Помощь студентам в учебе
НАУЧНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность темы исследования. Активное освоение Крайнего Севера и приравненных к нему территорий открывает Арктический регион для добычи стратегически важных природных ресурсов. Суровые природно-климатические условия, удаленность от промышленно развитых регионов, низкая плотность населения и квалифицированной рабочей силы, отсутствие инфраструктуры и иные дестабилизирующие факторы увеличивают продолжительность строительства объектов, тем самым сдерживают решение проблемы обеспечения региона в многофункциональных полносборных зданиях даже из систем высокой заводской готовности. Доля ручного труда в строительстве в районах Крайнего Севера значительно превышает долю механизированного, период эффективного строительства ограничен летними месяцами, производительность работ сильно зависит от природно-климатических факторов (ПКФ).
В настоящее время в строительной отрасли все большее внимание уделяется комплексному исследованию организационно-технологического проектирования объектов строительства. Строительная система рассматривается как совокупность организационных, конструктивных и технологических процессов на всех этапах полного организационно-технологического цикла - от проектирования, изготовления конструкций на заводе до завершения строительства на площадке.
Актуальность темы исследования состоит в необходимости для строительства зданий в условиях Крайнего Севера и Арктического региона разработке специфических новых и совершенствовании существующих организационно-технологических решений на основе применения высокоэффективных средств механизации с учетом влияния природно-климатических факторов и на этой основе создание высокоскоростных и энергоэффективных строительных систем, способных в короткий строительный сезон на отдаленных территориях возводить многофункциональные полносборные здания.
Степень разработанности темы исследования. Развитием теории и практики быстровозводимых и полносборных строительных систем, повышением эффективности и производительности строительства занимались: А.А. Афанасьев, В.А. Афанасьев, Г.М. Бадьин, А.Х. Байбурин, С.А. Болотин, Н.В. Варламов, И.И. Ведяков, Г.Б. Вержбовский, В.С. Воробьев, Ю.А. Вильман, A.A.Гусаков, B. Т. Ерофеев, Э.К. Завадскас, Е. М. Израилев, Н.Н. Карасёв, Е.А. Король, А.А. Лапидус, Л.Р. Маилян, Е.П. Матвеев, В.В. Молодин, Ю.Б. Монфред, С.В. Николаев, П.П. Олейник, В.И. Теличенко, Ю.Л. Тимофеев, В.И. Торкатюк, В.С. Федоров, C В. Федосов, В.И. Швиденко, M.Adam, J.Bergmann, K.Blomberg, S.Ehmann, L. Feireiss, J. Fudge, U. Knaack, Lee Chang Ju и др.
Исследованием влияния технологичности на строительное производство в различных условиях строительства занимались учёные по технологии и организации строительства: сборки железобетонных конструкций в промышленном строительстве - Г.М. Бадьин, С.И. Булгаков, В.И. Гужеа, Б.В. Прыкина, Л.Л. Русакова, В.К. Черненко; жилых зданий - Р.В. Крюков, Ю.Б. Монфред, С.В. Николаева, Б.В. Прыкина и др.; монолитных железобетонных конструкций - С.С. Атаев, A. A.Афанасьев, Н.Н. Данилов, Б.А. Крылов, В П. Лысов, В.Д. Топчий и др; отделочных процессов - Е.Д. Белоусов; в жарком климате - Т. М. Штоль, Г.И. Евстратов и др.
Исследованием влияния на строительство суровых климатических условий занимались С.А. Болотин, В.А. Евдокимов, С.Е. Климов, Н.А. Сапрыкина, Т.Н. Цай, B. Б.Федосенко и др. Однако не было уделено должного внимания вопросам системного исследования вопросов технологии для повышения уровня производительности живого труда и механизмов в условиях Крайнего Севера.
Работа выполнялась в соответствии с указами Президента РФ №№578 и 899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники и перечня критических технологий» и приоритетными направлениями развития прикладных наук и поисковых исследований РААСН (пп.8,10,14,25 и 30) и фундаментальных научных исследований отраслевого уровня (п.8).
Работа удостоена премии Правительства Санкт-Петербурга и СПбНЦ РАН в области науки и техники «За выдающиеся научные результаты за 2018 год».
Цель исследования является разработка методов создания энергоэффективных скоростных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
Задачи исследования:
1. Провести системный анализ организационных, конструктивных и технологических решений строительства зданий и сооружений, а также дестабилизирующих факторов строительства в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
2. Выявить влияние организационных, конструктивных и технологических параметров на создание скоростных строительных систем, оценить их иерархию.
3. Разработать методику многовариантного и многокритериального создания высокотехнологичных энергоэффективных скоростных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий на основе глубокой модернизации всех элементов технологического цикла в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий .
4. Предложить алгоритмы методов многовариантного и многокритериального выбора сочетаний элементов высокотехнологичных комбинаций строительных систем в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
5. Разработать комплекс адаптивных технологий высокоскоростного энергоэффективного возведения полносборных зданий с учётом нейтрализации дестабилизирующих ПКФ в экстремальных условиях Крайнего Севера.
6. Разработать методику создания высокоскоростных энергоэффективных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий с учетом влияния ПКФ Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
Объект исследований - энергоэффективные скоростные строительные системы возведения многоцелевых полносборных зданий для условий Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
Предмет исследований - новые высокоэффективные технологии высокоскоростного строительства многоцелевых полносборных зданий, включая изготовление, логистику, монтаж, модернизацию, автоматизацию и роботизацию процессов производства и строительства, реконструкцию и/или модернизацию.
Научная новизна исследования заключается в том, что разработаны теоретические и практические основы построения энергоэффективных скоростных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий, а именно:
1. Разработана квалификационно-матричная система иерархия влияния технологических, конструктивных и технологических параметров на строительство многоцелевых полносборных зданий для условий Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
2. Разработана классификация строительных систем и методов монтажа в условиях Крайнего Севера на основе введенного понятия (параметра) «скорость строительства».
3. Разработана и запатентована принципиально новая универсальная высокотехнологичная строительная система (УВСС), высокоскоростного строительства; роботизации монтажа; и контроля качества возведения зданий в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
4. Представлены детерминированная, стохастическая, вероятностно- детерминированная модели влияния факторов на введенную универсальную высокотехнологичную строительную систему УВСС.
