Совершенствование методов календарного планирования строительно-монтажных работ на уровне простых технологических процессов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Совершенствование методов календарного планирования строительно-монтажных работ на уровне простых технологических процессов

Сандан Руслан Николаевич

Санкт-Петербург - 2011

Работа выполнена на кафедре организации строительства ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент

Калюжнюк Михаил Модестович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор

Андреев Леонид Сергеевич

кандидат технических наук, доцент

Морозова Татьяна Федоровна

Ведущая организация

ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения»

Защита состоится «27» декабря 2011 года в 16.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.223.01 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, зал заседаний диссертационного совета, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан « » ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Ю.Н. Казаков

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Как указано в справочнике критических технологий и перспективных направлений науки и техники РФ, одним из перспективных направлений является «Разработка и внедрение типовых формализованных электронных моделей, обеспечивающих анализ и реинжиниринг производственно-технологических процессов». Формализованные электронные модели требуют своего применения и в строительстве для анализа, проектирования и реинжиниринга строительных процессов. Для разработки таких электронных моделей должны быть использованы организационно-технологические модели возведения объектов в форме детализированных календарных планов, поддающихся оперативному вариантному регулированию. Применение существующих моделей календарного планирования строительно-монтажных работ в качестве исходных для разработки формализованных электронных моделей затрудняется вследствие того, что в них отсутствует процедура формализованного однозначного определения границ рабочих мест (фронтов работ) трудовых и/или технических ресурсов на уровне простых технологических процессов (ПТП), недостаточно изучены виды и характер связей между работами исполнителей на фронтах каждого ПТП и их влияние на размеры и количество фронтов работ, выделяемых из общего фронта работ ПТП, в недостаточной степени отражены специфические особенности строительной продукции и процессов ее производства. На этих моделях затрудняется рациональное распределение ресурсов по фронтам с учетом параллельно-поточной организации работ, чем и объясняется в большинстве случаев несвоевременность ввода объектов в эксплуатацию.

Постоянное увеличение объемов строительной продукции и, в первую очередь, объемов ввода жилья, как одной из приоритетных направлений социально-экономического развития страны, требует совершенствования существующих моделей и методов календарного планирования в строительстве, разработки и применения формализованных методов проектирования расписаний работ, учитывающих эффективное использование трудовых, технических и временныМх ресурсов и тем самым подтверждает актуальность выбранной темы исследования.

Степень разработанности проблемы. Исследованиями вопросов организационно-технологического моделирования и календарного планирования строительно-монтажных работ занимались многие отечественные и зарубежные исследователи. Среди них следует отметить работы О.А. Вутке, А.А. Гармаша, В.И. Батурина, А.В. Барановского, М.С. Будникова, П.И. Недавнего, А.М. Клиндуха, Г.К. Лубенца, В.А. Афанасьева, Д.И. Голенко, А.А. Гусакова, В.З. Величкина, В.И. Воропаева, Л.Г. Голуба, Н.А. Мамед-Заде, С.А. Болотина, Л.С. Андреева, М.М. Калюжнюка, В.Г. Драпеко, Е.А. Драчева, Т.Ф. Морозовой, И.Е. Румянцевой, И.С. Сабирова, Фр. Б. Гильберта, Дж. Келли, М. Уолкера, А. Коффмана, Р. Беллмана и многих других, а также труды научно-исследовательских институтов - ЦНИИОМТП, НИИОУС, ВНИПИ труда в строительстве, ЦНИПИАСС и строительных вузов ЛИСИ (СПбГАСУ), МИСИ (МГСУ), КИСИ и др.

Целью диссертационной работы является совершенствование моделей и методов календарного планирования параллельно-поточной организации строительно-монтажных работ на уровне простых технологических процессов, обеспечивающего повышение надежности и достоверности календарного планирования и, как следствие, организационной эффективности производства работ.

В диссертации была выдвинута гипотеза о том, что детализация моделей и методов календарного планирования СМР до уровня простых технологических процессов должна способствовать устранению недостатков современного календарного планирования и оперативно-производственного управления возведением объектов и достижению поставленной цели.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

Анализ и обобщение опыта календарного планирования СМР с учетом степени детализации работ, возможности применения методов параллельно-поточной организации работ их исполнителей, сохранения границ фронтов работ при изменении численности трудовых и технических ресурсов.

Изучение и систематизация специфических особенностей строительной продукции и процессов ее производства с точки зрения их учета в моделях календарного планирования СМР.

Изучение и разработка методов определения количества, размеров и конфигурации рабочих мест трудовых и/или технических ресурсов в ПТП из условия сохранения их границ при вариантном проектировании параллельно-поточной организации работ.

Исследование связей между работами трудовых и технических ресурсов на фронтах внутри одного ПТП и смежных ПТП, а также их учета при определении ограничений на параллельно-поточную организацию работ в календарных планах.

Исследование и разработка методов проектирования расписаний работы ресурсов в ПТП, определения и обоснования их численного состава.

Оценка достоверности выбранной для исследования модели пространственно-технологической структуры (ПТС) процесса возведения объекта реальным производственным условиям и определение организационно-экономической эффективности применения результатов исследования в календарном планировании СМР.

