Совершенствование организации строительства железнодорожных водопропускных сооружений в сложных условиях
На правах рукописи
Деменева Елена Анатольевна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ
СООРУЖЕНИЙ В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ
05.23.11 – проектирование и строительство дорог,
метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей.
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Хабаровск – 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения».
| Научный руководитель | кандидат технических наук, профессор КЛЫКов Михаил Степанович |
| Официальные оппоненты | КАЛУГИН Юрий Борисович доктор технических наук, профессор, Военно-транспортный университет железнодорожных войск, г. Санкт-Петербург, профессор кафедры «Восстановление, проектирование и строительство железных дорог» САВОЧКИН Виктор Степанович кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет», доцент кафедры «Строительное производство» |
| Ведущая организация | Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) |
Защита состоится 24 мая 2012 г. в 13 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.294.01 при ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет» по адресу: 680035, Россия, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, д.136, ауд. 315л.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет».
Автореферат разослан «____» апреля 2012 г.
Учёный секретарь Лещинский
диссертационного совета Александр Валентинович
Общая характеристика работы
Актуальность. Ускоренное развитие Российского Дальнего Востока, обладающего богатейшими месторождениями, укрепление межрегиональных связей, успешность выполнения масштабных производственных программ в Якутии и Амурской области требуют развития существующей транспортной сети, организации новых железнодорожных сообщений. На незамедлительное решение этих и других задач направлена Стратегия - 2030, предусматривающая создание инфраструктурных условий для развития потенциальных точек экономического роста, включая комплексное освоение новых территорий и разработку месторождений полезных ископаемых прежде всего в Сибири и на Дальнем Востоке.
Реализация современных железнодорожных строительных проектов требует привлечения значительных финансовых и ресурсных вложений. Такие проекты характеризуются, как правило, сложными взаимосвязями различных комплексов работ, сжатыми сроками строительства, суровыми природно-климатическими условиями, отдаленностью и труднодоступностью баз снабжения, дефицитом трудовых ресурсов, строительной техники и др. В этих условиях необходимы инновационные подходы к организации, планированию и управлению на всех звеньях железнодорожного строительного производства, его ускорение на основе рациональной концентрации сил, ресурсов и эффективного их использования.
При исследовании этой сложной проблемы особое место занимает задача ускорения темпов работ по вводу в эксплуатацию водопропускных устройств железной дороги, являющихся срокообразующими и создающих линейную основу железнодорожной линии. Нарушение сроков возведения любого водопропускного сооружения, например, даже самого малого моста, как правило, приводит к приостановке укладки железнодорожного пути, либо к неритмичности в работе механизированных колонн и других строительных подразделений.
Опыт железнодорожного строительства в Сибири и на Дальнем Востоке показал, что в проектных решениях по организации строительства железнодорожных линий и при оперативном управлении, не всегда достаточно рационально решались вопросы использования трудовых ресурсов и строительной техники, их распределения по строящимся объектам и комплексам. Степень синхронизации при планировании работ и использовании различного вида ресурсов при возведении многочисленных водопропускных сооружений не являлась достаточной, что компенсировалось на практике увеличением продолжительности строительства, сооружением временных мостов или обходов. Изложенное позволяет считать тему диссертационной работы актуальной и сформулировать цель исследования в следующей редакции:
Цель работы заключается в разработке теоретических и методических рекомендаций по совершенствованию организации строительства малых водопропускных сооружений для новых железнодорожных линий в северной климатической зоне, обеспечивающих рациональное использование трудовых ресурсов и строительной техники.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Исследование и выявление главных срокообразующих процессов при возведении малых водопропускных сооружений и раскрытие их связей с другими комплексами работ в железнодорожном строительстве.
2. Анализ особенностей конструктивных решений, технологии и организации возведения малых водопропускных сооружений железной дороги в северной климатической зоне.
3. Разработка методов формирования и расчета поточных строительных расписаний, учитывающих организационные, технологические и ресурсные взаимосвязи строительных объектов и комплексов водопропускных устройств железной дороги.
4. Подготовка рекомендаций по определению рационального количества строительных бригад и механизированных комплексов при возведении водопропускных объектов.
5. Разработка методики формирования рациональных организационных маршрутов монтажных, буровых и сваебойных комплексов с минимальными простоями фронта работ на объектах.
6. Разработка математической модели и методики интенсифицирования календарных графиков возведения железнодорожных водопропускных сооружений, обеспечивающих подготовку строительных расписаний, оптимизированных по времени и ресурсам.
7. Разработка программного обеспечения для выполнения автоматизированных расчетов по выбору оптимальных организационных решений при возведении водопропускных устройств.
Объект исследования - система строительства водопропускных сооружений в сложных условиях.
Предмет исследования - закономерности влияния организационных решений на эффективность строительства водопропускных сооружений в северной климатической зоне.
Научная новизна. Степень научной новизны диссертационного исследования определяется тем, что в нем с системных позиций и на новом модельном и математическом уровне с применением методов теории расписаний, математического программирования, динамического программирования, параметрического линейного программирования, методов моделирования сложных процессов поставлена и решена комплексная проблема совершенствования организации строительства водопропускных сооружений в тесной взаимоувязке с работами подготовительного периода, выполнением работ по сооружению земляного полотна, путейско-строительными работами на уровне специализированных бригад и ведущих механизмов, выявлены факторы, влияющие на результаты их функционирования, и определены принципы их формирования.
