - о т у/ ПР Щ1 - затраты энергии на приготовление /-го полуфабриката (у' = 1,/?) в /-м слое (/' = 1,и) 1-й установкой, МДж/т; - энерг озатраты на 1 ч работы установки (топливо), МДж/ч; Э^2 - энергозатраты на 1 ч работы установки (электроэнергия) МДж/ч; Пц1 - производительность установки, т/ч; IIрр^ - норма расхода топлива, л/ч; - затраты электроэнергии, кВт-ч; 3,6 - переводной коэффициент кВт ч в МДж

ч г>

\ ><? N

V э1 тн 1 1 Ее тн

1 V /т сл

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Л годы

Рис. 2. Изменение значений модуля упругости Е, и энергозатрат транспортного потока Э, для усовершенствованных капитальных покрытий при различных интеясивностях движения: а - изменение абсолютных показателей энергопотребления транспортным потоком и модуля упругости; б - изменение относительных показателей

- при интенсивности 4000 авт./сут.;

------ при интенсивности 6000 авт./сут.;

.................. при интенсивности 10000 авт./сут.

Точка пересечения графиков приближенно соответствует нормативному сроку службы конструкций дорожных одежд, что особенно проявилось на рис. ^б, при переходе к относительным показателям.

Выполненный анализ накопления энергии при строительстве и энергетических потерь в процессе эксплуатации дорог позволяет представить критерий энергетических затрат Гэ при выборе варианта конструкции дорожной одежды в виде отношения общих энергетических затрат на дорожную одежду Эдо (форм. 5) до капитального ремонта к тому периоду, за который в процессе эксплуатации происходит потеря её энергетического потенциала до критического уровня (т.е. к сроку службы конструкции Та,):

F3 = 3 --> min , при условии ЕрЛСч > Кгр (Кцр > 1 (7)

Предложенная методика позволяет рассчитать общие энергетические затраты конструкций дорожных одежд и осуществить рациональный выбор проектного решения, используя для этого критерий энергетических затрат в качестве частного критерия.

Процесс накопления энергии в слоях дорожной одежды при строительстве дорожной конструкции представлен в виде древовидного ациклического графа (табл. 2). Расчет по уровням графа ведется с использованием математических методов, описанных в табл. 3. В вершинах графа фиксируются затраты энергии нарастающими итогами. По ветвям графа идет процесс накопления различных видов энергии, частично аккумулирующихся в слоях дорожной конструкции. Каждой вершине соответствует множество вариантов последующих решений. На этапе принятия решения состояние системы фиксировано, а направление её будущего развития неопределенно (состояние бифуркации). На каждом уровне графа формируется критерий, определяющий дальнейшее развитие системы.

На нулевом уровне при выборе поставщика материала учитывается ряд качественных признаков, влияющих на результаты строительства (экономическая устойчивость поставщика, цена исходного сырья или материала, возможность внеплановых поставок, степень готовности материалов к использованию потребителем и т.д.). Характеристики оценивают по измерительным шкалам или статистическим данным. Проверяется устойчивость характеристик поставщиков материала с помощью нахождения евклидово-го расстояния по каждому поставщику. Критерий отбора - минимальное евклидовое расстояние.

Задача шестого уровня - рациональный выбор определенного поставщика материала. На 0-5 уровнях по качественным характеристикам отбирают материалы и определяют возможных поставщиков, выбирают транспортные схемы и рассчитывают энергетические затраты на доставку материала до основного склада потребителя. Такой расчет осуществляют по каждому выбранному поставщику материала, т.е. создают несколько возможных вариантов энергетических затрат, с учетом которых на шестом уровне осуществляют отбор с помощью функции полезности. В эту функцию включают два класса показателей: атрибутивные (качественные) и количественные показатели (рассчитанные энергетические, стоимостные затраты по предыдущим уровням графа, количество перегрузок с одного вида транспорта на другой, количество промежуточных складов хранения и т.д.). При этом схема доставки материалов от определенного поставщика до склада потребителя будет оптимизирована на предыдущих уровнях и в функцию полезности будет включен один (лучший) вариант.

Граф накопления общих энергетических затрат в системе «Строительство конструкции дорожной одежды» (концептуальная модель)

Номер уровня графа

Параметры процессов накопления энергии

Графическое изображение потоков энергаи

О

А^у - уровень исходного материала (сырья), / = 1,7, вид материала; к = \,К, поставщик материала; у = 1, У, основные характеристики материала

Аш А а

Б„ - способы добычи исходных материалов, л =

Б„

Вт - способы доставки материалов до места первоначальной переработки, т = \,М

Гр - варианты переработки исходных материалов, Р = йР

Дг - варианты размещения перерабатывающих предприятий, I = \,Ь

Д|

Е5 - способы доставки материалов до мест переработки в полуфабрикаты, £ = 1,5

Е, ГЛ

Эj|£ — сумма энергетических затрат для материала франко-склад дорожной организации. Выбор материала с помощью функции полезности Р

Жи - варианты переработки материалов в полуфабрикаты, и = 1,Г/

Жи

Зч - способы доставки материалов до места укладки в слое или на склад, д = 1,0

С(-варианты размещения складов, 1 - 1,7'

С,

10

И* - способы доставки материалов со складов до места укладки в слое, г = 1,2

Пг

11

К, - варианты технологий устройства конструктивных слоев, V = 1,К

12

Эдо - сумма энергетических затрат дорожной одежды___

Эдо

Крите рии оценки решений по уровням графа

Номер уровня графа. Критерии отбора вариантов по уровням графа Формулы для расчета

1 2

0-й уровень Проверка устойчивости характеристик поставщиков материалов Ihttlh ^(xil-m\)2+--- + (xm-mrn)2 > где р - евклидово расстояние; т еМ, М - инвариантное множество характеристик поставщиков материалов; у, - поставщики; x,j - свойства поставщиков материалов

