Разработка методики многофакторного анализа эффективности реконструкции фасадов зданий сложившейся жилой застройки городов

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

разработка методики многофакторного анализа эффективности реконструкции фасадов зданий сложившейся жилой застройки городов

Специальность: 05.23.22 - «Градостроительство, планировка сельских населенных пунктов»

Багин Алексей Сергеевич

Москва - 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Касьянов Виталий Федорович

Официальные оппоненты: доктор архитектуры,

профессор Ткачев Валентин Никитович

кандидат технических наук,

доцент Ставничий Юрий Александрович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московская государственная

академия коммунального хозяйства и

строительства»

Защита состоится 29 апреля 2010 года в 1700 на заседании диссертационного совета Д 212.138.09 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, ауд.601 «Г».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан «_____» марта 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ляпин А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

Широкомасштабное развитие и внедрение массового индустриального строительства во второй половине ХХ века, создание новых жилых массивов на свободных окраинных территориях сыграло несомненно положительную роль в решении социальных и градостроительных задач того периода.

Однако на сегодняшний день сложившаяся типовая застройка требует проведения комплексной реконструкции и модернизации. Причины этого заключаются в следующем:

- монотонность и «серость» массового типового строительства, отрицательно сказывающаяся на архитектурном облике городов и районов;

- значительный моральный и физический износ зданий первых периодов типовой жилой застройки;

- недостаточный уровень теплозащитных характеристик жилого фонда относительно современных норм и программ по энергосбережению;

- высокие эксплуатационные затраты на проведение технического обслуживания и ремонтов.

Одновременно с этим, основной жилой фонд типового строительства рассматриваемого периода имеет достаточные запасы по прочности, устойчивости и конструктивной надежности. Это позволяет говорить о том, что данные дома еще могут находиться в эксплуатации в течение многих лет, а перечисленные недостатки являются дополнительным обоснованием для проведения их реконструкции.

Фасады зданий жилой застройки, во многом определяющие архитектурный облик города, а также обеспечивающие необходимые теплозащитные и эксплуатационные характеристики жилого фонда, требуют особого внимания при проведении их реконструкции.

При этом практический опыт реконструкции фасадов зданий сложившейся типовой застройки на территории города Москвы и Московской области указывает на недостаточно эффективное ее проведение. Существуют примеры, где, наряду с требуемым повышением теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, не были должным образом решены вопросы архитектурной выразительности застройки. Повсеместное применение типовых проектных решений и идентичных материалов на реконструируемых объектах зачастую не учитывает архитектурных особенностей прилегающих к ним территорий. Допускаемый брак при проведении строительно-монтажных работ и отсутствие должного контроля качества могут являться причиной снижения долговечности, эксплуатационной надежности и безопасности применяемых конструкций. Сложившаяся хаотичность в применяемых подходах к реконструкции фасадов определяет актуальность выбранной темы.

В связи с вышеизложенным, научной гипотезой исследования является возможность системного управления градостроительно-архитектурным обликом, техническо-экономическими и социальными характеристиками сложившейся типовой жилой застройки городов при проведении ее реконструкции с применением современных фасадных технологий, а также возможность оптимизации принимаемых решений.

В предлагаемой системной постановке проблема реконструкции фасадов практически не исследовалась, хотя отдельные стороны вопросов повышения градостроительно-архитектурной выразительности сложившейся типовой жилой застройки, ее технико-экономических и социальных характеристик освещались в трудах отечественных и зарубежных ученых.

Среди наиболее известных исследователей этого направления следует назвать: Бархина М.Г., Беккера А.Ю., Белоусова В.Н., Бербикова Ю.А., Булгакова С.Н., Грабового П.Г., Гутнова А.Э., Еремина Б.К., Ефимова А.В., Зитте К., Каменскую М.М., Касьянова В.Ф., Кашкину Л.В., Кутукова В.Н., Лазарева А.Г., Маклакову Т.Г., Матвеева Е.П., Махровскую А.В., Миловидова Н.Н., Попкова Ю.С., Ройтмана А.Г., Ресина В.И., Саари А., Самойлова Д.С., Ткачева В.Н., Федорова В.В., Харитонова В.А., Шепелева Н.П., Шимко В.Т., Шрейбера А.К., Шумилова М.С., Щербина Е.В., Яргину З.Н. и многих других.

Целью диссертационной работы является разработка методов системного анализа вопросов реконструкции фасадов зданий сложившейся жилой застройки городов с применением современных технологий, обеспечивающих эффективное управление градостроительно-архитектурными, технико-экономическими и социальными характеристиками жилого фонда.

Для достижения указанной цели автором поставлены и решены следующие задачи:

- определены основные факторы, влияющие на архитектурную выразительность жилой застройки, с учетом их воздействия на эмоционально-психологическое состояние населения, и выполнен анализ проблем сформировавшегося архитектурного облика зданий индустриальной жилой застройки 50-90-х годов;

- осуществлена оценка технического состояния фасадов зданий рассматриваемой застройки, наиболее свойственных им дефектов и разработаны предложения по их классификации;

- исследованы проблемы энергосбережения жилой застройки и выполнен анализ отечественных и зарубежных подходов к их решению, в том числе за счет повышения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.