Основные результаты, полученные лично автором.
- Разработана общая математическая модель функционирования подсистемы организации строительства водопропускных сооружений с увязкой строительных процессов подготовительного периода, работами по сооружению земляного полотна, укладкой железнодорожного пути.
- Разработан метод расчета поточных расписаний возведения водопропускных сооружений, обеспечивающий расчет графиков со сложными организационно-технологическими зависимостями, совмещением строительных процессов во времени, разветвлением строительных потоков.
- Разработана математическая модель и методика оптимального интенсифицирования календарных программ возведения железнодорожных водопропускных сооружений.
- Разработано программное обеспечение для выполнения автоматизированных расчетов по выбору оптимальных организационных решений возведения водопропускных устройств.
Защищаемые автором положения.
1. Качество и эффективность организационных решений во взаимосвязи с объемно-конструктивными и технологическими решениями в условиях северной климатической зоны определяют качество и темпы строительства транспортных объектов.
2. Выбор эффективных организационных решений при возведении водопропускных сооружений в сложных условиях определяется степенью обоснованности и разработанности оптимизационного модельного комплекса, учетом срокообразующих процессов подготовительного периода, сооружения земляного полотна, укладки пути.
3. Графоаналитическая методика расчета неритмичных поточных графиков строительства водопропускных сооружений позволяет комплексно учитывать сложные организационно-технологические зависимости, совмещение строительных процессов во времени, разветвление потоков.
4. Совокупность оптимизационных организационно-технологических решений обеспечивает интенсификацию производства работ при строительстве водопропускных сооружений в северной климатической зоне.
Апробация работы. Автор ознакомил научную и техническую общественность с результатами исследований путем выступлений с докладами на:
1. Всероссийской конференции научной молодежи «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования» 2008 г.
2. Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» 2009 г.
3. 56-ой научной конференции преподавателей и аспирантов Дальневосточного государственного университета путей сообщения «Инновационные технологии - транспорту и промышленности» 2010 г.
4. Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» 2011 г.
5. III Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием «Лига БАМа: проблемы экономики, транспорта, социальной истории, мировоззрения и культуры» 2011 г.
6. IV Международном геотехническом симпозиуме “Превентивные геотехнические меры по уменьшению природных и техногенных бедствий” (IGSH-2011).
7. Техническом Совете ООО ХК «Амур-Мост», 06 марта 2012 г.
8. Техническом Совете ООО «Мостостроительная компания-10», 22 августа 2011 г.
9. Техническом совете ООО «СК «Мост-Восток», 14 января 2012г.
10. Научном семинаре кафедры «Строительное производство» ДВГУПС, 07.02.2012 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 18 печатных работ, в том числе три статьи в журналах, рекомендованных ВАК: журнал «Транспортное строительство» №5 2010 г., журнал «Перспективы науки» №3(30) 2012 г., журнал «Архитектура и строительство России» №3 2012.
Практическая ценность работы. Рассмотренные методики принятия решений по организации строительства водопропускных сооружений в сложных условиях успешно апробированы в ООО «Мостостроительная компания-10», ООО ХК «Амур-Мост», ООО «СК «Мост-Восток» на строительстве железных дорог Беркакит-Томмот-Якутск, Улак-Эльга, в проектном институте ОАО «Дальгипротранс». Внедрение методологий формирования производственных программ возведения искусственных сооружений при сооружении новых железных дорог показало высокую эффективность предложенных методов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, базируются на анализе трудов российских и зарубежных ученых, подтверждаются результатами выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований.
Структура и объём диссертации. Диссертация содержит 203 страницы машинописного текста, 70 рисунков, 3 таблицы, 88 формул, список литературы (157 наименований) и состоит из введения, четырёх глав и заключения.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, сформулированы цель работы и задачи, решением которых обуславливается достижение поставленной цели, а также определены объект и предмет исследования, показана их практическая значимость.
Теоретическая и методологическая основа проведенного исследования заключается в фундаментальных и прикладных исследованиях в области строительного производства, в том числе железнодорожного, нашедшая свое отражение в работах отечественных и зарубежных ученых А.А. Гусакова, С.А. Баркалова, И.Г. Галкина, Ю.А. Куликова, В.И. Рыбальского, Б.А. Волкова, А.К. Шрайбера, В.А. Афанасьева, М.С. Будникова, С.М. Гончарука, Г.С. Духовного, С.А. Болотина, В.И. Воропаева, К.А. Антанавичуса, Ю.Г. Карпова, С.Я. Луцкого, В.Я. Ткаченко, М.Д. Рукина, А.О. Неймана, М.Д. Спектора, Л. Дигман, Г. Грин, А.М. Призмазонова, И.А. Грачева, И.К. Матвеева, А. Балкема и др.