1-й уровень Выбор установок, механизмов, техники Оценка удельных энергетических затрат на единицу продукции

2-й уровень Определение расстояния по железной или автомобильной дороге Оценка удельных энергетических затрат по доставке материалов по железной или автомобильной дороге (внешние поставщики материалов для региона)

3-й уровень Выбор установок и механизмов Аналогично первому уровню графа

4-й уровень Поиск центра равновесной системы транспортных энергозатрат т п I Э ш R я, Q rn + I Э KJ R Kj Q KJ м - ' ' 1 т п I Э т Q т + z э KJ Q щ ¡- 1 7-1 где М - центр массы или центр равновесной системы транспортных энергозатрат, ткм; Rn,- расстояние от начала осей координат до точки, обозначающей месторасположение поставщика, км; Ri(; - расстояние от начала осей координат до точки, обозначающей месторасположение потребителя, км; Qm - количество груза, которое необходимо привезти от поставщика, т; Qkj - количество груза, которое необходимо доставнть до потребителя, т; Эд/ -энергетические затраты на транспортировку груза от поставщика, МДж/т-км; Э/д — энергетические затраты на транспортировку груза до потребителя, МДж/т-км

5-й уровень Поиск кратчайшего расстояния по алгоритму Дейкстры в районе строительства S ljj~> min_ где /¡j - длина пути перевозки материалов; ij - маршрут; v,vy -вершины ребра

1 2

6-й уровень Свертка нескольких критериев в обобщенный - суперкритерий с помощью функции полезности / \ /■ \ п V / У < Гмг - 1 - Гм СУ)- П 1 - -Щ- , М ' Ч где Рмт - мультипликативная функция свертки критериев; у, - значение /-го критерия; л, - нормирующий коэффициент, равный максимальному значению для /-го критерия и переводящий его в безразмерную величину; - весовой коэффициенту-го критерия, пропорциональный его значимости

7-й уровень Выбор установок Аналогично первому уровню графа

8-й уровень Поиск кратчайшего расстояния по алгоритму Дейкстры Аналогично пятому уровню графа

9-й уровень Поиск центра равновесной системы транспортных энергозатрат л £ к ю Я кI 3 ю м - 1 £ в к, э ю ¿= 1 где М - центр массы или центр равновесной системы транспортных энергозатрат, т-км; Лаг/ - расстояние от начала осей координат до точки, обозначающей месторасположение потребителя, км; <2л7 - количество груза, которое необходимо доставить потребителю, т; Эщ - энергетические затрата на транспортировку груза до потребителя, МДж/т-км

10-й уровень Поиск кратчайшего расстояния по алгоритму Дейкстры Аналогично пятому уровню графа

11-й уровень Выбор технологии Методами функционально-физического, морфологического анализа

12-й уровень Расчет общих энергетических затрат конструкций дорожных одежд Э до — Э с + Эр где Эдо -энергозатраты конструкции ДО, МДж/1000 м2; Эс - общая энергопотребность конструкции, МДж/1000 м2; Эр - энергозатраты на ремонт в процессе эксплуатации в межремонтный период, МДж/1000 м2

Функция полезности позволяет получить однокритериальную задачу путем свертки нескольких критериев в обобщенный - суперкритерий. Для отображения вектора в скаляр используется функция свертки исходных

критериев:/Ух.. .хУ—> У. При этом векторная оценка у, ~(ун,....уф......

1-го поставщика материала заменяется скалярной оценкой у*^/(у). Критерии, используемые на шестом уровне, нумеруются в порядковой шкале в направлении убывания их значимости: 1 - энергетические затраты; 2 - стоимостные затраты; 3 - количество перегрузок с одного вида транспорта на другой; 4 - количество промежуточных складов хранения и т.д. С помощью весовых коэффициентов определяется вес ]- го критерия и рассчитывается функция полезности для г'-го поставщика материала. Суперкритерию придается направление оптимизации. На шестом уровне графа поставщиков материалов выбирают с помощью обобщенного критерия Кщ О)-* тах •

После шестого уровня отобранный материал может индивидуально входить в состав конструкции дорожной одежды, а может совместно участвовать в приготовлении полуфабрикатов.

На первом, третьем и седьмом уровнях выбирают механизмы, установки для переработки, приготовления материалов и полуфабрикатов сравнением энергетических затрат на производство единицы продукции. Предпочтение отдают комплекту с минимальными энергозатратами.

Вопросы о выборе кратчайшего расстояния доставки материалов до мест переработки, складов, мест укладки решаются с использованием сетевого графа по алгоритму Дейкстры. Решение этих вопросов является косвенным обоснование энергетических затрат автомобильного транспорта. Для оптимального выбора места расположения перерабатывающих предприятий и складов на четвертом и девятом уровнях графа предложено использовать логистический метод поиска центра равновесной системы. На одиннадцатом уровне технологии выбирают методом функционально-физического анализа, который позволяет рассматривать технологический процесс в виде совокупности взаимосвязанных технологических операций. Дорожно-строительные технологические процессы, как правило, многова-риантны, т. е. операции могут выполняться различными машинами. Набор состава отряда для реализации технологии строительства слоев дорожной одежды по каждому рассматриваемому варианту конструкции осуществляется перебором возможных способов выполнения каждой операции. С этой целью предложено использовать морфологический анализ. По строкам матрицы отображаются операции технологического процесса, по столбцам -машины, которые могут выполнять эти операции. Морфологическую матрицу-используют для формирования вариантов составов отрядов. По каждому варианту выполняют расчет энергетических затрат на единицу площади конструкции по формулам табл. 1 (в формуле учтено снижение потреб-

ности энергии при холостой работе двигателя). Сменный темп назначается исходя из производительности ведущей машины. Критерий отбора состава отряда - минимальные энергетические затраты, что соответствует максимальному коэффициенту использования более мощных машин.