- проведен детальный анализ основных характеристик современных фасадных технологий реконструкции фасадов зданий, а также существующего опыта их применения на территории РФ;

- проанализированы и структурированы существующие требования по обеспечению эксплуатационной надежности, безопасности и долговечности фасадных технологий;

- выполнено натурное и лабораторное исследование навесной вентилируемой фасадной системы, позволившее выявить основные критерии и показатели долговечности;

- проведено социологическое исследование, позволившее осуществить выбор наиболее важных параметров, обеспечивающих максимальный комфорт проживания населения при проведении реконструкции фасадов зданий;

- выполнен анализ экономических факторов, позволяющих оптимизировать расходы на проведение реконструкции жилой застройки с применением фасадных технологий;

- выстроена иерархия исследованных факторов, представляющая собой систему наслаиваемых уровней, вершиной которой является общая цель работы, а уровнями - критерии (факторы), влияющие на основную цель;

- разработана методика преобразования иерархии в математическую модель, представляющую собой систему матриц, расчет которых позволяет определить степень влияния каждого из параметров на общую цель исследования и выбрать наиболее оптимальное проектное решение;

- проведена апробация разработанной методики поиска оптимального решения на примере трех районов города Москвы, отличных по своим градостроительно-архитектурным, экологическим и другим характеристикам;

- разработаны предложения по повышению эффективности процесса реконструкции фасадов жилой застройки на основе проведенных исследований.

Объектом исследования в диссертации является типовая индустриальная жилая застройка 50-90-х годов, требующая проведения реконструкции.

В качестве предмета исследования в работе выступают градостроительно-архитектурные, технико-экономические и социальные характеристики сложившейся застройки, определяющие методы проведения ее реконструкции с применением современных фасадных технологий.

Теоретической и методологической основой исследования являются положения общей теории систем, современные теории и фундаментальные труды отечественных и зарубежных ученых по актуальным проблемам градостроительства, организации, содержанию и управлению жилого фонда, законодательные акты Российской Федерации и нормативные документы, определяющие стратегию проведения реконструкции, санации и модернизации сложившейся застройки. В процессе исследования использованы методы: системного подхода, экспертных оценок, анализа иерархий, сравнений и аналогий, обработки результатов проведенных социологических опросов, натурных и лабораторных исследований.

Достоверность результатов документально подтверждена заключениями научно-исследовательских и строительных организаций.

Практическая значимость работы заключается в том, что проведенное исследование может представлять практический интерес для органов власти и управления российских городов; ученых, изучающих проблемы планирования стратегии развития, реконструкции, модернизации и обновления сложившейся типовой застройки.

Отдельные результаты и рекомендации по применению системного подхода учитывались при разработке и реализации программы по реконструкции фасадов типовой жилой застройки в г. Королеве. Полученные результаты натурных и лабораторных исследований были использованы при разработке нормативной технической документации по применению навесной вентилируемой фасадной системы «Марморок» на территории РФ.

Материалы диссертационного исследования могут представлять практическую ценность для использования их в учебном процессе в рамках курса «Планировка, застройка и реконструкция населенных мест», читаемого в Московском государственном строительном университете.

Научная новизна заключается в разработке принципов многофакторного анализа показателей эффективности реконструкции типовой жилой застройки с применением современных фасадных технологий и их использования для принятия окончательного решения.

На защиту выносятся:

- результаты анализа вопросов градостроительно-архитектурных, технико-экономических, энергосберегающих и социальных характеристик сложившейся типовой жилой застройки на территории РФ;

- результаты проведенных исследований, позволивших установить критерии, определяющие эффективность реконструкции фасадов и применяемых проектных решений;

- методика расчета установленных критериев, выстроенных в иерархическую форму, на предмет определения степеней влияния каждого из них на общую цель исследования;

- рекомендации по поиску оптимальных проектных решений на примере проведения реконструкции фасадов зданий трех жилых районов Москвы.

Апробация работы. Основные теоретические положения и выводы диссертации, а также ее практические рекомендации представлены автором на международных и российских научно-практических конференциях:

- Научно-техническая конференция «Современные фасадные системы: эффективность и долговечность», Москва, МГСУ, 2008 г.

- Международная научно-техническая конференция «Эффективные тепло- и звукоизоляционные материалы в современном строительстве и ЖКХ», Москва, МГСУ, 2006 г.

Публикации

По теме диссертации автором опубликовано пять печатных работ в ведущих отраслевых журналах общим объемом 2,88 п.л.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка литературы из 112 наименований и трех приложений. Общий объем работы изложен на 146 страницах. Основной текст диссертации, включая 14 таблиц, 49 рисунков, занимает 129 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность исследуемой проблемы; сформулированы цель и задачи работы, научная новизна и практическое значение полученных результатов, основные положения, которые выносятся на защиту; описаны объект и предмет исследования, а также теоретические и методологические основы исследования.

