Менейлюк О. І., Олійник Н. В., Черепащук Л. А. Багатокритерійний аналіз визначення найбільш ефективного рішення зведення огороджуючих конструкцій // Міжнародний науковий журнал "Інтернаука". — 2019. — №7.
Технічні науки
УДК 69.05: 69.07: 69.003.12: 69.003.13
Менейлюк Олександр Іванович
доктор технічних наук, професор,
завідувач кафедри технології будівельного виробництва
Одеська державна академія будівництва і архітектури
Менейлюк Александр Иванович
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой технологии строительного производства
Одесская государственная академия строительства и архитектуры
Menelyuk Alexander
PhD, Professor,
Head of the Department of Technology of Construction Production
Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture
Олійник Наталя Володимирівна
кандидат технічних наук,
доцент кафедри технології будівельного виробництва
Одеська державна академія будівництва і архітектури
Олейник Наталья Владимировна
кандидат технических наук,
доцент кафедры технологии строительного производства
Одесская государственная академия строительства и архитектуры
Oliynyk Natalya
PhD, Associate Professor of the Department of Technology of Construction
Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture
Черепащук Лариса Анатоліївна
кандидат технічних наук,
асистент кафедри технології будівельного виробництва
Одеська державна академія будівництва і архітектури
Черепащук Лариса Анатольевна
кандидат технических наук,
ассистент кафедры технологии строительного производства
Одесская государственная академия строительства и архитектуры
Cherepaschuk Larisa
PhD, Assistant Professor of the Technology of Construction Production
Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture
БАГАТОКРИТЕРІЙНИЙ АНАЛІЗ ВИЗНАЧЕННЯ НАЙБІЛЬШ ЕФЕКТИВНОГО РІШЕННЯ ЗВЕДЕННЯ ОГОРОДЖУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ВОЗВЕДЕНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
MULTI-CRITERIA ANALYSIS OF DETERMINING THE MOST EFFECTIVE DECISIONS OF CONSTRUCTION OF PROTECTIVE STRUCTURES
Анотація. Стаття присвячена аналізу сучасних технологій зведення огороджувальних стінових конструкцій будівель і споруд. Всі технології полягають у використанні в своїй конструкції енергоефективних матеріалів. Основною причиною, що викликала зміни в устрої огороджувальних конструкцій, став сучасний нормативний документ по теплозахисту [4]. Дослідження полягають в порівнянні нової технології зведення огороджувальних конструкцій з сучасними по багатокритеріальної аналізу.
Ключові слова: багатошарові конструкції, енергоефективні технології, огороджувальні конструкції, багатокритерійний аналіз, енергоеффектівность.
Аннотация. Статья посвящена анализу современных технологий возведения ограждающих стеновых конструкций зданий и сооружений. Все технологии заключаются в использовании в своей конструкции энергоэффективных материалов. Основной причиной, вызвавшей изменения в устройстве ограждающих конструкций, стал современный нормативный документ по теплозащите [4]. Исследования заключаются в сравнении новой технологии возведения ограждающих конструкций с современными по многокритериальному анализу.
Ключевые слова: многослойные конструкции, энергоэффективные технологии, ограждающие конструкции, многокритериальный анализ, энергоэффективность.
Summary. The article is devoted to the analysis of modern technologies for the construction of enclosing wall structures of buildings and structures. All technologies consist in the use of energy-efficient materials in their design. The main reason that caused changes in the structure of enclosing structures was the modern regulatory document on thermal protection [4]. Research consists in comparing the new technology of construction of enclosing structures with modern multi-criteria analysis.
Key words: multilayer structures, energy-efficient technologies, enclosing structures, multi-criteria analysis, energy efficiency.
На сьогоднішній день в Україні набрало популярність будівництво індивідуальних будинків. Як правило, це малоповерхові будинки в околицях великих міст, які задовольняють не тільки особисті потреби, а й виконують соціально-економічні завдання державних програм. Розвиток нових технологій зведення малоповерхових будівель і споруд грає важливу роль в підвищенні енергоефективності будівельної галузі. Адже сучасний ринок матеріалів представлений величезною різноманітністю продукції для підвищення ефективності будівництва. Тенденції житлового будівництва враховують підвищені вимоги до комфортності та енергозбереження [1, с. 111; 7, с. 209]. У зв'язку з різноманітністю сучасних технологій зведення будівель і споруд і винаходом нових виникла необхідність в аналізі і виборі найбільш ефективних технологій, які дозволять зводити будинки швидше, дешевше, з мінімальними затратами і механізацією будівельних робіт і, що особливо актуально, - з максимальним теплозберігаючим ефектом.