На двенадцатом уровне рассчитываются энергетические затраты всей конструкции ДО. Выбор конструкции ДО происходит на основе обобщенного критерия (по аналогии с функцией полезности отбора материалов на 6-м уровне графа). В функцию полезности для выбора дорожной конструкции включают: показатели стоимости конструкции, материалоемкости, эколо-гичности и энергетический критерий /э (7) в качестве одного из частных критериев. Критерий экологичности характеризуется затратами невозоб-новляемых природных ресурсов в расчете на единицу конечной продукции, произведенной на основе этого ресурса (тонны материала на строительство 1 км дорожной одежды). Векторная оценка определяется для каждого варианта конструкций дорожных одежд г. Суперкритерию придается направление оптимизации Рд0(г) ->шах.

В третьей главе в комплексе и по отдельным блокам рассмотрен процесс формирования энергетических затрат на протяжении всей логистической цепочки, начиная от добычи материалов до их укладки в слое дорожной конструкции; разработаны промежуточные модели, состоящие из несколько взаимоувязанных модулей, оценивающих конструктивные и организационно-технологические решения с точки зрения энергетических затрат. Например, в модели нахождения месторасположения перерабатывающих предприятий и складов используется логистический метод поиска центра равновесной системы транспортных энергозатрат; для определения кратчайшего расстояния при транспортировке материалов используется алгоритм Дейкстры; в основе выбора рациональных технологий предложена модель морфологического анализа.

Разработанная методика последовательного анализа энергетических потоков в дорожном строительстве позволяет оценить затраты энергии и проектировать системы с более эффективным потреблением энергоресурсов на всех стадиях строительного цикла. В общем виде алгоритм расчета удельных энергетических затрат при строительстве конструкции дорожной одежды приведен на рис. 3.

В четвертой главе представлена методика практической реализации моделей и методов оценки, оптимизации энергетических потоков при строительстве дорожных одежд для обоснования выбора конструкций на территории региона. Для расчета расхода энергии на работу двигателей автомобилей и нахождения оптимального пути при транспортировке грузов, определения местоположения перерабатывающих предприятий и складов разработано программное обеспечение.

НАЧАЛО (л-кол-во слоев; Р - кол-во материалов в слое)

Расчет удельных энергетических затрат слоя дорожной одежды Э,

Выбор логистической схемы доставки и хранения материала до места укладки или переработки

Расчет энергозатрат на доставку и хранение материала

КОНЕЦ (расчет удельных энергетических затрат конструкции ДО)

Выбор технологии с минимальными удельными энергозатратами

Расчет энергозатрат на переработку сырья (материала)

Рис. 3. Схема алгоритма расчета энергетических затрат при строительстве конструкции дорожной одежды на 1000 м2

Конструкции дорожных одежд

Материал конструктивного слоя Толщина слоя по типам конструкций дорожных одежд, см

№1 №2 №3 №4

Асфальтобетон из плотной, мелкозернистой смеси 6 5 5

Асфальтобетон из пористой, крупнозернистой смеси 12 11 9

Цементобетон - - 23 -

Грунт, укрепленный цементом 21 - 24 -

Щебеночная смесь из природного материала 37

Шлак - - - 48

Песок средней крупности 26 28 25 36

Рассмотрен пример обоснования конструкций по обобщенному критерию (с учетом энергетического) применительно к условиям Омской области. В табл. 4 приведены варианты конструкции ДО для И технической категории в Омской области.

Результаты расчетов энергетических затрат приведены в табл. 5. Расход энергии на приготовление полуфабрикатов и устройство конструктивных слоев рассчитывался на основе программного комплекса АУРС_СибАДИ.

Таблица 5

Энергетические затраты по стадиям строительства дорожной одежды

на 1 км, ГДж

Стадия учета энергетических затрат Типы конструкций дорожных одежд

№1 №2 №3 №4

Добыча и переработка щебня* 159 670 176 240

Добыча и переработка шлаков* - - - 96

Добыча песка, грунта* 199 120 182 . 148

Получение материалов в промышленном производстве*:

цемента 3838 - 9544 -

минерального порошка 15 13 - 12

битума 125 111 - 100

Транспортировка (железнодорожным*, автомобильным транспортом) 8214 8420 6179 8618

Приготовление полуфабрикатов (асфальтобетонной, цементобетондой смесей) 4042 3589 70 3239

Устройство конструктивных слоев 659 609 695 771

Итого: 17251 13532 16846 13224

Срок службы Тсл, годы 15 15 ' 25 15

Энергетический критерий, формула (7), ГДж/год 1150 902 674 882

Примечание. Для операций, отмеченных*, энергетические затраты рассчитывались с использованием данных из работ д-ра техн. наук А. В. Руденского.

По результатам данного примера можно сделать вывод, что применительно к условиям Омской области для II технической категории лучшие показатели по энергетическому критерию имеют конструкции дорожной одежды с цементобетонным покрытием и с использованием отходов производства в основаниях дорожных одежд.

Анализируя количество выбросов вредных веществ на протяжении логистической цепочки, начиная от добычи материалов до их устройства в слое, можно сделать вывод, что наиболее экологичной (с наименьшим количеством выбросов вредных веществ в окружающую среду) является конструкция ДО № 4, содержащая слой основания из отходов металлургической промышленности.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Разработанная концептуальная модель формирования энергетических затрат при строительстве дорожной одежды в виде древовидного графа, с включением в неё математических моделей, позволяет последовательно логистическими методами оценивать энергетические затраты на всех стадиях строительства конструкций дорожных одежд, производить рациональный выбор на отдельных стадиях и проектировать системы с более эффективным потреблением энергоресурсов.

2. Выполненный анализ накопления энергии при строительстве и энергетических потерь в процессе эксплуатации дорог позволил сформулировать энергетический критерий для рационального выбора варианта конструкции дорожной одежды. Он представлен в виде отношения общих энергетических затрат на дорожную одежду (учитывающих энергопотребность конструкции и энергозатраты на ремонт в процессе эксплуатации в межремонтный период) к сроку службы конструкции.