5. Предложен алгоритм многовариантного и многокритериального анализа строительных систем полного цикла возведения многоцелевых полносборных зданий в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
6. Обоснованы организационные, конструктивные и технологические параметры и критерии для многовариантного проектирования энергоэффективных высокоскоростных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
7. Введено понятие интегрального показателя комплексной технологичности строительных систем и предложена методика его оценки как совокупности показателей подсистем организационно-технологических решений, изготовления, транспортирования, возведения, эксплуатации, модернизации и реконструкции.
8. Предложена система методик многовариантного и многокритериального выбора сочетаний элементов высокотехнологичных комбинаций строительных систем; целевая (ориентированная) методика транспортно-логистической системы высокоскоростного строительства; методика оценки комплексной энергоэффективности систем в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
Теоретическая значимость работы заключается:
- в построении комплексной многовариантной и многокритериальной методики создания новых высокоскоростных и высокотехнологичных энергоэффективных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий по всем элементам технологического цикла - от завода до объекта строительства для условий Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
- в квалификационно-матричной системе ранжирования строительных систем с учетом близости к рациональному варианту инженерно-технологических решений;
- методе интерактивной (виртуальной) высокоскоростной сборки зданий и формирования эффективной транспортно-технологической системы при высоко-скоростном строительстве в условиях Крайнего Севера.
Практическая значимость работы:
1. Обоснован комплексный подход к созданию принципиально новых
высокотехнологичных строительных систем для условий Крайнего Севера, включающий: применение стальной несъемной опалубки в заводских условиях (патент РФ № 2631125), трансформируемых матриц-перекрытий УВСС и несущих элементов (патенты РФ №№ 189897, 189896, 189898), организацию на стройплощадке транспортно-монтажного конвейера (патенты РФ №№ 2619200, 2615025), средств роботизации монтажных работ (патенты РФ №№ 2616306, 196134, 196061), применение оперативных пассивных и энергоэффективных систем контроля монтажа (патенты РФ №№ 2616306, 2621484, 2589886), систем виртуального монтажа при автоматизированном мониторинге точности (патенты РФ №№ 2661256, 2621484, 2619200, 2615025).
2. Разработаны
- комплекс высокоскоростных энергоэффективных технологий адаптивного возведения многоцелевых полносборных зданий, системы комплексно-интерактивной (виртуальной) сборки, новых методов пассивного контроля технологических операций монтажа разработанной универсальной высокотехнологичной строительной системы (УВСС), трансформируемых матриц- перекрытий с учетом минимизации трудо-, энерго-, время- и стоимостных затрат в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий
- принципиально новая универсальная высокотехнологичная строительная система (УВСС) на основе матрицы-перекрытия (патенты РФ №№ 189897, 189896, 189898) и комплектно-матричного монтажа для роботизированного возведения капитальных полносборных средне- и многоэтажных зданий. Изготовление УВСС может быть оперативно организовано на ближайших промышленных базах в условиях Крайнего Севера (патенты РФ №№ 2616306, 2631125).
- система комплексно-интерактивной (виртуальной) сборки зданий на основе BIM-моделей строительных объектов из матриц УВСС и технологических карт с оперативным контролем точности и позиционированием элементов, сопоставлением построенного объекта с моделью BIM и оценкой показателей комплексной технологичности заложенных решений, подтвержденная патентами РФ №№ 2631125, 2615025, 2619200, 2621484.
- методы дистанционного оперативного контроля: система мониторинга строительных модулей с использованием радиолокационного зондирования и пассивная система дистанционного контроля качества болтовых соединений модулей УВСС в условиях Крайнего Севера, подтвержденные патентами РФ №№ 179732, 2661256. 2621484, 2615025, 2589886.
- технологии комплектно-матричного и внецентренного монтажа с использованием роботизированных телескопических монтажных платформ для возведения капитальных полносборных зданий с автоматическим позиционированием модулей и контролем выполнения технологических операций.
- разработана новая технология пассивного и энергоэффективного монтажного процесса с позиций сокращения энергозатрат, выявившая рациональные направления развития высокоскоростных энергоэффективных строительных систем в условиях Крайнего Севера, и подтвержденная патентами РФ №№ 2678244, 174708, 177701, 2621484, 2317380, 2368747, 2398943.
Теоретические и практические результаты использованы в НИР «Исследование снижения несущей способности полносборных элементов» (№01201180175 от 07.05.2011), «Исследование и разработка эффективных организационных и технологических решений при возведении уникальных зданий и сооружений» (№115121810030 от 07.12.2015) и «Научно-техническое сопровождение проектной документации» (№40/203110030 от 16.11.2020). Результаты исследований явились основой для руководящих документов и технологических регламентов на производство работ и приемку в условиях Крайнего Севера.
Методология и методы исследования. Методика научного исследования включает структурно-функциональное моделирование многоуровневых и многокритериальных связей технологических процессов; методы квалиметрии; методы теории корреляции и математической статистики; матричный метод; функционально-системный, вероятностно-статистический, имитационно-моделирующий, инженерно-экономический, расчетно-аналитический и экспертный методы, а также метод системотехники; метод физического моделирования; многофакторный анализ динамичной системы монтажа индустриальных трансформируемых матриц-перекрытий; многоступенчатый анализ поливариантного проектирования; выбор высокотехнологичных и энергоэффективных схем монтажа; технологические основы роботизации монтажа; методы сужения комбинаций при многокритериальном и многовариантном проектировании высокотехнологичных строительных систем в условиях Крайнего Севера.
Положения, выносимые на защиту:
1. Системный анализ технических и технологических решений, а также дестабилизирующих факторов строительства в условиях Крайнего Севера.
2. Комплексная многовариантная и многокритериальная методика создания
новых высокоскоростных и высокотехнологичных энергоэффективных строительных систем по всем элементам технологического цикла от завода до объекта строительства для условий Крайнего Севера, основанная на глубокой модернизации и многоступенчатом анализе поливариантного проектирования высокотехнологичных строительных систем с учетом совокупного влияния дестабилизирующих ПКФ на составляющие технологического процесса; многокритериальной оценки комплексной технологичности и энергоэффективности строительных систем зданий с учетом степени чувствительности к агрессивности ПКФ в условиях Крайнего Севера.
3. Система методик многовариантного и многокритериального выбора сочетаний элементов высокотехнологичных комбинаций строительных систем; целевая (ориентированная) методика транспортно-логистической системы высокоскоростного строительства; методика оценки комплексной энергоэффективности систем в условиях Крайнего Севера.
