Введение
Под микроклиматом помещений принято понимать состояние внутренней среды, которая образуется следующими параметрами: температурой воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха. В нормативной документации регламентируются два варианта состояния микроклимата: допустимое и оптимальное. Оптимальное положение подразумевает, что не менее 80% людей, находящихся в помещении, будут находится в комфортном состоянии. Допустимый набор параметров предполагает, что длительное нахождение в такой среде может вызвать у человека состояние дискомфорта, ухудшение состояния и понижение работоспособности. В зависимости от назначения помещения меняются и требования к их микроклимату. Например, температура воздуха жилой комнаты считается оптимальной в диапазоне 20-22ºС, для спортивного зала оптимальной считается температура в диапазоне 17-20 ºС. Аналогичным образом классифицируются такие параметры воздуха как влажность и скорость движения воздуха [1].
Действующая нормативная документация классифицирует КВВ для помещений общественных и жилых зданий по уровню допустимого содержания СО2. Различают следующие категории КВВ: высокое, среднее, допустимое и низкое. Поддержание нормативного уровня содержания СО2 обеспечивается интенсивностью воздухообмена. При этом не учитывается состояние наружного воздуха, например, в наружном воздухе Москвы концентрация частиц PM2.5 составляет 24.4 мкг, что превышает рекомендуемое значение всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в два раза. Еще один фактор не учитывающийся нормативной документацией - влияние строительных материалов. Выбор которых влияет на состояние КВВ, поэтому нужно выбирать строительные материалы отдавая предпочтение экологической чистоте и безопасности [2-7].
При проектировании раздела отопления, вентиляции и теплообеспечения (ОВ) инженер-проектировщик не учитывает вышеизложенные факторы и это становится источником несоответствия КВВ должному качеству, несмотря на соблюдение всех нормативных показателей воздухообмена помещения [1].
В развитии строительного производства необходимо поддерживать КВВ на более высоком уровне, не допуская снижения энергоэффективности теплообеспечения строительных объектов. Соблюдение заданных условий возможно комплексом технических средств: встроенными воздушными тепловыми насосами с приточной вентиляцией и современными устройствами анализа чистоты воздуха [8-15]. Это подразумевает увеличение объемов проектирования для раздела ОВ и раздела АС, а также усложнение процесса организации планирования разделов проектной документации. Следовательно, обеспечение КВВ высокого качества подразумевает увеличение трудоемкости и усложнение организации проектных работ. Необходимо рассмотреть специфику сетевого планирования проектных работ для объектов индивидуального жилищного строительства как инструмента управления их жизненным циклом. Результаты исследований станут основанием для разработки цифрового инструмента организации рационального планирования проектных работ, который позволит на стадии предварительных, предпроектных исследований получить точное понимание увеличения продолжительности, стоимости и трудоемкости проектных работ при обеспечении высокого КВВ объекта проектирования. Графически схема постановки основной цели исследования представлена на рис.1.
Рис. 1. Разработка решений для повышений качества КВВ
Рассмотрим процесс производства проектных работ с обеспечением высокого КВВ.
Организация проектных работ по разделу «Отопление, вентиляция и кондиционирование» представляет собой трудоёмкий процесс, оказывающий существенное влияние на сроки и содержание смежных разделов проектной документации, что наглядно иллюстрируется на рис. 2.
Рис. 2. Технологические взаимосвязи разделов проектной документации при разработке ОВиК
Для того чтобы упростить процесс выбора рациональной схемы организации проектных работ различных объектов малоэтажного строительства необходимо автоматизировать расчеты и построение сетевых графиков.
Материалы и методы
Принимаем в качестве объекта исследования ИЖС – малоэтажный жилой дом площадью 150 м², рассматриваемый в контексте управления его жизненным циклом. Воспользуемся сетевым планированием – точным инструментом организации проектных работ, учитывающим продолжительность, последовательность и взаимосвязь разделов процесса проектирования.
Для того, чтобы оперировать конкретными значениями при сетевом планировании проведем расчет стоимости всего процесса проектирования и каждого раздела проектных работ отдельно, для этого воспользуемся специализированным программным обеспечением СМЕТА ПИР.