3. Разработанный комплекс моделей сложных логистических систем для сравнения конструктивных и организационно-технологических решений вариантов дорожных одежд позволяет выбирать рациональные решения при добыче, переработке, приготовлении, транспортировке сырья (материалов) и их укладке в слое. Для эффективного применения моделей разработанно программное обеспечение.

4. Конструкцию дорожной одежды предложено выбирать по обобщенному критерию, в который входят различные частные показатели: стоимость конструкции, материалоемкость, экологичность и энергетические затраты. Увеличение количества частных критериев позволяет осуществить обоснованный выбор оптимальной конструкции применительно к определенному региону. Учет экологичности конструкций при выборе проектных решений позволяет уменьшить вредное воздействие на окружающую среду на 23 %.

Основные положения диссертации

опубликованы в следующих работах:

1. Конорева A.A. К вопросу об оценке проектных решений //Межвузовский сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов - Омск: СибАДИ, 2006,- Вып. 3, ч.1. -С. 174-179.

2. Конорева A.A. Применение логистических методов при выборе поставщиков дорожно-строительных материалов по критерию энергоемкости //Современные научно-технические проблемы транспортного строительства: Сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции. - Казань: КГАСУ, 2007. - С. 60-62.

3. Боброва Т.В., Конорева A.A. Логистические методы управления энергетическими потоками при строительстве дорожной конструкции //Формирование транспортно-логистической инфраструктуры. Приграничное сотрудничество России и Казахстана: Сборник научных трудов Второй международной научно-практической конференции.-Омск: СибАДИ, 2007. - С. 51-57 (вклад соискателя 50 %).

4. Конорева A.A., Конорева A.B. Некоторые пути экономии природных ресурсов в дорожном строительстве //Экология и безопасность жизнедеятельности промылшенно-транспорхных комплексов: Сборник научных трудов Первого международного экологического конгресса ELPIT 2007. - Тольятти, 2007. - С. 323-328 (вклад соискателя 75 %).

5. Конорева A.A. Принятие решения о выборе поставщиков строительных материалов на основе теории полезности// Машины, технологии и процессы в строительстве: Сборник научных трудов Международного конгресса,- Омск: СибАДИ, 2007. - С. 251 -254.

6. Боброва Т.В., Конорева A.A., Ребенок О.И. Обоснование энергетического критерия при выборе конструкции дорожной одежды// Повышение долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения. Сборник научных трудов,- Казань, 2008. - С. 32-34 (вклад соискателя 40 %).

7. Боброва Т.В., Конорева A.A. Комплексный учет энергетических затрат при сравнении конструкций дорожных одежд// Известия вузов. Строительство. - 2008 - №11-12-С. 49-56 (вклад соискателя 75 %) (журнал по списку ВАКа).

8. Свидетельство об официальной регистрации программы «Оптимизация энергетических затрат при транспортировке груза от поставщика до дорожного объекта "Energy way"»/ (авторы Конорева A.A., Конорева O.B. ru) / ФГУ ФИПС, № 2008615912 от 28.01.2009 г.

Подписано к печати 04.03.09 Формат 60x90 1/16. Бумага писчая Оперативный способ печати Уч.-изд. л. 1,25. Тираж 120 экз. Заказ № 28

Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ 644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ УЧЕТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ.

1.1. Физический смысл энергии, основные энергетические характеристики строительных материалов.

1.2. Анализ подходов к оценке энергетических ресурсов в строительстве.

1.3. Экологические аспекты энергопотребления.

1.4. Сущность логистического подхода.

Выводы по главе 1.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ ФОРМИРОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ КОНСТРУКЦИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД.

2.1. Виды и структура энергетических затрат в дорожном строительстве.

2.2. Использование логистических методов к принятию организационно-технологических решений при строительстве дорожных одежд.

2.3. Обоснование критерия энергетических затрат при выборе конструкций дорожных одежд.

2.4. Концептуальная модель выбора дорожной конструкции с использованием критерия энергетических затрат.

2.5. Обоснование обобщенного критерия оценки проектных решений по ветвям графа.

Выводы по главе 2.

Глава 3. КОМПЛЕКС МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМ РАЦИОНАЛЬНОГО ВЫБОРА ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ ПО КРИТЕРИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ.

3.1. Характеристики рационального выбора на этапах ациклического графа.

3.1.1 .Выбор поставщиков материалов.

3.1.2.Нахождение центра равновесной системы.

3.1.3.Поиск кратчайшего расстояния при транспортировке материалов.

3.2. Алгоритм нахождения оптимальных решений с учетом энергетических затрат при строительстве конструкций дорожных одежд.

Выводы по главе 3.

Глава 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ ОРГАНИЗАЦИОННО

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ.

4.1. Итоги расчетов энергетических затрат в перерабатывающих, технологических подсистемах.

4.2. Принципы программного обеспечения.

4.3. Пример практической реализации методики обоснованного выбора конструкций дорожных одежд.

4.4. Воздействие процессов строительства на окружающую среду.

Выводы глав 4.

Любое производство невозможно без введения в технологические процессы энергии. В каждой отрасли объем производства обусловлен достигнутым уровнем технологической культуры и пропорционален объему энергопотребления отрасли.

В современных условиях строительства при оценке и принятии технических решений используются стоимостные показатели. Основной недостаток стоимостных методов заключается в том, что они существенно зависят от рыночных цен на материалы и оборудование, поэтому оценка стоимости работ не всегда даёт объективную картину реальной технической эффективности принимаемых решений. В то же время показатель потребления энергии — это стабильная оценка организационно-технологических решений.

В Российской Федерации принят закон «Об энергосбережении», согласно которому весь объем добываемых, производимых, перерабатываемых, транспортируемых, хранимых и потребляемых энергетических ресурсов с 2000 г. подлежит обязательному учету. При добыче, производстве, переработке, транспортировке, хранении и потреблении энергетических ресурсов, а также при их сертификации должен осуществляться обязательный государственный метрологический контроль и надзор в области энергосбережения [70].

