Введение
Современная практика возведения уникальных и высотных объектов характеризуется расширением применения высокопрочных бетонов (ВБ) классов В60 и выше [1,2,3]. Использование ВБ позволяет обеспечивать требуемые прочностные характеристики [1,4] конструкций при оптимизации их сечений и снижении массы возводимых объектов. Высокопрочные бетоны обладают повышенной технологической чувствительностью [1,4,5,6,7]: ограниченным временем сохранения подвижности (для В 60 –60- 120 мин, В80 – 60-75 мин, для В100 – 45-60 мин), интенсивным тепловыделением, критичностью к параметрам транспортировки, укладки и ухода за бетоном. Указанные особенности усложняют процессы организации строительного производства [8,9]. Нарушение временных параметров подачи смеси, несогласованность логистики, ошибки в планировании захваток и режимов бетонирования приводят к отклонениям от проектных характеристик [5,8,10] и увеличению сроков выполнения работ. В существующей практике организационно-технологические решения по бетонным работам ориентированы на традиционные составы и не предусматривают формализованной процедуры анализа [9,11,12,13] применительно к высокопрочным бетонам. Принятие решений осуществляется по отдельным стадиям без системной увязки, что затрудняет выявление этапов, наиболее чувствительных к технологической специфике ВБ.
Таким образом, актуальной задачей является разработка алгоритма организационно-технологического анализа, обеспечивающего системное обоснование решений при возведении объектов из ВБ.
Областью исследования являются методы организации строительного производства и организационно-технологического проектирования при возведении объектов с применением ВБ.
Предметом исследования являются организационно-технологические процессы и связи на этапах жизненного цикла проекта при использовании ВБ.
Цель исследования – разработка и апробация алгоритма организационно-технологического анализа, основанного на идентификации и детальной проработке этапов жизненного цикла, наиболее чувствительных к специфике ВБ.
Гипотеза: предварительная идентификация критически значимых этапов методом анализа иерархий и их последующая организационно-технологическая проработка позволят повысить согласованность решений и снизить вероятность отклонений [14,15].
Научная новизна заключается в разработке алгоритма, основанного на трехуровневой декомпозиции жизненного цикла («фаза – стадия – этап») и использовании метода анализа иерархий для выявления этапов, критически значимых для применения ВБ, с последующей их детальной проработкой.
Практическое значение – возможность применения алгоритма для повышения обоснованности решений, сокращения сроков планирования и подготовительного периода.
Материалы и методы
Методологической основой исследования является системный подход [8,9,11] к организации строительного производства, в рамках которого процесс возведения объектов с применением высокопрочных бетонов рассматривается как совокупность взаимосвязанных организационно-технологических процессов, реализуемых на различных уровнях жизненного цикла инвестиционно-строительного проекта.
В рамках системного подхода применён метод декомпозиции [9,11], для структурирования жизненного цикла по иерархии «фаза – стадия – этап» (выделены 4 фазы, внутри них – стадии и этапы).
Для идентификации этапов, наиболее чувствительных к технологической специфике высокопрочных бетонов, использован метод анализа иерархий (МАИ) [14,15]. Метод позволил сформировать иерархическую модель принятия решений, целью которой является выявление этапов жизненного цикла, критически значимых при применении ВБ.
- критерии оценки (К1- влияние на свойства бетона, К2 - чувствительность к временным параметрам, К3- влияние на продолжительность строительства, К4-сложность контроля);
- альтернативы— 47 этапов жизненного цикла проекта.
Экспертная группа из 5 специалистов выполнила попарные сравнения по шкале Саати. Рассчитывались векторы приоритетов, индекс и отношение согласованности (ОС<0,1)[11].
Для детальной проработки выявленных значимых этапов применён метод организационно-технологического моделирования [9,12,13], предусматривающий построение логических моделей процессов с определением: состава задач, ответственных участников, входной и выходной информации, взаимосвязей между этапами.
