Применение алгоритма локальных приоритетов при составлении расписаний строительно-монтажных работ

УДК 69.05:658.512

ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМА ЛОКАЛЬНЫХ ПРИОРИТЕТОВ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ РАСПИСАНИЙ СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ РАБОТ

Сандан Р.Н. Тувинский государственный университет

THE APPLICATION OF THE ALGORITHM OF LOCAL PRIORITIES FOR SCHEDULING OF CONSTRUCTION WORKS

Sandan R.N.

Tuvan state university, Kyzyl

В условиях увеличения объемов строительной продукции, в том числе, в Республике Тыва отмечена эффективность разработки и внедрения адекватных реальным условиям организационно-технологических моделей и методов возведения объектов. На основе разработанной структурной модели предлагается методика составления расписаний строительно-монтажных работ на уровне простых технологических процессов. Благодаря применению в календарном планировании и управлении процессами строительного производства данного алгоритма появляется возможность равномерной загрузки исполнителей работ.

Ключевые слова: строительство, простые технологические процессы, календарное планирование, расписания строительно-монтажных работ.

With the increase of construction volumes in the Republic of Tyva noted the effectiveness of the design and implementation of adequate organizational and technological models and methods of construction. Based on the structural model suggests a methodology for scheduling of construction works on the level of simple technological processes.

Key words: construction, simple manufacturing processes, scheduling, schedule of construction

works.

В последнее время объемы строительной продукции, вводимой в эксплуатацию, значительно возросли по стране в целом. Такая тенденция наблюдается также в регионах, в том числе, в Республике Тыва. По данным министерства строительства и модернизации коммунального хозяйства в 2014 году объемы строительных работ выросли на 16,8 процента, тем самым республика вошла в число регионов, где наблюдается рост конкурентоспособности строительной отрасли. Этому способствовала реализация различных федеральных и региональных государственных программ социального развития [1-3 и др.], а именно:

• строительство объектов социальной инфраструктуры (переселение граждан из аварийного и ветхого жилья, строительство жилых объектов для детей-сирот, улучшение жилищных условий молодых семей и специалистов, строительство и реконструкция спортивных объектов, строительство и реконструкция детских дошкольных и образовательных учреждений и т.д.);

• повышение сейсмоустойчивости жилых зданий и объектов инфраструктуры;

• строительство объектов обороны;

• строительство и реконструкция промышленных объектов;

• строительство и реконструкция автодорог;

• и др.

В таких условиях нормальное осуществление строительного производства (своевременный ввод объектов в эксплуатацию с необходимым качеством), в первую очередь, зависит от организационно-технологической подготовки строительства. Должны быть использованы адекватные реальным условиям модели и методы оперативно-производственного планирования и управления строительством, устойчивые к влиянию неблагоприятных факторов на ход строительства; разработаны и внедрены модели и методы вариантного автоматизированного календарного планирования строительства объектов, позволяющего генерировать варианты проектных решений и оценивать их организационно-технологическую эффективность; применено 4D-моделирование в календарном планировании.

Между тем во многих из современных строительных организаций республики система календарного планирования производства работ как таковая отсутствует вовсе, календарные планы разрабатываются лишь формально для экспертных и надзорных органов, оперативно-производственное планирование и управление ведется ситуативно в режиме оперативных совещаний. В этом случае планирование и управление строительно-монтажными работами может быть схематически представлено следующим образом: в составе проектной документации на объект разрабатывается проект организации строительства (ПОС), который используется, как правило, только для получения общих оценочных представлений об объемах работ, о потребности в материальных, трудовых, технических, энергетических и финансовых ресурсах, о сроках строительства объекта или группы объектов, а также о распределении ресурсов по периодам строительства. Эти сведения лишь приблизительно могут служить исходными данными для проектирования производства работ на объекте и последующего управления ими. Их вместе с условно разработанной организационно-технологической схемой возведения объекта оказывается, как правило, достаточно для того, чтобы проект прошел государственную экспертизу. Практически повсеместно документы ПОС в оперативно-производственном планировании и управлении не принимаются в расчет за исключением, разве что, даты ввода объекта в эксплуатацию.