Дорожное строительство — энергоемкая отрасль, потребляющая материальные ресурсы других энергоемких отраслей и затрачивающая достаточно много энергии на их доставку и преобразование в технологических процессах. Поэтому важной задачей дорожной отрасли является снижения энергоемкости процессов дорожного строительства.

До последнего времени учету энергозатрат при строительстве и эксплуатации дорог уделяли незаслуженно мало внимания. Научных работ в этом направлении применительно к дорожному строительству недостаточно.

Показатель потребления энергии — один из объективных критериев при принятии организационно-технологических решений на стадиях проектирования и строительства дорожной конструкции. Поэтому определяющими вопросами в данной работе являются вопросы снижения энергетических затрат процессов дорожного строительства.

Решение задачи — снижение энергозатрат и материалоемкости производственных процессов и строительного оборудования - тесно связано с проблемами экологии дорожного строительства. Рост потребления природных ресурсов в строительной отрасли ведет к увеличению отходов самой этой отрасли. Например, в Японии ежегодный объем строительных отходов превышает 70 млн т. Почти половина этого объема подвергается повторной переработке; вторая половина используется для различных подсыпок. В этом объеме на бетонные отходы приходится 34 %, асфальтовые — 46 %, строительный мусор — 20 %.

Актуальность работы заключается в учете регионального аспекта строительства конструкции дорожной одежды.

Указанные проблемы обусловили выбор предмета и объекта исследования.

Объектом исследования являются проектные конструкции и организационно-технологические решения при строительстве дорожных одежд.

Предмет исследования - совокупность закономерностей формирования энергетических затрат в транспортно-производственных и технологических процессах при строительстве дорожных одежд.

Цель работы - разработать метод и модели оценки и оптимизации энергетических затрат на всех этапах производственного цикла строительства дорожной одежды для обоснования проектных решений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1.Провести анализ современного состояния управления энергетическими затратами в дорожном строительстве.

2.Обосновать критерий энергетических затрат при сравнении вариантов конструкций дорожных одежд.

3.Разработать концептуальную модель формирования энергетических затрат при строительстве дорожной одежды.

4.Представить комплекс моделей оценки и снижения энергозатрат при сравнении конструктивных и организационно-технологических решений для принятия решений о выборе конструкций дорожных одежд.

5. Разработать алгоритм решения и программное обеспечение для реализации моделей на ПЭВМ.

Методологической основой для расчета энергетических затрат проектных решений является комплексный анализ, включающий в себя системный и логистический подходы к изучению сложных систем с использованием аппарата имитационного моделирования, исследования операций и принятия решения с помощью функции полезности. Он применяется для решения слабоструктурированных задач и с его помощью в вероятностной системе «Строительство конструкций дорожных одежд» становится возможным учет системных взаимосвязей между подсистемами и окружающей средой.

Научная новизна состоит

1) в разработке концептуальной модели формирования энергозатрат на всех этапах строительства конструкций дорожных одежд;

2) в обосновании комплексного критерия при сравнении проектных решений конструкций дорожных одежд с учетом критерия энергетических затрат;

3) в разработке комплекса моделей сложных логистических систем оценки и снижения энергетических затрат при сравнении конструктивных и организационно-технологических решений.

Практическая значимость заключается:

1) в рациональном выборе проектных решений конструкций дорожных одежд с учетом критерия энергетических затрат на уровне регионов (с разработкой программного обеспечения «Оптимизация энергетических затрат при транспортировке груза от поставщика до дорожного объекта "Energy way"», свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009610649 от 28.01.2009г.);

2) использование разработанной методики расчета энергозатрат позволяет принимать обоснованные решения при строительстве дорожных одежд.

На защиту выносится

1. Методика расчета энергетических затрат при строительстве конструкций дорожных одежд.

2. Концептуальная модель оценки и путей снижения энергозатрат при строительстве дорожных одежд.

3. Критерий энергетических затрат, используемый при сравнении вариантов конструкций дорожных одежд.

4. Комплекс моделей сложных логистических систем для сравнения конструктивных и организационно-технологических решений при принятии решений о выборе конструкций дорожных одежд.

Отличие от результатов, полученных другими авторами. В результате анализа работ ряда авторов установлено, что в настоящее время энергозатраты при строительстве конструкций дорожных одежд рассчитываются по отдельным видам работ или технологиям, без увязки их в единый процесс. В работе доказана необходимость применения комплексного подхода к управлению энергозатратами на протяжении всей логистической цепочки строительства дорожных одежд от добычи материалов до их устройства в слое, что позволяет оптимизировать энергетические затраты конструкций дорожных одежд.

Реализация работы. Часть исследований выполнена в составе научно-исследовательской работы 2006 - 2007 гг. «Разработка новой теории оптимального управления и модернизации транспортной структуры для обеспечения социальной эффективности и конкурентоспособности экономики на мировом рынке» (№ государственной регистрации 01200607535), выполнялась в рамках научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники».

Результаты, полученные по предложенным методикам, приняты к использованию в производственной деятельности предприятий ГУ УДХ Омской области, ЗАО «Стройсервис».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Разработанная концептуальная модель формирования энергетических затрат при строительстве дорожной одежды в виде древовидного графа, с включением в неё математических моделей, позволяет последовательно логистическими методами оценивать энергетические затраты на всех стадиях строительства конструкций дорожных одежд, производить рациональный выбор на отдельных стадиях и проектировать системы с более эффективным потреблением энергоресурсов.

2. Выполненный анализ накопления энергии при строительстве и энергетических потерь в процессе эксплуатации дорог позволил сформулировать энергетический критерий для рационального выбора варианта конструкции дорожной одежды. Он представлен в виде отношения общих энергетических затрат на дорожную одежду (учитывающих энергопотребность конструкции и энергозатраты на ремонт в процессе эксплуатации в межремонтный период) к сроку службы конструкции.

