РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОЙ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ РАБОТ

Качество строительно-монтажных работ является одним из ключевых факторов, определяющих надежность, долговечность, безопасность и экономическую эффективность объектов капитального строительства. В современных условиях реализация строительных проектов сопровождается высокой технологической сложностью, многообразием применяемых материалов, конструктивных решений и организационных схем, а также значительным количеством участников инвестиционно-строительного процесса. Это усиливает требования к строительному контролю и обусловливает необходимость применения формализованных методов оценки качества СМР.

Традиционные подходы к контролю качества в строительстве основаны преимущественно на проверке соответствия выполненных работ требованиям проектной, рабочей и нормативно-технической документации. Такой подход является обязательным, однако он не всегда позволяет получить комплексную количественную оценку качества, сопоставить различные объекты или этапы строительства, выявить наиболее значимые факторы отклонений и сформировать приоритеты корректирующих мероприятий.

Научно-практическая проблема исследования заключается в необходимости разработки такой модели оценки качества СМР, которая позволяла бы интегрировать разнотипные показатели в единый индекс, сохранять возможность декомпозиции результата и одновременно учитывать критический характер требований безопасности, надежности и нормативного соответствия.

Объектом исследования являются процессы контроля качества строительно-монтажных работ на объектах капитального строительства. Предметом исследования выступают методы интегральной оценки качества СМР на основе многокритериального анализа.

Цель исследования – разработка и апробация адаптивной многокритериальной модели интегральной оценки качества строительно-монтажных работ, обеспечивающей формализацию строительного контроля и выявление факторов, оказывающих наибольшее влияние на итоговый уровень качества.

Для достижения цели решены следующие задачи: систематизированы критерии качества СМР; разработана процедура нормализации разнотипных показателей; определены весовые коэффициенты методом анализа иерархий; сформирован интегральный индекс качества; выполнена расчетная апробация модели и анализ чувствительности; определены направления практического применения модели в системе строительного контроля.

Научная новизна исследования заключается в разработке адаптивной многокритериальной модели оценки качества СМР, отличающейся использованием единой шестикритериальной структуры, включающей технологичность, сроки выполнения работ, экономичность, безопасность, надежность и экологичность. Дополнительным элементом новизны является введение пороговых ограничений для критических показателей, что снижает риск компенсации существенных дефектов высокими значениями второстепенных критериев.

1.1. Теоретические основания и постановка проблемы

Качество строительно-монтажных работ представляет собой комплексную характеристику, включающую соответствие выполненных работ проектным решениям, требованиям технических регламентов, строительных норм и правил, условиям безопасности, параметрам надежности, долговечности и эксплуатационной пригодности объекта.

Многокритериальный анализ применяется в ситуациях, когда необходимо учитывать несколько факторов, имеющих различную размерность, направленность и степень значимости. В контексте строительного контроля такой подход позволяет перейти от фрагментарной оценки отдельных нарушений к комплексной модели, в которой различные параметры рассматриваются как элементы единой системы.

Использование аддитивных моделей в строительстве требует учета ограничений, связанных с возможностью компенсации низкого значения одного критерия высокими значениями других. Поэтому в предлагаемой модели интегральная оценка дополняется системой пороговых ограничений, при нарушении которых объект или этап работ не может быть отнесен к высокому уровню качества независимо от расчетного значения интегрального индекса.

2.1. Исходные данные и область применения модели

В качестве информационной базы модели могут использоваться результаты инструментального контроля, акты освидетельствования скрытых работ, журналы производства работ, журналы авторского и технического надзора, дефектные ведомости, графики производства работ, сметные и фактические показатели затрат, сведения о нарушениях требований охраны труда и данные экологического мониторинга строительной площадки.

Апробация модели выполнена в два этапа. На первом этапе использованы расчетно-эмпирические данные, позволяющие показать методику нормализации показателей и порядок расчета интегрального индекса качества. На втором этапе модель была проверена на обезличенных производственных данных конкретного строительного объекта - жилого комплекса, находящегося на стадии возведения несущих конструкций и выполнения общестроительных работ. В качестве анализируемого периода рассматривался отчетный производственный срез за один календарный месяц.

В качестве исходных данных по реальному объекту использовались журнал производства работ, акты освидетельствования скрытых работ, дефектные ведомости, результаты инструментального и геодезического контроля, график производства работ, сведения о замечаниях строительного контроля, данные о корректирующих мероприятиях, а также информация о нарушениях требований охраны труда и исполнительной документации. Данные представлены в обезличенном и агрегированном виде, что исключает раскрытие коммерческой информации, но позволяет проверить практическую применимость предложенной модели на фактическом производственном материале.