4. Комплекс новых высокоскоростных энергоэффективных технологий адаптивного возведения и системы интерактивной (виртуальной) сборки полносборных зданий, новых методов пассивного контроля технологических операций на основе разработанной универсальной высокотехнологичной строительной системы, трансформируемых матриц-перекрытий с учетом минимизации трудо- и энергозатрат в условиях Крайнего Севера.
5. Закономерности динамики трудоемкости, производительности и технологичности высокоскоростного и высокотехнологичного энергоэффективного процесса УВСС с оценкой эффективности в условиях Крайнего Севера.
Работа соответствует пп. 2,4,11 паспорта специальности 05.23.08:
- п.2 «Разработка конкурентоспособных новых и совершенствование существующих технологий и методов производства строительно-монтажных работ на основе применения высокопроизводительных средств механизации и автоматизации»; - п.4 «Теоретические и экспериментальные исследования эффективности технологических процессов»; выявление общих закономерностей путем моделирования и оптимизации организационно-технологических решений; - п.11 «Разработка научных основ, системного подхода, методов и технологий повышения эксплуатационного качества промышленных и гражданских зданий с учетом круглогодичного производства работ, инструментального контроля и способов повышения надежности зданий при их возведении и реконструкции».
Достоверность обоснована обобщением и развитием предшествующих трудов отечественных и зарубежных ученых, высокой сходимостью результатов физического и компьютерного эксперимента и моделирования (расхождения не более 5%), значительными объемами выборок обследований (128 зданий), поверенными средствами измерений, системотехники строительства, основными законами робототехники, теорией вероятностей и математической статистики, теорией технологии и организации строительства.
Апробация работы проведена на международных конференциях, симпозиумах, семинарах в Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Анапе, Белгороде, Владивосток, Липецке, Краснодаре, Красноярске, Омске, Пензе, Самаре, Тамбове, Чебоксарах, а также в Беларуси, Казахстане, Франции, Нидерландах, Греции, США, Германии и Великобритании в 2005-2021 гг.: «Global Science and Innovation» (США-2014); «Европейская наука и технологии» (Германия-2014); Scientific Conference «Week of Science in SPbPU» - Civil Engineer¬ing (Санкт-Петербург-2014); «Экономические аспекты управления строительным комплексом в современных условиях» (Самара-2015); «Актуальные проблемы науки XXI века» (Москва-2016); «Развитие крупнопанельного домостроения в России» InterConPan-VI (Краснодар-2016); III Межвузовская конференция технологических и организационно-управленческих кафедр строительных вузов и факультетов университетов (Москва-2016); «Развитие крупнопанельного домостроения в России» InterConPan-VII (Чебоксары-2017); «Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, инновации» (Омск-2018); «Проектирование унифицированных зданий из трансформируемых модулей» НОПРИЗ (Москва-2018); International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering ICCMSE (Greece-2019); «Inter- ConPan-IX: инновации для индустриального домостроения» (Минск-2019); Digital technologies and innovative materials in road and bridgeconstruction - DigTechIMC- 2020, (Санкт-Петербург-2020); International Scientific Conference on Energy, Environment and Construction Engineering - EECE-2020, (Санкт-Петербург-2020).
Внедрение. Результаты работы внедрены в крупных проектных и строительных: организациях: ЗАО «Ленуренгойстрой» (2008-2016), ПКТИ «Уренгойстройпроект» (2016) и др. Многофункциональная рационализация решений высокоскоростных энергоэффективных строительных систем внедренная при проектировании и строительстве объектов в Санкт-Петербурге, Ленинградской и Тюменской областях дала снижение материалоемкости на 45,2%, увеличение полезного объема на 42,9%, увеличение срока службы быстровозводимых зданий до 100 лет и более, повышение заводской готовности до 99%, полное устранение «мокрых» и сварочных процессов.
Результаты внедрены также в учебный процесс - в состав учебных дисциплин «Современные технологии строительного производства», «Технология возведения зданий», «Методы производства СМР», «Промышленные технологии и инновации» СПбГАСУ, СПбПУ, СПГУ, СПбГАУ, МГСУ, СПбГУ, и АНО ДПО «Техническая академия Росатома» для бакалавров, магистров, аспирантов и курсов повышения квалификации.
Публикации. Основные положения работы отражены в 187 публикациях, в том числе 41 - в изданиях, рекомендованных ВАК, 12 - в изданиях, индексируемых в Web of Scienceи Scopus,20 патентах, 14 монографиях, 2 справочниках, 12 учебных пособиях, всего общим объемом 604,5 п. л., лично автором 452,1 п. л.
Структура диссертационной работы. Работа включает введение, 6 глав, основные выводы, список литературы из 375 источников и 18 приложений, содержащих акты внедрения, патенты, технологические документы и расчеты. Она изложена на 336 страницах, в том числе 69 таблиц, 121 рисунок.
В настоящее время в строительной отрасли все большее внимание уделяется комплексному исследованию организационно-технологического проектирования объектов строительства. Строительная система рассматривается как совокупность организационных, конструктивных и технологических процессов на всех этапах полного организационно-технологического цикла - от проектирования, изготовления конструкций на заводе до завершения строительства на площадке.
Актуальность темы исследования состоит в необходимости для строительства зданий в условиях Крайнего Севера и Арктического региона разработке специфических новых и совершенствовании существующих организационно-технологических решений на основе применения высокоэффективных средств механизации с учетом влияния природно-климатических факторов и на этой основе создание высокоскоростных и энергоэффективных строительных систем, способных в короткий строительный сезон на отдаленных территориях возводить многофункциональные полносборные здания.
Степень разработанности темы исследования. Развитием теории и практики быстровозводимых и полносборных строительных систем, повышением эффективности и производительности строительства занимались: А.А. Афанасьев, В.А. Афанасьев, Г.М. Бадьин, А.Х. Байбурин, С.А. Болотин, Н.В. Варламов, И.И. Ведяков, Г.Б. Вержбовский, В.С. Воробьев, Ю.А. Вильман, A.A.Гусаков, B. Т. Ерофеев, Э.К. Завадскас, Е. М. Израилев, Н.Н. Карасёв, Е.А. Король, А.А. Лапидус, Л.Р. Маилян, Е.П. Матвеев, В.В. Молодин, Ю.Б. Монфред, С.В. Николаев, П.П. Олейник, В.И. Теличенко, Ю.Л. Тимофеев, В.И. Торкатюк, В.С. Федоров, C В. Федосов, В.И. Швиденко, M.Adam, J.Bergmann, K.Blomberg, S.Ehmann, L. Feireiss, J. Fudge, U. Knaack, Lee Chang Ju и др.