3. Разработанный комплекс моделей сложных логистических систем для сравнения конструктивных и организационно-технологических решений вариантов дорожных одежд позволяет выбирать рациональные решения при добыче, переработке, приготовлении, транспортировке сырья (материалов) и их укладке в слое. Для эффективного применения моделей разработано программное обеспечение.

4. Конструкцию дорожной одежды предложено выбирать по обобщенному критерию, в который входят различные частные показатели: стоимость конструкции, материалоемкость, экологичность и энергетические затраты. Увеличение количества частных критериев позволяет осуществить обоснованный выбор оптимальной конструкции применительно к определенному региону. Учет экологичности конструкций при выборе проектных решений позволяет уменьшить вредное воздействие на окружающую среду на 23 %.

1. Аксенов И .Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды.-М.: Транспорт, 1986.- 176 с.

2. Алексиков С.В. Ресурсное обеспечение технологических процессов в дорожном строительстве; Монография.-Волгоград: ВолГАСУ, 2006 — 192 с.

3. Анфилатов B.C. Системный анализ в управлении: Учебное пособие / B.C. Анфилатов, А.А. Емельянов, А.А. Кукушкин; Под ред. А.А. Емельянова.- М.: Финансы и статистика, 2003 — 368 с.

4. Апестин В.К. Расчет снижения модулей упругости нежестких дорожных одежд в процессе эксплуатации автомобильных дорог:Труды Гипродор-НИИ. М., 1974. вып. 6. - С. 120-135.

5. Бобриков В.Б. Системный анализ в управлении строительными процессами/ В.Б. Бобриков. -М.: Маршрут, 2004- 285 с.

6. Боброва Т. В. Проектно-строительное управление производством работ на региональной сети автомобильных дорог: Монография. — Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. 334 с.

7. Боброва. Т.В. Технико-экономическое обоснование производства дорожно-строительных работ в зимнее время: Учебное пособие. Омск: Изд-во СибАДИ, 2000.- 83 с.

8. Боровик В. С. Постановка цели как формулирование узлового содержательного базиса процесса управления// Известия вузов. Строительство. Новосибирск. 2001. -№1.- С. 61-65.

9. Бюллетень информационных материалов для строителей № 2 (30) II квартал 2003 г. в двух частях.

10. Ю.Ванцзеккер Э., Ловинс Э., Левине Л. Фактор четыре. Затрат половина, отдача двойная: Новый доклад Римскому клубу/ Перевод А.П. Заварни-цына, В.Д. Новикова; под ред. академика Г.А. Месяца. - М.: Academia. 2000.-400с.

11. П.Волков А.В. Формирование стратегии управления запасами в логистических системах с использованием методов прогнозирования: дис. д-ра.— Санкт-Петербург 2000.

12. Воробьев B.C. Формирование логистических систем транспортного строительного комплекса в районах индустриального освоения.- Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2004.- 324 с.

13. Гасилов В.В., Макаров Е.И. Околелова Э.Ю. Моделирование логистической системы поставок материальных ресурсов для дорожного строительства// Наука и техника в дорожной отрасли,- № 4. 2004. - С. 10-12.

14. Н.Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и транспорт.- М.: Транспорт, 1987. 207 с.

15. Государственные элементные сметные нормы на строительные работы. ГЭСН 81-02-27-2001. Автомобильные дороги /Госстрой России. Москва, 2000.- 194 с.

16. Гофман И.В. Нормирование потребления энергии и энергетические балансы промышленных предприятий. — M.-JI.: Энергия, 1966. — 320 с.

17. Грифф М.И., Олитский B.C., Ягудаев JI.M. Специальные и специализированные автотранспортные средства России в СНГ. САМОСВАЛЫ. ЦИСТЕРНЫ: Справочник. -Вып. 2- М.: АСВ, 2003- 176 с.

18. Дерзский В.Г. Построение модели планирования потребления топливно-энергетических ресурсов на промышленном предприятии. Механизация и автоматизация управления — 1987 — №2. -С. 20-23.

19. Дорожно-строительные материалы: Учебник для автомобильно-дорожных институтов/ И.М. Грушко, И.В. Королев, И.М. Борщ, Г.М. Мищенко. -М.: Транспорт, 1983.- 383 с.

20. Евгеньев И. Е. Защита среды обитания от транспортного загрязне-ния.//Автомобильные дороги, 1990. №6. - С. 16-18.

21. Евгеньев И. Е., Каримов Б. Б. Автомобильные дороги в окружающей среде.-М., 1997.-258 с.

22. Завьялов М.А. Термодинамическая теория жизненного цикла асфальтобетонного покрытия: Монография. Омск: СибАДИ, 2007 - 283 с.26.3еркалов Д.В. Необходимо стимулировать экономию нефтепродуктов// Автомобильные дороги. —1981. — № 2 — С.8.

23. Зеркалов Д.В. Резервы экономии дизельного топлива в дорожном строительстве// Автомобильные дороги. — 1981. — №4. — С.3-4.

24. Золотарь И.А. Экономико-математические методы в дорожном строительстве. -М.: Транспорт, 1974. 246 с.

25. Илиополов С.К. Факторы разрушения. Энергетическое воздействие колес автомобилей на дорогу// Виадук. 2002. — № 4 С. 12-14.

26. Исследование изменения показателей эксплуатационного состояния дорожных одежд и покрытий с обоснованием методики их прогнозирования/ О.А. Красиков, Ю.М. Яковлев и др., НТО Казфилиала Союздор-НИИ. Алма-Ата, 1990.- 92 с.

27. Кини Р.Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения.- М.: Радио и связь, 1981. — 286 с.

28. Киселев М.М. Топливно-смазочные материалы для строительных машин: Справочник.-М.: Стройиздат, 1988.-271 с.

29. Клима И. Оптимизация энергетических систем. Под ред. проф. д-ра экон. наук. В.Р. Окорокова.- М.: Высшая школа, 1991 302 с.

