Методологія замінності й модульності в розв'язанні проблем проектування будівель та споруд

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

ПОЛТАВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

УДК 721.011.185:721.012:721.013:389.6

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

МЕТОДОЛОГІЯ ЗАМІННОСТІ Й МОДУЛЬНОСТІ В РОЗВ'ЯЗАННІ ПРОБЛЕМ ПРОЕКТУВАННЯ БУДІВЕЛЬ ТА СПОРУД

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі і споруди

РОМАНЕНКО ІГОР ІВАНОВИЧ

Полтава - 1998

Дисертація є рукопис.

Робота виконана в Харківській державній академії міського господарства Міністерства освіти України.

Офіційні опоненти:

Підгорний Олексій Леонтійович, доктор технічних наук, професор, Київський державний технічний університет будівництва та архітектури, завідувач кафедри;

Клімов Юлій Анатолійович, доктор технічних наук, професор, Київський науково-дослідний інститут будівельних конструкцій, завідувач відділу;

Скриль Іван Никифорович, доктор технічних наук, професор, Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, професор.

Провідна установа: Український зональний науково-дослідний і проектний інститут по цивільному будівництву Державного Комітету України у справах будівництва, архітектури і житлової політики, м. Київ.

Захист відбудеться 26 січня 1999 р. о 13 год. в ауд. 234 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 25.01.02 при Полтавському державному технічному університеті імені Юрія Кондратюка за адресою: 314601, м. Полтава, Першотравневий просп., 24.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка, за адресою 314601, м. Полтава, Першотравневий просп., 24.

Автореферат розісланий 26 грудня 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О.В. Семко.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Галуззю дослідження дисертації є основи типового проектування збірних будівель та споруд. Наукова проблема, що в ній досліджується, в цілому являє собою логіко-методологічну експлікацію (тобто заміщення поширених, але неточних та застарілих понять новими науковими) і розробку на її підставі методології проектування будівель та споруд, що відповідають прогресивній практиці та перспективі розвитку збірного та інших напрямків будівництва. Експлікаційна методологія й подається до захисту.

Актуальність теми. Розвиненим етапам типізації та уніфікації збірного будівництва притаманна суперечлива науково-технічна проблема - подолання одноманітності збірних будівель та споруд при одночасному зменшенні багатономенклатурності будівельних конструкцій серійного виробництва. Розвиток типового проектування, як і розв'язання цієї проблеми, здійснюється на методологічних основах архітектурного проектування (властивості, методів та принципу взаємозамінності збірних виробів, методики розмірних рядів та ін.), що були запозичені в свій час з промислово розвинених галузей (переважно машинобудування), але які були тоді і залишились в певних рисах й сьогодні механістичними, що не узгоджуються з діалектичним методом.

Особливості, притаманні зазначеній проблемі, характеризуються поступовим і невпинним збільшенням уніфікованих модульних параметрів будівель та споруд, що є доцільним далеко не завжди в будь-яких галузях будівництва. Сучасне типове проектування розбігається своїми основами з практикою, а також, зокрема, з винахідництвом стосовно до багатоманітності будівельних конструкцій, будівель та споруд.

Загальна, як здається, вичерпаність можливостей розвитку саме нормативних основ, модульну координацію розмірів у будівництві яких переведено в державні стандарти, визначає і відповідну думку про неминучість у збірному будівництві одноманітності й багатономенклатурності. Це спрямовує наукові дослідження на інші шляхи, зокрема в протилежному напрямку індустріалізації - монолітному. Безперечно, вони надають певного доповнення багатоманітності в цілому, але не усувають самої причини проблеми. Монолітне будівництво, до речі, має аналогічну проблему у відношенні багатономенклатурності металоформ, що теж є збірними виробами.

Діючі на даний час основи типового проектування не сприятимуть подальшому розв'язанню проблеми "одноманітності та багатономенклатурності". Така оцінка обумовлена браком в них наукового відбиття збірності насамперед в тому, що властивість, методи і принцип взаємозамінності будівельних конструкцій є однобічними за своїм визначенням, а чинна модульна координація будівель та споруд є лише геометричною.

Це становить головні причини протиріччя в сучасній методології, яка за своїми основами розмежована на напівсфери архітектурного проектування і проектування будівельних конструкцій. Вони потребують розробки таких загальних положень, що сприяли б їх єдності як форми й змісту архітектурно-будівельного (разом) проектування в технологічній взаємодії між ними. Такі положення можуть бути лише наслідком логіко-методологічної експлікації нормативних основ типового проектування. Це забезпечуватиме розв'язання багатьох окремих проблем в будь-яких галузях проектування будівель та споруд різних напрямків індустріалізації, що включають й дрібноштучний та ін.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертацію виконано в Харківській державній академії міського господарства відповідно до галузевих планів НДР кафедри "Містобудування" на 1990-1995 рр. "Дослідження закономірностей формування матеріально-просторового довкілля в період НТР" і на 1996-2000 рр. "Проблеми містобудування в умовах соціально-економічної ситуації, що змінюється". У роботі використано також проектно-конструкторські розробки Всесоюзного (пізніше Українського) НДІОМШБ і Харківського ІМЕСГ, що виконувалися автором згідно з галузевими тематичними програмами і планами Мінвуглепрому (1966-1970, 1975-1980 рр.) і Мінагропрому (1981-1990 рр.).

Результати наукових досліджень і технічних розробок дисертації сприятимуть розвитку основ типового проектування в збірному та інших напрямках індустріалізації, щодо яких Україна має розвинену промислову базу. Експлікаційна методологія надає при цьому певного пріоритету в наступному етапі розвитку цієї галузі наукового знання.

Мета і задачі дослідження. Провідна мета дисертації - забезпечити методологією проектування можливість збільшувати багатоманітність (об'ємно-планувальне, конструктивне, функціональне тощо) збірних й інших будівель та споруд при зменшенні номенклатури промислових серійних виробів, що є рівнозначним також розв'язанню актуальної народногосподарської проблеми в індустріальному будівництві.

