Süre-maliyet ödünleşim probleminin çözümüne yönelik proje sıkıştırması tabanlı bir modelin oluşturulması
Creating a project crashing-based model to solve time-cost trade-off problem
Yazar: NİYAZİ SERHAT ÖZADAM
Danışman: PROF. DR. GÜL POLAT TATAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı İşletmesi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
İnşaat projelerinin başarılı olarak nitelendirilebilmesi için belirli bazı hedefleri sağlaması gerekmektedir. Bu hedefler öncelikli olarak projenin istenen süre içerisinde ve önceden belirlenen bütçe sınırları dâhilinde bitirilmesidir. Bu sebeple inşaat sektöründe projelerin istenilen süre ve belirlenen bütçe sınırları içerisinde tamamlanması amaçlanmaktadır. Projelerin iki ana hedefi olan süre ve maliyet faktörleri sürekli etkileşim içerisindedir. Bu faktörler aynı anda optimize edilmeye çalışıldığında süre-maliyet ödünleşim problemini ortaya çıkarmaktadır. Süre-maliyet ödünleşim problemleri ayrık ve sürekli olmak üzere iki farklı şekilde modellenebilmektedir. Süre ve maliyet arasındaki ilişki gerçek hayatta da ayrık bir ilişki modeline daha yakın olduğu için yapılan çalışmalar bu yöne yoğunlaşmıştır. Süre-maliyet ödünleşim problemini çözmek için birçok proje hızlandırma tekniği kullanılmaktadır. Proje hızlandırma tekniği, proje sıkıştırması ve hızlı yol başta olmak üzere birçok farklı teknikle yapılabilmektedir. Proje hızlandırma tekniklerinden proje sıkıştırması en yaygın olarak kullanılan tekniktir. Maliyet ve süre yönetiminde kullanılan teknikler; "proje planlama aşamasında maliyet ve süre yönetimi" ve "proje uygulama aşamasında maliyet ve süre yönetimi" olmak üzere iki ana kategoriye ayrılabilir. Projen sıkıştırması tekniği proje planlama aşamasında maliyet ve süre yönetimi kategorisine bir örnektir. Proje sıkıştıması, projenin kapsamını değiştirmeden minimum ek maliyetle minimum proje süresini bulmayı amaçlamaktadır. Proje süresini kısaltmak için öncelikle aktivitelerin süresini kısaltmak gerekmektedir. Proje sıkıştıma işlemi yapmak için; ek kaynak tahsisi, imalatları gerçekleştiren ekipmanların teknolojilerini iyileştirme, imalatlarda kullanılan malzeme kalitesinin artırılması, kalifiye çalışanların işe alınması gibi belirli işlemler gerçekleştirilmesi gerektiğinden, aktivelerin süreleri kısaltmak ek maliyetlere neden olacaktır.  Proje sıkıştırma sürecinde kritik aktivite veya aktiviteler her geçen gün sıkıştırma işlemine uğramakta, bu da sıkıştırma maliyetlerine neden olmaktadır. Bu süreç, projenin maliyetinin en düşük olduğu tamamlanma süresine veya hedeflenen proje süresine ulaşıldığında sona ermektedir. Proje sıkıştırma işleminin yapılabilmesi için yaygın olarak kullanılan programla tekniklerinden biri olarak kritik yol metodundan faydalanmak gerekmektedir. Kritik yol metodu aktivitelerin aralarındaki ilişkileri kullanarak bir ağ diyagramı oluşturur. Daha sonra bu ağ diyagramı üzerinde aktivitelerin erken başlangıç, erken bitiş, geç başlangıç geç bitiş zamanlarını ve bolluklarını hesaplayarak kritik yolları ve kritik aktiviteleri belirler. Böylece projenin tamamlanma süresi bulunmuş olur. Proje sıkıştırma işlemi burada devreye girerek kritik yollar üzerindeki kritik aktivitelerin süresini azaltarak projenin tamamlanma süresini azaltmayı amaçlamaktadır. Bu çalışmada, literatürde en yaygın olarak normal kritik aktivite tanımı kullanıldığı için, kritik aktivite normal kritik aktivite olarak tanımlanmıştır.  

Süre ve maliyet inşaat projelerindeki ana hedeflerden olsa da bu faktörler tek başlarına değerlendirilememektedir. Sürenin veya maliyetin azalması ve artması inşaat projelerinin kalitesinde azalmaya ve artmaya neden olabilir. Bir inşaat projesinin verimliliğini artırmak için proje tamamlanma süresi, maliyeti ve kalitesini dengelemek, süre-maliyet-kalite ödünleşim problemi olarak adlandırılır. Aynı şekilde, bir projede sürenin veya maliyetin azalması ve artması inşaat projelerinin iş güvenliği seviyelerinde azalmaya ve artmaya neden olabilir. Yapılan imalatların kalitesi ve projenin iş güvenliği faktörleri de süre maliyet ödünleşim problemine etki eden başlıca faktörlerdendir. Çünkü bu faktörler de projenin maliyetine dolayısıyla süre-maliyet ödünleşim problemine etki etmektedir. 
