Разработка интегрального показателя функционального качества строительного объекта

Строительные объекты (здания и сооружения) представляют собой материальные структуры, системы и образования, созданные посредством строительных технологий с целью удовлетворения определенных потребительских функций. Специфические особенности организации пространства в формате строительных объектов определяют соответствующие особенности и функциональное качество зданий и сооружений.

К современным строительным объектам, предназначенным для удовлетворения разнообразных и многочисленных жизненных и общественных потребностей населения, предъявляется соответствующее множество требований: социальных, экономических, функциональных, инженерных, технических, противопожарных, санитарно-гигиенических, экологических, архитектурно-художественных и других.

Именно по этой причине условия и возможности обеспечения функционального качества являются одновременно предметом и объектом научных исследований, а также постоянно актуальной задачей развития строительной отрасли, техники и технологий.

Например, в научных трудах [1, 2] функциональное качество строительного объекта жилого назначения связывается с условиями обеспечения комфорта (микроклимата) внутреннего пространства.

В работах [3–5] обеспечение функционального качества строительной продукции (зданий и сооружений) связано с развитием и совершенствованием организационно-технологической последовательности выполнения соответствующих строительных процессов.

Влияние качества разработки проектных (архитектурных, конструктивных, функциональных, организационно-технологических) решений и качества соответствующей проектной документации на условия обеспечения (повышения) функционального качества строительной продукции рассматривается в научных трудах [6, 7] как значимый инструмент инвестиционно-строительной деятельности.

В научных трудах [8–10] рассмотрены направления развития функционального качества строительных материалов и конструкций, а также совершенствования технологических приемов по их изготовлению и применению в составе конструктивных систем, в контексте повышения функционального качества завершенных строительством объектов.

Функциональное качество строительных объектов рассматривается в работах [11–13] как значительный структурный элемент, определяющий «качество жизни» современного общества. Формирование функционального качества рассматривается как социальный и культурный запрос к организации и функционированию среды жизнедеятельности в составе существующих и перспективных форматов градостроительных образований.

Проведенный литературный обзор указывает на широкий круг аспектов, принимаемых к рассмотрению, и свидетельствует о «схематичности» подходов, связанных с анализом только определенных (избирательных) факторов влияния.

Данное обстоятельство актуализирует такую постановку целей и задач исследований, которые ориентированы на целостный и многофакторный анализ особенностей формирования функционального качества строительной продукции, а результатом такого рода анализа становится некоторый количественный измеритель в формате интегрального показателя функционального качества.

Методы исследования

Рассмотренный состав научных трудов и исследований указывает на то, что формирование функционального качества современных строительных объектов различного назначения является результатом образования и функционирования сложного, комплексного и динамического образования – системы строительного производства. Систему строительного производства, сопровождающую разработку и практическую реализацию производственных процессов конкретного объекта строительства, равно, как и строительной отрасли в целом, можно охарактеризовать как способ организации взаимодействия элементов, об- разующих структурную и функциональную целостность [14–17].

Наиболее рациональным и логичным методом (инструментом) изучения особенностей процессов, явлений и состояний системных образований является системный анализ. Под системным анализом подразумевается формирование алгоритма с целью получения наиболее полного и целостного представления об особенностях и закономерностях формирования свойств и состояний объекта исследований. Основу разработки алгоритма составляет методология научного познания объекта исследований как системы или целостного комплекса взаимодействующих частей и элементов [18–20].

Системный подход предоставляет возможности приложения теории познания и общей диалектики к исследованию определенных предметных процессов и явлений на базе основных принципов целостности, иерархичности, структурной организации, целеполагания и множественности.

Одним из практических приложений методической основы системного анализа к исследованию свойств и состояний строительного производства является концепция управления жизненным циклом строительного объекта (рис. 1) [21–24].

Отображение особенностей жизненного цикла строительного объекта любого функционального назначения можно осуществить в виде иерархической и строго ориентированной структуры (системы) свойств и состояний, а также связей между ними (рис. 2).

Иерархическая подчинённость и прогрессивная связь отдельных периодов жизненного цикла (как обязательных, так и возможных, см. рис. 2) позволяет выдвинуть научную гипотезу в отношении зависимости особенностей свойств и состояний текущего периода от условий, состава, эффективности и качества решений, разработанных на предыдущих периодах жизненного цикла [25–27].