Важность проблемы совершенствования организации строительства массовых водопропускных сооружений для новых железнодорожных линий, возводимых в суровых климатических условиях, подтверждается исследованиями ученых С.П. Першина, М.И. Иванова, Г.Н. Жинкина, Э.С. Спиридонова, И.В.Прокудина, Г.С. Переселенкова, В.А. Тимошенко, Г.П. Соловьева, Ю.Б. Калугина, А.И. Ярмолинского, А.А. Пиотровича, И.Ю. Белуцкого, В.И. Кулиш, С.Р. Владимирского, Д.И. Кошеленко, М.С. Клыкова, А.Ф. Аккуратова, Т.В. Шепитько, Г.Л. Шалягина, А.С. Финицкого, И.И. Рыжкина, В.Н. Полоза, В.В. Бабича, В.И. Грицык, В.Б. Бобрикова, Е.В. Басина и др.
Сформулированы научная новизна, основные результаты, полученные лично автором, защищаемые автором положения, практическая значимость основных составляющих исследования, приведены сведения об апробации полученных результатов. Приведена методологическая схема исследования.
В первой главе «Состояние вопроса» выполнен анализ накопленных научных отечественных и зарубежных знаний по проблеме организационного планирования строительства линейно-рассредоточенных объектов железной дороги, рассмотрены задачи совершенствования организационных решений при строительстве водопропускных сооружений в сложных условиях.
Показано, что при решении проблемы необходим учет особенностей конструктивных решений, технологии и организации возведения малых мостов в северной климатической зоне, перехода на полносборное строительство с превращением этого процесса в строительно-монтажный конвейер, технологической специализации мостостроительных подразделений по видам работ.
Выполнена постановка задач исследования.
Во второй главе «Моделирование организационных решений при строительстве водопропускных устройств» выполнен анализ подсистемы возведения водопропускных сооружений в составе системы организации строительства новой железнодорожной линии; разработана комплексная модель строительства железнодорожных водопропускных сооружений; рассмотрены особенности и этапы принятия организационно-технологических решений по возведению водопропускных сооружений в сложных условиях; определены фронты работ для специализированных бригад и строительной техники на участке строящейся дороги.
В процессе анализа выполнена трехуровневая декомпозиция системы организации строительства новой железнодорожной линии. На первом уровне система рассматривалась в виде трех взаимосвязанных укрупненных железнодорожных комплексов. Результатом дальнейшей декомпозиции явилось более детальное изучение временных и организационно-технологических взаимосвязей между комплексом сооружения малых водопропускных сооружений, работами подготовительного периода, возведением земляного полотна и сборочно-укладочным путейским комплексом, их специфических особенностей, главных срокообразующих процессов, временных ограничений со стороны внешних процессов на подсистему возведения малых мостов.
Для графического отображения комплексной модели строительства водопропускных сооружений предложен линейный график (рис. 1), в котором организационная схема возведения участка линии представлена в виде линейной модели, графически воспроизводящей строительные процессы в пространстве и времени. В рамках комплексной модели для каждой части подсистемы строительства водопропускных устройств описаны ее границы и связи, отражающие особенности организации строительства малых мостов и позволяющие формализовать изложение задачи.
Число объектов модели изменяется от 
и равно количеству мостов на участке линии, сдаваемых к моменту укладки железнодорожного пути. По каждому мостовому сооружению задаются продолжительности специали-зированных процессов возведения объектов
Известны также параметры: 
- сроки начала специализированных процессов сооружения фундаментов, монтажа опор и пролетных строений;
- сроки окончания специализированных процессов соору-жения фундаментов, монтажа опор и пролетных строений; 
- специализированные процессы, выполняемые бригадами p -ой, k -ой и s -ой специализации, где 
- интервал времени между окончанием подготовительного периода
и началом земляных работ
- интервал времени, соответствующий годичному циклу работы мостостроительной организации.
Для поточной организации работ задача формирования расписания строительно-монтажных работ по возведению линейно-рассредоточенных малых водопропускных сооружений формулируется в следующем виде.
На участке дороги, длиной Lул, имеющем N объектов, требуется выполнить работы jp -ой, jк -ой, js -ой специализации. Работы выполняются специализированными бригадами или механизмами, которые могут перемещаться с объекта на объект в произвольной очередности.
Для каждой работы j в соответствии со специализацией работ p, k, s выбраны лимитирующие виды ресурсов типа мощностей: 1,2,.., р,..,Р - количество ресурсов jp специализации; 1,2,.., k,..,K - количество ресурсов jk специализации; 1,2,.., s,.., S - количество ресурсов js специализации. Технологическая очередность работ задана и для всех объектов одинакова.
Рис. 1. Комплексная модель участка железнодорожной линии с технологическими моделями строительства водопропускных сооружений
Совмещение по времени между работами и одновременное выполнение работ отдельными ресурсами p -ой, k -ой, s -ой специализации на нескольких объектах не допускается.
Требуется определить такую очередность выполнения работ по всем объектам на выделенном участке железнодорожной линии, при которой ресурсы мостостроительных подразделений использовались наиболее рационально и достигался минимальный срок реализации строительной программы. При решении этой задачи необходимо выполнить ряд технологических и организационных условий, временных организационных ограничений и временных условий, а также ограничений по ресурсам.
Технологические условия: 
, 
- технологический маршрут выполнения строительно-монтажных работ на i -ом объекте. Организационные условия, обусловленные непрерывностью использования мощностных ресурсов:
.
