CC BY
2
УДК 696
Иванова А.Д.
магистрант 2 курса СПбГАСУ, г. Санкт-Петербург, РФ
СБОРНЫЕ ИНЖЕНЕРНЫЕ МОДУЛИ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ТИПЫ, МЕТОД ОЦЕНКИ «МОДУЛЬНОСТИ»
Аннотация
Применение сборных механических, электрических и сантехнических (МЕР) модулей - одна из технологий выездного строительства, которая может значительно повысить производительность. Модульное предварительное изготовление инженерных систем становится более распространенным с развитием индустрии сборных строительных конструкций. Однако в настоящее время применение такой технологии возможно только для небольших систем, где интегрированные элементы применяются в системах водоснабжения, вентиляции, отопления и других инженерных коммуникаций в здании. Термин «оптимальная модульность» используется редко из-за отсутствия эффективного метода модульности. В этой статье подробно рассматривается понятие «модульности», применяемое к инженерных системам, типы сборных инженерных модулей и методика оценки модульности систем.
Ключевые слова
Модульное строительство, МЕР, инженерный модуль, быстровозводимые здания, инженерные системы, сантехнический модуль, экономичность.
Введение
Строительная отрасль переходит в стадию предварительной подготовки, когда строительные работы в основном выполняются в заводских и производственных условиях, а работы на строительной площадке значительно сокращаются. Предварительное изготовление было успешно реализовано во многих отраслях строительства и является одной из наиболее впечатляющих технологий, среди которых есть и изготовление механических, электрических и сантехнических (МЕР) модулей. Инженерный модуль обычно включает в себя трубы, кабельные лотки и вентиляционные каналы, на долю которых приходится от 40% до 60% общей стоимости строительства зданий [1]. После заводского изготовления на производстве инженерные модули транспортируются на площадку и устанавливаются в потолке, под полом, в шахтах или нишах [2]. Традиционно, строительство и монтаж инженерных сетей страдает от неэффективности трудовых коллективов, погоды, опасных условий труда, трудности в поддержании контроля качества и, как следствие, роста затрат. Также доступ к монтажу может быть ограничен, если рядом с границами строительной площадки есть другие здания, поэтому различные подрядчики сталкиваются с трудностями при ввозе оборудование и материалов на объект [3-5]. Практика изготовления инженерных модулей обеспечивает реальную альтернативу, чтобы и компоненты систем вентиляции отопления и сантехники, и конструкция модуля были изготовлены, проверены, маркированы и протестированы за пределами площадки.
Определение модульности инженерных систем
Обычно сборный инженерный модуль имеет стальную раму, охватывающую различные элементы, такие как трубы, воздуховоды и кабельные лотки. Стальная рама используется для поддержки элементов инженерного оборудования, а также для установки модуля путем соединения стального каркаса с другими элементами (например, потолком или стеной). Также для проектирования инженерных модулей
применяется информационное моделирование зданий (BIM), чтобы свести к минимуму перепроектирование узлов и дефекты [6]. В результате использования таких модулей достигается сокращение сроков строительных работ и проектирования, улучшение качества строительства, повышение безопасности объекта, и снижение капитальных затраты [7].
По оценкам некоторых исследований, примерно 10% доработок на строительная площадка связана с дефектами качества [8,9], а с учетом скорости переделок при монтаже инженерной системы приближается к 20% [1]. Общие проблемы инженерных модулей в основном включают неправильные типы элементов и неправильное расположение элементов инженерных систем (далее - ИС) в заводском исполнении, что приводит к неправильному соединения между модулями или вставки в полости стен во время установки. Кроме того, дефекты модулей невозможно легко отремонтировать на месте, что приводит к задержке строительства и перерасходу средств из-за переделок. Поэтому важное значение имеет проверка геометрического качества инженерных модулей на заводе сборных конструкций перед их отправкой и транспортировкой на объект.
Типы сборных модулей/систем MEP и их приложения
Технологии сборных инженерных модулей на более высоком уровне, такие как передовые сборные инженерные системы и элементы и интегрирование в проект сборных узлов помогут достичь более высокого уровня производительности. Примеры типов сборных инженерных модулей/систем и их применение приведены ниже.
1. Сборные компоненты
Применение возможно во всех областях, а экономия рабочей силы до 30%
Примером подобных модулей могут послужить следующие элементы: гибкая водопроводная труба, кабель «подключи и работай», сборный предизолированный воздуховод, гибкая капельница разбрызгивателя.
2. Подсборки
Применение - коммерческие объекты, здравоохранение, промышленность, жилые комплексы, экономия рабочей силы до 45%.
1. Сборные модули инженерных установок. Например, пожарные насосные станции, интегрированные с автоматикой (рис. 1).
Рисунок 1 - Насосная станция пожаротушения
2. Горизонтальные потолочные модули, которые могут содержать в себе элементы воздуховодов, труб и лотков.
3. Вертикальные стояковые модули или шахт-пакеты (рис. 2).
Рисунок 2 - Пример шахт-пакета
3. Интеграция с архитектурными или структурными компонентами
Возможное применение таких элементов есть в коммерческой области, в здравоохранение, в промышленности, а экономия рабочей силы будет достигать 60% в зависимости от сложности проекта. Примеры таких конструкций следующие:
1. Сборные модули, интегрированные с подиумом;
2. Стояк с модулями платформы;
3. Сборный горизонтальный модуль с потолочным щитом, освещением и указателями выхода.