Аналіз відомих результатів досліджень показує, що в роботах [2; 3; 6; 8; 11; 12; 13] дослідження спрямовані на поділ технологій будівництва на складові частини з метою їх вивчення. Такий аналіз полягають в основному в описі переваг і недоліків технології зведення будівель і споруд. Дані роботи допомагають скласти коротке резюме технології та їх обґрунтування.
У даній роботі пропонується застосування багатокритеріального аналізу з метою визначення найбільш ефективних рішень зведення будівель і споруд. Він є сучасним інструментом прийняття рішень в області оцінки технологій будівництва, який забезпечує раціональний, систематизований і прозорий процес прийняття рішень, заснований на використанні декількох критеріїв і забезпечує вибір тієї чи іншої технології [10]. Завдання багатокритерійного аналізу полягає в тому, що порівнювані технології, зіставляються по великому числу кількісних і якісних критеріїв.
Методика багатокритеріального аналізу для вирішення конкретного завдання включає в себе: вибір технологій для порівняння, визначення набору критеріїв (якісні і кількісні) впливають на вибір; аналізу технологій за критеріями; застосування вагових коефіцієнтів, використовуваних для оцінки альтернативних технологій і вибору найкращого варіанту.
Сучасні технології зведення малоповерхових будівель і споруд характеризуються скороченням термінів будівництва, мінімізації грошових витрат і експлуатації важкої будівельної техніки. Адже раніше, будівництво індивідуального одно-, двоповерхового будинку займало за часом рік і більше, але сучасні технології будівництва дозволяють звести будинок за лічені місяці. Багато з таких технологій є закордонними.
Аналіз відомих способів зведення малоповерхових будівель і споруд представлені у вигляді класифікації (рис.1).
На підставі пошуку актуальних відомостей про обрані технології прийняті наступні найбільш значущі критерії оцінки:
кількісні:
Опір теплопередачі для кожного рішення розраховувалося за формулою:
де, – опір теплопередачі; – коефіцієнти тепловіддачі внутрішньої і зовнішньої поверхні, Вт/(м2·К); – тепловий опір i-го шару конструкції, (м2·К)/Вт; - товщина i-го шару конструкції, м; - теплопровідність матеріалу i-го шару конструкції (розрахункова теплопровідність), Вт/(м·К); - кількість шарів конструкції.
якісні: сезонність будівництва; стійкість до утворення цвілі, гниття і руйнування; доставка будматеріалів.
Рис. 1. Класифікація технологій будівництва малоповерхових будівель
Таблиця 1
Порівняння обраних технологій зведення огороджувальних конструкцій будівель і споруд
На підставі аналізу інформаційних джерел складена таблиця порівняння технологій зведення будівель і споруд за обраними критеріями (табл.1).
Критеріями вибору конструктивно-технологічного рішення огороджувальних конструкцій служать показники, які найбільш повно і об'єктивно оцінюють його основні характеристики.
Критерії вибору мають багаторівневий підхід, який передбачає вирішення численних завдань: технічних, технологічних, експлуатаційних, економічних і екологічних.
Інструментом для обробки оцінок багатокритерійного аналізу є «зведена діаграма», реалізована в програмі Microsoft Excel [9, с. 209]. Ці діаграми формуються разом зі «зведеною таблицею» (табл. 1), за допомогою якої, можна підсумувати, аналізувати, вивчати і узагальнювати дані зовнішніх джерел.
Для початку, наведемо загальну діаграму, яка згрупує значення кількісних критеріїв за всіма технологіями (рис.2).
Аналізуючи таблицю 1 і зведену діаграму (рис.2) розглянутих технологій зведення огороджувальних конструкцій видно, що такий критерій як опір теплопередачі задовольняє нормативному значенню, яке встановлене для II температурної зони = 2,8 м2·С/Вт, тому, в подальшому він не розглядається. Решта критеріїв є важливими при виборі технології та використовуються для подальшого порівняння.