Временные организационные ограничения: а) внешние; б) внутренние. Внешние временные ограничения накладываются на главные срокообразующие работы и связанны с заданием внешних сроков начала и окончания работ на объектах:
Внутренние ограничения на сроки начала работ по технологическим условиям представлены следующими соотношениями
Временные условия определяют: а) выделенные для производства и монтажа работ временные интервалы по фундаментам и опорам малых железнодорожных мостов 
; б) интервалы времени для монтажа пролетов, определяемые как 
; в) общий интервал времени для строительства малых водопропускных сооружений на участке железнодорожной линии
; г) интервал времени для возведения фундаментов и опор мостов 
.
Для назначения ресурсных ограничений указываются организационные маршруты ресурсов. Количество таких маршрутов зависит от ресурсных возможностей мостостроительных подразделений, которые можно представить как:
где 
- x, y, z -ые организационные маршруты, соответственно, p, k, s -го ресурсов; 
- число объектов, на которых производятся процессы 
, выполняемых p, k, s-ми ресурсами;,,
- индексы ресурсов, учитывающие разновидности применяемых бригад и ведущих механизмов.
Тогда ограничения на уровень потребляемых ресурсов имеют вид
Практическая реализация разработанной модели с целью получения точного расписания, несмотря на простоту формулировки, весьма затруднительна. Это связано не только с громоздкими и сложными вычислениями, но и с наличием множества неформализуемых процедур нахождения оптимума.
Особенность составления расписания также состоит в трудности формализации внешних ограничений, где неясны допустимые значения 
, которые оказывают существенное влияние на 
Так, например, увеличение интервалов времени Тi расширяет область допустимых вариантов организационных маршрутов расписания, но и увеличивает сроки строительства железнодорожной линии.
Эти обстоятельства обуславливают необходимость поэтапного решения задачи, где на каждом этапе, в результате решения частной задачи, формируется соответствующий неритмичный специализированный поток в виде организационных маршрутов движения специализированных бригад или механизмов по объектам с учетом сформулированных условий и ограничений.
Таким образом, в общей задаче формирования расписания по возведению малых водопропускных сооружений на участке железной дороги выделяются этапы решения следующих задач:
а) формирование рациональных организационных маршрутов буровых или сваебойных комплектов в составе бригад нулевого цикла по устройству фундаментов малых мостов;
б) разработка рациональных организационных маршрутов строительно-монтажных бригад по монтажу опор малых мостов;
в) отыскание рациональных организационных маршрутов крановых комплектов в составе монтажных бригад по установке пролетных строений.
Третья глава «Оптимизация процессов возведения водопропускных сооружений по времени и мощностным ресурсам»
При формировании x, y, z -ых организационных маршрутов p, k, s -го ресурсов необходимо определение временных параметров работ расписания (сроков 
величины сближений между смежными строительными потоками 
, простоев объектов 
в ожидании специализированных бригад). Это обусловило разработку способа расчета строительных потоков, обеспечивающего определение параметров неритмичных потоков различного вида: а) при известных сроках окончания одних работ на объектах и известных продолжительностях других; б) при известных сроках начала одних работ на объектах и известных продолжительностях других; в) графиков сложной структуры; г) при параллельной работе бригад на одном объекте.
Суть предложенного способа расчета заключается в следующем:
1. Назначается срок начала строительства объектов 
- 
, где 
- количество объектов; 
- количество работ (бригад).
2. Определяются сроки работы первой бригады 
на 
объектах.
3. Присваивается
и назначается срок начала работы 
-ой бригады на первом объекте
из условия предоставления фронта работ бригадой 
на этом же объекте: 
4. По правилам п. 2 вычисляются сроки начала и окончания работ 
бригадой
на 
объектах. Вычисленные величины помечаются звездочкой, так как в дальнейшем они могут измениться.
5. Проверяется - на всех ли объектах предоставлен фронт работ для бригады
бригадой
. Проверка осуществляется путем анализа величины 
Если все 
неотрицательны, это означает, что на всех 
объектах для бригады
предоставлен фронт работ, следовательно рассчитанные сроки 
по формулам п. 2 являются окончательными, т.е. 
, а простои объектов 
.
6. При отрицательном значении хотя бы одного
выбирается наибольшее по модулю значение отрицательной величины и корректируются рассчитанные сроки 
по формулам 
Предложенный метод расчета неритмичных потоков положен в основу методик конструирования организационных маршрутов при монтаже опор, установке пролетных строений, сооружении фундаментов мостовых переходов.
Формирование специализированных бригадных потоков по сооружению опор малых мостов во многом зависит от организационной схемы нижнего строения пути. В условиях раздельно-последовательного способа организации строительства опор множество таких может быть сведено к четырем (рис. 2).
В указанных организационных схемах сроки окончания работ подготовительного периода 
являются ограничениями на разворачивание работ по строительству малых водопропускных сооружений. Задав 
можно определить сроки начала работ по возведению опор на каждом мостовом переходе.
Важным параметром, влияющим на продолжительность функционирования бригадного (специализированного) потока по возведению опор, является и интервал времени 
, назначаемый при разработке расписания.