Конкретними задачами теоретичного дослідження є:

аналіз та узагальнення положень, що відносяться до властивості, методів і принципу замінності збірних елементів і систем з них;

те саме про властивість, методи і принцип модульності;

виявлення головних чинників і їх складових, що утворюють одно- і різноманітність (разом - багатоманітність) архітектурно-конструктивно-технологічних систем (АКТС), переважно, індустріально-будівельних систем (ІБС);

удосконалення типології АКТС, зокрема, ІБС й інших складових основ проектування, охоплюючи їх термінологію;

систематизація методів одержання різноманітності збірних та інших ІБС проектно-конструкторськими, конструктивно-технологічними й іншими засобами;

розробка на підставі розв'язання попередніх задач загальних для архітекторів,

будівельників і технологів експлікаційної методології проектування збірних та інших ІБС;

розв'язання певних науково-технічних проблем типового проектування з різних галузей (на доказ достовірності одержаних теоретичних і методичних результатів саме як методологічних основ).

Для вирішення поставлених завдань були застосовані такі теоретичні методи дослідження: аксіомо-дедуктивний та дедуктивно-гіпотетичний методи, логіко-методологічна експлікація, системний підхід, теоретичне моделювання, формально- та діалектико-логічний методи, логічна семантика, теорія груп, а також загальнонаукові чинники - аналіз і синтез, систематизація, класифікація, визначення, узагальнення, порівняння, формалізація тощо; використано також доказ та пояснення теоретичних і методичних висновків.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в експлікаційній методології замінності й узагальненій модульності, які характеризують наступний рівень та можливе спрямування типового й нетипового (з виробів промисловості) проектування АКТС, зокрема, ІБС у відношенні типізації та уніфікації збірного й інших напрямків індустріалізації.

Практичне значення одержаних результатів. Спираючись на експлікаційну методологію проектування, розв'язуються будь-які окремі науково-технічні проблеми в різних галузях проектування будівництва в аспекті збільшення багатоманітності ІБС при одночасному зменшенні номенклатур їх елементів. Головна цінність полягає в сприянні подальшому розвиткові нового етапу (стадії, рівня) типізації та уніфікації - експлікаційного. Розроблена методологія єднає історично відокремлену внаслідок двох НТР діяльність архітекторів (зодчих), будівельників (інженерів) і технологів (виробників) не на підставах організаційних і подібних заходів, а завдяки загальним теоретичним основам.

Результати теоретичних досліджень, методичні положення та проектно-конструкторські розробки призначені для наукових і проектних організацій; вони можуть використовуватися у проектуванні типових, а також нетипових будівель та споруд з якнайбільшою їх багатоманітністю із застосуванням якнайменшої кількості типів і типорозмірів збірних та поштучних взагалі промислових виробів. Експлікаційна методологія може застосовуватися у професійно-підготовчій діяльності навчальних закладів з архітектурно-будівельних спеціальностей, що є передумовою ефективного використання її у фахівській діяльності на діалектичному світогляді.

Впровадження результатів роботи здійснено підприємствами різних галузей: складні секції збірно-розбірних будівель (а.с. 740918) виготовлені трестом "Донецькшахтопроходка", експериментальний зразок нагороджено бронзовою медал-лю ВДНГ; пристрій для підсилення балки (а.с. 973752) запропоновано при будівництві молокодоїльного корпусу ПМК учгоспу 1 Травня, сел. Артемівка Харківської обл.; перегородки (а.с. 853036) впроваджені БМУ-7 підприємства п/с В-8669, м. Красноярськ; покриття будівель (а.с. 926191) - БМУ-5 того ж підприємства; спосіб зведення фундаментів (а.с. 604907) - на Головбашбуді БУ-3 тресту 21 та ін.

Теоретичні положення і методичні рекомендації були застосовані ВНДІОМШБ в типових проектах серій 420-06-47, 420-06-48 тимчасових будівель підйомних машин і в проектах тимчасових фундаментів прохідницьких лебідок; інститутом "Харківагропроект" при підвищенні кваліфікації керівників та ІТП; Держбудом України та Харківським ГоловУАМ - при розробці пропозицій з модернізації 5-поверхових великопанельних будинків; АБ України врахована нова термінологія основ типового проектування; ХДАМГ під час підготовки фахівців застосовується авторська збірка інноваційних навчальних видань.

Впровадженнями надано певного економічного й соціального ефекту підприємствам та установам.

Особистий внесок здобувача полягає в одержанні наукових теоретичних і методичних результатів, а також в обґрунтуванні їх винаходами або, навпаки, в розробці останніх на підставі здобутих результатів. У публікаціях із співавторами здобувачеві належить задум ідеї про властивість та розробка методів і принципу різно-, амбізамінності збірних елементів і ІБС, а також утворення і визначення термінів та все, що з цим пов'язане, - аксіома різниці, технічний ефект багатоманітності, окремий закон багатоманітності тощо. Те ж стосується положень і розробок щодо узагальненої модульної координації в будівництві (УМКБ).

Апробація результатів дисертації. Провідні положення дисертації доповідалися і обговорювалися на 29 засіданнях науково-технічних і вчених рад проектних та науково-дослідних організацій, а також на викладацьких конференціях вузів: ВНДІОМШБ (1965-69, 1973-78 рр.), ХІМЕСГ (1979-89 рр.), інституту "Харківагропроект" (1986 р.), ХДАМГ (1990-96 рр.), ПолДТУ ім. Юрія Кондра-тюка (1996, 1997, 1998 рр.), ВАТ КиївЗНДІЕП (1998 р.), інституту "Київський Промбудпроект" (1998 р.), КДТУБА (1998 р.) та ін. За матеріалами дисертації зроблено 23 студентські наукові роботи та доповіді, окремі з яких відзначались на конкурсах. Є позитивні рецензії фахівців.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 2 брошури, 22 статті у наукових виданнях, одержано 57 авторських свідоцтв або патентів на винаходи України, РФ та СРСР, 14 навчальних видань (інноваційних), є 3 опублікованих тези доповідей, 3 інформаційних листки про науково-технічні досягнення.