30. Конструкции и технологии строительства автомобильных дорог в сложных природных условиях: Учебное пособие / А.В. Смирнов, В.Н.Шестаков, В.В. Сиротюк, В.П. Никитин, Т.В. Боброва, А.А. Миронов; Под ред. А.В. Смирнова. Омск: Изд-во СибАДИ, 2005.-172 с.

31. Корюкин В.И., Чижевский В.Г. Экономика в зеркале энергетики// Урал. -1989.-№7.-С. 3-11.

32. Красиков О.А. Оценка прочности и расчет усиления нежестких дорожных одежд.-Алматы: Казгос ИНТИ, 2006 308 с.

33. Краткая Российская энциклопедия: В Зт. Т.З: Р-Я/ Сост. В.М. Карев.- М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век», 2003,- 1135 с.

34. Кристофидес Н. Теория графов: алгоритмический подход. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1978. - 336 с.

35. Леншин И.А. Основы логистики. М.: Машиностроение, 2002. - 464 с.

36. Лозовецкий В.В. Критерии выбора и рентабельность различных видов транспорта // Транспорт: Наука, техника, управление. Научный информационный сборник. М.: ВИНИТИ. 2004. - № 8. - С. 3-7.

37. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Оптимизация межремонтных сроков по критерию суммарных энергозатрат// Ежеквартальный научно-технический журнал (приложение к журналу «Автомобильные дороги»), 1998 (7).-№4.-С. 1-7.

38. Малышев А.А. Прогнозирование остаточного прочностного ресурса дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями: Монография / А.А. Малышев; СибАДИ. Омск: СибАДИ, 2004.- 188 с.

39. Мальцев Ю.А. Экономико-математические методы в транспортном строительстве: Учебное пособие. М., Балашиха: ВТУ, 2006. - 245 с.

40. Методические рекомендации по нормированию расхода топлива для приготовления асфальтобетонной смеси / Минтрансстрой — М., 1982. — 38 с.

41. Методические рекомендации по нормированию расхода топливно-энергетических ресурсов на ЦБЗ, базах и складах дорожного строительства/ СоюздорНИИ. М., 1988. - 38 с.

42. Методические рекомендации по снижению энергоемкости приготовления асфальтобетонных смесей. Союздорнии. М., 1984. 20с.

43. Методические указания по определению оптимальных схем перевозок, снабжения и размещения предприятий с помощью линейного программирования / Науч.-иссл. ин-т экономики строительства Госстроя СССР. М.: Экономика, 1964. - 118 с.

44. Микони С. В. Теория и практика рационального выбора: Монография.-М.:Маршрут, 2004 463 с.

45. Могилевич В.М., Петрашкевич Ю.А. Теоретические основы расчета собственной энергоемкости дорожно-строительных процессов. Строительство и эксплуатация автомобильных дорог в условиях Сибири: Межвуз. сб., Омск: СибАДИ, 1980. - С. 53-62.

46. Могилевич В.М., Петрашкевич Ю.И. Энергетический метод расчета производственной мощности и оценка планов работ дорожно-строительных организаций// Межвуз. сб., Новосибирск, 1978. С. 64-69.

47. Нейман А.О. Экономическая эффективность синергетического управления ресурсопотоками при переустройстве железнодорожных станций// Транспорт: Наука, техника, управление: Научный информационный сборник. М.: ВИНИТИ, 2005. - №10 - С. 5-10.

48. Немчинов М.В. Необходимость и возможности улучшения энергоэкологических показателей дорожного хозяйства// Совершенствованиетранспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог. Сб. науч. тр. Иркутск, 1999г. - ТИ. - С.14-20.

49. Паршев А.П. Почему Россия не Америка. М., 2000 — 411 с.

50. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М., 1989.-367 с.

51. Пермяков В.Б., Азюков Н.А. К вопросу определения энергоемкости про1 цесса уплотнения асфальтобетона// Межвуз. сб. Омск: СибАДИ, 1979.— С.62-65.

52. Планирование дорожно-ремонтных работ на основе прогнозирования транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог. Методические указания/ Ш.Х. Бекбулатов, О.А. Красиков и др. Алматы, 1993.-36с.

53. Подолинский С.А. Труд человека и его отношение к распределению энергии. М., 1880 96 с.

54. Покровский А.К. Логистика — базисная категория общественно-значимой производительной деятельности // Вестник МАДИ (ГТУ). 2005.-Вып. 4.-С. 68-72.

55. Половинкин А.И. Законы строения и развития техники (Постановка проблемы и гипотезы): Учебное пособие. Волгоград, 1985. - 202 с.

56. Полосина-Никитина Н.С. Пути экономии материальных и топливно-энергетичекских ресурсов при использовании местных материалов и отходов промышленности// Дор. одежды и материалы: Сб. науч. трудов ГипродорНИИ,- М. Вып.43 1984. - С. 14-21.

57. Порядок определения стоимости строительства и свободных (договорных) цен на строительную продукцию в условиях развития рыночных отношений// М.: ГП ЦПП, 1994. - 80 с.

58. Практикум по логистике: Учебное пособие /Под ред. Б.А. Аникина. —М.: ИНФРА-М, 2000.- 270 с.

59. Промыслов Б.Д., Жученко И.А. Логистические основы управления материальными и денежными потоками (Проблемы, поиски, решения). М.: Нефть и газ, 1994. - 103 с.

60. Резолюция научно-технической конференции «Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе». Москва, 4-5 февраля 2003.// Наука и техника в дорожной отрасли, — 2003. №1.

61. Руденский А.В. Анализ энергозатрат объективный критерий технической эффективности решений по строительству и ремонту дорожных асфальтобетонных покрытий// Дороги России XXI века. -2005. -№4. -М. - С.52-61.