Рис. 1. Концепция системы управления жизненным циклом строительного объекта

Рис. 2. Система свойств и состояний строительного объекта на этапах (периодах) жизненного цикла: – обязательные периоды;        – возможные периоды

Например, показатели эффективности эксплуатации малоэтажного здания жилого назначения (например, до первого планового ремонта) находятся в прямой зависимости от качества решений, осуществляемых на предыдущих этапах: проектирования (разработка показателей качества соответствующей конструктивной системы) и строительства (реализация строительных процессов, направленных на реализацию разработанных ранее показателей качества соответствующей строительной системы) [28, 29].

Таким образом, объективная оценка функционального качества строительного объекта возможна только по окончании всех, но прежде всего обязательных периодов его жизненного цикла.

Функциональное качество строительных объектов (например, малоэтажных зданий жилого назначения) принято оценивать некоторым количеством показателей: абсолютных (единичных) и относительных. Рассматриваемые виды показателей получили название технико-экономических показателей (ТЭП) строительства [30–32].

Например, к числу абсолютных ТЭП малоэтажного здания жилого назначения относятся:

• -    полная (общая) площадь, S_пол н _а я ;

• -    полезная (жилая) площадь, S_пол e ₃ н _а я ;

• -    строительный объем здания, V₃ д _а ния ;

• -    площадь застройки, S₃ астройки.

Абсолютные (единичные) показатели фиксируют результат разработки проектных решений и характеризуют количественные параметры строительного объекта.

Функциональную эффективность здания характеризуют относительные показатели (коэффициенты относительной эффективности) функционального качества, например, в виде:

• -    коэффициента относительной эффективности объемно-планировочного решения:

К _ полезная                                   (1)

• 1 . здания

Увеличение параметра К1 означает повышение функционального качества здания (показателя эффективности соответствующего объемнопланировочного решения);

• -    коэффициента относительной эффективности планировочного решения:

К _ полезная                                   (2)

S полная

Увеличение параметра К2 означает повышение функционального качества здания (показателя эффективности соответствующего планировочного решения);

• -    коэффициента относительной эффективности использования доступной для застройки территории:

V „

К 3 _    здания .                                 (3)

S застройки

Увеличение параметра К 3 означает повышение функционального качества здания (показателя эффективности соответствующего объемного решения или конструктивной схемы).

Для современной практики разработки и реализации решений в отношении формирования функционального качества строительной продукции характерны разделения ТЭП для оценки эффективности архитектурно-строительной и конструктивной (период «проектирование» жизненного цикла), строительной (период «строительство» жизненного цикла) и эксплуатационной (период «эксплуатация» жизненного цикла) систем объекта капитального строительства.

При таком подходе достижение требуемых показателей функционального качества строительных объектов практически замыкается в пространственно-временных характеристиках каждого по отдельности из рассмотренных периодов и практически не подлежит оптимизации и системному управлению. Более того, возможные отклонения от установленных значений ТЭП способны привести не только к частичной утрате функционального качества на рассматриваемом этапе (периоде) жизненного цикла, но и спровоцировать проблемные производственные ситуации и риски строительства для последующих периодов [33].

Системный подход исследований, связанный с анализом формирования функционального качества строительных объектов на всех этапах жизненного цикла, способен решить проблему обособления оценки функционального качества отдельного этапа и организовать условия управления качеством в динамическом контексте изменений свойств и состояний системы строительного производства.

При разработке проектных (архитектурных, конструктивных, функциональных, организационно-технологических) решений объекта строительства широко применяется метод вариантного проектирования. Суть данного метода заключается в предложении нескольких возможных вариантов решения. Варианты проектных решений (которые принимаются для конкурентного сравнения) характеризуются некоторым количеством единичных (абсолютных) и относительных показателей, а оценка предложенных вариантов возможна с применением рейтинговой системы анализа [34].