Глава 1. Современные подходы к оценке эстетического и технического состояния фасадов здания как градостроительной составляющей, методы их комплексной реконструкции. Одна из основных задач градостроительства заключается в создании средствами архитектурной композиции эстетически-полноценной среды, обеспечивающей социально-психологический комфорт населения.

Актуальность данного направления подчеркивается недостатками, присущими облику большинства сложившихся российских городов и определяемыми монотонностью массового строительства, наблюдаемого в условиях современной типовой застройки. Насыщенность зрительными элементами окружающей визуальной (или видимой) среды, т.е. среды, которую человек воспринимает через орган зрения во всем ее многообразии, оказывает сильное воздействие на психо-эмоциональное состояние населения.

Современная наука видеоэкология условно делит всю видимую среду на две части: естественную (природная среда: леса, поля, горы, водоемы, облака) и искусственную (здания и сооружения, транспортные средства, малые архитектурные формы и др.). В основе своей естественная видимая среда находится в полном соответствии с физиологическими нормами зрения, в отличие от искусственной, которая во многих случаях находится в противоречии с законами зрительного восприятия человека.

За последние 50 лет произошло резкое ухудшение визуальной среды в местах обитания человека. Особенно большие изменения произошли в городах, где появилось множество гомогенных и агрессивных визуальных полей, в условиях которых глаза не могут полноценно работать. Под гомогенными полями понимаются видимые поля в окружающем пространстве, на которых либо отсутствуют зрительные детали вообще, либо количество их резко снижено. В городских условиях гомогенные визуальные поля образуются торцами зданий, крышами, асфальтовыми дорогами. Агрессивные визуальные поля - это поля, состоящие из множества одинаковых элементов, равномерно рассредоточенных на некоей поверхности. Это присуще всем многоэтажным жилым зданиям, где на плоской стене рассредоточено большое число окон.

Фасады зданий, помимо возложенных на них функций по обеспечению архитектурной выразительности жилой застройки, являются наружной частью ограждающих конструкций и защищают помещения от воздействия внешней среды. Воспринимая определенные нагрузки, они должны отвечать целому ряду общих требований. А именно: по прочности и устойчивости; по долговечности, соответствующей уровню ответственности здания; по огнестойкости; по теплозащите; по паропроницанию; по защите от шума; по ветрозащите и по сейсмостойкости. Однако в процессе эксплуатации ограждающие конструкции подвергаются воздействию агрессивных сред природного и техногенного характера. В результате указанных воздействий происходят изменения первоначальных свойств материалов конструкций, которые приводят к несоответствию многим вышеперечисленным требованиям.

Проведенный анализ результатов натурных обследований технического состояния ограждающих конструкций жилых зданий различных типовых серий и периодов постройки в городе Москве позволил выявить следующие массовые дефекты и разрушения, а также установить их частоту в процентном отношении к общему количеству обследованных зданий:

- протечки и промерзания в зонах горизонтальных и вертикальных межпанельных и межблочных стыков наружных стен - более 90%;

- появление плесени, грибковых образований, темных пятен и отслоений обоев в жилых помещениях - 25-30%;

- промерзание по контуру оконных и дверных проемов - 75-80%;

- значительные превышения допустимого нормируемого температурного перепада в четыре градуса на внутренней поверхности наружных стен (между температурой воздуха и температурой поверхности стен) - 40-45%;

- повреждение оконных и дверных блоков общих помещений, как следствие - низкие температуры внутреннего воздуха - 55-60%;

- низкие шумоизоляционные характеристики - 30-35%.

Данный комплекс проблем связан во многом со старением и разрушением материалов, а также с допущенными ошибками при производстве строительно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ.

Жилой фонд, построенный до введения современных требований по показателям тепловой защиты зданий, характеризуется недостаточным уровнем теплозащиты, что приводит к недопустимо высоким затратам энергии на поддержание необходимых параметров микроклимата. Экспертные оценки и расчеты показали, что более 70% потенциального эффекта энергосбережения в сфере коммунального хозяйства можно обеспечить за счет модернизации и реконструкции эксплуатируемых зданий. Данные заключения подтверждаются опытом зарубежных стран.

При проведении комплексной реконструкции фасадов зданий индустриальной жилой застройки 50-90-х годов необходимо в полной мере учитывать весь комплекс описанных проблем, системно подходя к вопросам управления градостроительно-архитектурным обликом, технико-экономическими и социальными характеристиками застройки, а также к выбору материалов и изделий, необходимых для создания комфортной и безопасной городской среды.

Исходя из современного опыта проведения реконструкции фасадов жилой застройки, можно выделить две технологии, получившие наиболее широкое распространение на территории РФ:

- фасадные системы штукатурного типа;

- навесные вентилируемые фасадные системы (НВФС).

Согласно данным проведенного исследования рынка применяемых фасадных технологий, общее количество фактически смонтированных фасадных систем штукатурного типа и навесных вентилируемых фасадных систем на территории РФ за период с 2004 по 2008 годы представлено на рисунке 1.