Для определения стоимости разработки рабочего проекта используется методика, представленная в работе [1], основанная на следующей формуле:
где A и B — постоянные коэффициенты стоимости разработки рабочей документации, руб., для двухэтажного жилого дома с надворными постройками; приняты по данным источника [1]: A=4176, B=0,22.
Коэффициенты к разрабатываемым стадиям проекта, для расчета применялись следующие: = 1,21 – рабочая стадия; = 1,19 – жилые и гражданские здания, = 29,2 – проектные работы, =1,15 – кондиционирование КВВ (СБЦП 81-2001-05 в рамках которого производились расчеты располагает коэффициентом разработки системы кондиционирования спортивных объектов, считая, что у них более высокие требования КВВ, этот коэффициент и применяется при расчете стоимости проектных работ объекта исследования) [1].
Для поддержания высокого уровня КВВ следует учитывать дополнительную взаимосвязь раздела АС и ОВиК, обусловленную воздействием на воздух используемых строительных материалов. Взаимосвязь между разделами АС и ОВиК – см. рис. 3.
Рис. 3. Взаимосвязь раздела ОВиК и раздела АС
Разделы АС и ОВ взаимосвязаны по принципу минимизации теплопотерь через ограждающие конструкции, что влияет на толщину тепловой изоляции и конструкцию стен. При проектировании встроенных теплонасосных систем в качестве источника теплообеспечения появляется еще одна взаимосвязь – организация пространства для размещения теплонаносной системы, которая подключается к системам отопления и вентиляции, в части АС это влияет на планировку помещений и размещение конструктивных элементов объекта строительства. Первые две взаимосвязи при рациональной организации проектных работ не повлияют на увеличение сроков проектирования раздела АС [1]. Третья взаимосвязь – поддержание высокого КВВ подразумевает дополнительные работы при выборе экологичных строительных материалов, что увеличивает сроки проектирования раздела АС.
Для анализа технологической последовательности выполнения работ и их взаимосвязи разработана динамическая модель производственного процесса в форме сетевого графика. Каждому разделу проектной документации присвоен порядковый номер, а продолжительность этапов определена и представлена в таблице 1.
Таблица 1
Исходные данные для формирования сетевой модели производственного процесса
|
№ |
Наименование этапа/раздела |
Продолжительность этапа, дни |
|
0-1 |
Подготовка и систематизация исходных данных |
7 |
|
1-2 |
Формирование и реализация технико-экономических показателей |
2 |
|
2-3 |
Формирование и реализация архитектурно-строительного раздела (АС) |
23 |
|
2-4 |
Формирование и реализация генплана, внутриплощадочные инженерные сети |
5 |
|
2-5 |
Анализ состояния и потребности в разработке мероприятий |
5 |
|
3-6 |
Формирование и реализация раздела отопления, вентиляции и теплоснабжения (ОВиК) |
16 |
|
3-7 |
Формирование и реализация раздела средства связи и сигнализация (СС) |
5 |
|
3-8 |
Формирование и реализация раздела электрооборудование и электроснабжение (ЭЭ) |
7 |
|
4-9 |
Формирование и реализация проектов наружных инженерных сетей: |
5 |
|
9-10 |
Формирование и реализация сводной ведомости в потребности материалов |
5 |
|
9-11 |
Формирование и реализация проекта организации строительства (ПОС) |
5 |
|
9-12 |
Формирование и реализация сметной документации (СД) |
9 |
|
12-13 |
Передача проектной документации заказчику |
1 |
Принимаем сформированные данные в качестве исходных для дальнейшего построения сетевого графика процесса производства проектных работ.
Результаты
Сначала рассмотрим сетевой график с разработкой раздела отопление, вентиляции и теплообеспечения (ОВ) со встроенным тепловым насосом – см. рис 4.
Рис. 4. Сетевая модель организации выполнения проектных работ
На рис. 4 представлена декомпозиция разработки проектной документации раздела ОВ, включающая следующие технологические этапы: сбор исходных данных (процесс 0–6.1); расчёт технологического режима работы вентиляционно-теплового оборудования с учётом климатических условий региона строительства (процесс 6.1–6.2); формирование проектных решений (процесс 6.2–6.3); согласование и утверждение документации (процесс 6.3–6.4).