Например, в табл. 1 приведены данные абсолютных и относительных показателей, характеризующих функциональное качество малоэтажного жилого дома (на 6 квартир) для четырех вариантов проектных решений:

Рейтинговая оценка проектных решений, например, по абсолютному показателю вида «Полная (общая) площадь» включает следующий алгоритм (см. табл. 1):

• 1.    Наивысший показатель качества по рассматриваемому показателю соответствует варианту проектных решений № 3 (наименьшее из воз-

• Таблица 1

• 2.    Следующим за вариантом проектных решений № 3 является вариант № 1 (значение составляет 88,77 м²). Соответственно, рассматриваемому варианту проектного решения присваивается рейтинг 2.

• 3.    Следующим за вариантами проектных решений № 1 и 3 является вариант № 2 (значение составляет 93,44 м²). Соответственно, рассматри-

• ваемому варианту проектного решения присваивается рейтинг 3.

• 4.    Наихудший показатель качества по рассматриваемому показателю соответствует варианту проектных решений № 4 (наименьшее из возможных значений, которое составляет 102,3 м²). Соответственно, рассматриваемому варианту проектного решения присваивается наихудший (максимальный по абсолютному значению) рейтинг 4.

Абсолютные и относительные показатели, характеризующие функциональное качество малоэтажного жилого дома (жилой площадью 33,29 м2) для четырех вариантов проектных решений

№ п/п Наименование показателя Ед. изм. Варианты проектных решений № 1 № 2 № 3 № 4 Единичные (абсолютные) показатели 1 Полная (общая) площадь 2 м 88,77 93,44 84,16 102,3 2 Полезная (жилая) площадь 2 м 33,29 33,29 33,29 33,29 3 Строительный объем здания 3 м 420,23 400,80 440,14 450,66 4 Площадь застройки 2 м 160,87 177,12 95,38 102,34 Относительные показатели 5 Коэффициент относительной эффективности объемно-планировочного решения м2/м3 0,079 0,083 0,075 0,073 6 Коэффициент относительной эффективности планировочного решения м2/м2 0,375 0,356 0,396 0,325 7 Коэффициент относительной эффективности застройки м3/м2 2,612 2,262 4,614 4,403 можных значений, которое составляет 84,16 м2). Соответственно, рассматриваемому варианту проектного решения присваивается наивысший (минимальный по абсолютному значению) рейтинг 1.

Таким образом, система рейтинговой оценки показателей, приведенных в табл. 1, сводится к виду, приведенному в табл. 2.

Таблица 2

Рейтинг абсолютных и относительных показателей, характеризующих функциональное качество малоэтажного жилого дома (жилой площадью 33,29 м2) для четырех вариантов проектных решений

№ п/п	Наименование показателя	Ед. изм.	Варианты проектных решений
			№ 1	№ 2	№ 3	№ 4
Единичные (абсолютные) показатели
1	Полная (общая) площадь	2 м	2 (88,77)	3 (93,44)	1 (84,16)	4 (102,3)
2	Полезная (жилая) площадь	2 м	1 (33,29)	1 (33,29)	1 (33,29)	1 (33,29)
3	Строительный объем здания	3 м	2 (420,23)	1 (400,80)	3 (440,14)	4 (450,66)
4	Площадь застройки	2 м	3 (160,87)	4 (177,12)	1 (95,38)	2 (102,34)
	Сумма рейтингов		8	9	6	11
Относительные показатели
5	Коэффициент относительной эффективности объемнопланировочного решения	м2/м3	2 (0,079)	1 (0,083)	3 (0,075)	4 (0,073)
6	Коэффициент относительной эффективности планировочного решения	м2/м2	2 (0,375)	3 (0,356)	1 (0,396)	4 (0,325)
7	Коэффициент относительной эффективности застройки	м3/м2	3 (2,612)	4 (2,262)	1 (4,614)	2 (4,403)
	Сумма рейтингов		7	8	5	10
	Итого, по всем рейтингам		15	17	11	21

Анализ рейтингов вариантов проектных решений, приведенных в табл. 2, показывает:

• -    наилучшее проектное решение по сумме единичных показателей соответствует варианту № 3 (наименьшее количественное рейтинга, равное 6);

• -    наилучшее проектное решение по сумме относительных показателей соответствует варианту № 3 (наименьшее количественное рейтинга, равное 5);

• -    наилучшее проектное решение по сумме относительных и относительных показателей соответствует варианту № 3 (наименьшее количественное рейтинга, равное 11).