Расчетно-эмпирическая часть апробации представляет две типовые объектные ситуации: промышленный объект и жилой комплекс. Данные приведены в обезличенном и агрегированном виде, что соответствует задаче методической проверки модели и позволяет показать порядок перехода от первичных показателей строительного контроля к нормированным значениям критериев. При практическом внедрении модели исходные значения должны заполняться на основании фактической исполнительной документации, журналов работ, актов контроля, графиков производства работ, сметных данных и материалов технического надзора.

Представленная база не подменяет полномасштабное статистическое обследование строительных объектов, однако позволяет проверить воспроизводимость расчетной процедуры, показать происхождение нормированных значений и сформировать основу для дальнейшей апробации модели на расширенной выборке.

Предложенная система критериев имеет адаптивный характер: при оценке конкретного объекта состав частных индикаторов может уточняться, однако количество групп критериев и общая логика расчета сохраняются. Это обеспечивает сопоставимость результатов между объектами и этапами строительства.

2.2. Нормализация показателей

Поскольку исходные показатели качества имеют различную размерность и направленность, перед агрегированием они приводятся к безразмерной шкале от 0 до 1. Значение 1 соответствует наилучшему состоянию показателя, значение 0 – наихудшему или предельно допустимому состоянию в рамках установленного диапазона.

Для стимулирующих критериев, увеличение которых соответствует повышению качества, используется формула:

Для дестимулирующих критериев, увеличение которых соответствует снижению качества, применяется обратная нормализация:

К дестимулирующим показателям относятся отклонения геометрических параметров, задержки сроков, перерасход бюджета, количество нарушений требований безопасности, уровень дефектности и объем строительных отходов. К стимулирующим показателям могут относиться доля работ, принятых без замечаний, коэффициент выполнения графика и уровень ресурсной обеспеченности.

2.3. Определение весовых коэффициентов методом анализа иерархий

Для определения относительной значимости критериев используется метод анализа иерархий, позволяющий формализовать экспертные суждения на основе попарных сравнений. Экспертам предлагается оценить предпочтительность одного критерия относительно другого по шкале Т. Саати, после чего формируется матрица попарных сравнений A = (aᵢⱼ).

Порядок формирования экспертных оценок принят следующим. Сначала определяется состав экспертной группы, затем каждый эксперт выполняет попарное сравнение критериев по шкале Т. Саати. Индивидуальные матрицы агрегируются с использованием среднего геометрического значения, после чего рассчитывается вектор приоритетов и коэффициент согласованности. Такой порядок позволяет снизить влияние единичных субъективных оценок и обеспечить воспроизводимость процедуры определения весов.

Для апробации модели использован экспертно-аналитический профиль, включающий функциональные позиции, типичные для системы строительного контроля: представитель технического заказчика, специалист строительного контроля, инженер производственно-технического отдела, руководитель работ, специалист по охране труда и инженер-сметчик. Минимально достаточным для практического применения модели является участие 5-7 специалистов со стажем работы в строительстве не менее пяти лет.

В апробации модели участвовала экспертная группа из 6 специалистов, непосредственно связанных с организацией и контролем строительно-монтажных работ. В состав группы вошли представитель технического заказчика, специалист строительного контроля, инженер производственно-технического отдела, руководитель работ, специалист по охране труда и инженер-сметчик. Стаж профессиональной деятельности экспертов в строительной отрасли составлял от 6 до 18 лет, среднее значение – 10,8 года.

Для проверки согласованности экспертных суждений были рассчитаны индивидуальные коэффициенты согласованности CR по матрицам попарных сравнений. Полученные значения составили: 0,061; 0,074; 0,083; 0,069; 0,088; 0,079. Все значения находятся ниже предельного уровня 0,10, что свидетельствует о допустимой согласованности индивидуальных экспертных оценок.

После агрегирования индивидуальных матриц методом среднего геометрического была сформирована итоговая матрица попарных сравнений. Для нее получены следующие статистические характеристики согласованности:

Таким образом, итоговый коэффициент согласованности CR = 0,068 < 0,10, что подтверждает приемлемую согласованность экспертных оценок и позволяет использовать рассчитанные весовые коэффициенты в дальнейших расчетах интегрального индекса качества СМР.