Структура і обсяг дисертації - 393 с., 76 рис., 14 табл. (на 78 с.); містить зміст, вступ, п'ять розділів, висновки, список використаної літератури із 288 найменувань (21 с.); додатки (окремий том) - 78 арк. містять: словник термінів, перелік іноземних патентів, списки опублікованих наукових праць і винаходів здобувача та перелік впроваджених робіт; сам текст дисертації викладено на 294 с.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

Вступ. Збірне будівництво, що склалося у країні як головний напрямок індустріалізації, на даний час забезпечене великою кількістю типових проектів будь-яких будівель та споруд з усіх галузей будівництва. Для реалізації цих проектів розроблено відповідні номенклатури збірних будівельних конструкцій. Такий стан є результатом цілеспрямованої роботи в типізації та уніфікації, якою забезпечувалися неодноразові скорочення номенклатур збірних виробів, особливо завдяки каталогам - загальним, територіальним, єдиним та ін. Внаслідок цього виникла науково-технічна проблема одноманітності будівель й багатоно-менклатурності виробів, яка з часом стає все актуальнішою. Однією з причин загострення проблеми є все більше відставання методології від практики типового проектування, яка теж не задовольняє потреби суспільства, особливо на даний час. У зв'язку з цим у вступі дана загальна характеристика дисертації (актуальність теми, провідна мета і завдання дослідження, наукова новизна, практичне значення результатів та ін.).

Перший розділ присвячений аналізу стану методології проектування, а саме: розвитку типового проектування та індустріалізації будівництва, а також теоретичних основ типового проектування, на підставі чого визначено науковий напрямок дослідження та науково-технічні проблеми.

Проведений історично-логічний аналіз розвитку типового проектування та індустріалізації будівництва показав хибність основних положень сучасної методології - в термінах (типізації та уніфікації, індустріалізації й ін.), поняттях (про типове проектування, збірність та поштучність тощо), недостатність типології будівель та споруд, відсутність в останній "першопочатку" ділення, неузгодженість й однобічність взаємозв'язку між визначеннями взаємозамінності й модульності та таке інше, що є відповідним науковим основам методології.

Зокрема, склалося так, що "архітектурні конструкції", якими забезпечується дійсна багатоманітність, є індустріальними з початку промислового виробництва елементів будівель та споруд завдяки модульній координації розмірів (тобто за формою). Технологи, для яких багатоманітність є чинником безумовно "шкідливим", знаходять відповідні вирішення цієї проблеми в різних методах гнучких технологій виробництва. "Будівельні конструкції", однак, ще й досі є, так би мовити, неіндустріальними, оскільки інженерно-будівельна складова проектування не відповідає архітектурній через відсутність в неї подібної модульної координації несучої здатності (тобто за змістом), яка є в основах архітектурного проектування за формою (зміст та форма тут - категорії загальнометодологічні; їх взаємодія - технологія і організація будівельного виробництва).

Дане протиріччя, як кардинальне, зумовлене відсутністю спільних архітектурно-конструктивно-технологічних основ проектування, що не забезпечуються нормативно-стандартними підставами взаємозамінності й геометричної модульної координації елементів та збірних систем з них.

Розв'язанню провідної проблеми сприяли теоретичні розробки й впровадження методу варіантного проектування (Полянський А.Т., 1967; 1973 тощо), який в подальшому склав передумови методу єдиних каталогів у житловому та інших видах будівництва. Цій теорії, що подана як творче проектування унікальних будівель та споруд із стандартних виробів, бракує, однак, відбиття інженер-но-будівельної складової утворення багатоманітності, незважаючи на втілення теорії в будівництво рекреаційних будівель та споруд і застосування методики в типовому проектуванні. Варіантність (та комбінаторика, що в ній присутня) в аспекті першоджерела багатоманітності є лише метою або результатом проектування, оскільки вони відповідають на запитання, "що одержуємо" (варіанти) та "як одержуємо" (комбінаторикою) багатоманітність. Цьому методу притаманні геометричні параметри із збільшеними модульними уніфікованими величинами, тобто до нього не причетна їх варіабельність.

Останнє відбиває характерну рису методології розвитку в країні Єдиної модульної системи (ЄМС) в будівництві, а також експериментального і теоретичного моделювання. Це зробило надалі непридатною прогресивнішу за гнучку різальну технологію виробництва конструкцій (на відміну від закордонних технологій).

Подальший розвиток методології багатоманітності міститься в теорії комбінаторики й архітектоніки (Божко Ю.Г., 1991), що застосовується в будівлях та спорудах в аспекті промислової естетики. Комбінаторика, як окрема підстава формоутворення, розглядається в найширшому діапазоні змісту цього поняття - від конкретно-прикладного у проектуванні до сполучення наукових методів, принципів та ін.

Теорія комбінаторики й архітектоніки дає наукове пояснення одержанню багатоманітності складених систем із промислових виробів за формоутворенням, але інженерно-будівельної формозмістовності в неї також бракує. Крім того, вона, як всеохоплююча і всепроникна, однак, не є найуніверсальнішою, оскільки є лише одним із засобів утворення багатоманітності поштучних виробів промисловості. Тобто й вона не викриває першоджерело її походження в збірних системах, хоча на це спрямована як і метод варіантного проектування.

Таким чином, ні основи проектування, ні наукові концепції не відповідають на запитання, що саме є першоджерелом багатоманітності збірних систем із серійних виробів, оскільки таке питання досі не ставилося.