Предметом исследования служили модели, методы и алгоритмы календарного планирования СМР, используемые при возведении объектов.

Объектом исследования является организационно-технологическая документация на производство СМР, в частности, объектные календарные планы, организационно-технологические схемы и технологические карты.

Методологической и теоретической основой исследований являются разработанные отечественными и зарубежными учеными теоретические положения и методы поточной организации СМР, модели и методы сетевого планирования и управления и теории расписаний.

Достоверность научных результатов, полученных в диссертации, подтверждается их практической реализацией при разработке реальных календарных графиков в составе ПОС и ППР на отдельные объекты, в том числе технологических карт и организационно-технологических схем на комплексы ПТП и оценена путем сравнения полученных в диссертации результатов с результатами фактического производства СМР при возведении реального объекта одной из строительных организаций Санкт-Петербурга.

Методы исследования. При решении поставленных задач применялись методы общей теории систем, теории поточной организации работ, сетевого планирования и управления, эвристические методы теории расписаний и графоаналитические методы.

Информационную базу исследования составили литературные и иные источники информации, содержащие сведения об объекте и предмете исследования, законодательные и нормативные акты органов власти РФ, касающиеся исследуемой тематики, а также рабочие материалы, предоставленные некоторыми строительными организациями Санкт-Петербурга.

Области исследования диссертационной работы соответствуют пунктам Паспорта специальности ВАК 05.23.08 - Технология и организация строительства: теоретические и экспериментальные исследования эффективности технологических процессов, выявление общих закономерностей путем моделирования и оптимизации организационно-технологических решений (п. 4); разработка новых и совершенствование существующих методов организационно-технологического проектирования (п. 8).

На защиту выносятся следующие научные результаты исследований:

Материалы анализа и обобщения опыта календарного планирования СМР с выявлением степени детализации календарных планов и сохранения их устойчивости при вариантном проектировании параллельно-поточной организации работ. Выбор и обоснование модели ПТС процесса возведения объекта для исследования, совершенствования и применения в современном календарном планировании.

Результаты изучения, систематизации и учета специфических особенностей строительной продукции и процессов ее производства в моделях календарного планирования, сформулированные в требованиях к формированию моделей ПТС процессов возведения объектов.

Методика декомпозиции общего фронта работ ПТП на фронты-модули, включающая логическую формулу для определения их размеров, конфигураций в привязке к осям и высотным отметкам объекта.

Результаты исследования связей между фронтами-модулями ПТП и их учета при определении ограничений на параллельно-поточную организацию работ. Выявление новых видов связей и обоснование необходимости их использования в моделях ПТС процессов возведения объектов.

Алгоритм вариантного выбора числа исполнителей в каждом ПТП и расписаний их работы с учетом приоритетов ПТП. Результаты применения алгоритма для формирования состава специализированных и комплексных бригад.

Результаты изучения адекватности модели ПТС процесса возведения объекта реальным производственным условиям и определения организационно-экономической эффективности применения полученных разработок.

Научная новизна работы состоит в следующем.

Изучены и систематизированы специфические особенности строительной продукции и процессов ее производства с точки зрения необходимости их учета в моделях календарного планирования, определены и сформулированы требования к формированию моделей ПТС процессов возведения объектов.

Предложена методика декомпозиции общего фронта работ каждого ПТП на фронты-модули, включающая определение их количества, размеров и конфигурации в привязке к осям и высотным отметкам объекта. Методика разработана исходя из условий допустимости одновременной работы максимального количества ресурсов-модулей на фронтах-модулях, а также наискорейшей передачи фронтов работ последующим процессам.

Изучены связи между работами в существующих организационно-технологических моделях. Установлено, что с их помощью невозможно учесть все специфические особенности производства работ на объекте. Выявлены новые виды связей, необходимых для разработки моделей ПТС процессов возведения объектов, предложена их классификационная схема.

Разработан алгоритм вариантного проектирования расписаний работы исполнителей в каждом ПТП. В нем учтены приоритеты ПТП, определяющие возможность назначения меньшего количества исполнителей на ПТП с более высоким приоритетом. С помощью алгоритма для каждого объекта оказывается возможным формировать наиболее рациональные составы специализированных и/или комплексных бригад, а также размеры фронтов работ, отводимых для их работы.

С помощью разработанного алгоритма подтверждена закономерность повышения равномерности загрузки трудовых и технических ресурсов, сокращения простоев при передаче фронтов работ смежным ПТП, а также простоев в работе ресурсов внутри ПТП в случае, когда рабочие отдельных ПТП обучены смежным специальностям. Намечена методика оценки наиболее востребованных смежных специальностей и сокращения количества ресурсов-модулей в комплексных бригадах.

Практическая значимость работы. Разработан методический документ «Рекомендации по разработке и применению в программах управления проектами календарных планов возведения объектов детализированных до простых технологических процессов», использование которого позволяет повысить надежность, достоверность и эффективность календарных планов в составе ПОС и ППР, а также оперативно-производственных планов организаций, выполняющих строительно-монтажные работы. Результаты работы в дальнейшем могут быть использованы для разработки формализованных электронных моделей календарного планирования СМР, включаемых в состав автоматизированных систем планирования и управления строительными организациями (в зарубежном варианте - систем ERP).