62. Руденский А.В., Руденская И.М. Повышение эффективности использования материалов на основе органических вяжущих// Строительство и эксплуатация автомобильных дорог: Обзор информ. ЦБНТИ Минавто-дора РСФСР. №2. - 1983. - 62 с.

63. Руденский А.В., Штромберг А.А. Снижение энергоемкости строительства автомобильных покрытий за счет применения местных каменных материалов// Дор. одежды и материалы: Сб. науч. трудов ГипродорНИИ— Москва: ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, 1984. Вып.43. С.10-14.

64. Свидетельство об официальной регистрации программного комплекса «Управление ресурсами при содержании сети дорог АУРС-СибАДИ»/(авторы Боброва Т.В., Дубенкова Ю.В., Кузнецова Н.Ю. RU) / ФГУ ФИПС, № 2007610918 от 27.02.2007.

65. Семенов В.А. Рациональное использование ресурсов// Тезисы научной конференции. Владимир, 1998 - С.43-45.

66. Семенов В.А., Аникина А.В. Оценка энергозатрат при эксплуатации дорог// Эксплуатация автомобильных дорог. — Омск: ОмПИ, 1989. С. 141146.

67. Сергеев В.И. Менеджмент в бизнес-логистике. — М.: Информационный издательский дом ФИЛИНЪ, 1997 772 с.

68. Сиротюк В.В. Плазменная технология термического укрепления грунтовых оснований зданий и сооружений: дис.д-ра техн. наук: 05.23.08 / В.В. Сиротюк; науч. рук. проф А.В. Смирнов; СибАДИ.- Омск, 2000.-385с.

69. Скукин Н.П. Энергоемкость мелкозернистого бетона// Автомобильные дороги и дорожное строительство: Межвед. респуб. науч. сб. —Киев, 1965.-Вып. 2.-С. 96-101.

70. Смирнов А.В. Колебания и волны в дорожных конструкциях: Монография.- Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. 108 с.

71. Смирнов А.В. Прикладная механика дорожных и аэродромных конструкций: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмПИ, 1993- 128 с.

72. Смирнов А.В. Энергетический принцип расчета дорожных одежд на действие динамических нагрузок// Труды СибАДИ, вып. 3. 1972 -. С. 4154.

73. СНиП 2.05.02.85. Строительные нормы и правила. Автомобильные дороги. М.: Госстрой СССР, 1985. - 68 с.

74. Современные проблемы утилизации техногенных отходов и их применение в производстве строительных материалов: Обзорно-аналитический доклад. М., 2004. - 214 с.

75. Справочник по элементарной математике, механике и физике. Минск: Государственное издательство БССР. Редакция научно-технической ли-тературы,1955. 199 с.

76. Стефанович А.Е. Показатели долговечности щебня в несущих слоях нежестких дорожных одежд. Автореф. дис. . канд. техн. наук.-Киев, 1967. -24 с.

77. Трофимова Т.И. Краткий курс физики: Учеб. пособие для вузов.-2 изд., испр.- М.: Высш. шк., 2002 352 с.

78. Цицикашвили М.С. Оптимизация автотранспортного обслуживания дорожно-строительного производства: дис.канд. техн. наук: 05.23.11 / М.С. Цицикашвили; науч. рук. проф. А.Д. Гриценко; СибАДИ.- Омск, 1994.- 185 с.

79. Чеботаев А.А. Логистика. Логистические технологии: Учебное пособие.-М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К», 2002.-172 с.

80. Чистов Л.М. Экономика строительства. СПб: Питер, 2001. — 384 с.

81. Шенина Е.А. Ресурсосберегающие методы организации ремонта нежестких дорожных одежд. Автореф. дис. . канд. техн. наук.- Иваново, 2004. 24 с.

82. Шерман Дж. Второе открытие логистики.// Гарвардское деловое обозрение. 1984. - Т. 62. - № 5.-6 - С. 72-74.

83. Экологические проблемы строительства и эксплуатации автомобильных дорог// М.В Немчинов, С.С Шабуров и др. Часть 1. Воздействие автомобильных дорог на окружающую среду. М.-Иркутск, 1997. - 232 с.

84. Эксплуатация дорожных машин: Учебник для вузов / А. М. Шейнин, Б. И. Филиппов, В. А. Зорин и др.; Под ред. А. М. Шейнина. М.: Транспорт, 1992.- 328 с.

85. Экологические аспекты зимнего содержания дорог/ Вл.П. Подольский, Т.В. Самодурова, Ю.В. Федорова.- Воронеж: Воронежская государственная архитектурно-строительная академия, 2000 152 с.

86. Экономика железнодорожного транспорта //Под ред. Б. Д. Хапукова.-М.: Транспорт, 1979. 351 с.

87. Энциклопедия кибернетики. II том/ Главная редакция украинской советской энциклопедии. Киев, 1975. - С. 468-474.

88. Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе: Пер. с англ./ Предисл. Ю.Г.Рудого. -М.: Мир, 1987.- 224 с.

89. Юзефович А.Н. Организация и планирование строительного производства / Учебное пособие.-М.:АСВ. 2004 264 с.

90. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М: Наука, 1990. - 624 с.

91. Ярошев Д.М. Проблемы комплексной механизации и энергетический метод. М: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. 1958 — 117 с.

92. Acs P. Az utepitesi munkak energiatartalmanak nehany kerdese. Melye-pites-tudomanyi asembe, 1981, enf 31. -№ 3. - Old. 123-128.

93. Breiter B. Ein Beitrag zur optimietung Strassenbautechnischer Entscheidun-gen unter Energiewirtschaftlichen Aspekten / informationen und Strassewe-sen. Heft 24. Muenchen-Neubiberg, 1986. - 357 s.

94. F.Gragez. Energiebedaif in Stra(3enbau. Stra(3en und Tiefbau, 1982. № 9 S. 18-24.

95. Fracture. V. 3, Engineering fundamentals and environmental effects. Ed. By Liebovitz, New-York, 1971. S. 32-35.