Автоматизация строительных процессов

Содержание

Введение

Капитальное строительство  как отрасль материального производства включает проектно-изыскательские и научно-исследовательские, строительные и монтажные организации, предприятия стройиндустрии, производство строительных материалов и транспорт. В сфере капитального строительства прямо или косвенно участвуют разные отрасли национальной экономики, которые обеспечивают строительство металлом и металлоконструкциями, цементом, лесоматериалами, строительными машинами, средствами транспорта, топливом и энергетическими ресурсами.

Продукции отрасли строительства  являются законченные строительством и сданные в эксплуатацию заводы и фабрики, железные и автомобильные дороги, порты, жилые дома, и другие объекты, образующие основные фонды народного хозяйства страны. Созданием основных фонов страны занимается отрасль капитального строительства. Кроме создания основных фондов к функциям капитального строительства относятся реконструкция и техническое перевооружение уже действующих фондов. Поэтому основной задачей капитального строительства являются расширенное воспроизводство и ускоренное обновление основных фондов народного хозяйства страны. В процессе создания основных фондов, представляющих собой строительную продукцию строительных организаций, участвуют рабочие кадры, средства труда и предметы труда. Взаимодействуя между собой, основные элементы строительного процесса создают конечную строительную продукцию (представляющую собой здания, сооружения, объекты) в натуральном денежном выражении. [1]

Автоматизация строительства  – это великолепный способ избавить многих людей от работы, которая  им неинтересна, или просто занимает огромное количество времени, которое  могло бы быть направлено в другое, более полезное русло.

В былые времена все  чертежи и расчеты выполнялись  вручную, перепроверялись и тогда  уже воплощались в жизнь. Такой  способ проектирования зданий очень  неудобный, так как требует от профессионалов больших сил и огромных временных затрат. Кроме того, никакой человек не застрахован от ошибки в расчетах. И такие ошибки могут стать катастрофическими.

При проектировании зданий автоматическим путем, то есть с помощью  программных комплексов, риск совершения программой ошибки сведен к минимуму. Так что необходимо использовать современные технологии при выполнении проектов зданий.

Автоматизация строительства  также заключается в том, что  создаются все новые технические  средства, которые заменяют человеческий труд, либо намного упрощают работу специалистов, что позволяет им выполнять меньше физической работы, а больше умственной, чтобы строительство было максимально быстрым и безопасным, надежным.

Необходимо заметить, что с помощью автоматизации  строительства, возможно выполнять ту же работу, которая раньше выполнялась вручную, но более качественно и быстро.

Автоматизация строительства  – это надежный способ сохранить  время и силы работников для более  сложной умственной работы, которую  не могут выполнить машины, так  как креативного мышления у них нет. [6, стр. 140 ]

Так что если есть возможность  заменить ручной труд, необходимо это  делать, ведь можно не только сэкономить время, но и уберечь проект строительства  от ошибок и выполнить его более  качественно.

1. Роль и развитие строительного производства

Организация строительного  производства должна обеспечивает целенаправленность всех организационных, технических  и технологических решений на достижение конечного результата – ввода в действие объекта с необходимым качеством и в установленные сроки.

До начала строительства  объекта должны быть выполнены мероприятия  и работы по подготовке строительного  производства в объеме, обеспечивающем осуществление строительства запроектированными темпами, включая проведение общей  организационно-технической подготовки, подготовки к строительству объекта, подготовки строительной организации и подготовки к производству строительно-монтажных работ.

Строительство каждого  объекта допускается осуществлять только на основе предварительно разработанных решений по организации строительства и технологии производства работ, которые должны быть приняты в проекте организации строительства и проектах производства работ. Состав и содержание проектных решений и документации в проекте организации строительства и проекта производства работ определяются в зависимости от вида строительства и сложности объекта строительства в соответствии с указаниями разд. 3 СНиП 3.01.01-85* «Организация строительного производства».