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы и основные результаты исследований доложены и обсуждены на 61-64-й научно-технических конференциях молодых ученых (СПбГАСУ, 2008-2011 г.г.), на 67-й и 68-й научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (СПбГАСУ, 2010, 2011 г.г.). В 2010 г. по теме диссертации был выигран грант Комитета по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга в конкурсе среди студентов, аспирантов и молодых ученых, подготовлен и сдан отчет о НИР.

По тематике диссертационного исследования опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 из них в журнале из перечня изданий, рецензируемых ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 139 страницах основного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 137 наименования и приложений на 53 страницах. В работе представлено 23 рисунка и 10 таблиц.

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, сформулированы цель и задачи, определены объект и предмет исследования, изложены научная новизна и практическая значимость работы, а также приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Аналитический обзор публикаций по исследованиям и разработкам моделей и методов календарного планирования в строительстве» изучены отечественные и зарубежные публикации, посвященные развитию методов разделения и кооперации труда рабочих в строительстве и организационно-технологическому моделированию строительных процессов. Проведен сравнительный анализ существующих моделей и методов календарного планирования СМР, выявлены их недостатки и оценена возможность их совершенствования. Для дальнейших исследований с целью совершенствования моделей и методов календарного планирования выбрана наиболее перспективная из рассмотренных моделей - модель пространственно-технологической структуры (ПТС) процесса возведения объекта.

Во второй главе «Исследование возможностей повышения адаптационных свойств моделей пространственно-технологической структуры процессов возведения объектов» приведены материалы изучения и систематизации специфических особенностей строительной продукции и процессов ее производства, сформулированы требования к формированию модели ПТС процесса возведения объекта с учетом изученных особенностей. Предложена методика изучения и формирования модели ПТС процесса возведения объекта с учетом планируемых исследований. Разработана методика определения размеров, конфигурации и границ фронтов работ ПТП, исследованы применявшиеся до настоящего времени связи между работами. Выявлены новые виды связей, необходимых для учета ограничений на производство работ и для включения в модель ПТС процесса возведения объекта.

В третьей главе «Совершенствование методов календарного планирования на уровне простых технологических процессов» на основе модели ПТС процесса возведения объекта разработан алгоритм вариантного проектирования расписаний работ исполнителей в каждом ПТП, в котором учитываются приоритеты ПТП. Намечена методика определения состава специализированных и комплексных бригад и фронтов работ для них, а также оценки наиболее востребованных смежных специальностей и сокращения количества ресурсов-модулей в комплексных бригадах.

В четвертой главе «Практическое применение результатов исследования» изучена адекватность модели ПТС процесса возведения объекта реальным производственным условиям и проверено действие алгоритма вариантного проектирования расписаний ресурсов-модулей ПТП. Определена организационно-экономическая эффективность применения полученных в диссертации результатов в календарном планировании и оперативно-производственном управлении возведением объектов.

В заключении приведены основные выводы, сформулированные по результатам диссертационного исследования.

II. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Результаты анализа и обобщения опыта календарного планирования СМР. Выбор модели пространственно-технологической структуры процесса возведения объекта для совершенствования методов календарного планирования.

Согласно изученным литературным источникам в календарном планировании строительства объектов в разные периоды нашли применение поточные (О.А. Вутке, М.С. Будников, В.А. Афанасьев и др.), поточно-скоростные (В.И. Батурин, А.И. Неровеций и др.), параллельно-поточные методы (Г.К. Клиндух, В.А. Афанасьев и др.) организации работ, методы сетевого планирования и управления (СПУ) (Д.И. Голенко, Ю.А. Авдеев, В.И. Воропаев и др.), теории расписаний (В.А. Афанасьев, В.З. Величкин, С.А. Болотин и др.), а также различные варианты комбинированных методов (В.З. Величкин, С.А. Болотин, М.М. Калюжнюк и др.). Анализ этих методов проведен с выявлением степени детализации и сохранения в календарных планах исходных количества и размеров фронтов работ при изменении численности трудовых и технических ресурсов, в том числе, при вариантом календарном планировании. Изучено развитие и современное состояние методов формирования численного, профессионального и квалификационного состава трудовых и технических ресурсов, методов определения параметров фронтов работ для них и календарного планирования СМР. Оценивались устойчивость границ фронтов работ при изменении количества трудовых и технических ресурсов, возможности максимального насыщения фронтов работ ресурсами и учета специфических особенностей производства работ на конкретных объектах. Установлено, что до настоящего времени отсутствует единый подход к декомпозиции общих фронтов работ на частные, вследствие того, что размеры частных фронтов изменяются в зависимости от количества назначаемых на них ресурсов и при изменении последних должны определяться заново.

