Учет влияния гидрометеорологических условий на темпы и качество строительства жилого и промышленного секторов, а также транспортной инфраструктуры позволяет снизить издержки и повысить эффективность капиталовложений.
Строительная индустрия охватывает широкий спектр строительных работ. Это строительство промышленных и коммунальных объектов, транспортных магистралей (дорог, мостов, многоуровенных развязок), объектов специального назначения и др. Все многообразие строительных работ предусматривает единую отрасль материального производства — строительство. Эта отрасль базируется на производстве строительных материалов, строительной и специальной транспортной техники. Финансовая и технологическая организация строительства, проведение строительно-монтажных работ осуществляются как государственными, так и частными предприятиями.
Специфика строительных работ заключается в следующем:
Влияние неблагоприятных условий погоды выражается в потере или неэффективном использовании рабочего времени, в простое строительной техники и транспорта, в порче строительного материала и оборудования.
Температура воздуха, осадки и ветер оказывают влияние на весь ход строительных работ: подвоз стройматериалов и конструкций, работу кранов, монтажные и другие работы. Так, при сильном ветре и морозе работа на открытом воздухе крайне затруднена и может быть приостановлена. Для определенных климатических поясов и видов работ установлены лимитирующие, предельные температурно-ветровые условия, при которых выполнение работ ограничивается или прекращается. При скорости ветра 12—15 м/с отдельные подъемные краны вне „теневой” зоны стройплощадки выполняют работы со значительным риском аварии, что требует остановки этих работ.
Наиболее неблагоприятные условия для выполнения строительных работ складываются в холодную часть года. Ветер, низкие температуры, снегопады, гололеды ограничивают монтажные работы, вынуждают вести корректировку намеченных планов работ. Нередко в таких условиях работы оправданно приостанавливаются.
Строительными организациями разрабатываются перечни неблагоприятных условий погоды и их возможных последствий, что позволяет потребителям принимать более эффективные меры защиты
Специализированное метеорологическое обеспечение осуществляется по широкому набору требований к содержанию метеорологической информации (текущей, прогностической, климатической), к необходимому объему и формам ее представления.
При выполнении строительных работ постоянно используются прогнозы погоды. Они позволяют уточнить очередность работ, расстановку рабочей силы и техники, прекращение отдельных видов работ и замену одних видов работ другими. От ожидаемых условий погоды зависит работа строительных кранов, а также заблаговременная приостановка их работы и отвод на безопасную стоянку. Штормовые (пороговые) значения скорости ветра должны быть доведены до сведения руководителя работ на стройплощадке — прораба, который принимает необходимые решения прежде всего по обеспечению безопасности работ, т. е. по снижению метеорологического риска. На строительные объекты поступают не только прогнозы погоды заданной продолжительности, но и предупреждения об опасных и стихийных гидрометеорологических явлениях с максимально возможной заблаговременностью.
Строительная индустрия включает в себя строительство промышленных, коммунальных объектов, транспортных магистралей, объектов социального назначения. Это отрасль базируется на производстве строительных материалов, строительной и транспортной техники. Выполнение всех этапов строительства (от нулевого цикла до отделочных работ) зависит от условий погоды.Влияние неблагоприятных условий выражается в потере рабочего времени, в простое строительной техники и транспорта и в порче строительного материала и оборудования.
Для определенных климатических поясов и отдельных видов работы установлены предельные температурно-ветровые нагрузки, при которых выполнение работ ограничивается или прекращается.
Поэтому в строительной индустрии используются прогнозы погоды как суточные, трехдневные, периодные и месячные, которые позволяют уточнить очередность работ, расстановку рабочей силы и техники, прекращение отдельных видов работы и замену одних видов другими. От прогноза ветра зависит работа строительных кранов. В случае штормового ветра краны приостанавливают работу, и они отводятся на безопасную стоянку. Эти штормовые оповещения должны быть доведены до прорабов, которые принимают необходимые решения по обеспечению безопасности работ.
Метеорологические факторы оказывают влияние на прочность, долговечность, комфортность строящихся объектов и в значительной мере определяют их стоимость.
Погодно-климатический фактор, как метеорологический ресурс играет важную роль при оптимизации строительства на всех этапах. При проектировании зданий, его теплоизоляционных качеств системы отопления, учитываются климатические особенности, и прежде всего температура, ветер, сочетание температурно-влажностных показателей, гололедно-ветровые нагрузки на высотные сооружения и другие характеристики.