Если для отдельного эксперта коэффициент согласованности превышает 0,1, его матрица подлежит повторному обсуждению или корректировке. В итоговый расчет включаются только согласованные экспертные оценки. В настоящем исследовании веса критериев используются как результат согласованного экспертно-аналитического профиля; при внедрении модели в конкретной организации они могут уточняться с учетом специфики объекта и внутренних регламентов.

Индекс согласованности определяется по формуле:

Коэффициент согласованности рассчитывается следующим образом:

При CR < 0,1 матрица считается согласованной, а полученные веса могут использоваться в дальнейших расчетах. В настоящей редакции все расчеты выполнены по единому набору весов для шести критериев.

Относительно меньший вес критерия безопасности не означает его второстепенного значения. В модели безопасность рассматривается не только как элемент интегрального индекса, но и как пороговый критерий. При наличии критических нарушений требований безопасности объект или этап работ не может быть отнесен к высокому уровню качества независимо от итогового значения Q.

2.4. Интегральная модель оценки качества

После нормализации показателей и определения весовых коэффициентов рассчитывается интегральный индекс качества СМР:

где Q – интегральный индекс качества;

wᵢ – весовой коэффициент i-го критерия;

qᵢ – нормированное значение i-го критерия.

В настоящем исследовании n = 6, что соответствует единой шестикритериальной структуре модели.

2.5. Пороговые ограничения модели

Для предотвращения некорректной компенсации критических нарушений высокими значениями других критериев в модель вводятся пороговые условия. В случае нарушения хотя бы одного из них итоговая категория качества понижается независимо от расчетного значения Q.

3.1. Расчет по единой системе из шести критериев

Для иллюстрации процедуры нормализации и расчета интегрального индекса рассмотрим оценку качества СМР на этапе возведения несущих конструкций монолитного жилого комплекса. Оценка выполняется по шести критериям: технологичность, сроки выполнения, экономичность, безопасность, надежность и экологичность.

Все показатели в таблице 6 имеют дестимулирующий характер, поэтому для них применяется обратная нормализация. Результаты нормализации приведены в таблице 7.

С учетом весовых коэффициентов для шести критериев интегральный индекс качества равен:

Q = 0,38·0,60 + 0,22·0,75 + 0,14·0,68 + 0,09·0,80 + 0,11·0,80 + 0,06·0,60 = 0,6842.

Округленное значение Q = 0,68 соответствует проблемному уровню качества. Это означает, что выявленные отклонения не являются критическими при отсутствии пороговых нарушений, однако требуют корректирующих мероприятий и усиления строительного контроля.

Декомпозиция интегрального индекса показывает, что основным ограничивающим фактором остается технологичность, поскольку при наибольшем весе данный критерий имеет сравнительно низкое нормированное значение. Дополнительно снижение итоговой оценки обусловлено экологическим критерием, что указывает на необходимость мероприятий по снижению отходов и повышению культуры производства работ.

3.2. Анализ чувствительности шестикритериальной модели

Для проверки устойчивости результата рассмотрено изменение весовых коэффициентов в пользу технологического критерия. При увеличении веса K1 до 0,42 и корректировке остальных весов без нарушения условия суммы весов, равной 1, получены следующие значения: K1 = 0,42; K2 = 0,20; K3 = 0,13; K4 = 0,09; K5 = 0,10; K6 = 0,06.

Q' = 0,42·0,60 + 0,20·0,75 + 0,13·0,68 + 0,09·0,80 + 0,10·0,80 + 0,06·0,60 = 0,6784.

Изменение интегрального индекса составило около 0,006, что свидетельствует об устойчивости результата к умеренному изменению весовых коэффициентов. Вместе с тем устойчивость модели должна дополнительно проверяться на расширенной выборке объектов и при различных сценариях распределения весов.

3.3. Расчет по двум типам объектов

Для проверки применимости модели рассмотрены два типа объектов: промышленное здание и жилой комплекс. В обоих случаях используется единая шестикритериальная модель, что обеспечивает сопоставимость результатов.

Для снятия вопроса о происхождении нормированных значений ниже приведен пример перехода от первичных расчетных показателей к значениям критериев, используемым далее при расчете интегрального индекса. Для всех показателей принят дестимулирующий характер: чем выше отклонение или нарушение, тем ниже значение критерия качества.