Строительство объекта  следует организовывать с учетом целесообразного расширения технологической специализации в выполнены строительно-монтажных работ, применении в строительстве комбинированных организационных форм управления, основанных на рациональном сочетании промышленного и строительного производства. [1]

Основными целями строительного  комплекса являются наиболее полное обеспечение потребностей населения  и народного хозяйства в эффективной  строительной продукции, снижение стоимости  материало- и энергоемкости продукции 

Стабильное финансирование строительства оказывает благотворное влияние на весь ход строительного производства. Имеющая место инфляция нередко вносит нежелательные коррективы в этот процесс. Среди других аспектов этой проблемы чаще всего упоминаются цены, точнее говоря, процесс их формирования и применения в масштабе государства. Например, в странах Европы прогрессивные институты общественного мнения выступают за более широкий контроль и регулирование цен со стороны государства, особенно тогда, когда явно присутствует инфляция. В этой связи упоминается таксация, когда осуществляется прямая фиксация уровня цен на отдельные товары и услуги исходя из издержек производства. В СССР они получили название фиксированных (твердых) цен, установленных на определенный период.

Для строительства распространяется практика ограничения изменения цен определенными границами (лимитные цены). В этих условиях строительные организации сами определяют отпускные цены, но по методике, утвержденной специальным правительственным постановлением. Соответственно контроль за правильностью установления этих цен осуществляют государственные органы. [1]

Для торгово-посреднических организаций также предусматриваются  свои правила: ограничение торговой прибыли (вводятся нормативы разницы  между продажной и закупочной ценами в абсолютных величинах или в процентах); режим "контролируемой торговли", когда производители согласовывают обоснования цен на свою продукцию с государственными органами и применяют их только после официального одобрения. Кроме того, государство оставляет за собой право вести наблюдение за свободно устанавливаемыми ценами и в случае необходимости вводить на них свой, более жесткий режим ценообразования.

В рамках борьбы с инфляцией  в ряде стран прибегают к замораживанию  сложившихся цен на определенный период времени. В советское время преобладали фиксированные цены, действовавшие, как правило, в течение пяти лет. Многие годы такой порядок служил также и для предотвращения инфляции. Известно, что бюджет СССР (БССР) с ярко выраженной социальной ориентированностью нуждался в надежной опоре, которую наряду с господством государственной собственности жестким планированием создавали твердые (фиксированные) цены, устанавливаемые для большинства товаров.

В конце 80-х годов экономика  СССР (БССР) испытывала затруднения. Наблюдался рост инфляции. При неизменных ценах возник ажиотажный спрос на многие виды товаров. По некоторым оценкам, это квалифицировалось как стагнация экономики. Поводом служило также и мнение, подкрепленное фактами, что в СССР материальное производство первично, а экономика вторична (плетется сзади). Другими словами, вновь создаваемые основные фонды имеют низкую экономическую эффективность, а выпускаемая во многих случаях продукция не отвечает требованиям международных стандартов. [3, стр. 57]

Ряд экономистов придерживались мнения, что все беды исходят из того, что устарел механизм перераспределения национального дохода и были утрачены ориентиры эффективного развития. Введение свободных цен в этих условиях не отвечало требованиям и опыту даже хорошо развитых стран.

Как и следовало ожидать, такая мера обернулась тяжелым экономическим  кризисом, выразившимся в спаде производства, значительном росте цен и галопирующей инфляции.

Применение свободных (договорных) цен в условиях дефицита на многие виды товаров и услуг снизило заинтересованность в производстве высококачественной продукции, экономии энерго- и материальных ресурсов. Если ранее предприятия и организации имели определенные обязательства по выявлению резервов снижения себестоимости производимой продукции при разработке проектов цен, то с вводом свободных цен требовалось лишь найти покупателя, что в условиях дефицита не составляло труда.

Последствия такого шага не обошли стороной и стройиндустрию. Затраты на равноценное жилье  на постсоветском пространстве стали выше уровня мировых при том, что зарплата занятых в строительстве в западных странах значительно выше, чем в бывшем СССР.