При разработке раздела ОВиК добавится процесс разработки расчета качества воздуха (6.1.1). Рационально будет, организовать процесс проектных работ таким образом, чтобы расчет качества воздуха проводился в самом начале проектирования, что обеспечит своевременное согласование экологичных материалов раздела АС и позволит избежать корректировок проектной документации [1]. Рациональная схема организации проектных работ при разработке ОВиК представлена на рисунке 5.
Рис. 5. Сетевая модель организации выполнения проектных работ раздела ОВиК
Как показано на рис. 5, первые два этапа разработки раздела ОВиК технологически независимы от физической модели объекта и, соответственно, от раздела архитектурно-строительных решений (АС). Организация параллельного выполнения указанных операций ОВиК совместно с разделом АС позволяет избежать дополнительных трудозатрат, связанных с внесением корректировок. В результате оптимизации последовательности проектирования раздела ОВиК срок его завершения синхронизируется с графиком раздела электроснабжения (ЭЭ), вследствие чего общая критическая продолжительность проектных работ составляет 49 дней.
На основе методов сетевого планирования выполнены расчёты временных резервов выполнения работ для сетевых графиков, представленных на рис. 4 и 5. Результаты определения резервов времени приведены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Расчет временных резервов рабочих процессов сетевого графика №1
|
Работа (i,j) |
Ранние сроки: начало tijР.Н. |
Ранние сроки: окончание tijР.О. |
Поздние сроки: начало tijП.Н. |
Поздние сроки: окончание tijП.О. |
Резервы времени: полный RijП |
Частный резерв I рода, Rij1 |
Частный резерв II рода, RijC |
|
0,1 |
0 |
7 |
0 |
7 |
0 |
0 |
0 |
|
0,6.1 |
0 |
2 |
28 |
30 |
28 |
28 |
0 |
|
1,2 |
7 |
9 |
7 |
9 |
0 |
0 |
0 |
|
2,3 |
9 |
30 |
9 |
30 |
0 |
0 |
0 |
|
2,4 |
9 |
14 |
27 |
32 |
18 |
18 |
0 |
|
2,5 |
9 |
14 |
30 |
35 |
21 |
21 |
0 |
|
6.1,6.2 |
2 |
7 |
30 |
35 |
28 |
0 |
7 |
|
3,6.3 |
30 |
35 |
30 |
35 |
0 |
0 |
0 |
|
3,7 |
30 |
35 |
32 |
37 |
2 |
2 |
2 |
|
3,8 |
30 |
37 |
30 |
37 |
0 |
0 |
0 |
|
4,9 |
14 |
19 |
32 |
37 |
18 |
0 |
18 |
|
6.2,6.3 |
14 |
14 |
35 |
35 |
21 |
0 |
21 |
|
6.3,6.4 |
35 |
37 |
35 |
37 |
0 |
0 |
0 |
|
9,10 |
37 |
44 |
39 |
46 |
2 |
2 |
0 |
|
9,11 |
37 |
44 |
39 |
46 |
2 |
2 |
0 |
|
9,12 |
37 |
46 |
37 |
46 |
0 |
0 |
0 |
|
12,13 |
46 |
47 |
46 |
47 |
0 |
0 |
0 |
Таблица 3
Расчет временных резервов рабочих процессов сетевого графика №2
|
Работа (i,j) |
Ранние сроки: начало tijР.Н. |
Ранние сроки: окончание tijР.О. |
Поздние сроки: начало tijП.Н. |
Поздние сроки: окончание tijП.О. |
Резервы времени: полный RijП |
Частный резерв I рода, Rij1 |
Частный резерв II рода, RijC |
|
0,1 |
0 |
7 |
0 |
7 |
0 |
0 |
0 |
|
0,0.6.1 |
0 |
2 |
30 |
32 |
30 |
30 |
0 |
|
1,2 |
7 |
9 |
7 |
9 |
0 |
0 |
0 |
|
0.6.1, 6.1 |
2 |
4 |
2 |
4 |
0 |
0 |
0 |
|
2,3 |
9 |
32 |
9 |
32 |
0 |
0 |
0 |
|
2,4 |
9 |
14 |
27 |
32 |
18 |
18 |
0 |
|
2,5 |
9 |
14 |
30 |
35 |
21 |
21 |
0 |
|
6.1,6.1.1 |
2 |
4 |
30 |
37 |
28 |
0 |
7 |
|
6.1,6.2 |
2 |
7 |
30 |
37 |
28 |
0 |
7 |
|
3,6.3 |
30 |
35 |
30 |
37 |
0 |
0 |
0 |
|
3,7 |
30 |
35 |
32 |
39 |
2 |
2 |
2 |
|
3,8 |
30 |
37 |
30 |
39 |
0 |
0 |
0 |
|
4,9 |
14 |
19 |
32 |
39 |
18 |
0 |
18 |
|
6.2,6.3 |
14 |
14 |
35 |
37 |
21 |
0 |
21 |
|