Yapım sözleşmelerine erken bitirme bonusu ve gecikme cezası gibi sözleşme maddeleri eklenerek yüklenicilerin projeyi belirlenen hedefler doğrultusunda tamamlamaları için motive olmaları sağlanabilmektedir. Sözleşme maddeleri, projenin sözleşme süresinden geç tamamlanması durumunda yüklenici tarafından ödenen gecime cezası ve projenin sözleşme süresinden daha kısa sürede tamamlanması durumunda yükleniciye ödenen erken bitirme bonusu ile ilgilidir ve sözleşme maddeleri inşaat projelerinin süre ve maliyet performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Bu tez çalışması kapsamında inşaat sektöründe sıkça karşılaşılan süre-maliyet ödünleşim problemini çözmek için, yüklenicilere ve işverenlere; minimum toplam proje maliyeti için minimum süreye sahip olan doğru kombinasyonu ve minimum proje süresi için minimum maliyete sahip olan doğru kombinasyonu sağlamak üzere genel olarak süre-maliyet ödünleşim problemini çözmek için kendilerine en uygun kombinasyonun hangisi olduğuna karar vermelerine yardımcı olmayı ve sıkıştırılacak optimum aktivite sırasını belirlemeyi amaçlayan proje sıkıştırması tabanlı bir model önerilmiştir. Önerilen model proje sıkıştırma işlemi sonucunda ortaya çıkan kalite ve iş güvenliği maliyetlerini toplam proje maliyetine dahil ederek bu maliyetlerin toplam proje maliyeti üzerinde bir tehdit ve fırsat oluşturduğunu varsaymıştır. Model, toplam proje maliyeti hesaplanırken sözleşme maddelerinde yer alan; yüklenicilere bir teşvik kaynağı oluşturan erken bitirme bonusunun ve yüklenicilere ek bir maliyet oluşturan gecikme cezalarının etkilerini dikkate alarak gerçek projelerde karşılaşabilecek durumların önceden tespit edilip buna göre önlem alınmasına olanak sağlamıştır. Ayrıca model, dinamik değişim oranlarını kullanarak proje sıkıştırma işleminin oluşturduğu maliyetlerin her sıkıştırma adımından sonra değiştiği varsayımını kullanmıştır. Önerilen model, bu çalışmadan faydalanacak proje paydaşlarının karşılaştığı problemi basit bir şekilde çözmesini sağlamak amacıyla MS Excel Solver eklentisi ile entegre edilmiş Visual Basic programlama dili kullanılarak geliştirilmiştir. Yapılan tüm bu çalışmaların her birinin mevcut literatürde ayrı olarak incelendiği fakat hepsinin bir arada incelendiği bir çalışma bulunmadığı anlaşılmıştır. Model literatüdeki bu boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır.
Önerilen modelin daha iyi anlaşılabilmesi için verilen ve mevcut literatürdeki bir çalışma temel alınarak geliştirilen örnek olay 18 aktiviteden oluşmaktadır. CPM kullanılarak çözülen bu örnek olayda proje tamamlanma süresi 105 gündür. Sözleşme kapsamında proje tamamlanma süresi 95 gün olan bu iş programı, proje sıkıştırması tabanlı modelin uygulanması ile minumum maliyete 94. günde ulaşmıştır.
Sonuç olarak, bu tez çalışması kapsamında önerilen model, gerçek projelerde proje maliyetini minimize etmeyi, proje süresini optimize etmeyi ve bu işlemleri yaparken olası sözleşme maddelerinden kaçınmayı ya da faydalanmayı amaçlayan proje paydaşlarının rahatça yararlanmalarına olanak sağlamaktadır.
Bu çalışma; aktivite sayısının arttırılması, aktiviteler arasındaki ilişkilerin FS ilişki tipiyle sınırlı tutulmaması, kritik aktivitenin yalnızca normal kritik aktivite olarak ele alınmaması ve sezgisel ve meta-sezgisel yaklaşımların modele entegre edilmesi ile ileriki akademik araştırmalarda daha da geliştirilebilecektir.