Совпадение (как в рассматриваемой проектной ситуации) рейтинга вариантов по сумме абсолютных и относительных является вовсе не обязательным.

Результаты и обсуждения

С целью применения системного подхода к анализу свойств и состояний объекта исследований, а также развития методического обоснования эффективности решений и производственных процессов, необходимых для достижения установленных или перспективных показателей функционального качества объектов строительства (строительной продукции), предлагается концепция интегрального показателя функционального качества строительного объекта (конструктивной части или отдельной конструкции). Интегральный показатель функционального качества является количественной характеристикой свойств и состояний строительного объекта и определяется в контексте связей между последовательными периодами жизненного цикла (см. рис. 2).

Рассматриваемая концепция позволяет осуществлять анализ особенностей конкретного периода жизненного цикла (обязательного и возможного) посредством соответствующего показателя качества:

• -    для обязательного периода «строительные изыскания» в виде

nk

Р 1 = f ( I mq_t; I Mj- Q j ),               (4)

i-i           j -i где P1 – показатель качества разработки состава и эффективности строительных изысканий;

m i – единичный показатель качества и эффективности решений;

q i – значимость (удельный вес) единичного показателя;

n – число рассматриваемых единичных показателей;

M j – относительный показатель качества и эффективности решений;

Q j – значимость (удельный вес) относительного показателя;

k – число рассматриваемых относительных показателей.

• -    для обязательного периода «проектирование» в виде

nk р2 = f (I m q t; I Mj- Qj),               (5)

i = 1          j = 1

где P ₂ – показатель качества разработки состава и эффективности проектных решений;

• -    для обязательного периода «строительство» в виде

nk

Р 3 = f ( I mq, I M j- Q j ),              (6)

i = 1          j = 1

где P ₃ – показатель качества разработки состава и эффективности производственных решений (строительства);

• -    для обязательного периода «эксплуатация» в виде:

nk

Р 4 = f ( I mq .; I M j- Q j ),               (7)

i = 1          j = 1

где P 4 – показатель качества разработки состава и эффективности эксплуатационных решений;

• -    для обязательного периода «плановые ремонты» в виде

nk

Р 5 = f ( I mq.; I M j- Q j ),               (8)

i = 1          j = 1

где P 5 – показатель качества разработки состава и эффективности производственных решений по выполнению плановых работ;

• -    для обязательного периода «снос» в виде nk

Р 6 = f ( I mqf; I M j- Q j ),              (9)

i = 1           j = 1

где P 6 – показатель качества разработки состава и эффективности производственных решений по сносу объекта;

• -    в отношении возможного периода «консервация» в виде

nk

Р 10 = f ( I mq; I M j- Q j ),             (10)

i = 1           j = 1

где Р ₁ ⁰ – показатель качества разработки состава и эффективности производственных решений по консервации объекта;

• -    в отношении возможного периода «реконструкция» («реновация») в виде nk

р 2 = f ( I mw; I Mj- Qj),            (11)

i = 1           j = 1

где Р ₂ ⁰ – показатель качества разработки состава и эффективности производственных решений по реконструкции (реновации) объекта;

• -    в отношении возможного периода «капитальный ремонт» («перепрофилирование») в виде nk

Р 30 = f ( I mq, I M j- Q j ),             (12)

i = 1           j = 1

где Р30 – показатель качества разработки состава и эффективности производственных решений по капитальному ремонту (перепрофилированию) объекта.

Аналитические параметры вида m i , q i , n , M j , Q j , k , входящие в состав зависимостей (2)–(9), характеризуются смысловой аналитической нагрузкой, аналогичной параметрам зависимости (4).

Интегральный показатель функционального качества строительного объекта (части здания или отдельного конструктивного элемента) определяется зависимостью вида

Р к = ( a i ■ Р 1 ) + ( а 2 ■ Р 2 ) + ( а 3 ■ Р 3 ) +

+(а4 ■ Р4) + (а5 ■ Р5) + (а6 ■ Р6) + (13) +(а 0 ■ Р0) + (а 2 ■ Ро2) + (а 0 ■ Р3Д где а1 ^ а6 - уровни значимости (удельного веса) показателей качества обязательных периодов;

• а 0 + а 0 - уровни значимости (удельного веса) показателей качества возможных периодов.

