Основные понятия и определения

Понятия «качество» и «надежность» объекта или процесса находятся в тесной связи друг с другом.

Рассмотрим сначала ряд определений, имеющих прямое отношение к качеству строительной продукции. При этом под строительной продукцией понимаются не только материалы, изделия, конструкции, но и готовые построенные объекты, а также законченные виды работ – земляные, бетонные и железобетонные, каменные, монтажные и т.д.

Согласно ГОСТ [6] качество объекта (строительной продукции) – совокупность свойств продукции, обусловливающих её пригодность дл эксплуатации по назначению.

Показатель качества продукции - это количественная характеристика её свойств.

Интегральный показатель качества продукции есть комплексный показатель, отражающий соотношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации или потребление продукции и суммарных затрат на её создание, эксплуатацию или потребление.

Уровень качества строительной продукции – относительная характеристика качества продукции, основанная на сравнении совокупности показателей её качества с соответствующей совокупностью базовых показателей.

Технический контроль в строительстве – это проверка соответствия процессов и их результатов, от которых зависит качество продукции, установленным техническим требованиям.

Стандартизация – это установление и применение правил (требований) с целью упорядочения деятельности в определенной области, в частности, в строительстве.

Теперь рассмотрим ряд понятий и определений, связанных с проблемой надежности применительно к строительным процессам.

Прежде всего дадим определение самого понятия «надежность». Согласно ГОСТ «Надежность – это свойство системы (сооружения) сохранять требуемые эксплуатационные характеристики (выходные параметры) в условиях, для которых она (система) создана, в течение срока службы (нормативного или установленного)». Однако, срок службы любой системы, как известно, ограничен. Поэтому необходимо уметь количественно оценивать уровень её надежности.

Сложность решения проблемы надежности в строительном производстве заключается в том, что она является комплексной и к тому же технико-экономической. Например, во многих случаях бывает более выгодно обеспечить высокую надежность сооружения уже на стадии проектирования, чем поддерживать необходимое его качество в процессе эксплуатации многочисленными ремонтами.

В отдельных отраслях транспортной науки уже давно занимаются обеспечением надежности таких технических систем, как тяговые двигатели локомотивов, устройства связи, СЦБ и других средств автоматики. Достигается это, как правило, созданием избыточной прочности, износоустойчивости и долговечности, а также использованием соответствующих средств эксплуатации. Имеются апробированные методики, гарантирующие надежное функционирование этих систем в процессе их конструирования и изготовления, разработки нормативной базы и типовые расчётные схемы, ведется накопление статистических данных. Однако, в области строительства, особенно таких сложных комплексов, как сооружение новых и реконструкция и эксплуатация существующих железных дорог, проблема надёжности стала разрабатываться лишь в последние годы. Физическими предпосылками этого послужили следующие обстоятельства:

Во-первых, неполноценность оценки эффективности построенного или реконструированного объекта только по экономическим критериям. Причина этого заключается в статичности самих экономических критериев, не позволяющих учитывать те реальные динамические процессы, которые происходят в такой сложной системе, как, например, железная дорога и её подсистемах (ВСП, земляное полотно, ИС и др.). Поэтому мероприятия по усилению той или иной подсистемы не находят удовлетворительной оценки с помощью экономических критериев. Необходимо найти такой критерий, который бы хорошо отражал динамические процессы, происходящие в системе, и при этом позволял бы оценивать состояние системы в период осуществления того или иного мероприятия.

Во-вторых, специфика самих строительных процессов. Известно, что во многих строительных процессах продолжительность основных и вспомогательных операций, связанных с физико-химическими изменениями в используемых материалах, измеряется разными интервалами времени. Например, при кирпичной кладке стен раствор требует дополнительного времени для набора необходимой прочности и, соответственно, для обеспечения прочности и устойчивости возводимой стены. Аналогичные процессы можно наблюдать и при производстве бетонных и железобетонных работ. Кроме того, на качество производства работ влияют и внешние факторы – погодно-климатические, инженерно-геологические, нагрузки – вибродинамические или сейсмические и др.

Наконец, важным обстоятельством является нарастание сложности строительных процессов. Наглядным примером могут служить комплексы строительства в экспериментальных условиях (вечномерзлые грунты, болота, высокая сейсмичность и др.). В этом случае строительный комплекс может и должен рассматриваться как сложная динамическая система, изучать которую целесообразно с позиций системного анализа.

Например, строительство новой железной дороги может рассматриваться, как большая система, состоящая из ряда подсистем (земляное полотно, ИС, ВСП, линейные здания и сооружения). Неполадки в одной из подсистем прямо влияют на надежность работы всей большой системы.

