В.Г.ЗАИКИН главный специалист института «Карагандинский Промстройпроект»

В настоящее время экспертиза уделяет значительное внимание расчетам строительных конструкций (РСК). Это явление вполне объяснимо на фоне волны разрушительных "катаклизмов” в Европе, России, да и у нас, в Казахстане. Следует заметить, что внимание в основном уделяется проблеме надежности возводимых зданий и сооружений.
Если же взглянуть на результаты РСК еще и с иной народнохозяйственной точки зрения, то вполне может выясниться, что в строительной отрасли перерасходуется такое количество строительных материалов, что стоимость этого дорогостоящего "запланированного перерасхода” с лихвой перекрывает затраты на нынешних "дешевых”проектировщиков.
Таким образом, особое внимание к РСК - это не сиюминутная прихоть экспертных органов, а действительно злободневная задача.
К сожалению, действенные подходы к контролю РСК в проектах пока не выработаны. Отсутствуют также стимулы повышения качества расчетов в проектных организациях. Между тем, расчет - это сердцевина надежного и эффективного проекта. Хорошо известен тот факт, что известный русский инженер, основатель отечественного металлостроительства Шухов В. Г., всегда выполнял расчеты сам, не доверяя их даже своим соратникам. Касательно методов экспертизы РСК в проектах, высказываемых в прессе, можно выделить две преобладающих точки зрения. Официальная позиция экспертизы заключается в привычном административно-экстенсивном подходе: проектировщик должен все разложить по полочкам - предоставить экспертным органам полную информацию о примененных компьютерных программах и выбранных методах расчета с обоснованиями, результаты расчета должны быть оформлены как в визуально-графической, так и в численной формах, расчеты сложных объектов должны выполняться по двум независимым программам и т.д.. Противоположное мнение основывается на том, что расчет- это "ноу-хау” проектировщика. Он не должен никому предоставляться хотя бы по той причине, что нарушаются права авторства. В любом случае полную ответственность за качество проекта в соответствии с Законодательством несет только автор проекта. Экспертиза при необходимости должна выполнять проверочный расчет либо самостоятельно, либо с привлечением авторитетной или аккредитованной независимой проектной организации. В настоящее время и в России и в Казахстане одерживает верх первый подход. Очевидно, это более естественно для нашего менталитета, хотя второе предложение без сомнения продуктивнее.
Очевидной спецификой выполнения расчетов на современном этапе является глобальная автоматизация РСК на базе суперсовременных программных комплексов. В новом тысячелетии, следуя за строительной отраслью, проектировщики как бы сразу шагнули в мир современных технологий. Практически повсеместно на их плечи единовременно свалились проблемы перехода от типового малоэтажного к индивидуальному и высотному домостроительству, от сборного к монолитному железобетону, от ручного к компьютерному проектированию. Сжатые сроки проектирования сложных объектов не позволяют работать по-старинке, выполняя РСК по локальным расчетным схемам с большой долей ручных расчетов. Современный расчет здания включает в себя десятки расчетов отдельных конструкций (фундаментная плита, колонны, плиты и т.д.), объединенных в расчетной схеме "здание в целом”. Плоские расчетные схемы остаются еще в промышленном проектировании, но и здесь расчеты по пространственным схемам значительно эффективнее.
Стремительный переход к новым методам РСК до настоящего времени не всем проектным фирмам оказывается по силам. В этой связи уместно рассмотреть ряд проблем, сопровождавших РСК на протяжении всей истории современного проектирования, но заметно обострившихся в последнее время.
ПРОБЛЕМА 1. Второстепенная роль РСК в проектах.
Отношение экспертизы к РСК обозначено в начале статьи. Хотя работа с расчетами проводится зачастую формально, все же особое внимание проявлено. Однако, несмотря на позицию экспертных органов, в среде проектировщиков упорно продолжает "гулять” мнение о том, что расчеты не так уж и нужны, либо не так уж и важны. Во вновь нарождающихся фирмах со слабой постановкой РСК получает распространение оценка расчета лишь как средства "отмазаться” от экспертизы. В проектных организациях со сложившимися традициями РСК по инерции остаются на вторых ролях предоставления некоей "услуги” конструкторам. Складывающаяся ситуация естественна, учитывая, что результаты расчетов не являются товарной продукцией проекта. Господствует лист, а не расчет. Очевидно, так может и будет продолжаться до тех пор, пока превалирующей самоценностью расчета является лишь составляющая надежности, а экономичность решений оставляется "на потом”. Иначе говоря, пока господствует затратная философия строительства.