Исследованием влияния технологичности на строительное производство в различных условиях строительства занимались учёные по технологии и организации строительства: сборки железобетонных конструкций в промышленном строительстве - Г.М. Бадьин, С.И. Булгаков, В.И. Гужеа, Б.В. Прыкина, Л.Л. Русакова, В.К. Черненко; жилых зданий - Р.В. Крюков, Ю.Б. Монфред, С.В. Николаева, Б.В. Прыкина и др.; монолитных железобетонных конструкций - С.С. Атаев, A. A.Афанасьев, Н.Н. Данилов, Б.А. Крылов, В П. Лысов, В.Д. Топчий и др; отделочных процессов - Е.Д. Белоусов; в жарком климате - Т. М. Штоль, Г.И. Евстратов и др.
Исследованием влияния на строительство суровых климатических условий занимались С.А. Болотин, В.А. Евдокимов, С.Е. Климов, Н.А. Сапрыкина, Т.Н. Цай, B. Б.Федосенко и др. Однако не было уделено должного внимания вопросам системного исследования вопросов технологии для повышения уровня производительности живого труда и механизмов в условиях Крайнего Севера.
Работа выполнялась в соответствии с указами Президента РФ №№578 и 899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники и перечня критических технологий» и приоритетными направлениями развития прикладных наук и поисковых исследований РААСН (пп.8,10,14,25 и 30) и фундаментальных научных исследований отраслевого уровня (п.8).
Работа удостоена премии Правительства Санкт-Петербурга и СПбНЦ РАН в области науки и техники «За выдающиеся научные результаты за 2018 год».
Цель исследования является разработка методов создания энергоэффективных скоростных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
Задачи исследования:
1. Провести системный анализ организационных, конструктивных и технологических решений строительства зданий и сооружений, а также дестабилизирующих факторов строительства в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
2. Выявить влияние организационных, конструктивных и технологических параметров на создание скоростных строительных систем, оценить их иерархию.
3. Разработать методику многовариантного и многокритериального создания высокотехнологичных энергоэффективных скоростных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий на основе глубокой модернизации всех элементов технологического цикла в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий .
4. Предложить алгоритмы методов многовариантного и многокритериального выбора сочетаний элементов высокотехнологичных комбинаций строительных систем в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
5. Разработать комплекс адаптивных технологий высокоскоростного энергоэффективного возведения полносборных зданий с учётом нейтрализации дестабилизирующих ПКФ в экстремальных условиях Крайнего Севера.
6. Разработать методику создания высокоскоростных энергоэффективных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий с учетом влияния ПКФ Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
Объект исследований - энергоэффективные скоростные строительные системы возведения многоцелевых полносборных зданий для условий Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
Предмет исследований - новые высокоэффективные технологии высокоскоростного строительства многоцелевых полносборных зданий, включая изготовление, логистику, монтаж, модернизацию, автоматизацию и роботизацию процессов производства и строительства, реконструкцию и/или модернизацию.
Научная новизна исследования заключается в том, что разработаны теоретические и практические основы построения энергоэффективных скоростных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий, а именно:
1. Разработана квалификационно-матричная система иерархия влияния технологических, конструктивных и технологических параметров на строительство многоцелевых полносборных зданий для условий Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
2. Разработана классификация строительных систем и методов монтажа в условиях Крайнего Севера на основе введенного понятия (параметра) «скорость строительства».
3. Разработана и запатентована принципиально новая универсальная высокотехнологичная строительная система (УВСС), высокоскоростного строительства; роботизации монтажа; и контроля качества возведения зданий в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
4. Представлены детерминированная, стохастическая, вероятностно- детерминированная модели влияния факторов на введенную универсальную высокотехнологичную строительную систему УВСС.
5. Предложен алгоритм многовариантного и многокритериального анализа строительных систем полного цикла возведения многоцелевых полносборных зданий в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
6. Обоснованы организационные, конструктивные и технологические параметры и критерии для многовариантного проектирования энергоэффективных высокоскоростных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
7. Введено понятие интегрального показателя комплексной технологичности строительных систем и предложена методика его оценки как совокупности показателей подсистем организационно-технологических решений, изготовления, транспортирования, возведения, эксплуатации, модернизации и реконструкции.
8. Предложена система методик многовариантного и многокритериального выбора сочетаний элементов высокотехнологичных комбинаций строительных систем; целевая (ориентированная) методика транспортно-логистической системы высокоскоростного строительства; методика оценки комплексной энергоэффективности систем в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
Теоретическая значимость работы заключается:
- в построении комплексной многовариантной и многокритериальной методики создания новых высокоскоростных и высокотехнологичных энергоэффективных строительных систем возведения многоцелевых полносборных зданий по всем элементам технологического цикла - от завода до объекта строительства для условий Крайнего Севера и приравненных к нему территорий.
- в квалификационно-матричной системе ранжирования строительных систем с учетом близости к рациональному варианту инженерно-технологических решений;
- методе интерактивной (виртуальной) высокоскоростной сборки зданий и формирования эффективной транспортно-технологической системы при высоко-скоростном строительстве в условиях Крайнего Севера.
Практическая значимость работы:
1. Обоснован комплексный подход к созданию принципиально новых
высокотехнологичных строительных систем для условий Крайнего Севера, включающий: применение стальной несъемной опалубки в заводских условиях (патент РФ № 2631125), трансформируемых матриц-перекрытий УВСС и несущих элементов (патенты РФ №№ 189897, 189896, 189898), организацию на стройплощадке транспортно-монтажного конвейера (патенты РФ №№ 2619200, 2615025), средств роботизации монтажных работ (патенты РФ №№ 2616306, 196134, 196061), применение оперативных пассивных и энергоэффективных систем контроля монтажа (патенты РФ №№ 2616306, 2621484, 2589886), систем виртуального монтажа при автоматизированном мониторинге точности (патенты РФ №№ 2661256, 2621484, 2619200, 2615025).