Наиболее эффективными с организационной точки зрения являются поточно-скоростные (поточно-операционные и поточно-расчлененные) методы организации работ (1940-50-е г.г.), в которых предусматривалась детализация работ до уровня ПТП, а работы выполнялись параллельно-поточным методом. Эти методы применялись только в типовом жилищном строительстве для организации отдельных ведущих процессов в силу того, что работы по расчету и составлению календарных графиков выполнялись вручную и требовали слишком больших затрат труда и времени. Очевидно, что применение этих методов для всех ПТП возведения объекта с увязкой работ между всеми ПТП могло представлять в то время исследовательскую задачу, результаты которой невозможно было бы использовать в реальном организационно-технологическом проектировании, за исключением разве что массового строительства крупнопанельных зданий. Начиная с конца 1960-х г.г. при внедрении в практику строительства комплексных бригад и бригад конечной продукции поточно-скоростные методы календарного планирования СМР оказались невостребованными и были заменены методами экономического планирования. В этих условиях внутрибригадная организация труда перешла к бригадирам и мастерам.

С конца 1950-х - начала 1960-х г.г. в календарном планировании и управлении СМР стали применяться методы СПУ. Вместе с ними в календарное планирование было введено понятие связей между работами. В моделях календарного планирования, объединивших поточные и сетевые методы (конец 1960-х - 1970-е г.г.), эти связи были разделены на технологические и организационные. Применение параллельно-поточных методов организации работ в этих моделях изучались (В.А. Афанасьев, его ученики и др.), но работы не доводились до уровня ПТП. Кроме всего прочего применение методов параллельно-поточной организации работ было привязано исключительно к матричным моделям организации работ, что ограничивало область их применения в календарном планировании СМР.

Вначале 1990-х г.г. в организационно-технологическом моделировании строительных процессов был предложен подход (М.М. Калюжнюк), в котором организационно-технологические модели (ОТМ) были разделены на структурную и функциональную части, а детализация работ доведена до уровня ПТП. Такое разделение позволило формализовать разработку структурной части ОТМ и сохранять ее в неизменном виде при любых изменениях количества трудовых и технических ресурсов в каждом ПТП. Структурная часть ОТМ была названа моделью пространственно-технологической структуры (ПТС) процесса возведения объекта. За базовые элементы строительных процессов в этой модели были приняты, как упомянуто выше, простые технологические процессы. Модель представляет собой сетевой график вида «вершины-работы» (рис. 1).



Рис. 1. Фрагмент условной модели пространственно-технологической структуры процесса возведения объекта

На рисунке буквами А, Б, В, Г обозначены ПТП и одновременно ресурсы-модули этих ПТП. Вершинами сетевого графика являются работы-модули соответствующих ресурсов-модулей на фронтах-модулях, номера которых обозначены римскими цифрами, а дугами - технологические и пространственные связи. Числами в вершинах графика (в средней части прямоугольника) обозначены продолжительности работ-модулей на фронтах-модулях (в стандартном случае равна одной смене), а в верхних углах прямоугольников, соответственно, - начала и окончания работ. Продолжительность приведенного на рисунке комплекса работ в предположении, что на все фронты назначены ресурсы-модули соответствующих ПТП, равна максимальному значению из окончаний работ на фронтах-модулях ПТП «Г».

С помощью модели ПТС процесса возведения объекта, благодаря детализации строительных процессов до уровня ПТП и разбивке общих фронтов ПТП на фронты-модули, оказывается возможным рассматривать различные варианты параллельно-поточной организации работ ресурсов-модулей и выбирать наиболее эффективные из них по тем или иным критериям. Несмотря на отмеченные преимущества, предложенная модель не нашла широкого применения.

Выяснено, что она требует исследований и совершенствования в части:

учета в ней специфических особенностей строительной продукции и процессов ее производства;

определения количества, размеров и конфигурации фронтов-модулей каждого ПТП;

системного изучения вида и характера связей между работами-модулями и их детализации;

разработки алгоритмов проектирования вариантов расписаний ресурсов-модулей каждого ПТП в зависимости от приоритетов последних.

Перспективность применения этой модели в календарном планировании СМР определили выбор темы диссертации, обоснование ее актуальности, постановку цели и перечень исследовательских задач.

2. Систематизация специфических особенностей строительной продукции и процессов ее производства. Требования к формированию моделей ПТС процессов возведения объектов.

Из материалов анализа публикаций выявлены специфические особенности строительной продукции и процессов ее производства, использовавшиеся различными авторами для целей своих исследований. Все эти особенности были собраны, проанализированы и систематизированы с целью их учета при формировании моделей ПТС процессов возведения объектов. К ним отнесены перечисленные в порядке степени их важности для формирования моделей ПТС процессов возведения объектов, следующие особенности:

неподвижный характер продукции и необходимость перемещения относительно нее трудовых и технических ресурсов в процессе строительства;

размеры продукции, многократно превышающие антропометрические характеристики человека;

изменяющиеся от объекта к объекту конфигурация, характер, свойства и объемы продукции;

строго определенная привязка к территории и зависимость работ от инфраструктурных особенностей этой территории;

производство работ в естественных природно-климатических условиях (в диссертации не рассматриваются).

В таблице 1 приведен пример определения требований к формированию моделей ПТС процессов возведения объектов для наиболее важной из перечисленных особенностей.