По исходным данным из ПОС и по сведениям об организациях, привлекаемых к строительству (их мощностях, техническом и технологическом оснащении и т. д.) генподрядчик, чтобы получить разрешение на строительство разрабатывает проект производства работ (ППР), в котором, в подавляющем большинстве случаев, календарному планированию уделяется самое незначительное внимание.

Прорабские участки, службы подготовки производства и материально-технического снабжения знакомятся с проектом и составляют заявки на обеспечение материальными, трудовыми и техническими ресурсами, на приобретение и/или изготовление вспомогательного, в том числе нестандартного оборудования и оснащения. Сроки выполнения заявок, как правило, определяются исходя из профессиональной подготовки, предшествующего опыта и интуиции управленческих работников. Календарные планы выполнения работ составляются под намечаемые директивно сроки строительства, руководствуясь экономическими и иными соображениями, слабо или вовсе не связанными с условиями производства работ.

В подавляющем большинстве организаций нормы затрат труда и машинного времени отсутствуют. На строительной площадке по намеченным срокам ввода объектов в эксплуатацию начальник участка или прораб опытным путем в процессе производства работ осуществляет подбор численного, профессионального и квалификационного состава рабочего персонала, необходимого для выполнения работ на объекте. Качество подбора существенно зависит от профессиональной подготовки опыта, деловых и личностных качеств производителей работ, бригадиров и рабочих, привлекаемых к производству работ. Календарные планы заменяются оперативно-производственными совещаниями, периодичность которых зависит от сложности выполняемых работ и ситуации, складывающейся на объекте. Горизонт планирования составляет 2-3 дня, а в лучшем случае ограничивается недельным сроком.

Результатом такой системы планирования строительно-монтажных работ на объектах, несомненно, являются срывы директивных или нормативных сроков строительства объектов, зачастую некачественное выполнение отдельных конструктивных элементов зданий и сооружений и т.д., что и наблюдается на некоторых строящихся объектах республики.

В данной статье изучена эффективность внедрения в оперативно-производственном планировании и управлении строительными процессами структурно-функциональных моделей (моделей пространственно-технологической структуры процессов возведения объекта (ПТСПВО)) [4, 5 и др.], позволяющих решать задачи совершенствования календарного планирования и управления строительно-монтажными работами на уровне простых технологических процессов в составе проектов организации строительства (ПОС) на стадии проектирования объектов, в составе проектов производства работ (ППР) на стадии подготовки производства ген- и субподрядных организаций, а также в оперативно-производственном планировании и управлении строительно-монтажными и специальными работами, выполняемыми этими организациями.

Применение моделей пространственно-технологической структуры процессов возведения объектов и алгоритмов назначения ресурсов-модулей на фронты-модули позволяет ввести формализованный подход к календарному планированию возведения отдельных объектов, генерировать варианты календарных планов их строительства и выбирать по тому или иному выбранному для сравнения критерию эффективности наилучшие из этих вариантов. Полученные таким образом в ПОС результаты календарного планирования строительства объекта уточняются и дополняются в ППР и используются в оперативно-производственном планировании и управлении СМР ген- и субподрядных организаций, занятых в строительстве этих объектов.

Модель ПТСПВО формируется таким образом, что при изменении числа ресурсов-модулей в простых технологических процессах не происходит изменение ее структуры (количества фронтов-модулей и связи между ними), изменяются лишь определяемые алгоритмически расписания работы вновь назначаемых ресурсов-модулей на соответствующие фронты-модули, т. е. вводятся дополнительные организационные (Воропаев В.И.) или, что то же самое, ресурсные (Афанасьев В.А.) связи. Ранее при изменении численного состава трудовых и технических ресурсов требовалось заново

строить организационно-технологические модели возведения объектов [6], так как границы назначаемых фронтов работы для нового численного состава ресурсов приходилось определять заново. О специфике разработки моделей пространственно-технологической структуры процессов возведения объектов рассматривалось в работах [4, 5 и др.].