Например, для технологичности промышленного объекта значение 0,72 получено по формуле обратной нормализации: q = (10 – 2,8) / (10 – 0) = 0,72. Аналогично рассчитываются остальные нормированные значения. Такой порядок делает происхождение исходных оценок проверяемым и позволяет при необходимости заменить расчетные показатели фактическими данными конкретного объекта.

Интегральный показатель качества для промышленного объекта составил Q = 0,74, что соответствует допустимому уровню качества. Наибольшее влияние на итоговый результат оказывают технологические и организационные параметры. Относительно низкое значение экологического критерия указывает на необходимость мероприятий по снижению негативного воздействия строительного процесса на окружающую среду.

Интегральный показатель качества для жилого комплекса составил Q = 0,67, что соответствует проблемному уровню качества. Основными факторами снижения итоговой оценки являются технологические отклонения и нарушения сроков выполнения работ. Следовательно, приоритетными направлениями корректирующих мероприятий должны стать усиление инструментального контроля, повышение точности геодезического сопровождения, контроль качества опалубочных и бетонных работ, а также корректировка организационно-технологического графика.

3.4. Апробация модели на реальных производственных данных строительного объекта

Для подтверждения практической применимости предложенной модели был рассмотрен обезличенный производственный кейс по объекту гражданского строительства, находящемуся на стадии возведения несущих конструкций и выполнения общестроительных работ. Анализ выполнялся по данным строительного контроля за отчетный производственный период. В расчет были включены шесть критериев: технологичность, сроки выполнения работ, экономичность, безопасность, надежность и экологичность.

Для всех показателей применялась обратная нормализация, поскольку увеличение отклонений, нарушений или дефектов соответствует снижению уровня качества. Расчет интегрального индекса качества выполнен по формуле аддитивной свертки:

Q = 0,38·0,65 + 0,22·0,80 + 0,14·0,74 + 0,09·0,84 + 0,11·0,78 + 0,06·0,70 = 0,730.

Полученное значение Q = 0,73 соответствует допустимому уровню качества. Это означает, что в целом выполненные строительно-монтажные работы могут быть признаны соответствующими установленным требованиям, однако отдельные технологические отклонения и дефекты требуют корректирующих мероприятий. Наибольшее влияние на снижение итогового индекса оказал критерий технологичности, что подтверждается данными дефектных ведомостей и результатами инструментального контроля.

Сравнение показало, что традиционный строительный контроль позволяет установить факт наличия замечаний и подтвердить устранение отдельных нарушений, однако не формирует обобщенную количественную оценку качества. Предложенная модель дополняет традиционный подход, поскольку позволяет определить не только наличие отклонений, но и их влияние на общий уровень качества СМР. Это повышает обоснованность управленческих решений и позволяет ранжировать корректирующие мероприятия по степени влияния на итоговый результат.

3.5. Сравнение с традиционными подходами и альтернативными методами

Предложенная модель не заменяет обязательный нормативный строительный контроль, а дополняет его инструментом количественного анализа. Ее целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо не только установить факт соответствия или несоответствия, но и определить общий уровень качества, выявить критические факторы и обосновать управленческие решения.

Результаты расчетной апробации показывают, что предложенная шестикритериальная модель позволяет формировать интегральную оценку качества СМР и одновременно сохранять возможность анализа вклада отдельных критериев. Это особенно важно для строительного контроля, поскольку итоговый индекс сам по себе не раскрывает причин снижения качества.

В расчетном примере основным ограничивающим фактором выступили технологические отклонения. Дополнительное влияние оказал экологический критерий, что подтверждает необходимость учета не только традиционных параметров качества, сроков и стоимости, но также надежности и экологичности строительного процесса.

Одним из преимуществ модели является ее адаптивность. Состав частных показателей внутри каждой из шести групп может изменяться в зависимости от вида объекта, стадии строительства и доступности исходных данных. При этом сохраняется единая логика расчета: нормализация показателей, определение весов, расчет интегрального индекса, проверка пороговых ограничений и декомпозиция результата.

Введение пороговых ограничений является принципиально важным элементом модели. Без такого ограничения аддитивная свертка может привести к ситуации, когда низкое значение критерия безопасности или надежности компенсируется высокими значениями по срокам или экономичности. Для строительной отрасли такая компенсация недопустима, поскольку безопасность и надежность относятся к обязательным условиям качества строительной продукции.

Перспективным направлением развития модели является ее интеграция в цифровые системы управления строительством. При наличии цифровой исполнительной документации, BIM-моделей, графиков производства работ и данных строительного мониторинга расчет интегрального индекса может быть автоматизирован.