Таблица 1

Требования к формированию модели пространственно-технологической структуры процесса возведения объекта

Практически все требования, учитывающие специфические особенности производства СМР, в модели ПТС процесса возведения объекта могут быть отражены в виде новых, предложенных в диссертации, видов связей между работами-модулями ПТП. Среди выявленных требований наиболее важными являются требования учета ограничений по: пространственной доступности фронтов-модулей ПТП; безопасности выполнения работ на смежных фронтах-модулях; пропускной способности внутриплощадочных транспортных коммуникаций; конфигурации фронтов-модулей, обеспечивающей скорейшую передачу фронтов-модулей последующим ПТП и др.

3. Методика декомпозиции общего фронта работ простых технологических процессов на фронты-модули.

Наиболее важной из проблем, порождаемых специфическими особенностями строительной продукции, является проблема сложности и неоднозначности процесса декомпозиции общих фронтов работ разных видов на частные фронты. До настоящего времени отсутствуют единые общепринятые методы выбора размеров и границ между фронтами, а трудовые и технические ресурсы даже на типовых объектах, как правило, различаются и требуют различных размеров и конфигурации их фронтов работ. В диссертации предложены формула и методика определения размеров рабочих мест (фронтов-модулей), выделяемых исполнителям (ресурсам-модулям) по каждому ПТП для выполнения работ в течение одной смены:

, i=1,2,3; j=1,...,m; 1?k?kj, kj=k1,...,km(1)

где, - размер по i-той декартовой координате k-го фронта-модуля j-го ПТП;

i - номер оси в декартовой системе координат (i=1 и i=2 - соответственно продольная и поперечная горизонтальные оси, i=3 - вертикальная ось);

Pi,j,k, Оi,j,k и Тi,j,k - соответственно размеры рабочей, опасной и транспортной зон k-го фронта-модуля j-го ПТП. Определение размеров этих зон ведется по соответствующим чертежам с применением графоаналитического метода;

j - номер или обозначение ПТП;

m - общее количество ПТП;

k - номер фронта-модуля в j-ом ПТП;

kj - общее число фронтов-модулей в j-ом ПТП.

- символ объединения линейных размеров рабочей, опасной и транспортной зон k-го фронта-модуля каждого j-го ПТП.

В соответствии с методикой, найденные пространственные размеры фронтов-модулей наносятся на рабочие чертежи объекта и привязываются к его осям и высотным отметкам. Так составляется для каждого ПТП схема разбивки общего фронта работ на фронты-модули. В методике конфигурация фронтов работ выбирается из условия скорейшей передачи фронтов-модулей от предыдущих ПТП к последующим.

Выяснено, что по условиям передачи фронтов-модулей последующим ПТП наилучшим разбиением общих фронтов работ смежных ПТП на фронты-модули будет разбиение, при котором пространственные размеры (границы) фронтов-модулей будут совпадать.

4. Результаты исследования связей между фронтами-модулями простых технологических процессов и их влияния на параллельно-поточную организацию работ.

С учетом специфических особенностей производства строительной продукции и процессов ее возведения в работе был проведен анализ существующих видов связей между работами и их классификационных схем, использовавшихся разными авторами. Было установлено, что с помощью изученных связей невозможно учесть все специфические условия производства работ на объекте, в том числе, различные виды ограничений на производство работ. Выявлены новые виды связей и на их основе предложена классификационная схема связей, необходимых для разработки моделей ПТС процессов возведения объектов. В ней связи между работами разделяются на четыре группы: а) строго детерминированные; б) частично детерминированные; в) недетерминированные вариативные; г) недетерминированные стохастические связи. Четвертая группа связей в диссертации не рассматривается.

а) К строго детерминированным отнесены технологические (в терминологии В.А. Афанасьева фронтальные), определяющие технологическую последовательность ПТП и связывающие работы-модули смежных ПТП в одном и том же пространстве (блок-секции, этаже и т.п.); пространственные связи, определяющие пространственную доступность фронтов-модулей одного и того же ПТП и связывающие работы-модули этого ПТП в разных пространствах (ярусах, этажах и т.п.); пространственно-технологические связи, определяющие пространственную доступность фронтов-модулей последующих ПТП по отношению к предыдущим.

б) В группу частично детерминированных связей включены связи организационно-технологических ограничений, определяющие зависимость производства работ-модулей ПТП от технологических параметров ведущих машин, механизмов и т.п., связи ограничений по безопасности работ на смежных фронтах-модулях, направленности выполнения контрольно-измерительных работ, по пропускной способности внутриплощадочных транспортных коммуникаций.

в) Недетерминированные вариативные связи (в терминологии разных авторов ресурсные или организационные связи) не включаются в модель ПТС процесса возведения объекта и используются в функциональной модели. Эти связи отражают последовательность переходов одного и того же ресурса-модуля с одного фронта-модуля на другие, а их отсутствие между фронтами-модулями одного и того же ПТП означает, что работы на этих фронтах выполняются параллельно. Они определяются алгоритмически в функциональной модели в результате решения задач вариантного поиска субоптимальных расписаний.