Рис. 1. Общее количество смонтированных фасадных систем в РФ

фасад здание реконструкция эстетический

Необходимо отметить, что из общего количества смонтированных фасадных систем доля, приходящаяся на реконструкцию жилого сектора, постоянно растет и составила:

- в 2006 году - 5,7% (874,4 тысячи квадратных метров);

- в 2007 году - 7,4% (1 559,7 тысячи квадратных метров);

- в 2008 году - 10,0% (2 532,1 тысячи квадратных метров).

При этом, примерно в 75% случаях реконструкцию фасадов проводят с использованием навесных вентилируемых систем.

Аналогичная тенденция роста объемов реконструированного жилого фонда наблюдается и в Москве, что связано с реализацией программы по капитальному ремонту многоквартирных домов.

Однако проведенный анализ проектно-сметной документации и оценка выполняемых строительно-монтажных работ показали, что, несмотря на все положительные стороны проводимой программы, ее первые результаты нельзя считать однозначно успешными и максимально эффективными. Здесь следует отметить, что при проведении реконструкции фасадов предусмотрена безальтернативная схема, регламентирующая применение фасадной системы штукатурного типа с тонким наружным слоем и навесной вентилируемой системы с облицовкой керамогранитными плитами. При этом определены конкретные марки и характеристики применяемых материалов и конструктивных решений внутренних слоев систем.

В результате на реконструируемых объектах жилой застройки в городе Москве наблюдается повсеместное применение типовых проектных решений и идентичных материалов, зачастую не учитывающих градостроительно-архитектурных особенностей прилегающих к ним территорий, а также экономических, технических, экологических и других факторов. Это приводит к тому, что реализуемые проектные решения нельзя считать в полном смысле удовлетворительными и, во многих случаях, они являются временной мерой, устраняющей присущие «нарушения» фасадов зданий.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что без проведения предварительного системного учета и анализа комплекса определяющих факторов, а также без расчета и сравнения существующих альтернативных решений, не может быть обеспечена должная эффективность результатов реконструкции фасадов сложившейся типовой жилой застройки городов.

Глава 2. Системный учет факторов и методика анализа приоритетов, обеспечивающих эффективность реконструкции фасадов зданий жилой застройки городов. Решение градостроительной задачи по управлению архитектурным обликом, технико-экономическими и социальными характеристиками жилой застройки при проведении ее реконструкции с применением современных фасадных технологий представляется достаточно многогранным. Большое число условий, определяющих конечный результат, предполагает использование методов системного подхода, комплексно охватывающего всю многогранность поставленного вопроса.

Проведенный анализ существующих методик комплексного подхода применительно к решаемой градостроительной задаче позволил сделать выбор в сторону метода анализа иерархий (МАИ). Обоснование данного выбора заключается в том, что он позволяет использовать все имеющиеся у исследователя по рассматриваемой проблеме знания и соображения, а также является достаточно простым и эффективным способом построения количественных оценок для труднооценимых понятий и явлений. Метод анализа иерархий является замкнутой логической конструкцией, обеспечивающей с помощью определенных правил анализ сложных проблем во всем их разнообразии и приводящей к наилучшему результату.

Практическое решение поставленной задачи на первом этапе исследования было сведено к пошаговому анализу комплекса факторов и выбору критериев, влияющих на конечный результат. Методически работа заключалась в формализации задачи в виде иерархической структуры (иерархии), т.е. системы наслаиваемых уровней, каждый из которых состоял из многих элементов, или факторов. Вершиной иерархии (верхний уровень) была принята основная цель рассматриваемой задачи - эффективное проведение реконструкции жилой застройки городов с применением современных фасадных технологий.

Теория метода заключается в том, что каждый последующий наслаиваемый уровень должен содержать критерии, которые в той или иной степени оказывают влияние на критерии предыдущего уровня и, в конечном итоге, на верхний уровень. Эти критерии можно назвать подцелями, решение которых позволяет достичь решения главной поставленной цели.

Выбор критериев иерархии из множества факторов, способных оказать влияние на основную цель, осуществлялся на основе анализа существующих проблем фасадов зданий сложившейся жилой застройки и условий обеспечения их эффективной реконструкции. С целью сокращения огромного количества незначительных факторов и определения конечных критериев, на основании экспертных оценок было проведено сравнение степеней влияния всех учтенных факторов на общую цель. Сравнение проводилось по применяемой в МАИ шкале относительного влияния с числовым диапазоном от 1/9 до 9, т.е. (1/9,1/8,1/7,…,1/2,1,2,3,…,7,8,9). Числа шкалы интерпретировались следующим образом: 1 - равное влияние; 3 - слабое превосходство; 5 - сильное превосходство; 7 - очень сильное превосходство; 9 - абсолютное превосходство. Числа 2, 4, 6, 8 и их обратные величины использовались для облегчения компромиссов между слегка отличающимися от основных чисел суждениями. Непосредственно сокращение факторов заключалось в сужении рассматриваемой области до диапазона от 1/7 до 7 (рис. 2) и «отброса» вышедших за данный диапазон параметров.

Рис. 2. Сравнительная шкала относительного влияния факторов на общую цель

В результате проведенного детального анализа множества возможных факторов, выбора оказывающих влияние критериев и их градации на уровни была сформирована итоговая общая система (иерархия), определяющая эффективность реконструкции фасадов зданий жилой застройки (рис.3).