Климатические показатели введены в климатические нормативы, которые представляют собой допустимые значения метеорологических характеристик для выполнения проектных и технических расчетов. Климатическая информация учитывается не только в процессе строительных работ, но и при выборе строительного и отделочного материала, такие как пластмасса, разные виды бетона и т.д.
Климатические показатели, которые используются в строительстве:
Все вышеприведенные показатели используются в строительной индустрии не только для оценки климатических условий проживания населения, но и для оценки затрат при выборе строительства защитных конструкций, строительных материалов и систем теплоснабжения.
Ветер оказывает непосредственное воздействие на здания. Все сооружения, возвышающиеся над поверхностью земли, в той или иной мере подвергаются ветровым воздействиям. Влияние ветра на большинство зданий наиболее существенно проявляется в увеличении их теплопотерь.
Теплопотери зданий в значительной степени зависит от скорости ветра. Этот фактор учитывается при проектировании зданий (при выборе конструкции сооружения и материалов, используемых при его строительстве). Во влажных районах ветер способствует долговечности зданий, так как ускоряет просушивание ограждающих конструкций; в условиях жаркого климата ветер используют для улучшения микроклимата помещений.
Очень важно правильно рассчитать ветровую нагрузку на здание, так как занижение ветровой нагрузки может вызвать аварию (иногда происходит полное разрушение здания), а при завышении расчетной нагрузки по сравнению с действительной обеспечивается большой запас прочности проектируемого сооружения, что приводит к удорожанию строительства.
Влияние ветра на проведение строительных работ заключается в воздействии скорости ветра на строительную технику и снижении безопасности людей, занятых на строительных работах. Отрицательное влияние ветра заключается в том, что большие скорости ветра могут привести к потере устойчивости монтажных кранов и буровых вышек. Так, при выполнении монтажных работ в зимнее время необходимо прекращение монтажных работ при скорости ветра 10–12 м/c, а на монтаже вертикальных панелей при скорости ветра 7–10 м/c, а также при определенных сочетаниях температуры наружного воздуха и скорости ветра. (СНиП 12-04-2002). Не допускается выполнение кровельных работ (установка и монтаж стропил, ферм покрытий и прогонов и кровельных покрытий) при скорости ветра 15 м/c и более. При выполнении кровельных работ необходимо принять меры по предотвращению падения материалов при воздействии ветра. Предел скорости ветра 15 м/с установлен при выполнении монтажа, демонтажа и перемещении буровых вышек и копров, используемых в процессе закладки фундамента, а также для монтажных кранов, так как производство работ при ветре более 15 м/c может привести к поломке оборудования и несчастным случаям.
Температурный режим атмосферы оказывает существенное влияние на здания, поэтому при проектировании зданий климатические показатели температуры воздуха являются главнейшими.
В зависимости от температурного режима данной местности выбирается тип здания и определяется требуемое термическое сопротивление его ограждающих конструкций, рассчитывается теплоотдача здания и планируются системы отопления, вентиляции, учитывается необходимость кондиционирующих установок.
Потепления в холодный период года, когда температуры становятся положительными (оттепели), особенно сопровождающимися дождями, увеличивающими влажность ограждающих конструкций, сокращают срок службы зданий. Чем быстрее понижается температура после оттепели, тем больше это сказывается на наружной части ограждений.
Как отмечалось выше, теплотехнические расчеты позволяют осуществить наиболее рациональный выбор климатических параметров, с помощью которых при проектировании учитываются влияние климата на здания.
Температурный режим оказывает наибольшее влияние на конечный результат строительных работ. Температурные показатели во многом определяют последовательность технологических операций в ходе строительно-монтажных работ по сезонам.
По техническим правилам производства работ строительство дорожных покрытий и оснований с применением органических вяжущих материалов выполняется при температурах весной не ниже 5 °С, когда грунты полностью оттаяли и осенью не ниже 10 °С. Строительство покрытий и оснований с применением неорганических вяжущих и цементобетонных материалов производят при температуре воздуха не ниже 5 °С и при полном оттаивании грунтов весной и не ниже 0 °С осенью.
Земляные работы желательно вести в период времени между переходом температуры воздуха 5 °С весной и -5 °С осенью (летний сезон строительства).