2. Разработаны
- комплекс высокоскоростных энергоэффективных технологий адаптивного возведения многоцелевых полносборных зданий, системы комплексно-интерактивной (виртуальной) сборки, новых методов пассивного контроля технологических операций монтажа разработанной универсальной высокотехнологичной строительной системы (УВСС), трансформируемых матриц- перекрытий с учетом минимизации трудо-, энерго-, время- и стоимостных затрат в условиях Крайнего Севера и приравненных к нему территорий
- принципиально новая универсальная высокотехнологичная строительная система (УВСС) на основе матрицы-перекрытия (патенты РФ №№ 189897, 189896, 189898) и комплектно-матричного монтажа для роботизированного возведения капитальных полносборных средне- и многоэтажных зданий. Изготовление УВСС может быть оперативно организовано на ближайших промышленных базах в условиях Крайнего Севера (патенты РФ №№ 2616306, 2631125).
- система комплексно-интерактивной (виртуальной) сборки зданий на основе BIM-моделей строительных объектов из матриц УВСС и технологических карт с оперативным контролем точности и позиционированием элементов, сопоставлением построенного объекта с моделью BIM и оценкой показателей комплексной технологичности заложенных решений, подтвержденная патентами РФ №№ 2631125, 2615025, 2619200, 2621484.
- методы дистанционного оперативного контроля: система мониторинга строительных модулей с использованием радиолокационного зондирования и пассивная система дистанционного контроля качества болтовых соединений модулей УВСС в условиях Крайнего Севера, подтвержденные патентами РФ №№ 179732, 2661256. 2621484, 2615025, 2589886.
- технологии комплектно-матричного и внецентренного монтажа с использованием роботизированных телескопических монтажных платформ для возведения капитальных полносборных зданий с автоматическим позиционированием модулей и контролем выполнения технологических операций.
- разработана новая технология пассивного и энергоэффективного монтажного процесса с позиций сокращения энергозатрат, выявившая рациональные направления развития высокоскоростных энергоэффективных строительных систем в условиях Крайнего Севера, и подтвержденная патентами РФ №№ 2678244, 174708, 177701, 2621484, 2317380, 2368747, 2398943.
Теоретические и практические результаты использованы в НИР «Исследование снижения несущей способности полносборных элементов» (№01201180175 от 07.05.2011), «Исследование и разработка эффективных организационных и технологических решений при возведении уникальных зданий и сооружений» (№115121810030 от 07.12.2015) и «Научно-техническое сопровождение проектной документации» (№40/203110030 от 16.11.2020). Результаты исследований явились основой для руководящих документов и технологических регламентов на производство работ и приемку в условиях Крайнего Севера.
Методология и методы исследования. Методика научного исследования включает структурно-функциональное моделирование многоуровневых и многокритериальных связей технологических процессов; методы квалиметрии; методы теории корреляции и математической статистики; матричный метод; функционально-системный, вероятностно-статистический, имитационно-моделирующий, инженерно-экономический, расчетно-аналитический и экспертный методы, а также метод системотехники; метод физического моделирования; многофакторный анализ динамичной системы монтажа индустриальных трансформируемых матриц-перекрытий; многоступенчатый анализ поливариантного проектирования; выбор высокотехнологичных и энергоэффективных схем монтажа; технологические основы роботизации монтажа; методы сужения комбинаций при многокритериальном и многовариантном проектировании высокотехнологичных строительных систем в условиях Крайнего Севера.
Положения, выносимые на защиту:
1. Системный анализ технических и технологических решений, а также дестабилизирующих факторов строительства в условиях Крайнего Севера.
2. Комплексная многовариантная и многокритериальная методика создания
новых высокоскоростных и высокотехнологичных энергоэффективных строительных систем по всем элементам технологического цикла от завода до объекта строительства для условий Крайнего Севера, основанная на глубокой модернизации и многоступенчатом анализе поливариантного проектирования высокотехнологичных строительных систем с учетом совокупного влияния дестабилизирующих ПКФ на составляющие технологического процесса; многокритериальной оценки комплексной технологичности и энергоэффективности строительных систем зданий с учетом степени чувствительности к агрессивности ПКФ в условиях Крайнего Севера.
3. Система методик многовариантного и многокритериального выбора сочетаний элементов высокотехнологичных комбинаций строительных систем; целевая (ориентированная) методика транспортно-логистической системы высокоскоростного строительства; методика оценки комплексной энергоэффективности систем в условиях Крайнего Севера.
4. Комплекс новых высокоскоростных энергоэффективных технологий адаптивного возведения и системы интерактивной (виртуальной) сборки полносборных зданий, новых методов пассивного контроля технологических операций на основе разработанной универсальной высокотехнологичной строительной системы, трансформируемых матриц-перекрытий с учетом минимизации трудо- и энергозатрат в условиях Крайнего Севера.
5. Закономерности динамики трудоемкости, производительности и технологичности высокоскоростного и высокотехнологичного энергоэффективного процесса УВСС с оценкой эффективности в условиях Крайнего Севера.
Работа соответствует пп. 2,4,11 паспорта специальности 05.23.08:
- п.2 «Разработка конкурентоспособных новых и совершенствование существующих технологий и методов производства строительно-монтажных работ на основе применения высокопроизводительных средств механизации и автоматизации»; - п.4 «Теоретические и экспериментальные исследования эффективности технологических процессов»; выявление общих закономерностей путем моделирования и оптимизации организационно-технологических решений; - п.11 «Разработка научных основ, системного подхода, методов и технологий повышения эксплуатационного качества промышленных и гражданских зданий с учетом круглогодичного производства работ, инструментального контроля и способов повышения надежности зданий при их возведении и реконструкции».
Достоверность обоснована обобщением и развитием предшествующих трудов отечественных и зарубежных ученых, высокой сходимостью результатов физического и компьютерного эксперимента и моделирования (расхождения не более 5%), значительными объемами выборок обследований (128 зданий), поверенными средствами измерений, системотехники строительства, основными законами робототехники, теорией вероятностей и математической статистики, теорией технологии и организации строительства.