Теоретичні положення даної роботи, що усувають прогалину в основах проектування, спираються на науково-методологічну спадщину М.С. Стрелецького (1937, 1958, 1965 тощо) в галузі типізації та уніфікації будівельних конструкцій. Саме тут стають актуальними її положення про те, що будь-яке явище - це процес, наслідок мінливих причин, а процес - це рух в різних напрямках розвитку з урахуванням економічних, естетичних, а також соціальних та інших запитів; конструктивна форма - величина змінна, що залежить від господарських та громадських чинників. Провідні принципи проектування (концентрація матеріалу, спрощення конструктивної форми й суміщення функцій роботи конструкцій), методичні положення щодо врахування реальних умов роботи типових конструкцій, багатоваріантності можливих схем і конструктивних форм, максимальне наближення розрахунку до дійсної роботи та ін. - мають приховані можливості в теоретичному відношенні й конструктивній реалізації, якщо їх розглядати в логіко-методологічній експлікації. Під кутом зору останньої треба врахувати положення про неминучість перевитрат при уніфікації, наскрізну уніфікацію, уніфікацію навантажень, перемінну градацію величин при уніфікації, взаємозв'язок чинників серійності й однотиповості збірних елементів, метод граничних станів у розрахунках несучої здатності будівельних конструкцій та ін. Зокрема, зауважимо, що метод розрахунку за граничними станами, який став з часом всесвітньо визнаним та нормативним у країні, зазнав опору інженерно-будівельної громадськості. Вважають, що це сталося від його недостатнього методологічного обґрунтування (Зензінов М.О., 1984). З цього походить висновок про необхідність відповідної інтерпретації експлікаційних основ, які змінюють прийняті уявлення і поняття.

У дисертації враховано, що в розвитку типізації та уніфікації минуло декілька характерних етапів (стадій, рівнів) - об'єктний, майданчиковий, видовий, галузевий, наскрізний, єдиних каталогів тощо. Вони вміщують розробку різного складу та обсягу каталогів з відповідними номенклатурами збірних виробів для типових будівель та споруд.

Проведено аналіз концепцій, теорій, методів і прийомів в архітектурно-будівельному проектуванні, в технології виробництва збірних виробів, а також в організації зведення будівель та споруд. У дисертації їх вживано як існуючий грунт сучасного рівня науки і техніки галузі, що досліджується, завдяки працям Авірома Л.С. (1971, 1981), Бережного М.Ф. (1968, 1973), Борисовського Г.Б. (1956), Булгакова С.М. (1988), Вольнова В.А. (1965, 1971), Гохарь-Хармандаряна І.Г. (1977), Дюбека Л.К. (1970), Єжова В.І. (1974, 1981), Зальцмана А.М. (1945), Захарова В.В. (1958), Кікнадзе З.А. (1972, 1975), Кіма М.М. (1969, 1970); Колякова М.Й. (1997), Кошеця Ю.І. (1979), Кошлатого О.Г. (1984), Крюкова Р.В. (1975), Левінтова Б.С. (1967, 1970), Маклакової Т.Г. (1987, 1988), Монфреда Ю.Б. (1978, 1989), Орловського Б.Я. (1980), Орловського Я.Б. (1991), Рудермана Л.Г. (1962), Скриля І.Н. (1981, 1992), Серка Л.А.(1945), Хазанова Д.Б. (1959, 1962, 1965), Хазіна В.Й. (1984), Хохлової Л.П. (1962, 1972, 1988), Шагіна О.Л. (1990, 1997), Шеренціса О.А. (1962), Шмуклера В.С. (1996) та ін.

В опублікованих працях, окрім наведеного, містяться дослідження про модульні уніфіковані розміри конструкцій, приміщень та будівель, а також навантаження на покриття і міжповерхові перекриття; питання нормалізації і стандартизації, характеру й складу різних каталогів або номенклатур; типології будівель та споруд; техніко-економічного аналізу; індустріалізації за кордоном; аналіз різних рішень конструктивних схем і систем, окремих конструкцій будівель та споруд.

Застосовані також методологічні положення праць з галузі сучасного машинобудування (Кульбачного О.І. та ін., 1970; Дунін-Барковського І.В., 1976; Орлова П.І., 1977; Сафрагана Р.Б. та ін., 1989), зокрема, поняття взаємозамін-ності, оцінка рівня типізації та уніфікації, уніфіковані розмірно-подібні й параметричні ряди, методи конструювання, основи модульності устаткування, модулі деталей механізмів.

Одним з об'єктів дослідження був світовий патентний фонд (Великої Британії, Німеччини, СРСР (РФ), США, Франції, Японії), за яким проводився ретельний пошук рішень, що містили ознаки різнозамінності й геометричної та іншої модульності в промислових виробах. Такий аналіз щодо обґрунтування методології проектування зроблено вперше.

Виходячи з аналізу стану питання, сформульовано перше наукове завдання - розвиток існуючої теорії взаємозамінності; друге наукове завдання - те саме відносно діючої теорії модульної розмірної координації в будівництві (МКРБ). За головну гіпотезу прийнято положення про те, що єдність цих оновлених теорій містить необхідні й достатні методологічні складові основ проектування ІБС, які спроможні надати руху подальшому розв'язанню провідної наукової проблеми "одноманітності й багатономенклатурності" та окремих технічних проблем і завдань, що з нею пов'язані.

Тому другий розділ присвячений розвитку теорії замінності збірних систем і містить виявлення першоджерела різноманітності, тлумачення взаємозамінності у діалектичному методі, дослідження теоретичної моделі розвитку збірних систем, відкриття технічного ефекту багатоманітності та пошук засобів підвищення його результативності в проектуванні, систематизацію чинників і їх складових утворення багатоманітності у системах.

Збірність розглядається як атрибутивна властивість промислових серійних виробів, що є необхідною умовою вияву їх взаємозамінності. Згідно з загально-технічним визначенням, яке є формально-логічним, взаємозамінність ЗВ - це властивість незалежно виготовлених ИНВ одних і тих же виробів та їх сполучень, що дозволяє встановлювати їх у процесі монтажу (складання СЭВ чи заміни ЗЭВ) без попередньої підготовки або доробки БПВ, зберігаючи всі вимоги або технічні умови ТУВ, що висуваються до їх роботи, тобто:

ЗВ Ю ИНВ + СЭВ + ЗЭВ + БПВ + ТУВ. (2.1)

Взаємозамінність у поширеному розумінні є також принципом і методами забезпечення заданих показників елементів та систем.

Згідно з визначенням, як здається формально-логічним, можливе утворення ІБС з однаковими властивостями. Однак на практиці з одних і тих же елементів без зміни вимог до них зводяться будівлі, що мають між собою певні відмінності. З цього виходить, що існує неузгодженість між теоретичним положенням і практикою проектування. Для виявлення причини зазначеної розбіжності необхідне насамперед правильне уявлення про першооснову й першопричину багатоманітності збірних ІБС, тобто потрібна відповідна гіпотеза про її першоджерело.