Отмеченные обстоятельства явились основными физическими предпосылками к началу разработки инженерной теории надежности строительных процессов.

Теория надежности основана на системном подходе к изучению работы тех или иных объектов. В этой связи, любой строительный комплекс можно рассматривать как сложную систему, состоящую из более простых систем (подсистем), непрерывно взаимодействующих между собой в период производственного процесса и оказывающих влияние на поведение в целом всей системы. Отдельные составные части любой рассматриваемой системы или подсистемы, выделенные по конструктивному, функциональному или иерархическому признаку, и имеющие самостоятельную характеристику надежности, называются элементами системы. Например, организация строительства железной дороги – это сложная динамическая система, состоящая из более простых систем (подсистем):

· возведение земляного полотна, которое осуществляется мехколоннами;

· постройка зданий и искусственных сооружений (мостов, труб, тоннелей, путепроводов и т.п.);

· ВСП, выполняемая специализированными организациями;

· Строительство автомобильных дорог и ряд других объектов.

В свою очередь, внутри каждой из перечисленных простых систем можно выделить соответствующие элементы, имеющие самостоятельную характеристику надежности. К примеру, при производстве земляных работ это могут быть работы, выполняемые землеройно-транспортными машинами (экскаваторные, скреперные, бульдозерные работы), буровзрывные, гидромеханизированные работы. При постройке ИС это могут быть земляные, бетонные, железобетонные, монтажные гидроизоляционные работы и т.д. каждый из этих строительных процессов, являясь элементом простой системы, характеризуется своим уровнем надежности.

Состояние, при котором система удовлетворяет всем требованиям по нормальному выполнению заданных ей функций, характеризует работоспособность системы. А случайное событие, состоящее в утрате системой работоспособности из-за выхода из строя элементов, называется отказом системы (общим отказом).

Отказ системы (частный отказ) - это случайное событие, происходящее в самом элементе, например, поломка детали, и приводящее к невозможности его дальнейшей работы в установленном режиме.

Например, в системе организации и производства бетонных работ на каком-либо объекте выход из стоя одного из бетоносмесителей бетоно-растворного узла из-за поломки на нем какой-то детали иллюстрирует отказ элемента (частный отказ), а приостановка процесса бетонирования из-за полного отсутствия бетона является отказом системы (полный отказ).

Отказы могут быть внезапными и постепенными. А свойство системы непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного интервала времени (заданного или нормативного) называется безотказностью.

Если системы имеют резервные элементы (материалы, конструкции, машины, оборудование и т.д.), то такие системы называются резервированными. Таким образом, резервирование – это метод повышения надежности системы за счет резервных элементов, предусмотренных на стадиях проектирования или строительства или выделенных в процессе эксплуатации системы. В строительных процессах в ряде случаев резервирование может обеспечиваться не только выделением отдельных элементов (например, строительных материалов, конструкций, машин, оборудования), но и созданием запаса производительности.

Допустим, на конкретном участке сооружения земляного полотна в соответствии с ЕНиР достаточно было выделить четыре катка для уплотнения грунтов при условии их безотказной работы. Если выделенные катки не имеют резерва производительности, то выход из строя любого из них приведет либо к срыву сроков окончания работы, либо к снижению её качества. В этом случае целесообразно использовать на участке пять катков, тогда один из работающих катков фактически будет являться резервным. Существует понятие кратности резервирования системы, представляющее собой отношение числа резервных элементов к числу резервируемых (основных). В рассмотренном примере с уплотняющими катками кратность резервирования составит

где

k – общее количество элементов (катков);

n – число элементов (катков), необходимых для нормальной работы.

Подставляя известные значения, получим

т.е. в данном случае кратность резервирования является дробной величиной. Естественно, системы, резервированные с целой кратностью, будут ещё более надежными.

Пример с резервным работающим катком характеризует систему с постоянно включенным резервом. Если пятый каток не участвует в работе до выхода из строя какого—либо из основных, то такое резервирование называется резервированием с замещением. Каждый из этих способов резервирования имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинством системы с постоянно включенным резервом является простота управления ею: при выходе из строя элемента остальные продолжают работу без какого-либо вмешательства. Недостатком является то, что не сохраняется полностью надежность резервных элементов, т.к. они работают вместе с остальными. Кроме того, задействованный резерв трудно использовать для замены отказавшего элемента другой подобной же системы. Эти недостатки устраняются при использовании резерва по способу замещения. Однако использование способа замещения в строительных процессах требует дополнительных (управленческих) мер, обеспечивающих ввод в действие резервного элемента взамен отказавшего.

Все рассмотренные понятия и определения прямо связаны с количественной оценкой надежности строительного процесса.