Рис. 2. Конфигурации организационных схем при раздельно-последо-вательном способе организации строительства опор: а) сроки 
сходящиеся, (незначительные колебания
); б) сроки 
и 
сходящиеся (ограничения - const); в) сходящиеся сроки
и 
(
); г) расходящиеся сроки 
и 
(
).
Для участков железнодорожной линии, характеризующихся незначительными колебаниями значений ограничений (варианты 2а, 2б), в исследовании предложен пошаговый метод составления расписания, позволяющий непосредственно формировать требуемую последовательность работ для каждой бригады с расчетом сроков 
и 
При этом предложено два способа конструирования специализированных потоков.
Способ 1. Когда срок начала организационного маршрута 
на участке 
приравнивается к сроку окончания работы бригады на предыдущем участке линии
. Причем, на первую по сроку последовательность работ назначается первая освободившаяся бригада и т.д. В данном случае используется принцип: первый освободился - первый получает работу. Этот способ предназначен также для строительства расписания при заданном темпе подготовительных работ, т.е. от сроков 
.
Способ 2. Когда по установленным значениям 
последовательности работ формируются от последнего срока начала земляных работ в организационных маршрутах 
т.е. 
с выходом на срок начала работ в искомой последовательности 
.
Первый способ предлагается для организационного проектирования строительства опор малых мостов на уровне оперативного планирования и управления, второй - для разработки проекта организации работ.
В условиях переменных ограничений на ведение работ по сооружению мостовых опор (рис. 2в, 2г) в исследовании предложены дополнительные технологии конструирования специализированных потоков, основанные на вариантном сравнении результатов расчета и заключающиеся в следующем:
- Для списка объектов
с соответствующими сроками 
, производится последовательное суммирование продолжительностей работ по опорам
вычисленных для 
-ой бригады с установленной выработкой. - Суммирование заканчивается, когда
3. При достижении приближенного равенства обеих частей данного неравенства упорядочивается список объектов от 1 до
в порядке возрастания значений сроков начала земляных работ
, с перенесением, согласно этому списку, сроков 
4. Производится определение параметров неритмичного потока по возведению опор, увязанных со сроками
. Итогом расчетов является обобщенный план-график работ специализированной бригады 
на
-ых объектах.
5. Осуществляется анализ ограничений по
При наличии отрицательных сближений между процессами 
и 
производится их оценка на возможность параллельного выполнения работ на одном объекте, которые не должны превышать заданной величины 
,
При невыполнении неравенства выполняется операция уменьшения на один объект суммарной продолжительности работ 
-ой бригады
Итерации расчета и сравнения по п.п. 4, 5 повторяются до соблюдения равенства левой и правой частей последнего выражения и получения допустимого расписания в требуемых ограничениях.
Для решения задачи формирования расписания по монтажу пролетных строений предлагается способ интегрирования, при котором расписание работы 
-го монтажного крана синхронизируется с обобщенным расписанием работы 
-ых бригад по устройству опор малых мостов.
Способ формирования и расчета заключается в следующем.
1. Каждый мост, возводимый любой бригадой, принимается за отдельный объект 
2. Всем объектам присваиваются порядковые номера от 
до 
в порядке возрастания значений окончаний работ по возведению опор.
3. Расписания работы каждой 
-ой бригады сводятся в условный интегрированный объектный поток, в котором объекты располагаются по возрастанию значений окончаний работ на опорах
4. Для 
-ых монтажных кранов, соответствующей грузоподъемности, выбираются упорядоченные сроки окончания работ на опорах 
и продолжительности монтажа на них пролетных строении
5. Производится расчет параметров
специализированного потока по установке пролетных строений совместно с обобщенным расписанием на строительство опор.
6. По рассчитанным параметрам строится итоговый график строительства при расположении объектов в последовательности от 
до 
с
организационными маршрутами движения монтажных кранов, которые обеспечивают непрерывную их загрузку и минимизируют простои фронта работ.
Аналогичным образом формируются расписания работы 
-х бригад по сооружению фундаментов
Отличие заключается в формировании интегрального объектного потока, который представлен упорядоченными в порядке возрастания сроками начала работ на опорах 
и в расчете параметров 
которые определяются при известных продолжительностях одних работ 
и сроках начала других 
с заданной величиной совмещения между ними 
Четвертая глава «Выбор вариантов интенсифицирования строительства водопропускных сооружений»
Рассмотрена проблема определения рационального количества строительных бригад и механизированных комплексов при возведении малых водопропускных объектов железной дороги, а также оптимальных режимов интенсифицирования мостостроительной программы.
Инновационное развитие железнодорожного строительства основывается не на пути наращивания мощностных ресурсов, а на интенсификации их использования. К интенсивным факторам ускорения строительства железнодорожных водопропускных сооружений относится концентрация трудовых ресурсов и средств механизации, обеспечивающая сокращение простоев фронта работ и инвестиционного цикла. Этот процесс, осуществляемый на небольшом числе одновременно строящихся малых мостов, должен осуществляться перераспределением ресурсов без превышения общей их численности.
Задача выбора рационального количества бригад на участке строящейся железнодорожной линии формулируется следующим образом.