Предложенная концепция системной оценки функционального качества (интегральный показатель функционального качества строительного объекта) характеризуется следующими основными особенностями:

• -    полагает и допускает применение методически обоснованных способов исследований свойств и состояний сложных системных элементов и образований и одновременно с этим открыта для интеграции с аналитическими приемами и подходами смежных научных и практических областей;

• -    имеет «открытую структуру», позволяющую оптимизировать (уменьшать или расширять) состав принимаемых к рассмотрению этапов состояний (периодов жизненного цикла), в том числе и таких, которые могут быть рассмотрены только на теоретическом уровне.

Количественные значения аналитических параметров вида а 1 ^ а 6 и а 0 + а 0 определяются следующими возможными способами и приемами:

• -    статистической обработки данных о реализованных объектах строительства соответствующего функционально-технического (отраслевого) назначения;

• -    математического (аналитического, цифрового, информационного) моделирования процес-

• сов, явлений и состояний, включая различные сценарии (прогнозы) развития для соответствующих системных образований;

• -    директивного (нормативного) утверждения расчетных значений, обоснованных техническими, технологическими, экономическими, социальными или иными факторами;

• -    с использованием алгоритмов и инструментов экспертной оценки.

В табл. 3 (в качестве примера адаптации рассмотренной методики к решению практических задач) представлены результаты анализа функционального качества строительного объекта с применением единичных и относительных показателей по шести вариантам конструктивных решений.

На рис. 3 представлен результат анализа эффективности вариантов конструктивных решений в формате интегрального показателя функционального качества строительной продукции.

Для проведения анализа были рассмотрены некоторые из обязательных этапов жизненного цикла, но оказывающие непосредственное влияние на функциональное качество строительной продукции. Для упрощения процедуры анализа всем показателям (единичным и относительным) присвоен равный удельный вес (значение, равное 1.0). Можно отметить, что по результатам исследований наилучший рейтинг (минимальное значение по единичным и относительным показателям) оказался у варианта № 2, соответственно, наихудшие показатели рейтинга у варианта № 3 рассмотренных конструктивных решений.

В зависимости от постановки конкретной задачи исследований к анализу может быть принят произвольный (ограниченный только сложностью вычислений и моделирования) количественный и качественный состав параметров вида: m i , q i , n , M j , Q j , k . В качестве единичных и относительных показателей возможно использование как действующих ТЭП (например, строительный объем, продолжительность строительства, коэффициент сборности, коэффициент совмещения строительных процессов), так и других показателей (например, коэффициент технологичности или уровень организационно-технологической надежности), которые наиболее близко и точно отображают характер процессов, событий и явлений именно для

Таблица 3

Данные о качестве конструктивных решений, принятые для анализа

я S « S У ° я д д о S 2 н я я са о ,О1 X Рн	Этап проектирования		Этап строительства		Этап эксплуатации		Все основные этапы
	Единич. показат.	Относит. показат.	Единич. показат.	Относит. показат.	Единич. показат.	Относит. показат.	Единич. показат.	Относит. показат.
1	5	5	3	2	3	4	11	11
2	1	1	4	4	1	1	6	6
3	5	6	5	6	4	6	14	18
4	2	3	6	5	2	2	10	10
5	3	2	1	1	5	3	9	6
6	4	4	2	2	6	4	12	10

Значение интегрального показателя качества

Значение интегрального показателя качества

а)

б)

Рис. 3. Интегральный показатель функционального качества строительного объекта: а) абсолютные показатели; б) относительные показатели анализируемого объекта и особенностей состава и продолжительности этапов жизненного цикла.

Выводы

По результатам проведенных исследований получены следующие основные выводы:

• 1.    Системный подход остается базовым мет о дам для исследования свойств и состояний, а та к же условий формирования показателей функци о нального качества строительных объектов.

• 2.    Разработ анная концепция «интегральный показатель функционального качества строитель -

• ного объекта» открывает дополнительные возможности для анализа строительного объекта как сложного системного образования и представляется в качестве инструмента управления функциональным качеством строительной продукции для различных этапов жизненного цикла.

• 3.    Концепция формирования количественной оценки функционального качества строительного объекта является открытой аналитической структурой, которая доступна для решения практических задач с применением (алгоритмизацией) современных информационных платформ.