Збірним елементам притаманна певна сукупність архітектурно-конструктивно-технологічних властивостей (естетичних, інженерних, експлуатаційних, виробничих тощо), які містяться в цих елементах, так само, як і системам різного рівня складності з цих елементів. Тоді першоосновою багатоманітності ПОМН збірних систем буде певний якісно-кількісний склад ККС та формо-змістовне вираження ФСВ властивостей збірних елементів ЭСnm, які враховуються при проектуванні в усіх конкретних проектно-розрахункових даних, що забезпечують функціонування елементів у системах і останніх в цілому із задоволенням технічних умов ТУ:

ПОМН Ю (ККС ФСВ)| ТУ, (2.2)

де n ОN - кількісна, а m ОN - якісна характеристика (форми та змісту).

Першооснова - одна (з двох) складових першоджерела походження багатоманітності (або одноманітності). Вона випливає з концепції елементаризму в діалектичному методі, згідно з якою всі відмінності речей походять від відмінностей у сполученнях матеріальних елементів, що утворюють ці речі. Комбінаторика тут теж присутня (через відмінності в сполученнях); є і варіантність (у результатах різних сполучень).

Першопричиною багатоманітності ППМН збірних систем (друга складова першоджерела) є взаємозв'язок, взаємодія ВСД між збірними елементами ЭСnm:

ППМН Ю ВСД |. (2.3)

Це окремо обґрунтовано далі при дослідженні теоретичної моделі розвитку збірних систем.

Тоді першоджерело багатоманітності ПИМН, враховуючи вирази (2.2), (2.3),

ПИМН Ю ПОМН ППМН ? [ВСД | (ККС ФСВ) |]| . (2.4)

Прийняте першоджерело, що радикально відрізняється від існуючих концепцій варіантності, комбінаторності та від нормативних основ, надає суттєвих змін в загальноприйнятих визначеннях науково-технічних понять у проектуванні.

Так, у даній концепції збірний конструктивний (архітектурно-конструктивно-технологічний) елемент ЭСnm це - неподільна, суцільна за структурою, первинна й визначена за якісно-кількісним складом та формо-змістовним вираженням частина будівельних систем, що може бути в сполученнях та функціонувати:

ЭСnm | ККС ФСВ. (2.5)

Тоді збірна архітектурно-будівельна система СБ - це сукупність збірних конструктивних елементів, що знаходяться між собою в заданих якісних і кількісних співвідношеннях взаємозв'язку з їх формами та змістом і утворюють функціонуючу F (в просторі й часі) певну цілісність або єдність:

СБ Ю F{ЭСnm}, (2.6)

де F Ы--ВСД |, ЭСnm Й (ККС ФСВ).

Можуть бути не тільки, як це прийнято, матеріальні (конструкції, будівлі) й ідеальні (креслення, схеми), але додатково реальні й евентуальні системи, наприклад, відповідно останнім - впроваджені і не застосовані проекти, винаходи.

Таким чином, елемент є початковою крайністю системи; її кінцевою крайністю можуть бути будь-які системи за складом номенклатури елементів: для окремої будівлі, будівель одного типу, різних будівель однієї галузі і т. д. відповідно до етапів типізації та уніфікації, що були або, що можуть статися. Можливою при певних умовах подальшою крайністю в дисертації прийнято Всегалузевий каталог (далі - Каталог) збірних систем й відповідна Всегалузева номенклатура (далі - Номенклатура) елементів, що як дві напівсистеми задовольнятимуть будь-які потреби суспільства у збірних та інших побудовах з якнайбільшою багатоманітністю при щонайменшій кількості різновидів серійних виробів.

Концепцію першоджерела багатоманітності ІБС пропоновано в системному підході, який нерозривно пов'язаний з діалектичним методом. Тому далі дано відповідний аналіз поняття взаємозамінності, з якого, зокрема, виходить, що існуючі основи типового проектування ґрунтуються на аксіомі: однакові збірні (типові й уніфіковані, тобто стандартні) елементи мають однакові властивості (згідно з М.С. Стрелецьким - однаковими наперед заданими), тобто:

при m ® An; Bn; Cn;... {ЭСnm} ® {An; Bn; Cn;... },

де {An} Ы {An}, {Bn} Ы {Bn}, {Cn} Ы {Cn},...,

оскільки в них а = а, b = b, c = c,...; тоді:

{ЭСnm}Т Ы {ЭСnm}Т, (2.7)

де m - найменування елементів; n - об'єм їх серійних партій; a, b, c,... - властивості відповідні елементам An, Bn, Cn,..., індекс Т - тотожність.

Ця аксіома - наслідок регулювання проектування та виробництва стандартами, нормами і правилами, технологічними картами тощо.

Тоді взаємозамінність відповідно до визначення відбиває лише один бік з найбільш загальних та парно протилежних технічних категорій стосовно до будівельних властивостей, а саме - їх тотожність. Виходить, що визначення це як поодиноке є механістичним, оскільки не відбиває протилежної категорії - різниці. Тому воно не є відповідним також і законам діалектики - єдності протилежностей, загального розвитку та ін. Це суттєво впливає через теоретичні уявлення на фахову діяльність у проектуванні, гальмуючи вільний розвиток останнього.

Із введенням в теорію замінності категорії різниці необхідне й відповідне їй технічне втілення. Воно полягає у властивості різнозамінності, яка існує об'єктивно в збірних виробах як протилежність взаємозамінності. Тому визначення різнозамінності формально повинно бути контрарним визначенню взаємозамінності.

Згідно з аналізом, різнозаміність ЗР - це властивість незалежно виготовлених ИНР різних збірних елементів або систем (проміжних структур комплексів) з них, що дозволяє встановлювати їх в процесі складання СЭР чи заміни ЗЭР без попередньої підготовки або доробки БПР, змінюючи сукупність вимог або ТУР, що висуваються до їх роботи, тобто:

ЗР Ю ИНР + СЭР + ЗЭР + БПР + ТУР. (2.8)

За своєю суттю це визначення повинно також узгоджуватися з будь-яким якісно-кількісним складом та формо-змістовним вираженням конструктивних елементів і систем в їх взаємозв'язку, взаємодії згідно з виразом (2.4).