Требуется найти вариант с таким количеством бригад 
специализации 
для выполнения работ продолжительностью 
, которые обеспечивают полную и непрерывную работу специализированной бригады
продолжительностью
на объектах с минимальными простоями 
между работами 
и 
. Аналогичны рассуждения для процессов 
и 
.
Поиск рациональной концентрации специализированных мостостроительных подразделений предлагается осуществлять в два этапа. На первом - определяется рациональное количество бригад 
по сооружению опор 
в увязке с процессом монтажа пролетных строений 
. На втором этапе определяется рациональное количество бригад по возведению фундаментов 
и их работа увязывается с ранее сформированным расписанием.
В условиях неритмичных потоков строительства малых водопропускных сооружений наиболее приемлемым решением такой задачи является формирование множества вариантов расписаний по принципу подключения, в каждом последующем из них, дополнительной бригады по возведению опор
.
За начальный вариант организации работ принимается расписание с минимальным количеством бригад 
обеспечивающих выполнение программы мостостроительных работ. В каждом последующем варианте осуществляется: перераспределение объемов работ между специализированными бригадами
формирование нового расписания, вычисление значения целевой функции, сравнение критерия с предыдущим.
В исследовании предложен следующий алгоритм имитационного моделирования.
1. Определяются параметры расписания работы бригад k по монтажу опор: 
2. Назначается первый вариант расчета
3. Производится формирование расписания по сооружению опор с учетом ограничений
4. Формируется рациональное расписание работы 
-го монтажного крана, увязанного с расписанием специализированных бригад по монтажу мостовых опор.
5. Выполняется корректировка сроков
с целью уменьшения интервала
(времени между окончанием подготовительного периода и началом работ по сооружению земляного полотна) за счет перераспределения программы возведения опор между специализированными бригадами.
6. Формируется новый вариант 
расписания.
7. Сравниваются значения целевых функций вариантов 
и 
При выполнении условия - переход к. п. 8, иначе - к п. 9.
8. Фиксируются выходные параметры 
с минимальными значениями целевой функции 
9. Осуществляется проверка соответствия имеющихся ресурсов (бригад) 
их потребности в варианте 
Если потребность в бригадах, 
варианта превышает наличие
то расчет заканчивается и производится выдача полученных результатов по всем 
вариантам. Если нет, то переход к п. 5.
При отыскании рационального варианта организации работ по возведению фундаментов на втором этапе рассмотренные процедуры имитационного моделирования повторяются.
В тех случаях, когда рационализация строительных потоков по постройке водопропускных объектов не позволяет выполнить заданные временные параметры, необходимо рассмотрение и реализация возможностей по привлечению дополнительных мощностных ресурсов мостостроительной организации. При этом ставится задача определения таких режимов ведения специализированных процессов при возведении малых водопропускных сооружений на заданном участке новой железнодорожной линии, которые, с одной стороны - обеспечили бы получение календарного графика производства работ со сроком выполнения, меньшим или равным директивному, а с другой - потребовали бы минимального привлечения дополнительных ресурсов.
Для отыскания решения по каждой работе организационно-технологической модели строительства малых мостов задается минимальная потребность в мощностных ресурсах 
и соответствующая продолжительность 
, а также минимальная продолжительность dij., определяемая технологическими ограничениями по работе и ресурсными возможностями мостостроительной организации. При этом имеют место соотношения 
и 
.
Решение заключается в графоаналитическом способе оптимального интенсифицирования, основывающемся на технологии динамического программирования. Суть графоаналитической оптимизации заключается в следующем:
1. Продолжительности выполнения работ 
по всем работам 
строительного расписания строительства малых водопропускных сооружений назначаются равными максимальным временным оценкам 
.
2. Для всех специализированных строительно-монтажных процессов 
определяются раннее начало 
, позднее окончание 
, полный резерв 
с учетом общего срока строительства малых мостов на участке железнодорожной трассы 
, т.е.: 
из всех путей, ведущих к 
; 
из всех путей, ведущих к 
; 
.
3. Формируется сетевой поток, представленный работами критического пути с наибольшим отрицательным резервом 
, являющийся подмножеством исходной организационно-технологической модели.
4. Определяется двойственная сетевая модель по правилам указывания всех вариантов пересечения потока (рис. 3).
Рис. 3. Определение оптимального варианта интенсифицирования
расписания на графоаналитической модели
5. Указываются продолжительности работ двойственной сетевой модели, равные 
.
6. Выполняется расчет двойственной сетевой модели строительства мостов на минимум с целью выявления кратчайшего пути пересечения потока.
7. Определяется максимально возможная величина сокращения (интенсифицирования) строительного расписания
,
где 
- резерв сокращения 
; 
- резерв критичности (
).
8. Рассчитывается цена сокращения данного варианта интенсифицирования календарного графика строительства малых водопропускных сооружений
.
9. Уточняется число исполнителей 
по работам строительного графика, подвергнувшимся интенсифицированию:
.
10. Проверяется соответствие расчетного срока строительства малых водопропускных сооружений на участке трассы 
плановому сроку окончания возведения мостов 
. При 
оптимизационные процедуры завершаются. В случае 
выполняется переход ко второму пункту методики.