В перечень критериев первого уровня вошли следующие:

I. Создание благоприятной архитектурной среды.

II. Повышение энергосберегающих характеристик жилой застройки.

III. Обеспечение надежности и безопасности технических решений.

IV. Обеспечение требуемой долговечности фасадных конструкций.

V. Создание максимального комфорта проживания населения после (а также во время) реконструкции.

VI. Оптимизация расходов денежных средств.

Для создания максимально благоприятной искусственной визуальной среды города, при реконструкции сложившейся типовой застройки требуется минимизировать количество гомогенных и агрессивных полей, а также соблюсти историческую преемственность или архитектурную сочетаемость с окружающими объектами района. Технические возможности применяемых при реконструкции фасадов решений позволяют сочетать или комбинировать различные варианты облицовочных материалов, отличных по форме, размеру, цвету, фактуре и т.д. Также предполагается замена оконных и балконных блоков, располагающих широким диапазоном вариантов используемых материалов, цветов и форм. Возможно «насыщение» архитектурного образа застройки применением на фасадах малых архитектурных форм: карнизов, пилонов, розеток и многого другого.

Рис.3. Система (иерархия) критериев, определяющих эффективность реконструкции фасадов зданий жилой застройки

Нормативно-методическими документами на территории Российской Федерации установлены требования к тепловой защите зданий в целях экономии энергии при обеспечении санитарно-гигиенических показателей и оптимальных параметров микроклимата помещений. Отметим, что для достижения наилучших результатов реконструкцию рекомендуется осуществлять в рамках комплексной программы, учитывая различные группы ограждающих конструкции: наружные стены; покрытия и перекрытия над проездами; чердачные перекрытия, перекрытия над неотапливаемыми подпольями и подвалами; окна и балконные двери, витрины и витражи; а также фонари с вертикальным остеклением. При детальном рассмотрении вопроса реконструкции наружных стен, были выявлены параметры, в наибольшей степени определяющие их энергоэффективность: теплотехнические характеристики существующих ограждений, применяемых теплоизоляционных материалов, а также коэффициент теплотехнической однородности фасадной системы с учетом возникающей неоднородности стен.

Критерий по обеспечению надежности и безопасности применяемых при реконструкции фасадов зданий жилой застройки технических решений представляется одним из наиболее важных составляющих выстраиваемой нами иерархии. Требуется обеспечить несущую способность элементов каркаса, провести расчеты запаса прочности грунтов оснований, фундаментов и наружных стен зданий. Ответственным моментом является выбор крепежных элементов, для осуществления которого требуется проведение их натурных испытаний.

Важным параметром, определяющим надежность и безопасность реализованных решений, является качество выполнения строительно-монтажных работ. Контроль качества должен осуществляться ответственными представителями проектной организации (авторским надзором), заказчика (техническим надзором) и инспектирующими органами. Наибольшая же ответственность за качество выполненных работ, по нашему мнению, должна быть возложена непосредственно на подрядную организацию.

Применяемые при реконструкции жилой застройки фасадные технологии должны иметь заключения специализированных организаций по их пожарной и санитарно- эпидемиологической безопасности.

Рассмотренные вопросы по обеспечению надежности и безопасности реконструируемой жилой застройки и применяемых фасадных технологий имеют непосредственное влияние на их долговечность. Соблюдение прописанных условий во многом способно обеспечить нормативный срок эксплуатации, составляющий не менее 30 лет для зданий II уровня ответственности и не менее 50 лет для зданий I уровня ответственности. Однако вопрос по обеспечению требуемой долговечности был выделен отдельным критерием, исходя из отсутствия значительного практического опыта применения современных фасадных технологий на территории нашей страны. Установленные же нормы и правила базируются на результатах лабораторных исследований и проведенных расчетов.

В соответствии с этим, для выявления объективных факторов, определяющих долговечность применяемых фасадных решений, было проведено натурное обследование одного из реконструированных объектов типовой жилой застройки после семи лет эксплуатации на территории города Москвы. Данное обследование, включившее в себя визуальную оценку и лабораторные исследования основных конструктивных элементов фасадной системы, отобранных с пяти демонтированных участков, позволило определить основные критерии, влияющие на ее долговечность и составить рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации аналогичных конструкций. В результате в выстроенную иерархическую модель были внесены следующие параметры: долговечность применяемых материалов, определяемая конструктивным решением системы; характеристики применяемых материалов; экологическая характеристика района реконструкции; качество эксплуатации, проведения строительно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ.

По данным проведенных социологических опросов было выявлено, что среди основных факторов, определяющих уровень комфортабельности проживания населения, влияние на которые может оказать реконструкция фасадов, можно выделить следующие критерии: устранение существующих дефектов ограждений (протечки и промерзания); создание оптимальных температурно-влажностных режимов; повышение наружной шумоизоляции. Кроме того, следует отметить, что важным фактором, требующим дополнительного учета при проведении строительно-монтажных работ, сопровождающихся рядом неудобств для населения, является их продолжительность.