Апробация работы проведена на международных конференциях, симпозиумах, семинарах в Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Анапе, Белгороде, Владивосток, Липецке, Краснодаре, Красноярске, Омске, Пензе, Самаре, Тамбове, Чебоксарах, а также в Беларуси, Казахстане, Франции, Нидерландах, Греции, США, Германии и Великобритании в 2005-2021 гг.: «Global Science and Innovation» (США-2014); «Европейская наука и технологии» (Германия-2014); Scientific Conference «Week of Science in SPbPU» - Civil Engineer¬ing (Санкт-Петербург-2014); «Экономические аспекты управления строительным комплексом в современных условиях» (Самара-2015); «Актуальные проблемы науки XXI века» (Москва-2016); «Развитие крупнопанельного домостроения в России» InterConPan-VI (Краснодар-2016); III Межвузовская конференция технологических и организационно-управленческих кафедр строительных вузов и факультетов университетов (Москва-2016); «Развитие крупнопанельного домостроения в России» InterConPan-VII (Чебоксары-2017); «Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, инновации» (Омск-2018); «Проектирование унифицированных зданий из трансформируемых модулей» НОПРИЗ (Москва-2018); International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering ICCMSE (Greece-2019); «Inter- ConPan-IX: инновации для индустриального домостроения» (Минск-2019); Digital technologies and innovative materials in road and bridgeconstruction - DigTechIMC- 2020, (Санкт-Петербург-2020); International Scientific Conference on Energy, Environment and Construction Engineering - EECE-2020, (Санкт-Петербург-2020).
Внедрение. Результаты работы внедрены в крупных проектных и строительных: организациях: ЗАО «Ленуренгойстрой» (2008-2016), ПКТИ «Уренгойстройпроект» (2016) и др. Многофункциональная рационализация решений высокоскоростных энергоэффективных строительных систем внедренная при проектировании и строительстве объектов в Санкт-Петербурге, Ленинградской и Тюменской областях дала снижение материалоемкости на 45,2%, увеличение полезного объема на 42,9%, увеличение срока службы быстровозводимых зданий до 100 лет и более, повышение заводской готовности до 99%, полное устранение «мокрых» и сварочных процессов.
Результаты внедрены также в учебный процесс - в состав учебных дисциплин «Современные технологии строительного производства», «Технология возведения зданий», «Методы производства СМР», «Промышленные технологии и инновации» СПбГАСУ, СПбПУ, СПГУ, СПбГАУ, МГСУ, СПбГУ, и АНО ДПО «Техническая академия Росатома» для бакалавров, магистров, аспирантов и курсов повышения квалификации.
Публикации. Основные положения работы отражены в 187 публикациях, в том числе 41 - в изданиях, рекомендованных ВАК, 12 - в изданиях, индексируемых в Web of Scienceи Scopus,20 патентах, 14 монографиях, 2 справочниках, 12 учебных пособиях, всего общим объемом 604,5 п. л., лично автором 452,1 п. л.
Структура диссертационной работы. Работа включает введение, 6 глав, основные выводы, список литературы из 375 источников и 18 приложений, содержащих акты внедрения, патенты, технологические документы и расчеты. Она изложена на 336 страницах, в том числе 69 таблиц, 121 рисунок.
1. Разработаны новые классификации строительных систем и методов монтажа в условиях Крайнего Севера на основе введенного понятия «скорость строительства и(,}-_ХИ», м/суТ, как первой ир.и.-.н.и Ч— , от ~теля готовности здания. По нему определены временные качественные и количественные параметры строительства: от «медленного» - 0,06-0,17 до «высокоскоростное» - свыше 20,0.
Выполнен непараметрический анализ матрицы весомости факторов совершенствования систем строительства на корреляцию и установлены функциональные связи между ними, качество которых подтверждается: коэффициентом Спирмена 0,937, ранговым коэффициентом Кендалла 0,813, коэффициентом конкордации Кендалла 0,98 и критерием Пирсона.
Введено понятие показателя комплексной технологичности строи-тельных систем и предложена методика их оценки как совокупности комплексных показателей подсистем организационно-технологических решений изготовления, транспортирования, возведения, эксплуатации, модернизации и реконструкции по интегральному показателю, определяемому по предложенной формуле, где т. - комплексные показатели технологичности подсистем строительных систем с учетом корректирующих коэффициентов Кпкф от влияния ПКФ
Разработан метод количественного описания достигнутого или перспективного уровня строительства на основе использования матриц, технологических процессов, выявивший ключевое значение комплексной технологичности и энергоэффективности многоуровневых проектных решений в условиях Крайнего Севера.
Предложена методика теоретико-игрового многовариантного выбора высокотехнологичных строительных систем с минимальными: трудоемкостью С. энергоемкостью Е, продолжительностью Т при возможности многовариантной реализации технологий по элементам с вероятностью выполнения операций, коэффициентом технологичности работ, показателем весомости элемента (работ) в достижении цели, а также метод модульной разбивки структуры монтажных работ
Представлены детерминированная, стохастическая, вероятностно- детерминированная модели влияния факторов на введенную универсальную высокотехнологичную строительную систему УВСС, а также стохастическая модель ее жизненного цикла. По расчетам с вектором предыдущей комбинации элементов технологии производительность новой системы увеличилось в 2,65-2,78 раза.
2. Разработана квалификационно-матричная система ранжирования составляющих высокотехнологичных строительных систем. Используя условия компромиссной технологии и матрицу принятия решения, получена матрица развернутых вариаций технологических решений идеального вектора с учетом влияния дестабилизирующих факторов в условиях Крайнего Севера, что дало возможность получить влияние составляющих элементов строительных систем на показатель комплексной технологичности. На основании рассмотрения всех возможных вариаций составляющих строительного процесса подобным образом, начиная с изготовления на заводе, получен идеальный вектор показателей системы УВСС, наименее подверженный действию дестабилизирующих ПКФ Крайнего Севера.
Предложенный подход с учетом параметров технологических операций дает снижение расходов материалов на 45,2%, увеличение полезного объема на 42,9%, увеличение срока службы зданий более 100 лет, повышение заводской готовности не менее 98%, полное устранение «мокрых» и сварочных процессов.
3. Введен показатель комплексной энергоэффективности Ек возведения полносборных зданий УВСС и предложена методика его расчета на основе энергозатрат строительного процесса с учетом модели высокотехнологичного и высокоскоростного возведения зданий в условиях Крайнего Севера.
Определены I—VI классы, кВт-ч/м2, монтажной энергоэффективности строительных систем возведения зданий в условиях Крайнего Севера. Проведено энергетическое моделирование энергоэффективных и энергопассивных (стремящимися к нулю) методов монтажа УВСС в условиях Крайнего Севера.
Введено понятие и разработаны пассивные методы монтажа строи-тельных элементов - колонн, лестниц, стен, ограждающих панелей, контроля
точности монтажа, энергоэффективные болтовые соединения со снижением энергозатрат до 36 раз, получены патенты РФ. Разработана энергетическая модель монтажа модулей УВСС и его составляющих в условиях Крайнего Севера.