Между тем возможности современных методов РСК по экономии строительных материалов впечатляют. Карагандинскому Промстройпроекту довелось выполнять проверочные расчеты каркаса и фундаментов главного корпуса Казахстанского электролизного завода, который сейчас возводится по китайскому проекту в Павлодаре.
Расчеты были выполнены за 2 недели. В результате по первой очереди главного корпуса завода выявлена возможная экономия стали 500-600т, бетона - до 4000м3, арматуры- до 600т. Ожидаемый экономический эффект только по каркасу главного корпуса составил до 1млн. долларов, что равно годовому объему работ проектной организации "средней руки”. Расчеты выполнялись в полном соответствии со СНиП в обычной упругой постановке. Если учесть, что СНиП оставляет до полуторакратного запаса несущей способности, то вопрос надежности никоим образом не возникает, имеет место чистый перерасход дорогостоящих строительных материалов. Можно привести массу примеров подобного рода проектирования. А ведь в конечном итоге все деньги являются народнохозяйственными. Зачем вообще нужны подобные затратные проекты?
ПРОБЛЕМА 2. О выборе программ для расчетов.
Идеальных программ не бывает. Авторы программ не несут ответственности за результаты расчетов. Это стало уже прописными истинами. В этой связи зачастую доходит до абсурдных предложений. Например, одно время звучало предложение узаконить на территории Казахстана применение "наиболее правильной” программы, а именно, широко распространенного в Астане «SCAD OFFICE». Конечно, было бы удобно складывать на полку единообразно выполненные расчеты. Но это глубоко неверный подход. К примеру, «ЛИРА» в отдельных видах расчетов значительно продвинутее «SCADа», тем более является его прародительницей. Сейчас на территории Казахстана получают распространение еще и «STARK ES» и «MIKRO FE». Это только глобальные ПС. Кроме того, есть ведь еще практически необозримая масса других программ для различных видов РСК.
Проектная организация вправе самостоятельно решать вопрос о том, какие современные программные средства брать на вооружение. Программа уже хороша, если "в общем и целом” удовлетворяет пользователя. Другое дело - как обеспечить достоверность результатов расчетов. Незаменимым критерием истины в этом может быть только СНиП. И хотя идеология СНиП меняется в сторону раскрепощения творческого потенциала проектировщика, нормативные расчетные методики сосредоточены именно в СНиП. Причем эти методики значительно эффективнее применяемых в массовом проектировании. Проектировщик, находясь постоянно в условиях дефицита времени, а, как правило, и достаточных знаний, предпочитает расчет максимально упрощать, оставляя "за бортом” многие положения СНмП, в особенности направленные не на запас, а на экономию материалов. Поэтому можно смело сказать, что если поставить целью обеспечить массовое применение в проектах расчетных методик СНиП, то наряду с надежностью зданий, будет обеспечена и ощутимая экономия строительных материалов.
Как же повысить и проконтролировать качество автоматизированных РСК в проектах в увязке с нормативными методиками СНиП? В Карагандинском Промстройпроекте в 90-тых годах пошли по пути разработки Технологических инструкций (ТИ) к применяемым программам расчетов. Идея заключается в документальном оформлении опыта эксплуатации программ, накопленного в СИТР института. Документ является материалом для внутреннего пользования, обеспечивающим технологию выполнения расчетов на компьютере в увязке со СНиП. Применение ТИ может вводиться приказом по институту в виде стандарта СМК.
Отличительными особенностями ТИ от инструкций авторов программ являются:
- ТИ "гарантируют" соответствие результатов расчета положениям СНиП (в рамках возможностей алгоритма) при условии выполнения всех приведенных в ТИ рекомендаций. Гарантии обеспечиваются разделом, описывающим особенности реализации пунктов СНиП для выполняемого программой вида расчета. Для нереализованных или спорных положений СНиП приводятся необходимые рекомендации Дополнительной гарантией являются расчеты тестовых примеров по Пособиям и Руководствам к СНиП с верификацией результатов.
- ТИ исходят из посылки "идеальных программ не бывает” и содержат раздел с описанием "узких” мест, недоработок и ошибок в эксплуатируемой версии программы и рекомендациями их возможного обхода при необходимости. При этом учитываются как СНиП, так и традиционные приемы проектирования, принятые в данной проектной организации. Раздел развивается по мере вносимых изменений авторами или собственными силами, уяснения вопросов по переписке.с авторами.
