14.2. Разработка модели объектных технологических зависимостей возведения объекта

Для реализации методики двухэтапной разработки календарного плана СМР на программу строительной организации, необходимо сформировать базовую модель, основой которой является технология возведения объекта – наиболее стабильной к воздействиям различных факторов.

В настоящее время понятие «технология возведения объекта» ассоциируется с технологической последовательностью работ объекта, взаимосвязью между ними, но практически отсутствуют глубокие теоретические исследования в области определения количественных соотношений между взаимосвязанными работами. Сейчас эти соотношения определяются (устанавливаются) в графиках строительства объекта, частично в технологических графах, но исходя из ранее принятых организационных решений. Такой подход к определению количественных соотношений между технологически связанными работами вполне оправдан для организационно-технологического планирования. Но для того, чтобы организовать производство работ, то есть принять соответствующие организационные решения для выполнения конкретных объемов работ, надо предварительно определить эти объемы. Причем в процессе определения должны быть учтены технологические требования, которые и диктуют количественные соотношения между взаимосвязанными работами.

Технология возведения объекта, в отличие от технологии строительного производства, где вопросы касаются выполнения отдельного вида работ, процесса, элемента объекта, рассматривают объект в целом с его «внутренней» взаимосвязью работ, характерной только для данного типа объекта. Как правило, проработка этой «внутренней» связи между работами заканчивается установлением технологической последовательности работ этого объекта. На этом технология строительства объекта заканчивалась, а отображением технологической последовательности служат стрелочные диаграммы, топология сетевых графиков, технологические графы и другие формы.

Но строительство − специфическая отрасль. Если условно представить возведение объекта в виде сборочного конвейера, то простая технологическая последовательность работ, разрабатываемая для промышленного производства, в строительном удовлетворить не может, поскольку работы имеют различные объемы, трудоемкости, они резко различаются по продолжительности. Такое поэлементное следование друг за другом технологически связанных работ приводит к значительному увеличению продолжительности строительства. Поэтому технологическая последовательность отражает только качественную сторону технологии строительства объекта в части взаимоувязки работ между собой и предшествование их относительно друг друга.

В то же время работы объекта связаны между собой не только некоторой последовательностью, то есть качественно. Эта связь имеет и количественную оценку. По действующим методикам организационно-технологического планирования СМР количественные соотношения (более распространено как совмещение) взаимосвязанных работ определяется на основании выбранной и установленной интенсивности, деления объекта на захватки и другие пространственные участки, сменность и т. д., которые относятся к организационным моментам, и они довольно субъективны. Для технологического планирования такая методика определения количественных соотношений между взаимосвязанными работами удовлетворить не может.

Чтобы включить работу в производственный план, в технологическом планировании существенно знать:

• в каком технологическом состоянии находится работа с предшествующими к ней, то есть качественную оценку взаимосвязей работ;

• как соотносятся объемы технологически связанных работ.

Если первая часть, качественная, не требует пояснений, то на второй части необходимо остановиться подробнее. Рассмотрим три работы: монтаж сборных фундаментов под колонны, монтаж колонн и монтаж ригелей. Приведенные три работы технологически связаны между собой в той же последовательности, в какой они перечислены: не смонтировав фундаменты, нельзя установить колонны; не смонтировав колонны, нельзя смонтировать ригель. Практически одна из сторон технологии возведения объекта решена — установлена технологическая последовательность работ. Но если пользоваться только этой последовательностью для планирования работ, то окажется, что необходимо запланировать сначала все фундаменты, затем — все колонны, и уже окончательно планировать монтаж всех ригелей. Такое последовательное планирование приведет к тому, что эти работы в совокупности будут выполняться значительно дольше, чем при совмещенном. Для совмещенного производства работ необходимо, чтобы перечисленные работы были запланированы в каком-то количественном соотношении. Нельзя запланировать установку 26 колонн, если запланировано (или установлено) всего 20 фундаментов под них; нельзя запланировать монтаж 10-ти ригелей, если установлено (или запланировано к установке) 5 колонн. Очевидно, что технологически связанные работы находятся в определенном количественном соответствии, и планировать объемы этих работ необходимо с учетом этого соответствия. В рассматриваемом примере фундаменты и колонны соотносятся как один к одному, то есть если имеется (установлен, запланирован) один фундамент, то можно планировать одну колонну. При 20 фундаментах можно запланировать 20 или меньше, но не больше, колонн (конечно, при планировании СМР необходимо учитывать наличие различного рода ресурсов, ограничения и т. д. Но здесь идет речь только о планировании с точки зрения технологии строительства). Работы «установка колонн» и «монтаж ригелей» связаны как 2:1, так как один ригель устанавливается на две колонны. Но для того чтобы смонтировать следующий (или последующий) ригель, необходимо установить всего одну колонну. Здесь уже соотношение объемов будет 1:1. Можно привести достаточно много примеров, где меняются эти соотношения в зависимости от того, планируются ли начальные объемы, или планируются объемы, которые завершают работу.