4. Предложена методика эффективного планирования сроков начала и окончания комплектации объектов модулями УВСС, а также рациональной логистики при их высокоскоростном монтаже, позволившая при совместной работе транспортных средств и монтажных платформ сократить транспортные расходы на 12-16% и простои бригад на 8%, а при объединении трех монтажных потоков (роботизированных платформ УВСС) и автопоездов в систему - увеличить их занятость до 91,5%. Применение предложенных трансформирующихся элементов УВСС снизило транспортные работы на 50%. Предложены транспортно-логистические решения, защищенные патентами РФ.
5. Разработаны решения автоматизированного контроля качества монтажа полносборных зданий, позволившие после систематизации дефектов провести полносборных зданий в условиях Крайнего Севера, произвести комплексную оценку качества СМР, что позволило определить оптимальную область качественного монтажа зданий - 0,75.. .0,998. Решения защищены патентом РФ.
6. Разработана и запатентована принципиально новая универсальная высокотехнологичная строительная система (УВСС), позволяющей достигать: высокоскоростного строительства; роботизации монтажа; укомплектования энергоэффективным оборудованием; дублирования запасными системами; пассивных систем монтажа и контроля точности зданий и сооружений в условиях Крайнего Севера и содержащая высокотехнологичные элементы: трубобетонные и сталежелезобетонные колонны заводского изготовления, монтажные пружины, матрица- перекрытия, трансформируемая лестница, колонна, стена и т. д. для высокоскоростного монтажа со снижением расхода стали до 3,23 раза, а бетона - до 3,53 раза. На все предложения и разработки получены патенты РФ.
7. Разработан способ адаптивного (роботизированного) монтажа зданий изнутри, защищенные патентами РФ. Предложена структурная организация адаптивной (роботизированной) сборки системы УВСС с временем выполнения монтажных операций 2,1-2,6 мин/модуль на основании принципа синхронного выполнения операций. Преобразование монтажа из цикличного в конвейерный и использование перемещающихся телескопических монтажных платформ сокращает время монтажа до 6 раз.
Введены новые понятия: внецентренный монтаж, высокотехнологичный монтаж, универсальная высокотехнологичная строительная система, высокотехнологичный строительный модуль, матрица-перекрытия, комплектно-матричный монтаж.
8. Разработаны активные и пассивные методы контроля точности технологических процессов: оптические, лазерные системы 3D измерений, фотограмметрии, интерферометрические и оптоволоконные системы, защищенные патентами РФ, обеспечивающие высокоскоростной, высокоточный, высокотехнологичный, энергоэффективный контроль монтажных операций и внутриплощадочного перемещения модулей УВСС при высокоскоростном строительстве и позволяющие оперативно вносить изменения в автоматизированном режиме.
Введено новое понятие пассивные системы контроля точности.
9. Предложены методологические и технологические основы способа интерактивного (виртуального) технологического проектирования монтажа в системе 6D с использованием BIM.Разработан интерактивный проект производства работ (иППР), учитывающий динамику изменений, при обеспечении высокой скорости строительства в условиях Крайнего Севера визуально-информационным (виртуальным) воплощением строительной площадки и автоматическим контролем монтажа и технологических операций элементов УВСС, получены патенты РФ.
10. Выявлено, что применение высокотехнологичных строительных систем УВСС снижает трудоемкость работ до 0,05 чел.-ч на 1 м2 площади, затраты ручного времени более чем в 13,6 раз, трудоемкость монтажа от 40,9 до 140,4 раз в условиях Крайнего Севера. Получены аналитические зависимости трудоемкости монтажа зданий УВСС от укрупненности блоков. Отклонения эмпирических данных от нормативных свидетельствуют: о высокой эффективности разработанных решений с применением роботизированной УВСС в условиях Крайнего Севера; о необходимости корректировки норм для роботизированных процессов.
11. Преимущества разработанной системы УВСС в условиях Крайнего Севера подтверждается системой показателей технологичности: кг(заводской готовности)=0,99; кб(блочности)=1,0; ктп(технологичности)= 0,94; кд(дробности)=1,0; ^(технологичности стыков)=1,0, а комплексный показатель монтажной технологичности системы УВСС - 0,965.
Монтажная технологичность предложенных решений влияет на снижение трудоемкости от 21,4% и повышает производительность монтажа до 44%.
Экономическая эффективность системы УВСС по сравнению с объемным и крупнопанельным домостроением в условиях Крайнего Севера составляет: по экономии материалов до 45,2%, транспортным расходам - до 50,0%, вследствие ускорения ввода в эксплуатацию - 28,3%, основной заработной платы - на 5,7% и т. д.
Выполнен непараметрический анализ матрицы весомости факторов совершенствования систем строительства на корреляцию и установлены функциональные связи между ними, качество которых подтверждается: коэффициентом Спирмена 0,937, ранговым коэффициентом Кендалла 0,813, коэффициентом конкордации Кендалла 0,98 и критерием Пирсона.
Введено понятие показателя комплексной технологичности строи-тельных систем и предложена методика их оценки как совокупности комплексных показателей подсистем организационно-технологических решений изготовления, транспортирования, возведения, эксплуатации, модернизации и реконструкции по интегральному показателю, определяемому по предложенной формуле, где т. - комплексные показатели технологичности подсистем строительных систем с учетом корректирующих коэффициентов Кпкф от влияния ПКФ
Разработан метод количественного описания достигнутого или перспективного уровня строительства на основе использования матриц, технологических процессов, выявивший ключевое значение комплексной технологичности и энергоэффективности многоуровневых проектных решений в условиях Крайнего Севера.
Предложена методика теоретико-игрового многовариантного выбора высокотехнологичных строительных систем с минимальными: трудоемкостью С. энергоемкостью Е, продолжительностью Т при возможности многовариантной реализации технологий по элементам с вероятностью выполнения операций, коэффициентом технологичности работ, показателем весомости элемента (работ) в достижении цели, а также метод модульной разбивки структуры монтажных работ
Представлены детерминированная, стохастическая, вероятностно- детерминированная модели влияния факторов на введенную универсальную высокотехнологичную строительную систему УВСС, а также стохастическая модель ее жизненного цикла. По расчетам с вектором предыдущей комбинации элементов технологии производительность новой системы увеличилось в 2,65-2,78 раза.