В развитых странах, прежде чем заключается контракт на строительство, заказчик подробно знакомится с ценами (сам или через посредника, эксперта). После подробного ознакомления с проектом и условиями строительства эксперт комментирует каждую статью расходов и дает свои предложения о внесении изменений в проект или оставляет его без изменения. Объектом внимания, как правило, служат технико-экономические показатели строительства (оптимальный уровень затрат) и технологичность выполнения строительных работ. [3, стр. 23]

Крупные строительные фирмы  в западных странах предпочитают пользоваться услугами ученых-специалистов, которые занимаются прогнозированием объема работ на 3-5 лет и обеспечением укрепления связи науки с производством.

Соответственно существующая материально-техническая база и  научный потенциал являются реальной основой технического и качественного  уровня строительства объектов, установления цен на строительную продукцию.

Повышению эффективности  капвложений, по-видимому, способствует внедрение в практику новых видов  сметных норм и цен, более полно  отражающих положение дел в проектировании и строительстве и отвечающих требованиям повышения достоверности и стабильности сметной стоимости. Другими словами, когда в строительной нормативной документации отражены наиболее эффективные технические решения, сделан оптимальный подбор строительных материалов, то и проекты на новое строительство будут дешевле и качественнее. Например, если для возведения стен определенного вида зданий более эффективно использовать мелкие ячеистобетонные блоки, то при принятии иного решения проектировщик должен будет дать мотивированное обоснование.

С другой стороны, еще в советское время немало говорилось о расширении прав предприятий в области планирования тех или иных затрат в зависимости от условий их функционирования. В частности, критиковалась практика, в соответствии с которой игнорировался конечный результат (снижение себестоимости и повышение качества строительной продукции), а достижения локального характера, например, снижение себестоимости продукции и услуг подсобных и вспомогательных производств и обслуживающих хозяйств, сокращение накладных расходов и тому подобное, гарантировали хорошее финансовое положение и обеспечение разного рода почестей, хотя в условиях рыночной экономики такая деятельность рассматривается как нечто само собой разумеющееся.[1]

Результаты, достигнутые  на поприще снижения себестоимости строительной продукции, – как в экономике РБ, так и на всем постсоветском пространстве – являются сегодня невостребованными лишь в силу несоблюдения декларированных рыночных принципов.

Дифференциация населения  по признаку платежеспособности должна найти отражение в разделении жилья на элитное и социальное. В пользу этого говорят не только большие стоимостные различия, существующие между домами с гаражами, саунами и квартирами гораздо большей общей и жилой площади и социальным, дотированным из бюджета жильем, где жилая площадь не превышает санитарной нормы на одного жильца, но также различие в ценах земельных участков (в десятки раз) в зависимости от места их расположения. При этом учитывается принадлежность к центру города, вообще к районам с более благоприятными условиями проживания (лучшее озеленение, малое количество промышленных предприятий, хорошо развитая инфраструктура). Такой подход может позитивно повлиять на сферу деятельности Минжилкомхоза РБ, поскольку упрощается вопрос предоставления льгот малообеспеченным семьям по платежам за коммунальные услуги. В этих условиях не исключается вероятность образования акционерных предприятий с функциями коммунального хозяйства. [1]

Промышленности стройматериалов  нелегко поспевать за растущим спросом  на высокоэффективную продукцию, обеспечивающую поступательное развитие строительной индустрии. Основными конструкционными строительными материалами по-прежнему остаются бетон, железобетон и строительный кирпич.

В свое время бетон  завоевал себе популярность благодаря ряду особенностей, среди них – использование местной сырьевой базы (85-90% занимает песок, щебень гравий). Кроме того, постоянно имеется возможность эффективно использовать попутные продукты и отходы других отраслей промышленности, в частности, золы ТЭС, металлургические шлаки и другие.

В производстве бетона привлекает простота переработки сырья, позволяющая  применять несложные и недорогие  механизмы без большого расхода  энергоресурсов. При твердении бетона может быть также использована химическая энергия вяжущего вещества.