- ТИ рассчитаны на рядового проектировщика и дают подробное описание назначения и особенностей заполнения позиций исходных данных, рекомендации по чтению и возможным доработкам результатов машинного расчета.
-ТИ рассчитаны на переходный период становления массовой компьютеризации и содержат раздел с описанием необходимых особенностей операторской работы пользователя с программой за пультом компьютера.
Т.о. Технологические инструкции, описывая технологию применения программ с учетом специфичных приемов проектирования конкретной проектной организации, вносят полную ясность для производительного и качественного выполнения расчетов с механизмом контроля по СНиП.
ПРОБЛЕМА 3. О специализации расчетов.
По мнению авторов программ тенденция современного автоматизированного проектирования такова, что расчеты на компьютере должен уметь выполнять любой проектировщик. Возможно, в будущем так и будет. На современном же этапе такая постановка РСК вряд ли реальна. Ведь для выполнения расчета недостаточно оперативных навыков работы с программой на компьютере. В отличие от чертежных программ процесс расчета скрыт и недоступен для визуального просмотра, а если и открыт, то выражен не в образах, а в цифрах. Расчетчик должен владеть методикой расчета досконально и обладать умением оценки и анализа численных результатов.
Вспомним институтские годы. В среде студентов лишь отдельные индивидуумы проявляли выраженные способности считать и анализировать. Как правило, это были студенты, имевшие склонность и к математике. Большая же часть предпочитала более простые приемы выполнения курсовых работ. Это естественно, т.к. большинство людей имеют иные предпочтения и "по жизни”. Как там у Гете: ”Печать теории скупа, а древо жизни пышно зеленеет…”. Естественно, что немного специалистов, склонных к расчетам, и среди проектировщиков. Специфика заключается еще и в том, что разработка проекта занимает продолжительный временной период, расчет же достаточно скоротечен. Опыт показывает, что редкое обращение к программе, тем более к расчетной, практически сводит на нет производительную работу. Что же тут ожидать поголовного выполнения РСК. Вряд ли такие расчеты будут безупречными.
Тем не менее, нельзя обособлять конструкторов от выполнения расчетов вообще. Во-первых, грядет то время, когда появятся глобальные автоматизированные системы проектирования, совмещающие все части проекта, включая расчет, в едином целом.
Во-вторых, особенно для молодежи, нарастает проблема: не умеешь считать - не умеешь и проектировать. Раньше конструкторы выдавали в расчет расчетную схему рамы здания, предварительно оценив условия работы отдельных конструкций и здания в целом, а затем сверяли с собственными представлениями результаты расчета. Расчеты мелких рам, колонн, балок и пр. выполнялись вручную. Т.е. старые кадры умели анализировать и считать по СНиП, а значит, в полной мере владели искусством проектирования. Сейчас в расчет отдают архитектурные промежутки здания в целом и получают готовые результаты для всех конструкций. Поскольку глобальные расчетные комплексы универсальны, но и специфичны, расчетчикам отдаются также и отдельные мелкие рамы, балки, фермы и т.д. Молодому конструктору практически нечего считать. "Расчет - это способ рассуждения”-, утверждают авторы книги "Компьютерные модели конструкций”. Именно рассуждениями и обделено начинающее поколение конструкторов, работающее главным образом c AUTOKAD.
Решением проблемы может быть своеобразное "разделение труда” в РСК по следующей схеме: сложные расчеты выполняют расчетчики, всевозможные мелкие и конструкторские расчеты - конструкторы. Для второй части расчетов вовсе необязательно привлечение глобальной расчетной программы. Сейчас имеются небольшие и универсальные разработки типа "Инженерный калькулятор”. Для массовой и успешной работы с подобными программами разработка Технологических инструкций просто необходима.
ПРОБЛЕМА 4. Сертификация программ.