При разработке параметров строительного потока для этапов, связанных с бетонированием конструкций из ВБ, использованы методы поточной организации строительства [8,9]. Выполнялись расчёты допустимого времени укладки смеси на захватке, требуемой интенсивности подачи, минимального размера захватки и шага потока с учётом времени сохранения подвижности смеси и условий строительной площадки.
Анализ нормативно-технической документации проводился с учётом требований действующих сводов правил и стандартов, включая СП 48.13330.2019 «Организация строительства», СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции», СП 468.1325800.2019 «Конструкции из высокопрочного бетона», а также ГОСТ 26633–2015 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые» [16,5,6,8].
Апробация разработанного алгоритма осуществлялась на объекте строительства с применением высокопрочного бетона класса В60. В ходе апробации фиксировались фактические показатели продолжительности этапов, наличие простоев, количество корректировок организационно-технологической документации и затраты на устранение дефектов.
Результаты и обсуждение
На первом этапе исследования выполнен системный анализ жизненного цикла инвестиционно-строительного проекта [8,9] применительно к возведению объектов из высокопрочных бетонов. Процесс строительства был рассмотрен как целостная организационно-технологическая система, включающая взаимосвязанные фазы, стадии и этапы.
Анализ показал, что не все традиционно выделяемые стадии жизненного цикла оказывают влияние на специфику применения высокопрочных бетонов. Часть стадий не формирует дополнительных технологических ограничений и не изменяет организационную структуру строительного производства. В связи с этим была выполнена первичная фильтрация: из общей структуры исключены стадии, не связанные с технологической чувствительностью высокопрочных бетонов.
В результате сформирована уточнённая иерархическая модель жизненного цикла, включающая четыре фазы — инициацию, планирование, реализацию и завершение — и только те стадии, которые оказывают влияние на параметры подготовки и выполнения бетонных работ. Полученная структура представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Иерархическая структура жизненного цикла инвестиционно-строительного проекта (после системного анализа)
После формирования уточнённой структуры жизненного цикла был выполнен количественный анализ значимости отдельных этапов. Для этого применён метод анализа иерархий, в качестве критериев оценки рассматривались влияние этапа на обеспечение требуемых свойств бетона (К1) [1,5,4,7], чувствительность к временным параметрам технологического цикла (К2) [5,6], воздействие на общую продолжительность строительства (К3) [8], уровень организационной сложности и риск возникновения отклонений (К4) [9,10]. Экспертная оценка проводилась по шкале попарных сравнений с последующей проверкой согласованности матриц.
Для каждой матрицы парных сравнений рассчитывались вектор приоритетов, индекс согласованности (ИС) и отношение согласованности (ОС) по стандартным формулам. Значения ОС для всех матриц не превысили 0,1 [14], что подтверждает приемлемую согласованность экспертных суждений. Расчёт глобальных приоритетов позволил выделить этапы, оказывающие наибольшее влияние на специфику применения высокопрочных бетонов. На рисунке 2 представлена корреляционная матрица, иллюстрирующая взаимосвязь между критериями оценки (К1- К4) и глобальными приоритетами этапов.

Рис.2 Корреляционная матрица взаимосвязи критериев оценки (К1-К4) и глобального приоритетов этапов
Корреляционная матрица подтверждает сильную положительную связь всех четырёх критериев с глобальным приоритетом этапов. Наибольший коэффициент корреляции соответствует критерию К3 (0,98), что указывает на определяющее влияние продолжительности строительства на итоговый приоритет. Высокие значения К2 (0,86) и К4 (0,85) также подтверждают значимость временных параметров и сложности контроля, что полностью согласуется с экспертными оценками, полученными на этапе ранжирования.
В отличие от предыдущего этапа исследования, где исключались целые стадии, здесь была выполнена более тонкая фильтрация – на уровне отдельных операций. В результате из общей совокупности 47 этапов отобраны 17 этапов, которые требуют специальной организационно-технологической проработки. Фрагмент результатов ранжирования представлен в таблице 1, а выделенные значимые этапы показаны на рисунке 3.