На сегодняшний день при организации тендеров и аукционов по выбору методов проведения строительных работ, подрядных и эксплуатирующих организаций основополагающими критериями являются стоимостные характеристики. В рамках разрабатываемой нами методики учет экономических факторов также является одним из основных критериев, но не единственно-определяющим. Постановка вопроса заключается не в экономии средств, а в оптимизации расходов. Под оптимизацией расходов понимается сокращение затрат на проектирование, строительно-монтажные работы, материалы и комплектующие системы, а также эксплуатацию и ремонтно-восстановительные работы с обязательным соблюдением условий по сохранению качества конечного результата.

Полученная иерархия представляется системой, позволяющей единовременно учесть широкий комплекс критериев всех уровней. Центральным же вопросом иерархии является следующий: насколько сильно влияют отдельные факторы каждого из уровней иерархии на вершину - основную цель?

В соответствии с этим на втором этапе исследования, решение задачи сводится к последовательному попарному сравнению элементов иерархии от верхнего до нижнего уровня. Сравнение осуществляется по описанной ранее шкале относительного влияния элементов системы на ее вышестоящий уровень в диапазоне от 1/7 до 7, а полученные результаты заносятся в квадратную матрицу.

Для определения степени влияния каждого из элементов системы на общую цель, на третьем этапе вычисляются вектора приоритетов из полученных матриц по следующей формуле:

(?i.1 х ?i.2 … х ?i.n)1/n

?i = ------------------------ , (1)

?ni=1 (?i.1 х ?i.2 … х ?i.n)1/n

где ?i - значение вектора приоритетов i-ой строки матрицы;

n - количество столбцов (строк) матрицы;

?i.1 , ?i.2 , … , ?i.n - элементы матрицы i-ой строки.

По окончанию расчетов выполняется проверка согласованности построенной матрицы сравнений и вектора приоритетов за счет определения следующих параметров:

- ?max - максимальное или главное собственное значение вектора, отражающее пропорциональность суждений. Чем ближе ?max к n, тем более согласован результат.

- ИС - индекс согласованности. Указывает на величину отклонения от согласованных суждений и определяется по формуле:

ИС = (?max -n)/(n-1) , (2)

- ОС - отношение согласованности. Определяется по формуле:

ОС = ИС / СИ , (3)

где СИ - случайный индекс: табличная величина, зависящая от количества строк (столбцов) матрицы.

Значение ОС, меньшее или равное 0,10, считается приемлемым.

Если полученное значение ОС более 0,10, проводятся поправки матрицы и перерасчет векторов до получения согласованного результата.

На четвертом этапе исследования рассматриваются возможные варианты решения поставленной задачи. По формуле (1) производится расчет их весовых характеристик, т.е. определяется степень возможности решения комплекса поставленных задач каждым из рассматриваемых вариантов, по результатам чего выбирается наилучший.

Таким образом, на основании сформированной иерархической модели, используя описанную методику расчетов, можно для каждого конкретного реконструируемого района рассчитать и оценить влияние всех определяющих критериев. Решение данной задачи позволяет в конечном итоге выбрать наиболее приемлемый (оптимальный) вариант ее реализации.

Глава 3. Апробация разработанной методики анализа эффективности реконструкции фасадов зданий на примере жилых районов города Москвы, принятие оптимальных решений. Для проверки «работоспособности» разработанной методики была проведена ее апробация на примере трех районов города Москвы, отличных по своим архитектурным, транспортным и экологическим характеристикам: 1) район Левобережный, вдоль Ленинградского проспекта; 2) район Царицыно, по улице Бехтерева; 3) район Якиманка, возле метро Полянка.

Для каждого района были выполнены попарные сравнения элементов всех уровней иерархической структуры и построены соответствующие матрицы. Далее были вычислены векторы приоритетов, т.е. определены степени влияния всех критериев на общую цель, и проведена проверка их согласованности. Полученные значения вектора приоритетов, умноженные для наглядности на сто, были занесены в иерархию, т.е. указаны весовые характеристики каждого критерия. Фрагмент проведенных расчетов и полученных результатов для района Левобережный отображен на рисунке 4.

	I	II	III	IV	V	VI	Вектор приоритетов	Проверка согласованности
I	1	4	1/2	1	1	2	0,182	6,08	0,02	1,24	0,02
II	1/4	1	1/4	1/3	1/3	1/2	0,056
III	2	4	1	2	3	3	0,331
IV	1	3	1/2	1	1	2	0,173
V	1	3	1/3	1	1	2	0,162
VI	1/2	2	1/3	1/2	1/2	1	0,096
							? 1,00	?max	ИС	СИ	ОС

Рис.4. Пример составления и расчета матрицы попарных сравнений

Следует отметить, что полученные весовые характеристики одних и тех же факторов для различных районов имеют значительные отличия. Это указывает на прямую зависимость критериев иерархии от характеристик рассматриваемой жилой застройки. На рисунке 5 представлен график сравнения данных величин для первого уровня иерархии.