Без сомнения, все программы, применяемые в проектировании, должны иметь авторские сертификаты. Однако опыт работы убеждает, что наличие сертификата не означает полной гарантии качества программы и отсутствия всевозможных ошибок и неточностей. За примером далеко ходить не надо: и ЛИРА, и SCAD, широко распространенные в Казахстане, будучи сертифицированными еще с середины 90-ых годов, преодолели за прошедшее десятилетие нелегкий путь устранения огромного количества недоработок. Очевидно, с вводом нового СНиП по железобетону история может повториться вновь, хотя и сейчас состояние расчетов КЖ по обеим программам неидеально. К сожалению, авторы программ предпочитают не утруждать себя признаниями и раскаяниями. Пользователю приходится преодолевать программные несуразицы "на собственной шкуре". При этом каждый проходит свой путь. Наиболее грамотные и опытные ведут переменно успешную переписку с авторами, пытаются по - своему объяснить тот или иной момент, найти способы приспособиться к той или иной ситуации, корректируя исходные данные. Дело обустраивается постепенно, шаг за шагом, и в итоге у разных пользователей рождается собственная технология эксплуатации программы. Так было с освоением программ всегда, так, очевидно, будет и впредь. Ничего безупречного, как известно, не бывает.
Авторы книги "Компьютерные модели конструкций” справедливо называют программные комплексы инструментарием проектирования. Не более того. Они же указывают: "Если реализация конечно-элементной процедуры в настоящее время уже стала уделом отдельных научных работников или даже студентов, то реализация проектных процедур (подбор и проверка сечений) ж/бетонных и стальных элементов … является уделом аналитиков, имеющих большой опыт проектирования и знающих не только набор национальных норм, но и специфику проектирования того или иного региона. Поэтому, если известных программных комплексов, реализующих только конечно-элементную процедуру, очень много, то наличие конструирующих подсистем уже является прерогативой очень небольшого количества разработок…”. Иными словами можно сказать: авторы программ признают, что область реализации расчетных методик СНиП в современных программных комплексах находится в развитии и еще далека от совершенства. Именно это и становится очевидным любому грамотному пользователю из опыта эксплуатации хотя бы тех же ЛИРы и SCADа. От себя можно добавить, что данные разделы программ всегда останутся наиболее сложными в постановке, хотя бы потому, что элементы пространственных конструкций, как правило, находятся в сложном напряженном состоянии, не всегда укладывающемся в рамки СНиП, да и сами методики постоянно развивающихся СНиП непросты в реализации. В то же время, именно эти разделы программ дают конечный продукт РСК для надежного и экономичного проекта - расходы бетона, арматуры и стали.
По совокупности сказанного конструирующие подсистемы глобальных программных комплексов могут стать вторым первоочередным объектом разработки ТИ. Как было отмечено выше, технология эксплуатации программ так или иначе складывается в головах расчетчиков каждой проектной организации, выполняющей расчеты на ПЭВМ. Дело осталось за малым - оформить эти технологии в форме ТИ. Учитывая народнохозяйственное значение проектов, описание технологии использования расчетного инструментария проектировщиков представляется важным делом. С помощью ТИ надежность проектов зданий и сооружений, а также запланированное расходование в них дорогостоящих строительных ресурсов может быть поставлено под надлежащий контроль.
Опыт применения Технологических инструкций в СИТР Карагандинского Промстройпроекта показывает их высокую эффективность при автоматизированном выполнении расчетов.
Следует выделить следующие наиболее значимые моменты:
1.Единая системная технология эксплуатации программ повышает производительность труда и качество расчетов, а, следовательно, повышает эффективность проектов.
2.Любая возникающая проблема работы с программой находит своевременное и однозначное отражение и разрешение в ТИ, чем обеспечивается обратная связь с авторами программ.
3.Позиции расчетчиков по применению той или иной программы расчетов полностью прояснены и открыты для обсуждения с любой инстанцией как внутри института, так и извне.
4.Методы автоматизированных РСК проектировщика прозрачны и доступны для контроля со стороны экспертных органов.
Считаю, что широкое применение ТИ в проектных организациях явилось бы надежной альтернативой нынешнему состоянию контроля РСК в составе проектов. Но самое важное - применение ТИ к расчетным программам могло бы стать показателем уровня проектной организации, важным элементом на пути к оптимальному проектированию строительных конструкций с применением автоматизированных РСК
Внедряемая в Казахстане система менеджмента качества на основе международных стандартов серии ISO 9000 получает распространение и в строительной отрасли. Одним из основных принципов СМК является системный подход к управлению процессами и технологиями. Она, в конечном итоге направлена на рациональное расходование ресурсов, оздоровление окружающей среды.
Обязательная сертификация ТИ расчетных программ в проектировании могли бы дополнительно повысить надежность инструментов внутренней СМК каждой проектной организации.
Разработка ТИ к расчетным программам может найти свое применение и в других отраслях народного хозяйства.

Материал взят из статьи В.Г.ЗАИКИНА в газете "Строительный Вестник" от 09.07.2007 на сайте http://builder.kz