На основе рассмотренных методов расчета и выбора оптимальных организационных решений при возведении железнодорожных водопропускных сооружений с применением языка программирования Delfi разработано программное обеспечение, которое успешно апробировано при строительстве мостов железных дорог Беркакит-Томмот-Якутск, Улак-Эльга, при создании строительной проектной документации в институте ОАО «Дальгипротранс».
Применение предложенных разработок обеспечивает формирование строительных расписаний с загрузкой трудовых ресурсов и строительной техники, в среднем, на 19-24 % меньшей, чем при традиционных методах планирования.
Заключение и основные выводы
По результатам диссертационной работы можно сделать следующие основные выводы:
1. Особенности конструктивных решений, технологии и организации сооружения малых железнодорожных водопропускных сооружений в северной климатической зоне, переход на полносборное строительство с превращением этого процесса в строительно-монтажный конвейер, технологическая специализация подразделений по видам работ, предъявляют повышенные требования к организации и планированию всего хода мостостроительных работ, ставят задачи их совершенствования.
2. Важнейшим фактором согласованного взаимодействия процессов по устройству фундаментов, возведению опор, монтажу пролетных строений малых водопропускных сооружений является четкое их разделение из-за различий в ограничениях по срокам выполнения и потребляемым мощностным ресурсам. Специализированные процессы возведения малых водопропускных сооружений также должны рассматриваться и в тесной взаимосвязи с комплексом работ подготовительного периода, земляными работами, монтажом рельсо-шпальной решетки.
3. Выполненный в работе системный анализ основных организационных процессов строящейся железной дороги позволил установить главные срокообразующие процессы, связанные с возведением малых водопропускных сооружений, их функциональные связи с разнородными комплексами работ по нижнему и верхнему строению пути. На основе выявленных взаимосвязей между характеристиками и параметрами объектов строительства железной дороги разработана общая математическая модель функционирования подсистемы организации возведения малых мостов.
4. В рамках общей математической модели исследованы и конкретизированы особенности организации строительства малых водопропускных сооружений в сложных условиях, формализованы технологические ограничения, внешние и внутренние ограничения на сроки ведения специализированных мостостроительных процессов, определены фронты работ для бригад и строительной техники, дано обоснование поэтапной взаимоувязки специализированных потоков в виде организационных маршрутов движения трудовых ресурсов и механизмов по объектам.
5. Разработана комплексная методика рациональной организации строительства железнодорожных водопропускных сооружений, в первую очередь малых мостов, включающая решение вопросов формирования рациональных организационных маршрутов строительно-монтажных бригад по монтажу опор малых мостов, подготовки организационных маршрутов буровых или сваебойных комплектов в составе бригад по устройству фундаментов опор малых мостов, конструирования организационных маршрутов крановых комплектов в составе монтажных бригад по установке пролетных строении, интенсифицирования календарных графиков возведения железнодорожных водопропускных сооружений.
6. Подготовленные рекомендации позволяют, в условиях ограниченных мощностных ресурсов осуществлять выбор рационального фронта работ специализированных бригад за счет последовательного уменьшения числа малых водопропускных сооружений на участке строящейся линии. Методы выбора предусматривают концентрацию ограниченных трудовых ресурсов и средств механизации на рациональном числе объектов с минимальными простоями фронта работ. Реализация методов позволяет сократить простои объектов в ожидании бригад в 2-2,5 раза и обеспечить строительство малых водопропускных сооружений в нормативные сроки.
7. Представленные методики по формированию и расчету специализированных бригадных потоков в увязке со сроками возведения земляного полотна, основывающиеся на новом способе расчета неритмичных потоков на линейной модели, существенно упрощают определение всех параметров потока.
8. Предложенные алгоритмы формирования рациональных маршрутов перемещения монтажных, буровых и сваебойных комплексов в пределах фронта работ, обеспечивают минимальную продолжительность возведения малых водопропускных сооружений.
9. Разработанные рекомендации по определению рационального количества строительных бригад и механизированных комплексов при возведении водопропускных объектов и методика интенсифицирования календарных графиков возведения железнодорожных водопропускных сооружений, обеспечивают подготовку строительных расписаний, оптимизированных во времени и ресурсам.
10. Выполненные в работе исследования доведены до алгоритмов и рабочих программ и позволяют планировать работу мостостроительных фирм при возведении малых водопропускных сооружений на основе поточно-концентриро-ванных методов организации строительства, а также в ходе оперативно-диспетчерского управления.
11. Эффект применения рекомендаций при организации работ по возведению малых водопропускных сооружений проявляется: в обеспечении, возможности непрерывного сооружения объектов (в среднем до 98%), вплоть до совмещения на каждом из них смежных работ; в непрерывной работе специализированных бригад и техники в любой момент расчетного периода (100%); в уменьшении общего срока строительства малых мостов на участке линии (в среднем на 18%) с одновременным сокращением продолжительности возведения каждого объекта до нормативного срока.
12. Предложенные методы организации и календарного планирования строительства малых мостов показали их высокую эффективность. Это подтверждается результатами внедрения на строительстве железных дорог Беркакит-Томмот-Якутск, Улак-Эльга, при разработке строительной проектной документации в институте ОАО «Дальгипротранс».