Составление расписаний СМР на модели ПТСПВО.Как было показано в вышеприведенных работах совершенствование метода календарного планирования СМР производится путем детализации СМР до уровня ПТП с учетом основных специфических особенностей строительной продукции и процессов ее производства конкретизированных до условий реальной площадки строительства. Такая детализация, проведенная на модели пространственно-технологической структуры процесса возведения объекта позволяет применять метод вариантного проектирования параллельно-поточной организации работ трудовых и технических ресурсов (ресурсов-модулей) и генерировать варианты от максимального насыщения фронтов-модулей ресурсами-модулями в каждом ПТП до минимально необходимого их количества, обеспечивающего выполнение работ в заданные сроки.

На основе усовершенствованной модели ПТСПВО был разработан [5] и предлагается для внедрения при проектировании строительных процессов алгоритм вариантного проектирования расписаний работы ресурсов-модулей в каждом ПТП, учитывающий приоритетности ПТП, а также разное количество фронтов-модулей в разных ПТП процесса возведения объекта и более сложный вид и характер учитываемых связей между фронтами-модулями.

Описание алгоритма:

1 шаг: На модели пространственно-технологической структуры, разработанной для конкретного объекта определяется минимально возможный срок возведения этого

Т .

объекта mm. Для этого предполагается, что на каждый фронт-модуль каждого ПТП назначается свой ресурс-модуль и по стандартным правилам метода критического пути определяются ранние начала и окончания работ-модулей всех назначенных ресурсов-модулей. Максимальное значение из окончаний работ-модулей последнего в модели ПТСПВО простого технологического процесса определяет минимально возможную

продолжительность всего комплекса работ Т min (1):

n

Т . = max У t.,.. .;

min i i = li

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

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

Т

2 шаг: Выбирается директивный срок дир возведения объекта, который может

быть назначен в пределах от минимально возможного 'rmm до нормативного значения Тнорм, если таковой приводится в нормативных документах:

Т < T < Т

min дир норм

Примечание. Нормативная продолжительность строительства объекта может быть определена по [7].

3 шаг: По значению директивного срока строительства объекта определяются поздние сроки выполнения работ-модулей на всех ^)-х фронтах-модулях каждого ]-ого ПТП. Поздние начала и окончания выполнения работ-модулей определяются из введенного на шаге 1 предположения, что на каждый фронт-модуль назначается свой ресурс-модуль. Как известно разность между поздними и ранними сроками выполнения работ называются резервами времени этих работ. В пределах этих резервов начала и соответственно окончания работ могут сдвигаться от ранних сроков к поздним, что дает возможность для части ресурсов-модулей, выполнивших работу-модуль на предыдущем фронте перейти на другой фронт и в пределах резервов времени работы на этом фронте выполнить ее, если ее окончание не выйдет за границы поздних сроков.

4 шаг: Для каждого простого технологического процесса определяется его приоритет, значение которого устанавливает место соответствующего ПТП в очередности определения количества ресурсов-модулей в этом ПТП и расписаний их работы. Для ПТП с наивысшим приоритетом количество ресурсов-модулей будет минимальным по сравнению с тем случаем, когда этому ПТП был бы присвоен более низкий приоритет вследствие того, что назначение одного и того же ресурса-модуля на следующие фронты-модули этого ПТП приводит к сокращению резервов времени для работ-модулей предыдущих и последующих в технологической очередности (но не в очередности приоритетов ПТП) простых технологических процессов.