г) Недетерминированные стохастические связи - связи, вероятность возникновения которых и учета в моделях ПТС процессов возведения объектов определяется в зависимости от изменения конкретных условий производства работ на объекте, требующих отдельного исследования.

Поскольку модель ПТС процесса возведения объекта формируется с учетом первых двух групп связей, это позволяет выявить все фронты-модули, на которых ресурсы-модули соответствующих ПТП могут выполнять работы одновременно. Это дает возможность определить минимально возможную продолжительность строительства объекта.

В качестве примера на рис. 2 представлен фрагмент модели ПТС процесса возведения реального объекта, в котором между фронтами-модулями смежных ПТП указаны технологические связи, а между фронтами-модулями ПТП «А» выявлены связи ограничений по безопасности работ. В этом ПТП работа-модуль на последующих (II-м и IV-м) фронтах-модулях может быть начата только после окончания работ-модулей на предыдущих фронтах-модулях (I-м и III-м). Работы-модули ПТП «Б» на I-м и II-м фронтах-модулях в целях безопасной работы ресурсов-модулей этого ПТП будут начинаться только после окончания работ-модулей ПТП «А» во II-м фронте-модуле, а на III-V-м фронтах-модулях - после окончания работ-модулей в IV-м фронте-модуле (рис. 2). Для скорейшего открытия фронтов-модулей ПТП «Д» принято общий фронт ПТП «Г» с продолжительностью работы 1,1 смен разделить на дробные фронты-модули, в которых продолжительности работ-модулей меньше чем одна смена.

Рис. 2. Фрагмент модели пространственно-технологической структуры процесса возведения объекта

На рис. 3 приведен пример разбивки общих фронтов первых двух ПТП на фронты-модули и пространственно-технологической их увязки между собой. Определенные по сменной производительности ресурсов-модулей размеры фронтов-модулей привязываются к разбивочным осям объекта (рис. 3).



Рис. 3. Размеры и схема увязки фронтов-модулей ПТП «отрывка котлована» и «устройство щебеночной подготовки»

При составлении моделей ПТС процессов возведения объектов рекомендуется использовать программы управления проектами, что снижает трудоемкость их наглядного представления и оперативной корректировки в процессе изменения условий строительства. В диссертации использовалась программа MS Project.

5. Алгоритм вариантного проектирования расписаний работ исполнителей в каждом ПТП, позволяющий формировать наиболее рациональные составы специализированных и/или комплексных бригад.

В диссертации рассматривается задача определения минимально необходимого количества ресурсов-модулей, выполняющих работы на соответствующих фронтах-модулях каждого ПТП при дополнительном условии, что приоритеты по минимизации числа ресурсов-модулей каждого ПТП заданы. строительный планирование календарный

Из анализа публикаций (В.И. Рыбальский, В.А. Афанасьев и др.) известны три группы задач календарного планирования СМР: 1) по заданным объемам работ и количеству трудовых и технических ресурсов определяется продолжительность производства работ; 2) по объемам работ и продолжительности - требуемое количество ресурсов; 3) по количеству ресурсов, объемам работ и срокам их выполнения - оценка достаточности ресурсов для обеспечения заданных сроков. Рассматриваемая в диссертации задача относится ко второй группе.

На основе модели ПТС процесса возведения объекта в диссертации разработан алгоритм вариантного проектирования расписаний работы каждого назначаемого на соответствующий фронт-модуль ресурса-модуля:

1 шаг. Определяется минимальный срок возведения объекта при условии, что на каждый фронт-модуль назначен свой ресурс-модуль:

i(j) = 1, …, n; j = 1, …, m; (2)

где, ti(j),j - продолжительность работы на i(j)-ом фронте-модуле j-ого ПТП;

n - количество фронтов-модулей в j-том ПТП; m - количество ПТП.

Значения начал и окончаний работ-модулей на каждом i(j)-ом фронте-модуле j-ого ПТП принимаются в качестве ранних сроков работ-модулей.

2 шаг. Выбирается директивный срок возведения объекта в пределах от минимально возможного до нормативного значения , если таковой приводится в нормативных документах:

(3)

3 шаг. По директивному сроку вычисляются поздние сроки работ-модулей на i(j)-ом фронте-модуле j-ого ПТП.

4 шаг. Определяются приоритеты ПТП по степени их значимости, определяющие возможность назначения меньшего количества исполнителей на ПТП с более высоким приоритетом.

5 шаг. Назначаются ресурсы-модули на фронты-модули ПТП с наивысшим приоритетом. При этом назначение ресурсов начинается с критических работ-модулей, а далее на работы-модули с более ранними сроками выполнения.

6 шаг. Пересчитываются поздние окончания () выполнения работ-модулей на i-х фронтах-модулях предыдущих (j-1)-х ПТП по (4) и ранние начала () на i-х фронтах-модулях последующих (j+1)-х ПТП по (5):

(4)

(5)

где, , - соответственно, начало и окончание составленных расписаний работ-модулей на i-х фронтах-модулях j-ого ПТП с наивысшим приоритетом.