Завдяки введенню поняття різнозамінності знімається науково-технічне протиріччя, що існує з початку індустріалізації, оскільки тепер збірні елементи містять атрибутивно прийнятні та парно протилежні властивості взаємо- й різнозамінності як технічного явища. Вони існують в єдності, що визначається як амбізамінність (або замінність загалом), тобто єдність властивостей незалежно виготовлених ИНА елементів або систем (однакових та різних), що при складанні СЭА чи заміні ЗЭА задовольняють у системах без попередньої підгонки БПА або доробки певні вимоги або ТУА (однакові й різні):

ЗА Ю ИНА + СЭА + ЗЭА + БПА + ТУА. (2.9)

Отже, властивість замінності в логіко-методологічній експлікації є за своїм змістом складнішою, а за обсягом ширшою від загальноприйнятого уявлення. Вона містить у своїй ієрархії складових (взаємо-, різно-, амбі-) послідовну відміну нижчих рівнів, має іманентну природу розвитку, що суттєво не тільки для академічного пояснення, але й для наукового обґрунтування, практичного застосування та подальшого теоретичного розвитку ІБС із збірних елементів.

Далі виходить, що на підставі стандартизації будівельного виробництва й проектування можна сформулювати другу (протилежну) аксіому: різні збірні елементи мають різні наперед задані (проектні, розрахункові та будь-які натуральні) властивості, тобто у виразі (2.7) водночас:

{ЭСnm}Р Ы {ЭСnm}Р, оскільки {Аn} № {Bn}; {Аn} № {Cn}; {Bn} № {Cn};..., (2.10)

тому що a № b; a № c; b № c;...; де Р - різниця. Разом з першою аксіомою з'являється підстава для тези: номенклатура однакових і різних типових елементів дозволяє утворювати відповідно однакові й різні збірні (складені) ІБС. Різнозамінність також є не тільки властивістю елементів і систем, але й методами та принципом проектування.

Наведені тут аксіоми виходять із основ архітектурного проектування, тобто переважно із положень МКРБ. З введенням інженерно-розрахункової модульної координації напружено-деформованого стану несучих конструкцій, теплотехнічних та інших будівельних властивостей огороджуючих конструкцій, експлуатаційних характеристик збірних виробів взагалі, що враховуються під час проектування, аксіоми тотожності й різниці за формою стануть відповідними аксіомами за змістом.

Далі проведено порівняльний аналіз обсягів та змістів понять, виконано формально- і діалектико-логічну систематизацію підпорядкування окремих видів замінності за конструктивно-технологічними й експлуатаційно-технічними ознаками вимог (тобто за логічними основами або семантичними денотатами). Ознаки згруповано за чотирма збільшеними блоками:

характеристика елементів у відношенні тотожності або різниці їх при заміні в аспекті першоджерела багатоманітності - однакові (А) та різні (Е);

те саме у відношенні вимог або ТУ до них - однакові (I) та різні (О);

сукупність властивостей елементів (А - Е) і вимог до них (І - О) у відношенні їх тотожності й різниці;

те саме у відношенні конструктивно-технологічної відповідності, що визначає вимоги або ТУ, а саме: незалежне виготовлення, без попередньої підготовки або доробки, можливість заміни або складання, зберігання або зміни складу властивостей - однакові (А - І) та різні (Е - О).

Взаємозв'язок між окремими видами замінності елементів подано після пошуку варіантів систематизації блокових виразів у вигляді діаграми із застосуванням у блоках та зв'язках між ними логічних ознак. Таким чином утворено діалектичний квадрат замінності збірних елементів у системах з них промислового виробництва. Ця діаграма є мнемосхемою для наукового опису, роз'яснення і доведення, а також утворення реальної або евентуальної багатоманітності збірних та будь-яких інших систем (рис. 1).

Відомо про аналог - квадрат логічний Михайла Пселла (ХІ ст.) у вигляді подібної діаграми, що є відбиттям чотирьох основних суджень аристотелевої логіки (IV ст. до н.е.). Він використовується як мнемосхема при умовиводах. Тобто логічний квадрат належить до галузі мислення. Галузь, до якої відноситься діалектичний квадрат, - будь-яке промислове серійне виробництво, оскільки вихідне визначення, що тут закладене, є загальнотехнічним і характеризує методологію утворення збірних систем з поштучних елементів у відношенні їх одно- або різноманітності (разом - багатоманітності).

Діалектичний квадрат відбиває різні види замінності: взаємо-, різно- і амбі-. Згідно з підпорядкованістю блоків ‡А і ‡Е, а також ‡І і ‡О за діагоналями ‡АО і ‡ІЕ виходить збіг протилежностей. У логічному квадраті ці діагоналі дають контрадикторні умовиводи. Протилежності збігаються з двох боків: перший - однаковими елементами в системах можна задовольнити різні вимоги і, навпаки; другий - однакові вимоги до систем можуть досягатися різними елементами і, навпаки. Тобто квадратом замінності адекватно відбивається дійсна практика проектування збірних ІБС. Зокрема,

{An; Bn; Cn;...} ® {ЭСnm}Т {ЭСnm}Р при цьому {ЭСnm}Т М ЭСnm}Р,

а {ЭСnm}Р М {ЭСnm}Т, {ЭСnm}Т,Р Ы {ЭСnm}Р,Т Ю {ЭСnm}А(З), (2.11)

де А - амбізамінність (або замінність взагалі - З) елементів.

Конструктивно-технологічне забезпечення ОБ різних видів замінності елементів (точність та контроль ТУ на геометричні параметри, речовинні характеристики, положення в системах та ін.) знаходяться у взаємозв'язку:

ОБВ ОБР Ю ОБА Ы ОБЗ (2.12)

із задоволенням умови, що конструктивно-технологічною суміщеністю взаємо- і різнозамінних елементів є їх стикування СТ

СТ{ЭСnm}В @ СТ{ЭСnm}Р Ю СТ({ЭСnm}В {ЭСnm}Р) Ы СТ{ЭСnm}А(З), (2.13)

яку забезпечує конгруентність поверхонь елементів (фігур - Ф) у стиках:

ФВ|= ФР|Ы ФВ ФР Ю ФА(З)|. (2.14)

Проведено порівняльний аналіз діалектичного і логічного квадратів, розкрито можливості першого: в гносеологічному плані дається академічне роз'яснення засобів утворення багатоманітності; в науково-теоретичному - забезпечується розвиток типового проектування на діалектичних основах; в науково-практичному - можливо збільшення багатоманітності ІБС при одночасному зменшенні номенклатури виробів.