Приоритеты ПТП могут определяться по следующим критериям:

• минимальное количество ресурсов-модулей, назначаемых на сравниваемые ПТП;

• минимальное общее количество ресурсов-модулей, назначаемых на все ПТП комплекса работ;

• максимальные прямые затраты или себестоимость ресурса-модуля сравниваемых ПТП;

• максимальные условно постоянные расходы (затраты на перебазирование отдельных видов ресурсов и т.д.).

5 шаг: На фронты-модули ПТП с наивысшим приоритетом назначаются ресурсы-модули и составляются расписания их работы в этом ПТП. При этом назначение ресурсов принято начинать с критических работ, а далее на работы-модули с более ранними сроками выполнения.

6 шаг: С учетом результатов определения количества ресурсов-модулей и расписаний их работы в ПТП с наивысшим приоритетом, пересчитываются:

• поздние сроки работ-модулей на фронтах-модулях предшествующих ПТП;

• ранние сроки выполнения работ-модулей на фронтах-модулях последующих

ПТП;

• резервы времени работ-модулей в зависимости от вновь определенных ранних и поздних сроков.

Расчет ранних и поздних сроков и резервов времени производится следующим образом.

Рассмотрим совокупность простых технологических процессов {А, В, С}, представленную в виде модели пространственно-технологической структуры производства этих процессов (см. рис. 1). Между фронтами-модулями смежных процессов

установлены технологические связи, отсутствие пространственных и частично детерминированных связей означает, что работы-модули на фронтах-модулях этого ПТП могут выполняться параллельно.

Рис. 1. Условная модель пространственно-технологической структуры производства работ простых технологических процессов А, В, С

Если известны ^на ^)-х фронтах-модулях всех j-х ПТП сетевой модели, то по

£ Р .Н. £ Р .0.

*'у ) (см. 1-й шаг) и по

(3.2.1) можно определить ранние начала и окончания ( *'у стандартным правилам метода критического пути (см. 3-й шаг) поздние окончания и

£П.О. £П.Н.

начала ( и , и ) выполнения всех работ-модулей каждого ПТП. При этом согласно шагу 1 одновременно определяется минимально возможный срок выполнения работ на комплексе ПТП.

Согласно четвертому шагу алгоритма для всех ПТП присваиваются приоритеты по тому или иному выбираемому критерию. При этом приоритеты ПТП могут иметь следующие последовательности А>В>С, А>С>В, В>А>С, В>С>А, С>А>В, С>В>А. Символ «>» показывает приоритет соответствующего ПТП.

Рассмотрим пример проектирования расписаний работы ресурсов-модулей для комплекса ПТП при приоритетах ПТП В>А>С,при предположении, что ПТП «В» имеет наивысший приоритет, а ПТП «А» - второй по значимости приоритет, соответственно ПТП «С» - третий. Так как ПТП «В» имеет наивысший приоритет, то, в первую очередь, расписание составляется для этого процесса (назначаются соответствующие ресурсы на фронты-модули). При составлении расписаний работ ^+1) и ^-1) ПТП требуется пересчитывать, соответственно, ранние и поздние сроки выполнения работ на фронтах-модулях.

1) Зависимость поздних сроков работ-модулей (]-1)-ых ПТП от назначения ресурсов-модулей на фронты-модули ]-го ПТП. В данном случае в качестве (¡-1)-го ПТП будет служить ПТП «А», а ¡-го - ПТП «В».

Имеем:

^-1 - продолжительности работ-модулей на 1-х фронтах-модулях 0-1)-го ПТП;

к,- продолжительности работ-модулей на 1-х фронтах-модулях j-го ПТП;

р .н.

у

р.о.

у

- соответственно ранние начала и окончания выполнения работ-модулей на 1-х фронтах-модулях ]-го ПТП;

t п.н. t по.

iJ , iJ - соответственно позднее начало и окончание работ-модулей на i-x

фронтах-модулях j-го ПТП;

''3 , 1,3 - начала фронтах-модулях j-го ПТП.