Рис.5. Сравнение весовых характеристик критериев первого уровня

После получения результатов весовых характеристик, дальнейшим этапом работы предусматривается выбор наиболее оптимального решения по применению фасадных систем при реконструкции рассматриваемых районов.

На основе анализа различных вариантов установлено, что в настоящее время наиболее широкое распространение на территории РФ имеют следующие семь технологий:

Вариант 1. Навесная вентилируемая фасадная система с облицовкой керамическим гранитом 600х600.

Вариант 2. Навесная вентилируемая фасадная система с облицовкой крупноразмерными фиброцементными панелями (типа «Минерит»).

Вариант 3. Навесная вентилируемая фасадная система с облицовкой армированными тонированными стеклянными панелями.

Вариант 4. Невентилируемая фасадная система с облицовочным штукатурным слоем.

Вариант 5. Навесная вентилируемая фасадная система с облицовкой мелкоразмерной бетонной окрашенной плиткой 600х100 (типа «Марморок»).

Вариант 6. Навесная вентилируемая фасадная система с облицовкой алюмокомпазитными панелями.

Вариант 7. Комбинированный вариант из различных фасадных систем.

Отметим, что в соответствии с поставленной задачей, выбор данных вариантов является ориентировочным и может быть в значительной степени расширен в силу развития промышленной индустрии и распространения других аналогичных технологий.

На данном этапе проведения расчетов выбранные для сравнения фасадные технологии получили итоговые весовые значения. Однако для достижения максимальной эффективности проведения реконструкционных работ следует детально рассмотреть как характеристики описанных технологий, так и методы проведения работ, дальнейшей эксплуатации и др. В связи с этим на данном этапе исследования автором предлагается сократить количество рассматриваемых вариантов с целью последующего более детального рассмотрения описанных характеристик. Сокращение альтернативных решений предлагается осуществить по следующей схеме, разработанной автором в рамках проводимого исследования.

Так как сумма значений итогового вектора приоритетов равна единице, в качестве краевой границы отбора приемлемых вариантов предлагается выбрать значение, получаемое по формуле:

Lкр = 1 / m , (4)

где Lкр - краевая граница отбора;

m - количество альтернативных вариантов решения.

Для дальнейшего рассмотрения следует оставлять те варианты, значения весовых характеристик которых больше или равны Lкр.

В нашем случае Lкр принимается равным 0,1429 для всех рассматриваемых вариантов, так как количество альтернативных решений на первом этапе для всех районов принято равным семи. На рисунке 6 представлен график отбора наиболее оптимальных решений для трех рассматриваемых районов, из которого для дальнейшего рассмотрения выбраны следующие варианты:

Район №1 - варианты №1, №5;

Район №2 - варианты №2, №4;

Район №3 - варианты №4, №7.

Рис.6. График отбора оптимальных вариантов проведения реконструкции

Для выбора наилучшего решения из двух ранее отобранных для каждого района были проведены дополнительные расчеты на основе углубленной детализации и уточнения характеристик этих вариантов. Расчеты проводились по аналогии с описанной ранее методикой. В результате по каждому рассматриваемому району были определены следующие окончательные решения:

- Район №1 (Левобережье) - наиболее целесообразным является применение фасадной технологии с облицовкой плиткой типа «Марморок» различных цветов. Допускается применение той же облицовки одного цвета.

- Район №2 (Царицыно) - наиболее целесообразным является применение фасадной технологии с облицовкой крупноразмерными фиброцементными панелями типа «Минерит» различных цветов. Допускается применение фасадных технологий с облицовочным штукатурным слоем и окраской в различные цвета.

- Район №3 (Якиманка) - наиболее целесообразным является применение фасадной технологии с облицовочным штукатурным слоем и обязательным применением малых архитектурных форм. Допускается применение навесных вентилируемых фасадных систем с применением в качестве облицовки комбинированных систем и созданием на фасадах объемных декоративных изображений, малых архитектурных форм - карнизов, пилонов, сандриков и др.

По результатам выполненных расчетов и полученных решений для трех рассматриваемых районов была подтверждена научная гипотеза исследования о возможности системного управления градостроительно-архитектурным обликом, технико-экономическими и социальными характеристиками сложившейся типовой жилой застройки городов при ее реконструкции с применением современных фасадных технологий

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Систематизированы принципы создания благоприятной градостроительно-архитектурной среды жилой застройки при проведении ее реконструкции за счет:

- минимизации гомогенных и агрессивных полей, создаваемых фасадами зданий типовой застройки городов;

- соблюдения исторической и архитектурной преемственности при реализации реконструкционных мероприятий;

- возможности использовать современные технологии, применяя материалы, отличные по форме, фактуре, размерам и цвету, комбинируя их между собой и, при необходимости, дополняя декоративными элементами.

2. Определены основные критерии обеспечения требуемой долговечности, эксплуатационной надежности и безопасности современных фасадных технологий на основе анализа существующих регламентов, а также самостоятельно проведенных натурных и лабораторных исследований.