Подальше дослідження проводиться за допомогою моделювання процесу розвитку збірних ІБС. Теоретична модель багатоманітності збірних систем - це графічна сукупність послідовно ускладнюваних структурних частин, будівель та споруд, комплексів з них і т. д., починаючи від первісних номенклатур елементів різного рівня, що супроводжується аналізом і синтезом (формально- або діалектико-логічним) відношення однаковостей і відмінностей, які походять у більш (або менш) складних системах при взаємодії елементів. У моделюванні також закладено концепцію елементаризму як метод дослідження або проектування чи конструювання збірних ІБС.

В утворенні моделей застосовано ряд конструктивно-компоновних прийомів одержання різноманітності функціонально самостійних систем з елементів різних номенклатур. Сукупність цих прийомів визначено як комплексний метод елементарної диверсифікації. Цей метод за метою і наслідками, а також за характером одержання відмінностей у системах є одним з ефективних методів різнозамінності, оскільки з "одних і тих же" (тобто взаємозамінних) виробів одержуються певні не "одні й ті ж" (тобто різнозамінні) системи. Метод містить множину відомих прийомів, що згруповані за спільною методикою утворення багатоманітності, які надалі ускладнюються і одержуються нові.

Послідовний аналіз ускладнення збірних ІБС різними засобами проведено на уніфікованій типовій секції (УТС) каркасно-панельної конструктивної схеми, як найбільш структурно-функціонально показовій. Але початковою принципово може бути будь-яка складена система, що розвивається - великопанельна будівля, галузева номенклатура, єдиний каталог тощо.

Одне із завдань моделювання - виявлення причини розбіжності між обсягом і змістом взаємозамінності відносно практики проектування, що склалася. З моделювання, зокрема, виведено, що "одні й ті ж" елементи представлені в системах різними типами й типорозмірами, що можуть складати як однакові, так і різні системи; вони в тій чи іншій сукупності взаємодіють між собою в системах різного рівня ускладнення; взаємодія відбувається не тільки з такими ж самими, але і з іншими елементами за типами і типорозмірами; дійсно одні й ті ж елементи, але в різній кількості також утворюють відмінності в системах і т. ін.

У моделі поступового розвитку системи вони є взаємозамінними тільки тоді, коли закриті на будь-якому рівні ускладнення, а заміна елементів у них здійснюється серед однотипорозмірних екземплярів, тобто взаємодія не порушує тотожності між ними. При відкритих системах на будь-якому рівні їх ускладнення тотожні всередині себе системи стають різнозамінними при заміні в них елементів з наявністю будь-яких відмінностей. При закритті цих систем та вилученні відмінностей їх елементи знову стають взаємозамінними, як були при будь-якому складі системи, але з більшими потенційними можливостями утворення різниць.

Тобто взаємо- і різнозамінність співіснують, що визначає їх тотожність або різницю, із збігом у своїх протилежностях; елементи і системи завжди амбізамінні, це - атрибутивна ознака їх як серійних виробів. Відсутність будь-якої крайності - окремі випадки, що мають тенденцію виходу з них при взаємодії.

Таким чином, у практиці проектування має місце неавтентичне використання терміну взаємозамінності, що формально є помилкою - "порушенням тотожності"; у діалектичному аспекті - невідповідністю між значенням і розумінням або формою і змістом термінів: перші вужче других.

З аналізу моделі розвитку також видно, що елементи та їх множини, а також системи з них є тотожними одне одному, якщо вони існують самі по собі та однакові за практично значущими ознаками (наприклад: А, В, С) в якісно-кількісному складі та формо-змістовному вираженні, тобто коли є відповідність {А; В; С} Ы {А; В; С}. При їх взаємодії множини елементів системи вже є не такими ж самими виробами, а якимись іншими утвореннями, оскільки водночас {А; В; С} Ы {А; В; С}.

Формально це пояснюється порушенням тотожності у властивостях і складі елементів та систем. Діалектично тут присутня метаморфізація, тобто якісно-кількісний та формо-змістовний "стрибок" початкової розрізненої сукупності елементів у зв'язну систему, яка нетотожна початковій. Такі метаморфізації стало присутні на будь-якому рівні ускладнення системи, наприклад: окремі панелі - стіна з панелей - огорожа будівлі з панельних стін і т. д.

Виходить, що у розвитку збірних систем діє окремий ефект багатоманітності, який можна визначити як технічне явище, якому притаманне виникнення в системах нового, додаткового або "надсумарного" (якісно іншого, вищого, складнішого) результату в утворенні яких-небудь певних відмінностей (нетотожностей) внаслідок процесу взаємодії елементів (структур, систем, комплексів), що мають властивість амбізамінності, тобто

F {ЭСnm}В ® Fk {ЭСnm}|Ю (Fk + DF){ЭСnm}, (2.15)

де Zo - множина всіх невід'ємних чисел як ступенів розвитку системи; ko > 1 - початкова ступінь розвитку; DF - додатковий результат у функціонуванні системи; при k ® 0 F ® 0, тобто немає взаємодії елементів і система Fk {ЭСnm} є номенклатурою елементів {ЭСnm}.

На такій підставі далі пропонуються шляхи й засоби використання технічного ефекту в цілеспрямованому утворенні багатоманітності збірних ІБС з елементів, здебільшого "спеціалізованими" на різнозамінній складовій амбізамінності як набагато ефективнішої в творчому проектуванні.