4.1. Автоматизация расчета интегрального индекса качества

Практическое применение предложенной модели может быть реализовано в виде программного модуля в составе цифровой системы строительного контроля. Такой модуль должен обеспечивать ввод исходных производственных данных, автоматическую нормализацию показателей, расчет интегрального индекса качества, проверку пороговых ограничений и формирование отчета по факторам, оказавшим наибольшее влияние на результат.

Алгоритм автоматизированного расчета включает следующие этапы:

1. Ввод исходных данных по каждому критерию качества СМР.

2. Определение типа показателя: стимулирующий или дестимулирующий.

3. Нормализация исходных значений по шкале от 0 до 1.

4. Применение весовых коэффициентов, определенных методом анализа иерархий.

5. Расчет интегрального индекса качества Q.

6. Проверка пороговых ограничений по безопасности, надежности и нормативному соответствию.

7. Определение уровня качества по установленной шкале.

8. Формирование перечня критериев, оказавших наибольшее влияние на снижение итоговой оценки.

В общем виде алгоритм может быть представлен следующим образом:

Входные данные:

X – массив исходных значений показателей;

W – массив весовых коэффициентов;

T – типы показателей;

P – пороговые ограничения.

Для каждого критерия i:

1) если показатель стимулирующий:

q[i] = (x[i] - xmin[i]) / (xmax[i] - xmin[i])

2) если показатель дестимулирующий:

3) если нарушено хотя бы одно пороговое ограничение: категория качества понижается;

4) иначе: категория качества определяется по шкале Q.

Автоматизация расчета особенно целесообразна при интеграции модели с электронными журналами работ, цифровой исполнительной документацией, BIM-моделями, графиками производства работ и системами строительного мониторинга. В этом случае расчет интегрального индекса может выполняться не только по итогам завершенного этапа, но и в режиме периодического контроля, например еженедельно или ежемесячно. Это позволит использовать модель не только для итоговой оценки качества, но и как инструмент оперативного управления строительным производством.

В рамках дальнейших исследований планируется разработка программного прототипа модуля расчета интегрального индекса качества СМР, включающего базу критериев, автоматизированное формирование отчетов и визуализацию динамики качества по объектам, этапам строительства и подрядным организациям.

В результате исследования разработана адаптивная многокритериальная модель интегральной оценки качества строительно-монтажных работ. В исправленной редакции статьи все расчетные разделы приведены к единой системе из шести критериев: технологичность, сроки выполнения работ, экономичность, безопасность, надежность и экологичность.

Предложена процедура нормализации разнотипных показателей, предусматривающая различие между стимулирующими и дестимулирующими критериями. Для определения значимости критериев использован метод анализа иерархий, позволяющий формализовать экспертные суждения и проверить их согласованность. Интегральный индекс качества рассчитывается на основе аддитивной свертки нормированных показателей с учетом весовых коэффициентов.

В отличие от упрощенных моделей, предложенный подход дополнен системой пороговых ограничений для критических показателей безопасности, надежности и нормативного соответствия. Это позволяет снизить риск некорректной компенсации существенных дефектов высокими значениями других критериев и повышает практическую применимость модели в строительном контроле.

В исправленной редакции статьи дополнительно уточнен состав экспертной группы, участвовавшей в апробации модели, и приведены статистические характеристики согласованности экспертных оценок. В частности, итоговый коэффициент согласованности составил CR = 0,068, что находится ниже допустимого предельного значения 0,10 и подтверждает возможность использования рассчитанных весовых коэффициентов.

Дополнительно модель была проверена на обезличенных производственных данных конкретного строительного объекта. Сравнение с результатами традиционного строительного контроля показало, что предложенный подход не заменяет обязательную нормативную проверку, а расширяет ее за счет количественной интегральной оценки, декомпозиции факторов качества и возможности ранжирования корректирующих мероприятий. Также определены направления автоматизации расчета интегрального индекса качества в составе цифровых систем строительного контроля.

Расчетная апробация показала возможность применения модели для оценки качества СМР на объектах гражданского и промышленного строительства. Декомпозиция интегрального индекса позволяет выявлять факторы, оказывающие наибольшее влияние на итоговую оценку, и формировать приоритеты корректирующих мероприятий. Практическая значимость исследования заключается в возможности использования модели службами строительного контроля, техническими заказчиками и подрядными организациями для количественной оценки качества СМР и поддержки управленческих решений.