Abstract:
Projects in the construction industry must meet certain objectives in order to be considered successful. These objectives are primarily the completion of the project within the desired time and within the predetermined budget limits. For this reason, it is aimed to complete the projects in the construction sector within the desired time and within the determined budget limits. The two main objectives of the projects, time and cost factors, are in constant interaction. When these factors are tried to be optimized at the same time, the time-cost trade-off problem arises. Time-cost trade-off problems can be modeled in two different ways: discrete and continuous. Since the relationship between time and cost is closer to a discrete relationship model in real life, studies have focused on this direction. Many project acceleration techniques are used to solve the time-cost trade-off problem. It can be done with many different techniques, especially the project acceleration technique, project crashing and fast tracking. Of the project acceleration techniques, project crashing is the most widely used. Techniques used in cost and time management; It can be divided into two main categories as "cost and time management in the project planning stage" and "cost and time management in the project implementation stage". Project crashning technique is an example of the cost and time management category at the project planning stage. Project crashing aims to find the minimum project duration with minimal additional cost without changing the scope of the project. In order to shorten the duration of the project, first of all, it is necessary to shorten the duration of the activities. To perform project crashing; Since certain processes such as the allocation of additional resources, improving the technologies of the equipment performing the productions, increasing the quality of the materials used in the productions, hiring qualified employees, shorten the duration of the activities will cause additional costs. In the project crashing process, critical activity or activities are subject to crash every day, which causes crashing costs. This process ends when the completion time of the project with the lowest cost or the target project duration is reached. Critical path method should be used as one of the commonly used programming techniques for project crashing. The critical path method creates a network diagram using the relationships between activities. Then, it determines the critical paths and critical activities by calculating the early start, early finish, late start, late finish times and floats of the activities on this network diagram. Thus, the completion time of the project is found. Project crashing comes into play here, aiming to reduce the completion time of the project by reducing the duration of critical activities on critical paths. In this study, critical activity was defined as normal critical activity, as the most common definition of normal critical activity was used in the literature.
Although time and cost are the main objectives in construction projects, these factors cannot be evaluated alone. Decrease and increase in time or cost can lead to a decrease and increase in the quality of construction projects. Balancing project completion time, cost and quality to increase the efficiency of a construction project is called the time-cost-quality trade-off problem. Likewise, a decrease and increase in the duration or cost of a project can lead to a decrease and increase in the safety levels of construction projects. The quality of the productions and the safety factors of the project are also the main factors affecting the time-cost trade-off problem. Because these factors also affect the cost of the project and the time-cost trade-off problem.
By adding contract clauses such as early completion bonus and delay penalty to the construction contracts, the contractors can be motivated to complete the project in line with the determined targets. Contract clauses relate to the penalty cost by the contractor if the project is completed later than the contract term and the early completion bonus to the contractor if the project is completed in less than the contract period, and contract clauses have a significant impact on the duration and cost performance of construction projects.
Within the scope of this thesis, in order to solve the time-cost trade-off problem that is frequently encountered in the construction industry; a project crashing based model is proposed for aiming to contractors and employers decide which combination is most suitable for them and to determine the optimum sequence of activities for crashing. These combinations are created to provide the right combination with minimum time for minimum total project cost and minimum cost for minimum project time. The proposed model includes the quality and safety costs resulting from the project crashing process into the total project cost and assumes that these costs create a threat and an opportunity on the total project cost. While calculating the total project cost, the model included in the contract clauses; Taking into account the effects of the early completion bonus, which creates an incentive for the contractors, and the penalty cost, which create an additional cost for the contractors, it has enabled the situations that may be encountered in real projects to be determined in advance and to take measures accordingly. In addition, the model assumes that the costs of project crashing using dynamic change rates change after each crashing step. The proposed model has been developed using the Visual Basic programming language integrated with the MS Excel Solver add-in, in order to provide a simple solution to the problem faced by the stakeholders who will benefit from this study. It has been understood that each of these studies has been examined separately in the current literature, but there is no study in which all of them are examined together. The model aims to fill this gap in the literature.
The case study, which is given and developed based on a study in the existing literature, consists of 18 activities in order to better understand the proposed model. In this case study solved using CPM, the project completion time is 105 days. This work program, which had a project completion time of 95 days under the contract, reached the minimum cost on the 94th day with the implementation of the project crashing-based model.
As a result, the model proposed within the scope of this thesis allows project stakeholders to benefit comfortably, aiming to minimize the project cost in real projects, optimize the project duration, and avoid or benefit from possible contract clauses while performing these operations.
This study; It can be further developed in further academic research by increasing the number of activities, not limiting the relationships between activities to the FS relationship type, not considering critical activity as only normal critical activity, and integrating heuristic and meta-heuristic approaches into the model.