'' 1 , 1,3 - начала и окончания расписаний работы ресурсов-модулей на всех

^ п.н. ^ по.

Требуется определить поздние сроки ''1-1, ''1-1 выполнения работ-модулей 0-1)-го ПТП на ьх фронтах-модулях.

Позднее окончание работ-модулей на фронтах-модулях предыдущих ПТП

г".°\ г™:

''1-1 зависит от ''1 :

t птн) = mn

tn-H\ , trM-

а позднее начало 3-1 зависит от ti,j-i и 3 , тогда, tпн (t tr'н) = тт(t™) -1

Ч,3-1

Поздние окончания и начала предшествующих (j-2, j-3 и т.д.) ПТП определяются аналогично по приведенным формулам (3 и 4).

2) Зависимость ранних сроков работ-модулей 0+1)-ых ПТП от назначения ресурсов-модулей на фронты-модули j-го ПТП. В данном случае в качестве (¡+1)-го ПТП будет служить ПТП «С», а j-го - ПТП «В». Имеем:

tij, tij+1 - продолжительности работ-модулей на фронтах-модулях ПТП j и j+1;

tr.H. tr.O

, 3 , , 3 - начала и окончания расписаний работы ресурсов-модулей на всех фронтах-модулях j-го ПТП;

tij+1 - продолжительность работ-модулей на i-х фронтах-модулях (j+1 )-го ПТП;

t п.н t по.

i'3+1, i'3+1 - поздние начала и окончания выполнения работ-модулей на i-х фронтах-модулях (j+1 )-го ПТП.

t р.н. t р°

Требуется определить ранние сроки i'3+1, i'3+1 выполнения работ-модулей на i-х фронтах-модулях (j+1 )-го ПТП.

Раннее начало работ-модулей на фронтах-модулях в последующих ПТП

t рм. tro.

i'3+1 зависит от i'3 :

t[j Ж7) =

t ро. tro. а раннее окончание i'3+1 зависит от tij+1 и i'3 ; тогда,

t[j Ж 3+1,3 = max(t;:;.) +1,, 3+1

Поздние окончания и начала последующих (¡+2, j+3 и т.д.) ПТП определяются аналогично по приведенным формулам (5 и 36).

7 шаг: Из оставшихся ПТП выбирается ПТП, имеющий наивысший приоритет и по рассчитанным на шаге 6 ранним и поздним срокам и оставшимся резервам времени производится назначение минимально необходимого количества ресурсов-модулей в пределах пересчитанных ранних и поздних сроков.

Процедуры шага 7 повторяются до исчерпания ПТП с работами-модулями, на которые не назначено необходимое количество ресурсов-модулей.

Таким образом, одновременно составлением расписаний работ для всех ПТП при учете приоритетов ПТП определяется требуемое количество ресурсов-модулей в каждом ПТП для нормальной их работы в пределах выбранного директивного срока.

Блок-схема алгоритма представлена на рис 2.

1 шаг. Определение минимального срока строительства

Объекта Тмин

П

min =1 !

2 шаг. Выбор директивного срока строительства объекта

Тдир

5 шаг. Назначение ресурсов-модулей на фронты-модули ПТП с наивысшим приоритетом

6. шаг. Расчет поздних сроков работ-модулей у предыдущих ПТП и ранних сроков у последующих

ПТП (tрJн+1) в зависимости от расписания ресурсов-модулей ПТП с наивысшим приоритетом

Для работ-модулей всех ПТП Да

составлено расписание ^

Ci

Рис. 2. Блок-схема алгоритма вариантного проектирования расписаний работ

Выводы. Из анализа существующих методов и алгоритмов календарного планирования и управления СМР установлено, что в настоящее время теоретические и частично практические аспекты этой проблемы решены, однако общепринятых методик формирования расписаний СМР на уровне ПТП (ресурсов-модулей), адаптированных для конкретных производственных условий не было найдено. Для решения данной задачи разработан алгоритм вариантного проектирования расписаний работы ресурсов-модулей, учитывающий приоритеты ПТП. С применением данного алгоритма возможно определение минимального количества трудовых и/или технических ресурсов для заданных сроков, а также минимально возможного срока возведения объекта при максимальном насыщении фронтов-модулей ресурсами-модулями.