Существенную роль играет также  и то, что форма и характер поверхности  бетонных изделий могут быть самыми разнообразными. Конструкционные бетоны используются в несущих и ограждающих  конструкциях зданий и сооружений и  способны обеспечивать механические характеристики, среди них – прочность и упругость. Этот материал способен имитировать качества естественных материалов (гранита, мрамора), имея при этом по сравнению с ними небольшую стоимость. Пластичность при формовании позволяет с помощью опалубки (форм) получать желаемую фактуру поверхности строительных конструкций. Долговечность бетона эффективно используется в современном строительстве. Применение в нем стальной арматуры повышает эффективность конструкций при восприятии напряжений изгиба, кручения, среза и внецентренного осевого сжатия. В этих случаях арматура позволяет уменьшить размеры сечения элементов, снизить собственную массу конструкций и обеспечить им большую надежность. В наибольшей степени достичь этого можно в монолитном строительстве, поскольку надежность статически неопределимых конструкций выше, чем у статически определимых (при прочих равных условиях). Это происходит благодаря перераспределению усилий. [2, стр. 21]

Однако осуществление монолитного  строительства с высоким насыщением арматуры при резко изменяющихся погодных условиях весьма трудоемко. Применение нахлесточных соединений арматуры приводит к существенному перерасходу ее и к значительным затратам ручного труда. Сухость воздуха в летнее или зимнее время в момент твердения бетона обезвоживает его открытую поверхность. В результате наблюдается шелушение, ограничивающее срок эксплуатации конструкции.

Немалые проблемы создают сравнительно продолжительные сроки естественного твердения бетонных изделий (набор прочности). В зимнее время большую угрозу представляет так называемое "ложное" твердение. Несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в объеме (примерно на 9%). Возникающие напряжения разрушают структуру бетона. Замерзший бетон обладает высокой прочностью в то время, пока температура ниже нуля. При оттаивании набора прочности до проектной не происходит, а если конструкция возведена, существует реальная опасность разрушения, поскольку процесс гидратации цемента возобновляется с тех участков, на которых он был остановлен при замерзании воды. Естественно, эти и другие проблемы монолитного строительства вызвали необходимость увеличения масштабов сборного строительства.

С развертыванием строительства  заводов ЖБИ и ДСК заметно  увеличилась фондоемкость строительной продукции. В условиях типового проектирования этот процесс не вызывал значительного  роста себестоимости. Кроме того, в этот период значительное развитие получили формовочные технологии, обеспечивающие повышение долговечности, высокой точности размеров изделий с совершенно гладкой поверхностью. Поскольку продукция заводов ЖБИ после изготовления подвергалась статическим и динамическим нагрузкам при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировании, то имеющиеся недостатки легко обнаруживались и чаще всего изделия не доходили до строительного производства. В конструкции форм появились такие термины, как "вкладыши", "заглушки", "вставки". Это позволяет осуществлять переналадку форм с целью изменения устройства и размеров изделий и тем самым экономить материалы и трудозатраты. Рациональное совмещение оборудования по формованию и уходу за бетоном, например, установка на формах вибраторов и пропарочных устройств, а также использование форм-вагонеток обеспечивают повышение производительности труда и снижение брака. Для производства предварительно напряженных изделий были созданы формы с самораздвигающимися бортами. [1]

Вместе с тем стремление к повышению уровня полносборности любой ценой связано с необоснованно высокой себестоимостью строительной продукции. Значительные транспортные расходы перечеркивают многие достижения в части снижения себестоимости в заводских условиях. Следует отметить, что сборное строительство без широкой унификации строительных конструкций и изделий становится тормозом в процессе решения проблем снижения стоимости. Ограниченные возможности в этих условиях по обеспечению разнообразия архитектурных форм и комфортности приводят к тому, что полносборное жилищное строительство в перспективе более всего подходит для создания жилого фонда малообеспеченным застройщикам, а также при остром дефиците жилья по причине интенсивной миграции населения. Соответственно деятельность заводов ЖБИ и ДСК связана с гибкостью и маневренностью в условиях развивающихся рыночных отношений.