Розглядаючи обрані технології в таблиці 1 самими неефективними рішеннями є: цементно-стружкові плити з товщиною стіни в 640 мм і вагою 560 кг/м2; керамічна цегла з товщиною в 530 мм і вагою 603 кг/м2, але у свою чергу, має найкращі характеристики по довговічності і усадці; вапняк-черепашник з товщиною 530 мм і ваг в 642 кг/м2, є не стійким до вологи і веде за собою утворення цвілі, гниття і руйнування матеріалу.
Такий критерій як вага матеріалів, впливає на дороговизну його доставки і необхідності в залученні важкої техніки для розвантаження на будівельному майданчику та має додаткове навантаження на фундамент. Одним з важливих переваг сучасних будинків є значне збільшення корисної площі будинку за рахунок відчутного зниження товщини несучих стін. Тому в подальшому конструктивні рішення 1, 3 і 14 (табл.1) можна не враховувати. Решта технології приймаємо для подальшого аналізу за допомогою «зведених діаграм».
Критерій довговічності є основним параметром будівель, які обумовлюють якість несучих конструктивних елементів - фундаменту і стін. Протягом всього терміну служби будівлі, вони піддають технічному обслуговуванню та ремонту. Періодичність ремонтних робіт залежить від довговічності матеріалів, з яких виготовляються конструкції, впливу навколишнього середовища та інших факторів. Згрупуємо технології зведення будівель і споруд по якісному критерію стійкості до утворення цвілі гниття і руйнування і порівняємо їх технологічні показники по довговічності (рис. 3), оцінені в балах.
Діаграма порівняння технологій зведення будівель за критерієм довговічності на рис.3, визначає, що конструктивні рішення Сандвіч або SIP-панелей мають найнижчі експлуатаційні якості. Довговічність таких конструкцій становить 30 років (табл.1). Вартість 1м2 таких огороджувальних конструкцій становить 1546 грн. Найбільш витратними як в економічному плані, так і в технологічному, є конструктивні рішення стін з дерева, зокрема, оциліндрованих колод і клеєного бруса. Ці матеріали вимагають постійної обробки спеціальними сумішами. У зв'язку з цим термін служби низький і становить 50 років. До того, вони є найдорожчими варіантами 5065 (оциліндрований брус) і 7066 грн/м2 (клеєний брус). Хоча ефективні в плані товщини, ваги і корисної площі приміщень. Незнімна опалубка ТЕХНОБЛОК, має в якості внутрішнього конструктивного елементу вологостійку фанеру, яка через свої фізичні властивості, вимагає разової обробки матеріалу спеціальними сумішами, що знижує її термін служби. До того, вартість 1м2 такої стіни складає 2492 грн, що, в порівнянні з іншими рішеннями, є вище середнього. Тому, конструктивні рішення 5, 6, 8 і 10 (табл.1) надалі не враховуємо.
Згрупуємо технології що залишилися за критерієм витратності доставки будівельних матеріалів, також ваги і товщини стіни, які в свою чергу впливають на вибір фундаментної основи (рис. 4).
Рис. 3. Діаграма порівняння технологій зведення будівель за критерієм довговічності, згрупованих за критерієм стійкості до утворення цвілі гниття і руйнування
Рис. 4. Діаграма порівняння технології зведення будівель за критеріями ваги і товщини стіни, згрупованих за критерієм дорожнечу доставки будівельних матеріалів
Аналізуючи цю діаграму (рис. 4), видно, що керамічні поризовані блоки мають найменші значення за всіма критеріями. Товщина таких стін дорівнює 470 мм і вага 467 кг/м2. У зв'язку з тим, що матеріал має пористу структуру, він не витримує ударних навантажень. Міцність зберігає тільки в кладці, а при транспортуванні він досить крихкий матеріал, що тягне за собою підвищену вартість доставки. Полістиролбетонні блоки також мають значну товщину готової стінової конструкції - 500 мм, хоча являється легким будівельним матеріалом через залучені структури полістиролу. Але, через це, мають низькі міцністні характеристики. Надалі не враховуємо рішення 2 (табл.1).
Далі, згрупуємо технології зведення огороджувальних конструкцій за критерієм сезонності будівництва і схильності матеріалу до усадки (рис.5), що відображається на виробничих процесах і додаткових витратах.