Технология производства бетонных работ в большой степени зависит от особенностей внешних воздействий окружающей среды, в особенности от режима температуры и влажности. Для твердения цементного камня наиболее благоприятна температура окружающей среды от 15 до 25 °С, при которой бетон на 28 сутки достигает марочной прочности. Оптимальным тепловлажностным режимом при выполнении бетонных работ считается среднесуточная температура 16 – 20 °С при относительной влажности 60 – 65 %. Выполнение бетонных работ при другом режиме температуры и влажности требует дополнительных трудовых и денежных затрат. При производстве бетонных работ при температуре воздуха выше 25 °С и относительной влажности менее 50 % должны применяться быстротвердеющие бетоны, а при понижении среднесуточной температуры наружного воздуха ниже 5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 °С необходим специальный технологический расчет режимов бетонирования.
Для рационального планирования графика выполнения строительных работ целесообразно учитывать следующие характеристики температурного режима: дату перехода среднесуточной температуры через 5 °С, число дней со среднесуточной температурой 5 °С и выше, число дней с температурой воздуха -25 °С.
В районах с дождливой осенью и холодной зимой строители предусматривают защиту стен от влаги. Кроме того, необходимо учитывать то обстоятельство, что большое количество осадков повышает уровень грунтовых вод, оказывающих вредное влияние на подземную часть здания.
Важно учитывать снеговые нагрузки, которым подвергаются конструкции здания в зимний период.
Жидкие и твердые осадки, а также связанные с ними наводнения, метели, снегозаносы оказывают большое влияние на организацию и технологию производства строительных работ. И хотя на различные виды строительных работ осадки влияют неодинаково, режим осадков обязательно учитывается и при планировании строительных работ.
Связанные с осадками неблагоприятные явления погоды, например, метели, снегозаносы и др. также влияют на производство строительно-монтажных работ. В соответствии со СНиП 12-04-2002 запрещается работа строительных кранов (выполнение монтажных и такелажных (погрузо-разгрузочных) работ) при гололеде, гололедице, тумане, сильном снегопаде, дожде и грозе.
Кроме этого снегопады и метели создают снежные заносы, и требуется дополнительное время для очистки территории строительства от снега после метелей и снегозаносов.
При планировании сроков строительства необходимо учитывать число дней с атмосферными осадками интенсивностью более 10 мм/сут, число дней с метелями, а также распределение атмосферных осадков в течение года (когда выпадает наибольшее количество осадков в виде снега, сколько выпадает осадков весной в период снеготаяния, как распределяется количество осадков летом). Однако недостаточное увлажнение грунтов также увеличивает продолжительность строительства и требует применения специальных методов проведения работ. Так, в соответствии со СНиП 1.04.03–85* «Нормы продолжительности и задела в строительстве» продолжительность строительства объектов, возводимых в районах пустынь и полупустынь, характеризуемых средней температурой воздуха в июле более 27 °С и количеством осадков менее 300 мм в год увеличивается с применением коэффициента 1.1.
В целом, характер и особенности строительных работ, чувствительных к погоде сильно зависят от типа строительства, будь то дорожное строительство, возведение высотных башен или коммунальное строительство. Каждый конкретный вид строительства – гражданское, промышленное, специальное – требует особого подхода с точки зрения принятия управленческого решения относительно конкретного вида производственных работ.
Известные экономические оценки использования гидрометеорологической информации сводятся главным образом к альтернативным действиям в зависимости от установленного, принятого в отрасли штормового уровня погоды. Это в основном относится к скорости ветра, продолжительным дождям, резким и значительным изменениям температуры воздуха, возможного оледенения мокрого снега, обледенения и другим условиям и явлениям погоды.
Отметим, что сильная зависимость данной отрасли экономики от погоды требует разработки многофазовых матриц потерь, обусловленных комплексным характером погоды, поскольку использование альтернативных матриц потерь сужает спектр поиска лучшего решения, не раскрывает потенциальные возможности использования метеорологических прогнозов.
Применение комбинированных моделей BIM-ГИС в строительной отрасли в последнее время получило широкое распространение в мире и начинает получать достаточное распространение на территории России.
Внедрение технологий BIM позволяет получить дополнительные экономические выгоды не только со стороны подрядчиков, но и всей структуры строительной отрасли.