Разом з моделлю розвитку збірних систем з УТС, що є зовнішнім (екзогенним) спрямуванням одержання багатоманітності методом елементарної диверсифікації, досліджено також внутрішнє (ендогенне) спрямування в утворенні багатоманітності складених елементів - тобто структур, що теж є системами за визначенням. Перший в конструктивно-функціональному та будівельно-технологічному відношенні є агрегуванням, другий - конгломеруванням систем. Зовнішній і внутрішній напрямки утворення відмінностей різного рівня ускладнення (або спрощення) є відносними щодо характеру ІБС. То ж в дійсності існує спільний метод агрегування-конгломерування, що поєднує протилежні напрямки екзогенного-ендогенного процесу утворення багатоманітності в загальному русі розвитку ІБС. З цього виходить, що метод елементарної диверсифікації також має єдність протилежних спрямувань втілення багатоманітності, що докладно розкрито в розділі.

На основі зв'язків квадрату замінності запропоновано метод нестандартного застосування збірних типових виробів будівельної промисловості та інших галузей. На схемах і в таблицях подано обґрунтування прийомів збільшення-роздрібнення та розподілення-суміщення (елементів, функцій тощо) у поєднанні з методом комбінаторики. Вони спираються на синтез численних конструктивних рішень зі світового патентного фонду.

Виявлено певну кількість архітектурно-конструктивних, організаційно-технологічних та інших складових, що впливають на змінність властивостей елементів і систем на різних стадіях їх існування (проектування, виробництва, монтажу та ін.). Це дослідження привело до необхідності синтезування їх у збільшені чинники, які спричиняють різноманітність. Пояснення (з ілюстраціями) різних чинників і їх складових багатоманітності численними рішеннями здавались підставою щодо їх систематизації. Однак остання вимагала наукового доведення своєї вичерпаності. Тому було проведено перевірку істинності робочої систематизації чинників різноманітності шляхом співставлення їх з переліком категорій, які містить загальноприйняте визначення світобудови. Згідно з ним, наприклад, чинник комбінаторики було віднесено до графи "рух", діюча МКРБ - до графи "простір" і т. д. Завдяки цьому прийому було додатково заповнено графу "час" відповідними конструктивними, технологічними, речовинними, експлуатаційними та іншими властивостями елементів і систем.

Згідно з проведеною верифікацією дійсно універсальним першождерелом походження різноманітності систем є якісно-кількісний склад та формозмістовне вираження елементів у комбінаторній взаємодії їх чинників відповідно до гіпотез першооснови та первопричини багатоманітності, які було підтверджено. Систематизація чинників різноманітності з переліком їх складових може застосовуватися при розкритті квадрату замінності за його кутами, сторонами і діагоналями згідно з логічними основами визначень, що в них вміщено. Відповідно до завдань під час проектування користуються їх певними частинами з потрібною деталізацією конструктивних, технологічних, естетичних, експлуатаційних та будь-яких інших ознак. Це становить фрагментарно-матричний метод утворення різноманітності елементів і систем. За його допомогою здобувачем розроблено низку винаходів, систематизацію яких подано за геометрично-комбінованим чинником, як приклад застосування науково-методичних положень, що одержані.

У цілому розділ є логіко-методологічною експлікацією поняття взаємозамінності, що склалася в оновлену теорію замінності збірних ІБС у проектуванні (як технічного явища). Вона потребує такого ж оновлення у відношенні МКРБ (як технічної сутності).

Тому третій розділ присвячений методології модульності збірних елементів і систем, а саме: розглянуто місце модульності в основах проектування, проведено аналіз і узагальнення поняття модуля, запропоновано теоретичну модель варіабельності систем з різнозамінних елементів та узагальнену модульну систему з її геометричною, вантажною і силовою підсистемами, розглянуто структурні різнозамінні модулі з модульною несучою здатністю та теплотехнічні різнозамінні модулі, розроблено збільшену методику конструктивно-структурного розрахунку модульних несучих та огороджуючих різнозамінних елементів у системах.

Властивість замінності уявляється в діалектичному методі як технічне явище. Воно, як доведено вище, є складнішим за номінальне уявлення. Протилежна категорія - технічна сутність стосовно основ проектування також повинна бути складнішою за формою та змістом. Технічною сутністю замінності є модульна координація, яка дає підстави щодо типізації та уніфікації конструктивних елементів і ІБС з них. Це виходить з того, що замінність є похідною модульної системи, оскільки нею спричиняється.

Але діюча модульна система - це тільки координація розмірів у будівництві, тобто містить в собі лише геометричний початок. Вона відбиває технічну форму, тому що стосується зовнішнього утворення об'єктів проектування. Виходить, що нормативне поняття модуля не відбиває внутрішнього інженерно-будівельного та іншого технічного змісту. А це є неавтентичною інтерпретацією єдності парних загальнометодологічних категорій основами проектування.

Із введенням категорії змісту має знайти своє місце відповідне технічне втілення. Воно міститься в модульних інженерно-будівельних та інших властивостях окремих виробів і складених об'єктів з них. Тобто, щоб зняти науково-технічне протиріччя, необхідна узагальнена модульна координація або система, яка забезпечуватиме для збірних елементів і систем типізацію та уніфікацію не тільки за формою, але й за їх змістом, а саме: міцність, жорсткість й стійкість несучих елементів на різні види їх напружено-деформованого стану, структурного складу систем з модульною здатністю, теплотехнічних властивостей огороджуючих елементів, проектно-розрахункових будівельних властивостей матеріалів, уніфікованих модульних величин навантажень, розрахункових зусиль в несучих елементах, площ навантажень останніх та ін.

В узагальнених поняттях модуля і модульної системи координація одержує також більш складної форми та відповідного їй змісту елементів і систем. В основах проектування більш повно відбиватимуться й інші парні категорії, зокрема, як найважливіші надалі - "частина" й "ціле" у відношенні складу збірних систем, їх окремих структур, елементів або властивості адитивності цих систем з елементів, що мають будь-які модульні характеристики.

Таким чином, виникає необхідність переглянути визначення модуля, що закладений у сучасні основи проектування. Було проаналізовано поняття модуля та похідні поняття з різних галузей науки і техніки, а також в будівництві та архітектурі в нашій країні і за кордоном, зокрема, у винахідництві.

...