7 шаг. Из оставшихся ПТП выбирается ПТП, имеющий наивысший приоритет, и повторяются 5-й и 6-й шаги алгоритма. Далее последовательно по выбранным в шаге 4 приоритетам ПТП составляются расписания работ ресурсов-модулей. Процедуры шага 7 повторяются до исчерпания работ-модулей в соответствующих ПТП.

Для представленного на рис. 2 комплекса ПТП с помощью алгоритма на функциональной модели составлено расписание работы ресурсов-модулей при приоритетах ПТП (А>Б>В>Г>Д>Е) (рис. 4). На этой модели по формуле 2 определены ранние сроки выполнения работ-модулей, которые представлены в верхних углах внутри прямоугольников. В пределах директивного срока рассчитаны поздние сроки выполнения работ-модулей, приведенные в нижних углах прямоугольников. Кроме строго и частично детерминированных связей указаны ресурсные связи, определяющие последовательность перехода ресурсов-модулей с одного фронта-модуля на другой. Таким образом, составлено расписание работы ресурсов-модулей (приведены в средней части внутри прямоугольников) и определены их общее количество для рассматриваемого комплекса ПТП.

Рис. 4. Расписание работы ресурсов-модулей для комплекса ПТП, представленного на рис. 2

Расписания работ ресурсов-модулей внесены в табл. 2 (столбец 2). В этой таблице представлены также расписания работ ресурсов-модулей, составленные при двух других выбранных приоритетах ПТП. Как видно из табл. 1, при приоритетах ПТП (А>Б>В>Г>Д>Е) общее количество ресурсов-модулей для комплекса ПТП составляет 14 ресурсов-модулей или 28 рабочих, в том числе машинист экскаватора. Из трех приведенных вариантов оптимальным по общей численности ресурсов-модулей является 3-й вариант, где общее количество рабочих составляет 20 чел., в том числе машинист экскаватора.

В диссертации показано, что с помощью разработанного алгоритма можно определять расписания работ отдельных ресурсов-модулей не только по основной, но и по смежным специальностям при условии, что эти ресурсы владеют этими специальностями. При этом повышается равномерность загрузки трудовых и технических ресурсов, минимизируются простои при передаче фронтов работ смежным ПТП, а также простои в работе ресурсов внутри ПТП.

Таблица 2

Варианты расписаний работы ресурсов-модулей для комплекса ПТП

приведенного на рис. 2

Примечание* Символ «>» в таблице показывает порядок включения ПТП в составляемое расписание (приоритет), а «>» - переход ресурсов-модулей с одного фронта-модуля на другой.

6. Результаты изучения адекватности модели ПТС процесса возведения объекта реальным производственным условиям и оценка организационно-экономической эффективности ее применения.

По результатам исследований был разработан методический документ «Рекомендации по разработке и применению в программах управления проектами календарных планов возведения объектов детализированных до простых технологических процессов». С использованием этих рекомендаций была разработана модель ПТС процесса возведения реального объекта - здания поликлиники, и изучена ее адекватность реальным производственным условиям строительства. Методика формирования модели ПТС процесса возведения выбранного объекта включала следующие этапы:

анализ исходных данных для проектирования объекта;

установление перечня, технологической последовательности и объемов работ всех ПТП;

определение численного, профессионального и квалификационного состава ресурсов-модулей для каждого ПТП и их сменной выработки;

с учетом сменной выработки ресурсов-модулей и специфических особенностей объекта определение размеров, конфигурации и количества фронтов-модулей каждого ПТП с привязкой к осям и высотным отметкам;

выявление всех видов связей между работами-модулями ПТП по исходным данным и проектным решениям;

построение модели ПТС процесса возведения объекта в табличной форме (табл. 3) и в форме сетевой модели.

Таблица 3

Основные организационно-технологические характеристики ПТП

При определении сменной выработки ресурсов-модулей ПТП (табл. 3, столбец 5) производства арматурных и опалубочных работ были проведены хронометражные наблюдения на объекте-аналоге.

Модель ПТС процесса возведения поликлиники, представленная в табличной форме, была преобразована в форму сетевого графика вида «вершины-работы». На модели ПТС процесса возведения поликлиники с помощью разработанного алгоритма вариантного проектирования расписаний работ ресурсов-модулей было определено минимальное количество ресурсов-модулей и их расписания работы на соответствующих фронтах-модулях - сформирована функциональная модель. Эта модель была представлена в программе MS Project-2007.

Результаты календарного планирования были сопоставлены с собранными фактическими данными производства работ на объекте. Продолжительность возведения объекта составила 132 рабочих дня против фактических - 149 рабочих дней, сокращение срока составило 11,4%. Сравнение полученной по алгоритму численности рабочих с фактической было проведено на работах по устройству несущих железобетонных конструкций здания. Расчетная численность рабочих в комплексной бригаде составила 28 чел., когда фактически выполняли работы 36 чел. Восемь чел. фактического состава бригады частично могли быть заняты на вспомогательных и сопутствующих работах, не включенных в модель ПТС процесса возведения поликлиники, а также отвлекались на непроизводительные работы, зафиксированные в натурных наблюдениях.

Рассчитанный в диссертации ориентировочный экономический эффект от сокращения срока строительства объекта составил 1,7% от сметной стоимости СМР, а от сокращения численности рабочих - 0,8%.