2. Автоматизация  строительных процессов

Ранее в проектно-строительной отрасли понятие "комплексный  подход" подразумевало работу архитекторов, конструкторов, смежников над одним  проектом одновременно. Сегодня это понятие переросло старые рамки и определяется более широко: как комплексная автоматизация строительного производства на основе чертежа. [4]

Основой автоматизированного  строительного производства является трехмерная цифровая модель здания, при этом чертежи по этой модели генерируются почти автоматически. Более того, автоматически подсчитываются строительные объемы, формируются ведомость работ, оценка стоимости и смета, календарные планы строительства, программы управления производством и так далее.

Информационную поддержку  строительства обеспечивает широко представленное на рынке специализированное программное обеспечение, относящееся  к следующим группам:

- Программы, предназначенные для расчета строительных смет

- Справочно-информационные системы (системы, содежащие нормативно-правовые акты и стандарты; системы содержащие информацию о современных строительных материалах и технологиях, особенностях их применения и критериях выбора, электронные каталоги поставщиков, производителей, архитектурных и строительных фирм и др.))

- Системы автоматического проектирования

- Специализированные базы данных (отопление и водоснабжение, строительные машины и механизмы и др.)

При комплексном подходе  к проблеме автоматизации строительных предприятий должны решаться задачи разработки автоматизированной технологии управления предприятием, задачи проектирования, подготовки производства, организационно-технологического и финансового планирования, производственного и бухгалтерского учета.

Наиболее продуктивной в данном случае может оказаться технология экспертных систем (элементов искусственного интеллекта) позволило автоматизировать такую трудоемкую задачу, как формирование индивидуальных организационно-технологических моделей строительства. Решение этой задачи, наряду с совершенствованием существующих алгоритмов планирования, позволяет создать комплексную технологию управления предприятием, с одной стороны систематизирующую все информационные потоки, а с другой – обеспечивающую полный мониторинг выполнения работ и поставок в режиме реального времени. [4]

Проблемы предприятий  строительной отрасли, которые может  решить автоматизация

1. Сложность планирования.

Для строительства характерно значительное движение денежных средств: закупка и поставка материалов, оборудования и машин, расчеты и поступления от заказчиков и покупателей. Даже краткосрочное планирование – это большая проблема, так как партнеров много, договора заключаются несвоевременно. В рамках автоматизированной системы управления можно осуществлять не только краткосрочное и долгосрочное планирование, но и контролировать выполнение работ.

2. Нехватка сведений  о денежных поступлениях и  выплатах.

Истинное управление в руках у того, кто владеет  информацией. "Кто владеет информацией, тот владеет миром" сказал Уинстон Черчилль. Без контроля "сверху" настоящим хозяином на стройке может стать прораб, имеющий несколько "левых" бригад и толкающий "из-под полы" материалы. Эффективный контроль – мечта каждого руководителя стройки, и автоматизация управления в строительстве предполагает строгую и своевременную отчетность и прорабов и участков.

Опыт показывает, что  при внедрении автоматизированных систем управления 70% положительного эффекта  достигается за счет наведения порядка, а остальные 30% – за счет изменения и улучшения управленческих процессов.

Результаты внедрения:

-  Повышение качества аналитической информации по капитальным вложениям, источникам финансирования, расчетам с подрядчиками и поставщиками, учету материалов и оборудования и т.д.

-  Сокращение расходов на аппарат заказчика строительства, повышение прозрачности информации по затратам на содержание подразделений.

-  Усиление контроля над затратами и использованием средств инвесторов.

-  Упрощение расчетов с инвесторами, подрядчиками, проектными институтами.

-  Исключение рутинных операций.

К автоматизации нужно  подходить с умом. В первую очередь  нужно правильно подобрать программный  продукт.

Не торопитесь. Обратитесь в фирму или к опытному специалисту. Вас проконсультируют, покажут деморолики и презентации, ответят на все ваши вопросы.