По результатам проведенных исследований установлены эксплуатационные особенности конструктивных решений фасадных технологий, определяющие их безотказность и долговечность. К данным особенностям относятся: степень герметичности и одновременной «вентилируемости» систем, наличие или отсутствие ветровлагозащитных мембран, способ крепления теплоизоляционных материалов, а также прочность облицовочных материалов нижних этажей. Кроме того, подтверждены результаты проанализированных ранее исследований о влиянии качества материалов, проведения строительно-монтажных и эксплуатационных работ на надежность, безопасность и долговечность конструкций.

3. На основании действующих требований к энергосбережению в жилой застройке и анализа современных методов их обеспечения определено, что повышение теплотехнических характеристик ограждающих конструкций позволяет снизить энергопотребление существующего жилого фонда до 30%. Установлено, что получение данных результатов можно достичь только при комплексном подходе, т.е. при единовременной реконструкции наружных стен, оконных и балконных блоков, чердачных и цокольных перекрытий и т.д.

4. Уставлено, что для достижения наиболее комфортных условий для проживания и удовлетворенности населения достигнутыми результатами реконструкции фасадов зданий, первичными критериями являются ликвидация существующих дефектов, вызывающих локальные протечки и промерзания, а также достижение благоприятных температурно-влажностных параметров внутреннего микроклимата. Представленные данные были получены по результатам проведенного социологического опроса жителей нескольких районов города Москвы на предмет оценки «важности» различных задач реконструкции фасадов их домов, решение которых может говорить об ее эффективности.

5. Выполнена структуризация понятия эффективности реконструкции фасадов. Определены критерии и методы их количественного определения посредством аналитического описания или субъективных шкал. Построена иерархическая структура целей, включающая в себя следующие наборы:

- создание благоприятной градостроительно-архитектурной среды;

- повышение энергосберегающих характеристик жилой застройки;

- обеспечение надежности и безопасности технических решений

- обеспечение требуемой долговечности фасадных конструкций;

- создание комфортных условий проживания населения;

- оптимизация расходов денежных средств.

6. Разработана методика многофакторного анализа, представляющая собой универсальный инструмент для управляющего градостроительного органа и проектировщиков, позволяющая:

- комплексно учесть основные факторы (критерии), выстроенные в виде иерархии, определяющие эффективность реконструкции жилой застройки с применением современных фасадных технологий;

- произвести сравнительный анализ данных критериев применительно к рассматриваемому району, и на основании проведенных расчетов (по методу анализа иерархий) присвоить коэффициенты важности каждому из них;

- принять оптимальное решение в виде наилучшей альтернативы по результатам подсчета итоговых «весовых характеристик» рассматриваемых альтернатив.

7. Подтверждена практическая приемлемость разработанной методики в ходе ее апробации на примере трех представительных, отличных друг от друга районов города Москвы, в результате которой:

- установлено, что влияние критериев иерархии на конечный результат при выборе метода проведения реконструкционных работ во многом определяется характеристиками сложившейся застройки;

- введено и предложено использование показателя «краевой границы отбора» для исключения наименее удовлетворяющих основной цели иерархии альтернативных решений на промежуточных этапах расчета;

- определена возможность пошагового уточнения и детализации свойств рассматриваемых альтернативных решений в ходе проведения расчетов, позволяющая в конечном итоге получить максимально емкое и оптимальное решение.

8. Выявлены основные направления субоптимизации расходов денежных средств на проводимую реконструкцию, зависящие от градостроительно-архитектурных, технических и социальных характеристик сложившихся районов и жилых застроек.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ АВТОРА

1. Багин А.С. Системный учет факторов, определяющих эффективность проведения реконструкции жилой застройки с применением современных фасадных технологий // Научно технический журнал Вестник МГСУ, №4, 2009 - Периодическое научное издании, М.:МГСУ, 0,55 п.л. (стр. 14-18).

2. Багин А.С., Оськин В.М. О работоспособности утеплителя Isover низкой плотности в конструкции вентилируемого фасада системы Марморок // Academia. Архитектура и строительство, №5 - М.: Российская Академия архитектуры и строительных наук, 2009, 0,55 п.л. (стр. 336-340).

3. Касьянов В.Ф., Багин А.С. Оценка долговечности навесной вентилируемой фасадной системы «Марморок» по результатам проведенного натурного обследования // Сборник докладов научно-технической конференции «Современные фасадные системы: эффективность и долговечность» - М.:МГСУ, 2008, 0,67 п.л. (стр. 238-343).

4. Шойхет Б.С., Касьянов В.Ф., Багин А.С. Теплоизоляция «Изовер» в навесных вентилируемых фасадах // Ежемесячный научно-технический и производственный журнал «Строительные материалы», №6 - М.:, ООО РИФ «Стройматериалы», 2006, 0,33 п.л. (стр. 60-62).

5. Касьянов В.Ф., Багин А.С. Система навесных вентилируемых фасадов «Марморок» с тепловой изоляцией «Изовер» // Сборник докладов международной научно-технической конференции «Эффективные тепло- и звукоизоляционные материалы в современном строительстве и ЖКХ» - М.:МГСУ, 2006, 0,78 п.л. (стр. 136-142).

Размещено на Allbest.ru