6.3,6.4 |
35 |
37 |
35 |
39 |
0 |
0 |
0 |
|
9,10 |
37 |
44 |
39 |
48 |
2 |
2 |
0 |
|
9,11 |
37 |
44 |
39 |
48 |
2 |
2 |
0 |
|
9,12 |
37 |
46 |
37 |
48 |
0 |
0 |
0 |
|
12,13 |
46 |
47 |
46 |
49 |
0 |
0 |
0 |
Обсуждение
Процесс проектирования ОВиК предполагает увеличение сроков проектирования раздела АС (выбор материалов) и раздела ОВиК (проведение расчетов). При рациональном планировании увеличение общих сроков проектных работ составит 2 дня. Суммарно весь процесс проектирования малоэтажного коттеджа с теплонасосной системой и ОВиК составит 49 дней. Сравнение раздела ОВиК с встроенной и классической системой теплообеспечения приведено в таблице 4.
Таблица 4
Сравнительный анализ разработки раздела ОВиК со встроенной и классической системой теплообеспечения
|
Система теплоснабжения |
Привязка к климатическим особенностям региона |
Продолжительность разработки раздела, дней |
Стоимость разработки раздела, руб. |
|
Классическая система теплоснабжения с эл. котлом |
да |
12 |
52 676 |
|
Встроенная система теплоснабжения на основе ВТН |
да |
15 |
52 676 |
|
Встроенная система с разработкой раздела ОВиК |
да |
17 |
59 699 |
При рациональном планировании проектных работ, включающем проработку мероприятий по поддержанию высокого качества воздушной среды, продолжительность разработки раздела «Отопление, вентиляция и кондиционирование» для объекта малоэтажного строительства увеличивается на два рабочих дня. Данное незначительное удлинение цикла проектирования не оказывает существенного влияния на общую стоимость проектных работ, в том числе на затраты.
Заключение
Для обеспечения высокого качества внутреннего воздуха в объектах малоэтажного строительства необходимо раннее согласование разделов архитектурно-строительных решений и отопления, вентиляции и кондиционирования с учётом экологических характеристик строительных материалов.
Разработанная оптимизированная схема сетевого планирования позволяет выполнять расчёт КВВ параллельно с архитектурным разделом, что минимизирует объём корректировочных работ. При этом общая продолжительность проектирования увеличивается незначительно — на 2 рабочих дня, достигая 49 дней по критическому пути, а рассчитанные временные резервы обеспечивают гибкость в перераспределении трудовых и временных ресурсов.
Экономический анализ показал, что стоимость раздела ОВиК возрастает на 13% (до 59 699 руб.), а общие затраты на проект — на 15% (до 201 927 руб.). Данные затраты являются экономически оправданными, так как компенсируются повышением эксплуатационного комфорта, снижением рисков развития синдрома «больного здания» и увеличением потребительской ценности объекта на стадии эксплуатации, что подтверждает эффективность применения методов сетевого планирования для управления жизненным циклом в целом.
Предложенная методика рационального планирования может быть масштабирована на другие объекты низко- и среднеэтажной застройки и служит методической основой для разработки цифрового инструмента предпроектной оптимизации.
В перспективе интеграция сетевого планирования с BIM-технологиями и алгоритмами динамического расчёта резервов позволит автоматизировать процесс выбора оптимальной схемы организации проектирования, учитывая климатические особенности региона, требования к энергоэффективности и экологической безопасности.