Наличие опыта у тех, кто будет внедрять для Вас  эти продукты – особенно важно, поскольку программные продукты по строительству очень специфичны и не могут быть в полной мере адаптированы и доработаны под вас неопытными в данной отрасли специалистами. Идеально, если вам назовут фирмы, которые были автоматизированы на том продукте, который интересует вас. В этом случае Вы сможете связаться непосредственно с конечными пользователями и узнать их мнение. [7]

Ассортимент программ для строительства на сегодня достаточно широк:

3. Новые технологии  в строительстве

Рассмотрим примеры  технологий, позволяющих быстро и без ошибок перейти от проекта к автоматизированному производству в строительной отрасли.

Полностью автоматическая сварка рулонов осуществляется в  соответствии с размерами перекрытия и результатами прочностного расчета  по СНиП. Эта технология позволяет сократить расход стали на монолитные перекрытия на 20-40%, а затраты времени на укладку арматуры – в 5-10 раз! Важно отметить, что ни один рулон не похож на другой.

Раскрой и фрезерование индивидуальной опалубки могут применяться, чтобы сформировать опалубку для изготовления малых серий (или даже единичных образцов) сложных железобетонных изделий, например, лестничных маршей, фундаментов технологического оборудования. Результатом работы системы является либо картограмма раскроя листового опалубочного материала, либо управляющая программа для пятикоординатного фрезерного станка. [7]

Активное ранее развитие технологий сборного железобетона в  СНГ сейчас остановилось. Поскольку  эти технологии в СНГ десятилетиями  не совершенствовались и далеки от современного уровня развития строительной отрасли, они неуклонно вытесняются монолитными технологиями, которые обеспечивают существенные конструктивные преимущества и не ограничивают творчество архитектора. Между тем, в Европе не забыты такие существенные преимущества сборных технологий, как низкая стоимость, высокая скорость монтажа и заводское качество ж/б элементов (панелей, блоков и других). В Германии 80% перекрытий на построенных объектах являются сборными (точнее, "полусборными": нижняя половина, включая необходимое армирование, сборная, в то время как верхняя доливается бетоном непосредственно на стройплощадке, в результате чего готовая конструкция приобретает прочность монолита).

Эта технология, получившая название Filigran, в сочетании со средствами комплексной автоматизации строительства, разработанными компанией Nemetschek, позволяет изготовить единичный комплект ж/б элементов под индивидуальный проект с максимальной экономической эффективностью. В качестве примера можно привести стадион Allianz Arena в Мюнхене, где было установлено 56 тысяч м2 полусборных перекрытий, причем ни одна плита не повторяла другую. Все проектные решения плит – геометрия, закладные элементы, армирование – были реализованы с помощью системы Allplan Сборные конструкции (средняя производительность работ - 1500 м2 в день).

Список технологий на пути от чертежа к строительству  включает подготовку управляющих программ для сварки индивидуальных сеток, используемых в сборном производстве, ввод данных о прогрессе строительства, ведение  дефектных ведомостей. [4]

Все вышеперечисленные  технологии являются базой для перехода от серийного производства к экономически выгодному строительству индивидуальных объектов, когда два соседних дома не похожи друг на друга и в то же время имеют разумную стоимость. Недостаточно разработать проект уникального здания – необходимо уложиться и в смету, и в сроки. Важными предпосылками экономической эффективности строительства является быстрое и достоверное определение объема работ, оценка стоимости на возможно более ранних стадиях проектирования, обеспечение взаимосвязи этих данных со сметами, с системами календарного планирования и управления строительными проектами.

Система Allplan позволяла  получать спецификации в соответствии с ГОСТ уже много лет назад. Применение нового программного модуля под названием Alltop Оценка стоимости дает возможность рассчитать объемы по позициям ведомости работ, включая работы, технологические позиции (например, снять/поставить опалубку), которые обычно не детализируются (например, "пирог" бетонного пола подвала), непосредственно на основе проекта, причем с погрешностью не более 3% по каждой позиции. Кроме того, эта система обеспечивает прямую связь с используемыми в странах СНГ сметными системами – ГЕКТОР (Сметчик-Строитель), ЭРТИ (ВинАверс), ИНАС (РиК), АВС-Казахстан, СИС – Беларусь, ТК-И и АВК-3 - Украина и другими, а также с системами управления проектами, такими как СПАЙДЕР, AUER Success, MS Project.