4. Полностью готовые сборки
Применение на коммерческих объектах, в строительстве жилых зданий. Экономия рабочей силы до 70% 1. Сантехнический модуль/кабина (рис. 3)
Рисунок 3 - Сантехкабина «ПИК»
Методика оценки модульности
Индекс оптимальной модульности (OMI) основан на стоимость сборки/материалов (ACP) и стоимость монтажа (HCP) и может быть рассчитан по уравнению (1). Стоимость на затраты и матричная кластеризация были первоначально использованы (Lapp & Golay, 1997) для модульность атомных электростанций.
OMI = ACP + НСР (1)
Стоимость сборки меняется в зависимости от количества различных вариантов модулей, а стоимость монтажа варьируется с весом и размерами модуля. Стоимость сборки (ACP) и стоимость монтажа (HCP) для каждого случая может быть определена из уравнений 2 и 3.
п
ACP = ^ni^CPi (2)
i
Где,
ni = количество сборок типа i
CPi = стоимость материалов для типа сборки i
т
HCP = ^mi^RCi (3)
i
Где,
mi = количество модулей в весе
RCi = стоимость аренды оборудования по весу
Заключение
В данной статье подробно рассмотрено понятие «модульности» в применении строительства и монтажа инженерных систем, таких как сантехника, вентиляция, отопления и др., приведены примеры использования на практике и преимущества такой технологии, рассмотрены типы модулей и представлен один из возможных вариантов оценки «модульности». Показано, что оптимальная модульность для систем сильно зависит от размеров модуля и точки разделения модуля. Исходя из приведенных исследований, можно сделать вывод о том, что применения инженерных модулей способствует улучшению контроля качества коммуникаций, существенное сокращение сроков проектирования и строительства, улучшение условий труда и экономия ресурсов. Список использованной литературы:
1. A. Khanzode, An integrated, virtual design and construction and lean (IVL) method for coordination of MEP. Center for Intergrated Facility Engineering (CIFE), Stanford University, 2010
2. T. Samarasinghe, P. Mendis, L. Aye, D. Gunawardena, R. Karunaratne, BIM and modular MEP systems for super-tall and mega-tall buildings, 8th International Conference on Structural Engineering and Construction Management, 2017
3. C.B. Tatum, T. Korman, MEP coordination in building and industrial projects, Center for Integrated Facility Engineering (CIFE), Stanford University, 1999
4. T.M. Korman, M.A. Fischer, C. Tatum, Knowledge and reasoning for MEP coordination, J. Constr. Eng. Manag. 129 (6)(2003) 627-634
5. C. Tatum, T. Korman, Coordinating building systems: process and knowledge, J. Archit. Eng. 6 (4) (2000) 116121
6. E. Dogan, H. Polat, A research for efficiency of using prefabrication building components in Building Information Modeling (BIM) process, International Multilingual Academic Journal 1 (1) (2016)
7. T.M. Korman, N. Lu, Innovation and Improvements of Mechanical, Electrical, and Plumbing Systems for Modular Construction Using Building Information Modeling, AEI 2011: Building Integration Solutions, 2011
8. M. Safa, A. Shahi, M. Nahangi, C. Haas, H. Noori, Automating measurement process to improve quality management for piping fabrication, Structures 3 (2015) 71-80
9. B. Akinci, F. Boukamp, C. Gordon, D. Huber, C. Lyons, K. Park, A formalism for utilization of sensor systems and integrated project models for active construction quality control, Autom. Constr. 15 (2) (2006) 124-138
© Иванова А.Д., 2024
УДК 628.394
Кудряшова А.С.
магистрант 2 курса СПбГАСУ, г. Санкт-Петербург, РФ
МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСРЕДОТОЧЕННОГО ВЫПУСКА СТОЧНЫХ ВОД
Аннотация
В целях изучения влияния процесса сброса сточных вод в водный объект, была создана модель сосредоточенного выпуска с использованием конечно-элементного анализа в ANSYS CFX. По итогам обработки результатов моделирования были сделаны выводы о размерах зоны влияния и произведена проверка аналитическим расчетом.
Ключевые слова
сосредоточенный выпуск сточных вод, зона влияния, компьютерное моделирование, ANSYS CFX.
Вопросы экологической безопасности имеют высокую значимость в условиях постоянного воздействия человека на природу. Большие города и промышленные комплексы должны с особой серьезностью подходить к решению задач, связанных с уменьшением выбросов вредных веществ и их воздействием на окружающую среду, в том числе водные объекты [1].
Снижение отрицательного влияния на водные ресурсы возможно благодаря проведению предварительного анализа альтернативных методов сброса сточных вод, улучшением действующих способов охраны воды, реализацией водоохранных мероприятий и использованием компьютерного моделирования [2].
В рамках законодательства РФ разработаны специализированные нормативные документы, которые устанавливают предельно-допустимый сброс, гарантирующий соответствие водных ресурсов установленным нормам. В этих документах указаны критерии, относящиеся к проектированию, характеристикам воды, размерам зон санитарной защиты и прочим аспектам [3].
Во время исследования была создана модель участка реки длиной 5 метров. Русло реки имеет трапецеидальную форму шириной по верху 2 метра, шириной по дну - 1 метр и высоту - 1 метр. Выпускающее устройство с оголовком имеет диаметр 110 мм и находится на расстоянии 0,2 м от дна водоема. Направление потока струи сточной жидкости продольно руслу реки.
Выпускающее устройство сбрасывает в водоток смесь воды и индикаторного вещества. Цель исследования состоит в наблюдении интенсивности перемешивания чистой и загрязненной воды, а также в оценке объемной доли загрязнений по отношению к общему объему воды.
Разработка модели в программном комплексе Ansys SFX включает 5 основных этапов:
1. Создание геометрии моделируемого объекта.
2. Генерация сетки и проверка ее качества с использованием специальных параметров.
3. Задание граничных условий.
4. Выполнение расчета численного моделирования.