Таблица 1
Результаты ранжирования этапов по глобальному приоритету (фрагмент)
|
№ |
Этап |
Наименование этапа |
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
Глобальный |
Ранг |
|
1 |
2.2.2. |
Формирование |
0,089 |
0,124 |
0,093 |
0,076 |
0,095 |
1 |
|
2 |
2.2.3. |
Планирование |
0,076 |
0,112 |
0,087 |
0,082 |
0,087 |
2 |
|
3 |
3.1.3. |
Подготовка площадки |
0,068 |
0,108 |
0,079 |
0,071 |
0,080 |
3 |
|
4 |
2.1.2. |
Разработка стадии «П» |
0,092 |
0,054 |
0,068 |
0,093 |
0,079 |
4 |
|
5 |
3.3.1. |
Устройство фундаментов |
0,084 |
0,076 |
0,072 |
0,064 |
0,076 |
5 |
|
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
17 |
1.2.2. |
Формирование |
0,047 |
0,048 |
0,048 |
0,047 |
0,048 |
17 |

Рис.3. Результаты идентификации значимых этапов (на основе МАИ)
Этапы, относящиеся к фазе завершения (стадии 4.1- 4.3), не вошли в число значимых (глобальный приоритет менее 0,01), что подтверждает их несущественность для специфики ВБ [13,17]. Остальные этапы (например, 1.1.1, 1.1.3, 3.1.1, 3.2.1–3.2.3 и др.) признаны неспецифичными для ВБ – и не требуют дополнительной проработки. Таким образом, сформирована двухступенчатая процедура отбора: сначала структурное уточнение жизненного цикла на основе системного анализа (исключение целых стадий), затем ранжирование и выделение критически значимых этапов методом анализа иерархий.
Для выделенных 17 значимых этапов выполнена детальная проработка методом организационно-технологического моделирования. Для каждого этапа определены состав задач с учётом специфики ВБ, ответственные, входная/выходная информация, методы. Фрагмент детализации приведён в таблице 2.
Таблица 2
Детализация значимых этапов (фрагмент)
|
Этап |
Наименование |
Состав задач с учётом ВБ |
Ответственные |
Входная информация |
Выходная информация |
Методы |
|
2.2.2. |
Формирование |
Учёт t_ж при расчёте |
ПТО, |
Объёмы работ, |
Календарный график |
Сетевое |
|
2.2.3. |
Планирование |
Расчёт потребности |
ПТО, |
t_ж, |
План поставок, |
Логистическое |
|
3.1.3. |
Подготовка площадки |
Уточнение фактических |
Технолог, |
Паспортные |
Подтверждение свойств, |
Лабораторные |
Особое внимание уделено этапам, связанным с расчётом параметров строительного потока для бетонирования конструкций из ВБ [16,5,8]. На этапе 3.1.3 (подготовка площадки к производству работ) выполнялись следующие расчёты:
- допустимое время укладки на захватке: ,
- требуемая интенсивность подачи смеси: ,
- минимальный размер захватки из условия непрерывности бетонирования:
- шаг потока:
где – время сохранения подвижности смеси (по паспорту завода), мин;
– время транспортировки, мин;
– время на маневры и перестановку оборудования (10–15 мин);
– объём бетона на захватке, м³;
– производительность бетононасоса, м³/ч;
– рациональный размер захватки, м² (в диапазоне от до по условию тепловыделения);
– производительность звена бетонщиков, м²/смену.
Проведённые расчёты показали, что параметры организационной подготовки – график подачи, размер захватки и согласование интенсивности потока – оказывают решающее влияние на стабильность процесса. На основе этой детализации был собран общий алгоритм организационно-технологического анализа (рисунок 4), охватывающий фазы инициации, планирования, реализации.

Рис. 4. Общий алгоритм организационно-технологического анализа
Разработанный алгоритм был применён при строительстве– многофункционального комплекса, в условиях плотной городской застройки. Высокопрочный бетон класса В60 применялся в подземной части зданий. Сравнение показателей до и после внедрения алгоритма приведено в таблице 3.