На практике BIM представляет собой набор технологий и процессов, которые должны приводить к улучшению результатов на различных этапах жизненного цикла объекта строительства, включая ранние этапы концептуального планирования, дизайн и инжиниринг, закупки и строительство, ввод в эксплуатацию, техническое обслуживание и извлечение прибыли, а также снос или реализацию под другие нужды. Изначально BIM применялся исключительно к отдельным зданиям (Building, отсюда и “B” в аббревиатуре), но в настоящее время этот термин приобретает более общее звучание, и включает в себя инфраструктуры, специфические капитальные объекты (такие, как мосты, например), и многое другое и, фактически, превращается просто в информационное моделирование.
Моделирование городской среды в рамках умного города основывается на применении указанных технологий, а также технологий интернета вещей. Так моделирование городской инфраструктуры с применением технологий BIM-ГИС позволяет наиболее точно определять местонахождение коммуникаций, проектировать, разрабатывать новые проекты городской инфраструктуры, в том числе телекоммуникаций и связи, электросетей, водоснабжения, канализации, транспортной инфраструктуры и др.
Цена ошибки в таких проектах слишком высока, поэтому использование технологий, позволяющих учитывать максимальный объем необходимых баз данных позволяет снизить будущие затраты на строительство и эксплуатацию инфраструктурных объектов городов.
Комплексные проекты по модернизации строительной индустрии, идут, как правило, при непосредственном участии государственных структур. В виду значительного объема работ по таким проектам, и необходимостью вносить изменения в стандарты, практики работ и требования к строительным и подрядным организациям, такие проекты фокусируются на критические области, где ожидается максимальная отдача от внедряемых технологий. В таких проектах в полной мере используется технологические возможности BIM&GIS, и, как правило, они привязаны непосредственно к бизнес-процессам и сопредельным системам и технологиям.
В работе В.П. Куприяновского, С.А. Синягова, и др. «Экономические выгоды применения комбинированных моделей BIM-ГИС в строительной отрасли. Обзор состояния в мире» представлен актуальный перечень преимуществ применения информационных технологий в строительной сфере, а также направления их развития.
Десять основных направлений, по которым информационное моделирование изменяет структуру бизнеса строительных компаний:
Направления развития:
1. Виртуальное проектирование и строительство (VDC). Достигается:
2. Дроны. Выгоды применения: экономия времени, улучшение безопасности, получения доступа к более обширной информации и улучшение процессов принятия решений.
3. 3D печать. Позволяет осуществлять более быстрое и точное строительство; снижает стоимость рабочей силы; снижает количество отходов на строительном производстве; позволяет оптимизировать системы охраны труда, безопасности и здоровья работающих; оценочно происходит снижение отходов в строительстве на 30-60 %, время производства строительных работ уменьшается от 50 до 70%, при этом стоимость рабочей силы может быть уменьшено на 50-70 %.
4. Большие данные (BIG DATA). Активное применение аналитических средств обработки данных позволяет значительно повысить экономическую эффективность строительных проектов. Один только правильно примененный предиктивный анализ позволяет снижать общую стоимость строительных проектов на 5-7 %.
5. Мобильные/ безбумажные технологии. Мобильные устройства стали играть критическую роль в повышении продуктивности работ всех занятых в современном строительстве. Они позволяют практически незамедлительно доводить самую актуальную информацию непосредственно до исполнителей, который в свою очередь сам становится источником достоверной информации.
Разработки ведущих компаний в области лазерных технологий в строительстве, таких как Leica и Trimble позволяют осуществить лазерную съемку непосредственно на строительной площадке и мгновенно передать эти данные для обработки в офис. С другой стороны, работник офиса, пользуясь только электронной ручкой, так же мгновенно может отправить нужную информацию в поле.
Необходимо отметить, что на принципах отслеживания точной позиции на земле построено и управление строительной техникой и на точном компьютерном учете управление складами (штрих-коды или RFID). Кроме того, сегодня началось создание нового поколения APP приложений на мобильных устройствах, резко снижающих стоимость функциональных решений, в том числе, за счет активного использования сенсорных и иных возможностей современных смартфонов.
Применение таких технологий позволяет значительно снизить временные затраты, уменьшить временной лаг между получением информации и принятие управленческого решения. Снижаются административные издержки, накладные расходы, возможно снижение части транспортных расходов за счет применения дистанционных технологий.