Рис. 5. Діаграма порівняння технології зведення будівель за критерієм схильності матеріалу до усадки (%), згрупованих за критерієм сезонності будівництва
В ході розгляду і аналізу технологій, для подальшого порівняння залишилися конструктивні рішення з використанням незнімної опалубки. Будівля заведена методом незнімної опалубки, має підвищені енергозберігаючі характеристики, і крім цього, значно знижується навантаження на фундамент, скорочується час, вартість і трудомісткість на зведення.На діаграмі (рис. 5) видно, що із усіх технологій, газобетон і полістиролбетон мають значення показника усадки гірші ніж інші. Це пояснюється випаровуванням води з пористої структури матеріалів, які спостерігаються при висиханні блоків. Вони висихають таким чином, що зовнішня їх частина звужується, а внутрішня залишається незмінною, сприяючи тим самим утворенню мікротріщин. Тому будівництво з газобетонних блоків рекомендується проводити в теплу пору року. З усіх технологій виключаємо 4 і 13 (табл.1).
Технології зведення будівель в незнімній опалубці типу «ТІБЕ, Термодом, Легодом, Изодом, Plastbau, СОТА, 3-D армовані панелі», за патентами UA №115636 «Багатошарова стінова панель», UA №115637 «Багатошарова огороджувальна стінова конструкція», UA №123124 «Багатошарова стінова панель», UA №123125 «»Багатошарова стіна» є аналогами по використовуваних матеріалах і основним експлуатаційним показникам при різних виробниках. Так як основним з обраних критеріїв є вартість за 1 м2 огороджувальної конструкції, то розглянемо решту рішень за даним критерієм (рис.6).
Діаграма (рис.6) показує, що найдорожчими рішеннями серед монолітних конструкцій в незнімної опалубки є «СОТА», за патентами UA №115637 «Багатошарова огороджувальна стінова конструкція», UA №123125 «»Багатошарова стіна» (Додаток А2, А6) та Plastbau. Тому, виключаємо 11, 12, 16 і 18 (табл.1).
Рис. 6. Діаграма порівняння технології зведення огороджувальних конструкцій в незнімної опалубки за критерієм вартості (грн/м2)
Для остаточного прийняття рішення щодо вибору оптимальної технології зведення будівель, вводимо вагові коефіцієнти критеріїв. Вони використовуються для встановлення важливості кожного з критеріїв. Важливість критерію визначається як сума добутків вагових коефіцієнтів критеріїв і оцінки цього критерію в балах, в результаті чого, виходить інтегральна оцінка технології. При цьому сума вагових коефіцієнтів за всіма критеріями повинна дорівнювати одиниці. В результаті рівняння інтегральних оцінок робиться остаточний вибір ефективного рішення.
Конструктивно-технологічні рішення, критерії з урахуванням вагових коефіцієнтів представлені в табл.2.
Таблиця 2
Порівняння технологій зведення огороджувальних конструкцій будівель з урахуванням вагових коефіцієнтів
Відзначимо, що в цьому випадку, при введенні вагового коефіцієнта критеріїв, максимальне значення результату з урахуванням вагового коефіцієнта технологій за патентами UA №115636 «Багатошарова стінова панель» та UA №123124 «Багатошарова стінова панель» має найнезначніші вартісні витрати і мінімальні технічні характеристики (вага, товщина стіни). Отримані дані ще раз підтверджують популярність будівель за технологією незнімної опалубки. Вибрані технології за патентами UA №115636 «Багатошарова стінова панель» та UA №123124 «Багатошарова стінова панель» відносяться до альтернативних рішень, які дозволяють зводити будинки швидше і дешевше, при цьому мінімізуючи трудовитрати і збільшуючи теплозберігаючий ефект.
За результатами порівняльного аналізу технологій зведення огороджувальних конструкцій найбільш ефективним є конструктивне рішення за патентом UA №123124 «Багатошарова стінова панель» з такими показниками: вартість зведення 1 м2 огороджувальної конструкції 1 436 грн. Товщина 390 мм і вага дорівнює 385 кг, що забезпечує корисну площу внутрішніх приміщень на 11% більше в порівнянні з цегляною стіною (603 кг і 530 мм) при розмірах будівлі 10 × 10 м і зменшення ваги в 1,5 рази. Опір теплопередачі забезпечується на рівні 3,1 м2·С/Вт, що вище ніж нормативно встановлений 2,8 м2·С/Вт для II кліматичної зони. Також одна з переваг - це можливість будівництва в будь-яку пору року, із забезпеченням стійкості до вологості, цвілі і грибкових уражень стіни (рис.7).
Література