Таким образом, подтверждена адекватность изученной в диссертации организационно-технологической модели реальным производственным условиям и организационно-экономическая эффективность ее применения в современном календарном планировании СМР.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В современных моделях календарного планирования СМР степень детализации работ не доводится до уровня простых технологических процессов (ПТП), недостаточно учитываются специфические особенности производства работ, вследствие чего теряется их адекватность в процессе применения в оперативно-производственном управлении при изменении численности трудовых и технических ресурсов и других условий строительства. Исключение составляют модели пространственно-технологической структуры (ПТС) процессов возведения объектов, позволяющие ввести вариантное проектирование расписаний трудовых и технических ресурсов на уровне ПТП, однако эти модели не нашли широкого применения в практике строительства. В диссертации выявлены причины, затрудняющие применение этих моделей и необходимость дополнительных их исследований.

Проведенные исследования специфических особенностей строительной продукции и процессов ее производства позволили сформулировать требования к формированию моделей ПТС процессов возведения объектов и к дополнительному изучению их элементов - фронтов-модулей ПТП и связей между ними.

Разработанная методика декомпозиции общего фронта работ ПТП на фронты-модули дает возможность однозначно определить их размеры, конфигурацию и границы в пределах общего фронта работ каждого ПТП и обеспечить устойчивость модели ПТС процесса возведения объекта к изменению численности и расписаний работы ресурсов-модулей.

Выявленные виды частично детерминированных связей при применении их в моделях ПТС процессов возведения объектов обеспечивают учет в этих моделях ограничений на производство работ для каждого ПТП при возведении объекта. Результаты исследований фронтов-модулей ПТП и связей между ними обеспечивает повышение адекватности модели ПТС процесса возведения объекта реальным производственным условиям и тем самым подтверждают выдвинутую гипотезу.

Применение на основе ПТС разработанного алгоритма определения количества ресурсов-модулей и расписаний их работы на фронтах-модулях ПТП позволяет определять рациональные составы специализированных и комплексных бригад и размеры отводимых им фронтов работ на каждом объекте.

Оценка организационно-экономической эффективности подтверждает экономическую целесообразность применения изученной организационно-технологической модели с разделяемыми структурной и функциональной частями. Использование этой модели в календарном планировании и оперативно-производственном управлении возведением объектов позволяет сокращать сроки ввода их в эксплуатацию и минимизировать количество трудовых и/или технических ресурсов по отдельным видам работ и по объекту в целом.

Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы в дальнейшем при разработке формализованных электронных моделей в автоматизированном календарном планировании СМР.

СПИСОК РАБОТ, В КОТОРЫХ ОТРАЖЕНЫ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в рецензируемых ВАК изданиях

Сандан, Р.Н. О концептуальных основах инновационного развития строительной отрасли России: системно-синергетический подход / М.М. Калюжнюк, Р.Н. Сандан // Вестник гражданских инженеров. - 2010. - №3(24). - С. 108-117.

Сандан, Р.Н. Изучение адекватности модели пространственно-технологической структуры процесса возведения объекта конкретным условиям строительства / М.М. Калюжнюк, Р.Н. Сандан // Вестник гражданских инженеров. - 2011/№2(27). - С. 105-115.

Статьи, опубликованные в других изданиях

Сандан, Р.Н. Структурная классификация элементов строительных процессов / М.М. Калюжнюк, Р.Н. Сандан // Вестник гражданских инженеров. - 2008. - №1(14). - С. 46-52.

Сандан, Р.Н. Применение метода совмещения работ по основной и смежным специальностям в строительстве / М.М. Калюжнюк, Р.Н. Сандан // Актуальные проблемы современного строительства: сб. материалов 61-й международной научно-технической конференции молодых ученых / СПбГАСУ. - Ч. 1. - СПб., 2008. - С. 56-60.

Сандан, Р.Н. Организация труда при совмещении работ по основной и смежным специальностям в строительстве / Р.Н. Сандан // Вестник ТывГУ. Технические и физ.-мат. науки. - Вып. 3. Кызыл, 2009. - С. 27-31.

Сандан, Р.Н. Профессиональный и квалификационный подбор персонала и индивидуализированное техническое нормирование труда в строительстве / Р.Н. Сандан // Актуальные проблемы современного строительства: сб. материалов 62-й международной научно-технической конференции молодых ученых / СПбГАСУ. - В 5 ч. Ч. 1. - СПб., 2009. - С. 72-77.

Сандан, Р.Н. Вариантное проектирование расписаний работы ресурсов на фронтах-модулях простых технологических процессов / Р.Н. Сандан // Актуальные проблемы современного строительства: сб. трудов 63-й междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых / СПбГАСУ. - Ч. 2. - СПб., 2010 - С. 93-96.

Сандан, Р.Н. Анализ хронометражных видеонаблюдений процессов устройства монолитных железобетонных конструкций / Р.Н. Сандан // Актуальные проблемы современного строительства: сб. тр. 64-й междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых / СПбГАСУ. - В 3 ч. Ч. II - СПб., 2011. - С. 165-168.

Размещено на Allbest.ru

...