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
- Деменева Е.А. Оптимальное интенсифицирование календарной программы возведения искусственных сооружений / Е.А. Деменева // Транспортное строительство. - 2010. - №5. - с. 20-21.
- Деменева Е.А. Выбор вариантов интенсифицирования строительства малых водопропускных сооружений железной дороги / М.С. Клыков, Е.А. Деменева // Архитектура и строительство России. - 2012. - №3. - с. 2-12.
- Деменева Е.А. Проектирование календарных графиков строительства массовых железнодорожных водопропускных сооружений / Е.А. Деменева // Перспективы науки. - 2012 - № 3 (30). – с. 48-52.
- Деменева Е.А. БАМ, АЯМ: перспективы развития и реалии / Е.А. Деменева //Лига БАМа: проблемы экономики, транспорта, социальной истории, мировоззрения и культуры: труды III межрегиональной научно-практической конференции с международным участием – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2011. - с. 44-48.
- Деменева Е.А. Выработка оптимальной стратегии календарного планирования поступлений ресурсов в условиях нестационарного спроса / И.В. Потапова, М.С. Клыков, Е.А. Деменева / Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: труды Всероссийской научной конференции. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. - Т.2. с. 59-63.
- Деменева Е.А. К вопросу определения эффективности транспортных перевозок при строительстве железнодорожных мостов / В.А. Власюк, М.С. Клыков, Е.А. Деменева // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: труды Всероссийской научно-практической конференции. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010. - Т.2. - с. 162-166.
- Деменева Е.А. К вопросу повышения эффективности управления проектами / М.С. Клыков, Г.Л. Шалягин, Е.А. Деменева, Н.А. Богданов // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: труды Всероссийской научно-практической конференции. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010. - Т.2. - с. 158-162.
- Деменева Е.А. Метод расчета поточных расписаний строительства искусственных сооружений / В.Г. Кичмарёв, Е.А. Деменева, В.Н. Полоз / Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: труды Всероссийской научной конференции. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. - Т.2. с. 43-46.
- Деменева Е.А. Некоторые вопросы строительно-эксплуатационной надежности железнодорожных водопропускных сооружений / Э.В. Кузиков, М.С. Клыков, Е.А. Деменева // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: труды Всероссийской научно-практической конференции. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010. - Т.2. - с. 176-181.
- Деменева Е.А. Новые подходы к планированию материально-технического обеспечения организаций транспортного строительства / М.С. Клыков, И.С. Шамраева, Е.А. Деменева, В.А. Власюк, Э.В. Кузиков // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: труды Всероссийской научно-практической конференции. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010. - Т.2. - с. 166-172.
- Деменева Е.А. Определение рациональных режимов ведения строительно-монтажных процессов при возведении малых мостов / М.С. Клыков, Е.А. Деменева, Э.В. Кузиков, И.С. Шамраева, В.А. Власюк // Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования: труды Всероссийской научно-практической конференции. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010. - Т.2. - с. 181-186.
- Деменева Е.А. Определение стоимости транспортного строительного проекта / Е.А. Деменева, А.В. Власюк, А.Н. Сульдин, Э.Г. Кузиков, М.С. Клыков // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: труды Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2011. – Т.2. – с. 122-125.
- Деменева Е.А. Разработка организационно-технологической модели возведения малых мостов и водопропускных труб в условиях железнодорожного строительства / М.С. Клыков, Ж.И. Котенко, Е.А. Деменева // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009. - Т.3. - с. 17-20.
- Деменева Е.А. Системный анализ подсистемы планирования строительства массовых водопропускных сооружений на транспорте / М.С. Клыков, Е.А. Деменева, Ж.И. Котенко // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009. - Т.3. - с. 21-24.
- Деменева Е.А. Транспортное обеспечение строительства малых и средних мостов, возводимых индустриальными методами / А.В Власюк, Е.А. Деменева, А.Н. Сульдин, В.Н. Полоз, М.С. Клыков // Научно-техническое и экономическое. сотрудничество стран АТР в XXI веке: труды Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2011. – Т.1. – с. 110-114.
- Деменева Е.А. Обоснование допустимости размещения экологически опасного производства в заданной местности / М.С. Клыков, И.В. Потапова // Превентивные геотехнические меры по уменьшению природных и техногенных бедствий: сборник трудов IV Международного геотехнического симпозиума. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2011. – с. 384-387.
- Деменева Е.А. К вопросу календарного планирования потребности в материальных ресурсах с учетом надежности строительного расписания / И.С Шамраева, М.С. Клыков // Проблемы проектирования и строительства железных дорог: сборник научных трудов. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2011. - с. 129-134.
- Деменева Е.А. Синхронизация календарных расписаний строительства водопропускных сооружений и планов ресурсного обеспечения / М.С. Клыков, И.С. Шамраева // Проблемы проектирования и строительства железных дорог: сборник научных трудов. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2011. - с. 111-124.
ДЕМЕНЕВА Елена Анатольевна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ
В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
————————————————————————————
Подписано в печать 16.04.2012 г.
Формат 60х841/16. Гарнитура «Times New Roman». Печать RISO.
Усл. печ. л. 1,4. Зак.. Тираж 100 экз.
————————————————————————————
Издательство ДВГУПС
680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.