Таблица 3
Результаты апробации алгоритма
|
Параметр |
Без применения |
С применением |
Методика расчёта |
|
Продолжительность фазы планирования (в части разработки решений по ВБ) |
65 дней |
52 дня (сокращение на 20%) |
Фиксировалась фактическая продолжительность |
|
Продолжительность подготовительного периода (стадия 3.1) |
45 дней |
38 дней (сокращение на 15%) |
Фиксировалась фактическая продолжительность этапов 3.1.1–3.1.3 по журналам производства работ |
|
Наличие корректировок в ходе строительства |
7 |
2 |
Количество зарегистрированных изменений в ППР и технологических картах |
|
Простои из-за несогласованности поставок ВБ |
4 смены |
0 смен |
Фиксировалось время ожидания поставок ВБ сверх нормативного (смены) |
|
Соответствие проектных и фактических сроков |
0,87 |
0,98 |
Отношение фактической продолжительности этапов к плановой (по календарному графику) |
|
Затраты на исправление дефектов |
380 тыс. руб. |
0 руб. |
Фактические затраты на устранение брака (демонтаж/переделка конструкций) |
Расчёт экономического эффекта от внедрения алгоритма:
Применение двухступенчатой процедуры (системный анализ + МАИ) позволило объективно выделить из 47 этапов 17 критически значимых для применения ВБ. Расчётные значения ОС<0,1 подтверждают достоверность экспертных оценок. Включение стадии 2.1 в число значимых соответствует практике, поскольку именно здесь формируются проектные решения, определяющие возможность применения ВБ. Исключение фазы завершения подтверждено низкими значениями глобальных приоритетов (<0,01).
Разработанный алгоритм позволяет сконцентрировать ресурсы на критических точках и обеспечить преемственность решений. Расчётные зависимости для параметров потока, адаптированные к ограниченному времени жизнеспособности смеси, обеспечивают непрерывность бетонирования и исключают образование «холодных» швов [5,6,4]. Полученные результаты согласуются с выводами исследований о необходимости учёта технологической чувствительности ВБ на этапах планирования и подготовки производства.
Практическая апробация подтвердила эффективность алгоритма [10,13]: сокращение сроков на 20% и 15%, отсутствие простоев и дефектов, соответствие проектных и фактических параметров (98%). Результаты подтверждают выдвинутую гипотезу. Дальнейшие исследования целесообразно направить на адаптацию алгоритма для В100 и выше и интеграцию с BIM.
Заключение
В результате системного анализа и декомпозиции жизненного цикла инвестиционно-строительного проекта выделены четыре основные фазы (инициация, планирование, реализация, завершение) и соответствующие им стадии, что позволило структурировать организационно-технологические задачи при возведении объектов из высокопрочных бетонов.
С применением метода анализа иерархий (МАИ) из 47 этапов жизненного цикла идентифицированы 17 этапов, критически значимых для обеспечения качества и сроков при применении ВБ. Установлено, что этапы фазы завершения не оказывают существенного влияния на специфику работ с ВБ и могут выполняться по стандартным регламентам.
Для идентифицированных значимых этапов с использованием организационно-технологического моделирования разработан алгоритм, регламентирующий последовательность выполнения задач, состав участников, входную и выходную информацию, а также методы контроля с учётом технологической чувствительности ВБ. Приведены расчётные зависимости для определения параметров строительного потока (допустимого времени укладки, интенсивности подачи смеси, размеров захваток, шага потока).
Апробация разработанного алгоритма на объекте строительства с применением бетона класса В60 подтвердила его эффективность: сокращение продолжительности фазы планирования на 20%, подготовительного периода на 15%, отсутствие простоев и затрат на исправление дефектов, достижение проектных прочностных характеристик.
Практическое использование предложенного алгоритма позволяет повысить обоснованность организационно-технологических решений, обеспечить устойчивость строительного производства и снизить риски при возведении объектов из высокопрочных бетонов.