2. Разработана квалификационно-матричная система ранжирования составляющих высокотехнологичных строительных систем. Используя условия компромиссной технологии и матрицу принятия решения, получена матрица развернутых вариаций технологических решений идеального вектора с учетом влияния дестабилизирующих факторов в условиях Крайнего Севера, что дало возможность получить влияние составляющих элементов строительных систем на показатель комплексной технологичности. На основании рассмотрения всех возможных вариаций составляющих строительного процесса подобным образом, начиная с изготовления на заводе, получен идеальный вектор показателей системы УВСС, наименее подверженный действию дестабилизирующих ПКФ Крайнего Севера.
Предложенный подход с учетом параметров технологических операций дает снижение расходов материалов на 45,2%, увеличение полезного объема на 42,9%, увеличение срока службы зданий более 100 лет, повышение заводской готовности не менее 98%, полное устранение «мокрых» и сварочных процессов.
3. Введен показатель комплексной энергоэффективности Ек возведения полносборных зданий УВСС и предложена методика его расчета на основе энергозатрат строительного процесса с учетом модели высокотехнологичного и высокоскоростного возведения зданий в условиях Крайнего Севера.
Определены I—VI классы, кВт-ч/м2, монтажной энергоэффективности строительных систем возведения зданий в условиях Крайнего Севера. Проведено энергетическое моделирование энергоэффективных и энергопассивных (стремящимися к нулю) методов монтажа УВСС в условиях Крайнего Севера.
Введено понятие и разработаны пассивные методы монтажа строи-тельных элементов - колонн, лестниц, стен, ограждающих панелей, контроля
точности монтажа, энергоэффективные болтовые соединения со снижением энергозатрат до 36 раз, получены патенты РФ. Разработана энергетическая модель монтажа модулей УВСС и его составляющих в условиях Крайнего Севера.
4. Предложена методика эффективного планирования сроков начала и окончания комплектации объектов модулями УВСС, а также рациональной логистики при их высокоскоростном монтаже, позволившая при совместной работе транспортных средств и монтажных платформ сократить транспортные расходы на 12-16% и простои бригад на 8%, а при объединении трех монтажных потоков (роботизированных платформ УВСС) и автопоездов в систему - увеличить их занятость до 91,5%. Применение предложенных трансформирующихся элементов УВСС снизило транспортные работы на 50%. Предложены транспортно-логистические решения, защищенные патентами РФ.
5. Разработаны решения автоматизированного контроля качества монтажа полносборных зданий, позволившие после систематизации дефектов провести полносборных зданий в условиях Крайнего Севера, произвести комплексную оценку качества СМР, что позволило определить оптимальную область качественного монтажа зданий - 0,75.. .0,998. Решения защищены патентом РФ.
6. Разработана и запатентована принципиально новая универсальная высокотехнологичная строительная система (УВСС), позволяющей достигать: высокоскоростного строительства; роботизации монтажа; укомплектования энергоэффективным оборудованием; дублирования запасными системами; пассивных систем монтажа и контроля точности зданий и сооружений в условиях Крайнего Севера и содержащая высокотехнологичные элементы: трубобетонные и сталежелезобетонные колонны заводского изготовления, монтажные пружины, матрица- перекрытия, трансформируемая лестница, колонна, стена и т. д. для высокоскоростного монтажа со снижением расхода стали до 3,23 раза, а бетона - до 3,53 раза. На все предложения и разработки получены патенты РФ.
7. Разработан способ адаптивного (роботизированного) монтажа зданий изнутри, защищенные патентами РФ. Предложена структурная организация адаптивной (роботизированной) сборки системы УВСС с временем выполнения монтажных операций 2,1-2,6 мин/модуль на основании принципа синхронного выполнения операций. Преобразование монтажа из цикличного в конвейерный и использование перемещающихся телескопических монтажных платформ сокращает время монтажа до 6 раз.
Введены новые понятия: внецентренный монтаж, высокотехнологичный монтаж, универсальная высокотехнологичная строительная система, высокотехнологичный строительный модуль, матрица-перекрытия, комплектно-матричный монтаж.
8. Разработаны активные и пассивные методы контроля точности технологических процессов: оптические, лазерные системы 3D измерений, фотограмметрии, интерферометрические и оптоволоконные системы, защищенные патентами РФ, обеспечивающие высокоскоростной, высокоточный, высокотехнологичный, энергоэффективный контроль монтажных операций и внутриплощадочного перемещения модулей УВСС при высокоскоростном строительстве и позволяющие оперативно вносить изменения в автоматизированном режиме.
Введено новое понятие пассивные системы контроля точности.
9. Предложены методологические и технологические основы способа интерактивного (виртуального) технологического проектирования монтажа в системе 6D с использованием BIM.Разработан интерактивный проект производства работ (иППР), учитывающий динамику изменений, при обеспечении высокой скорости строительства в условиях Крайнего Севера визуально-информационным (виртуальным) воплощением строительной площадки и автоматическим контролем монтажа и технологических операций элементов УВСС, получены патенты РФ.
10. Выявлено, что применение высокотехнологичных строительных систем УВСС снижает трудоемкость работ до 0,05 чел.-ч на 1 м2 площади, затраты ручного времени более чем в 13,6 раз, трудоемкость монтажа от 40,9 до 140,4 раз в условиях Крайнего Севера. Получены аналитические зависимости трудоемкости монтажа зданий УВСС от укрупненности блоков. Отклонения эмпирических данных от нормативных свидетельствуют: о высокой эффективности разработанных решений с применением роботизированной УВСС в условиях Крайнего Севера; о необходимости корректировки норм для роботизированных процессов.
11. Преимущества разработанной системы УВСС в условиях Крайнего Севера подтверждается системой показателей технологичности: кг(заводской готовности)=0,99; кб(блочности)=1,0; ктп(технологичности)= 0,94; кд(дробности)=1,0; ^(технологичности стыков)=1,0, а комплексный показатель монтажной технологичности системы УВСС - 0,965.
Монтажная технологичность предложенных решений влияет на снижение трудоемкости от 21,4% и повышает производительность монтажа до 44%.
Экономическая эффективность системы УВСС по сравнению с объемным и крупнопанельным домостроением в условиях Крайнего Севера составляет: по экономии материалов до 45,2%, транспортным расходам - до 50,0%, вследствие ускорения ввода в эксплуатацию - 28,3%, основной заработной платы - на 5,7% и т. д.