Применение данного алгоритма в организационно-технологическом проектировании строительных процессов позволяет определять рациональные составы специализированных и комплексных бригад и размеры, отводимых им, фронтов работ на

Тувинский государственный университет

любом объекте. Алгоритм эффективен при той разработке модели пространственно-технологической структуры процесса возведения объекта, приведенной в работах [4, 5 и

др.].

Библиографический список

1. Государственная программа Республики Тыва «Обеспечение жителей Республики Тыва доступным и комфортным жильем на 2014-2020 годы».

2. Республиканская адресная программа по переселению граждан из аварийного жилищного фонда с учетом необходимости развития малоэтажного жилищного строительства в Республике Тыва на 2013-2017 годы.

3. Государственная программа Республики Тыва «Капитальный ремонт общего имущества в многоквартирных домах, расположенных на территории Республики Тыва на 2014-2043 годы».

4. Калюжнюк, М.М. Изучение адекватности модели пространственно-технологической структуры процесса возведения объекта конкретным условиям строительства / М.М. Калюжнюк, Р.Н. Сандан // Вестник гражданских инженеров. - 2011. - №2.

5. Сандан, Р.Н. Совершенствование методов календарного планирования строительно-монтажных работ на уровне простых технологических процессов: дисс. ... канд. техн. наук: 08.23.08. - СПб., 2011. - 147 с.

6. Абдуллаев, И.Н. Обеспечение качества строительно-технологических процессов, Ташкент. Изд-во «Фан» УзССР, 1984. - 80 с.

7. МДС 12-43.2008 Нормирование продолжительности строительства зданий и сооружений. Bibliograficheskiy spisok

1. Gosudarstvennaja programma Respubliki Tyva «Obespechenie zhitelej Respubliki Tyva dostupnym i komfortnym zhil'em na 2014-2020 gody».

2. Respublikanskaja adresnaja programma po pereseleniju grazhdan iz avarijnogo zhilishhnogo fonda s uchetom neobhodimosti razvitija malojetazhnogo zhilishhnogo stroitel'stva v Respublike Tyva na 2013-2017 gody.

3. Gosudarstvennaja programma Respubliki Tyva «Kapital'nyj remont obshhego imushhestva v mnogokvartirnyh domah, raspolozhennyh na territorii Respubliki Tyva na 2014-2043 gody».

4. Kaljuzhnjuk, M.M. Izuchenie adekvatnosti modeli prostranstvenno-tehnologicheskoj struktury processa vozvedenija ob#ekta konkretnym uslovijam stroitel'stva / M.M. Kaljuzhnjuk, R.N. Sandan // Vestnik grazhdanskih inzhenerov. - 2011. - №2.

5. Sandan, R.N. Sovershenstvovanie metodov kalendarnogo planirovanija stroitel'no-montazhnyh rabot na urovne prostyh tehnologicheskih processov: diss. ... kand. tehn. nauk: 08.23.08. - SPb., 2011. - 147 s.

6. Abdullaev, I.N. Obespechenie kachestva stroitel'no-tehnologicheskih processov, Tashkent. Izd-vo «Fan» UzSSR, 1984.

- 80 s.

7. MDS 12-43.2008 Normirovanie prodolzhitel'nosti stroitel'stva zdanij i sooruzhenij.

Сандан Руслан Николаевич - кандидат технических наук, старший преподаватель, Тувинский государственный университет,E-mail: ruzzzlan@mail.ru

Sandan Ruslan - candidate of technical Sciences, senior lecturer of the Tuvan state university, E-mail: ruzzzlan@mail.ru