В реальной действительности количественные соотношения по началу и окончанию технологически связанных работ диктуются нормативными документами по производству работ, правилами по технике безопасности и другими техническими условиями. Причем оценки этих соотношений базируются не на субъективных оценках, а на нормативах, которые лишены субъективизма.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Технология строительства объекта представляет собой совокупность работ, связь между которыми отражена качественными и количественными оценками. Качественная оценка связей отражает очередность выполнения работы относительно предшествующих. Количественная оценка дает представление об объемных соотношениях между технологически связанными работами. Причем количественная сторона технологических связей имеет две оценки − при планировании начальных объемов и при планировании объемов для окончания работы.

2. Нормативы и правила определяют пропорции в планировании СМР во времени, то есть на последующей работе не может быть запланировано более того объема, который обеспечивается запланированным или выполненным объемом на предшествующей работе.

3. Понятие «технология строительства объекта» можно сформулировать следующим образом: «Это количественная и качественная оценка технологических связей между работами, которые определяют возможность планирования объемов по началу и окончанию работы в зависимости от состояния предшествующей». В этом случае суть технологического моделирования строительства объекта заключается в установлении технологических связей между работами и определение объемов, которые открывают фронт для планирования технологически взаимосвязанного объема последующей работы по ее началу и окончанию.

Важным требованием к технологической модели служит удобство проведения на ней анализа состояния моделируемого процесса строительства объекта и выработки регламентирующих решений.

Технологическая модель должна обладать способностью агрегации и дезагрегации информации, что определяет использование ее в решении задач календарного планирования для различных уровней управления строительством.

Требования к технологическим моделям определяют следующую совокупность качеств:

− определять возможность планирования производства работы в каждом плановом отрезке (месяц, квартал) планируемого года;

• возможность распределять объем работы в некоторой временной области, которая имеет технологические ограничения на начало и окончание производства работ;

• возможность « аккумулировать » в себе разнообразие организационных решений с учетом того, что принятое решение на выполнение работы может измениться, а также конкретизироваться в процессе выработки организационных решений задачи календарного планирования и в зависимости от сложившейся ситуации на строительной площадке;

• возможность производить контроль за ходом выполнения работ на объекте в любой момент времени, а также анализировать результаты принятого решения;

• количественная и качественная устойчивость;

• возможность рассчитывать различные параметры, необходимые для разработки календарных планов производства работ;

• возможность проведения агрегации и дезагрегации информации для различных уровней управления строительным производством.

По существу методика разработки технологической модели отражает два момента планирования СМР на программу строительной организации.

Во-первых, само распределение объемов работ во времени на основе технологии строительства посредством качественных и количественных оценок технологических взаимосвязей работ объекта.

Во-вторых, возможность принятия различных организационных решений как при подготовке производственного процесса, так и в ходе его, а также осуществлять учет и контроль хода выполнения работ с выявлением критичности той или иной ситуации.

Многовариантность модели строительства объекта может проявиться в том случае, если параметры, описывающие ее, имеют некоторую область допустимых решений. При наличии области допустимых решений каждый параметр модели приобретает качество, отражающее возможность принятия того или иного решения и устраняется тем самым диктующий их характер.

Задача разработки многовариантной модели возведения объекта сводится к отысканию для каждой работы некоторой области решений, в пределах которой эти параметры могут изменять свои значения с целью получения оптимального (рационального) календарного плана СМР с учетом различных ограничений и условий деятельности строительной организации. Для таких параметров, как продолжительность выполнения работы, начало ее и окончание, такой областью может служить временная область, ограниченная наиболее ранним началом и наиболее поздним окончанием.

Основными решаемыми вопросами при разработке модели технологии возведения зданий и сооружений являются:

• определение качественных и количественных оценок технологических зависимостей;

• определение временной области для принятия организационных решений по каждой работе.

Работы взаимосвязаны между собой как по началу, так и по окончанию их, т. е. во взаимосвязи участвуют технологические связи между началами и технологические связи между окончаниями смежных работ. Графическую интерпретацию технологических взаимосвязей работ объекта можно представить в виде линейной диаграммы в системе координат «работа − объем»

Вертикальные стрелки отражают качественную сторону технологии строительства, т. е. технологическую последовательность работ. Жирными линиями выделены количественные стороны технологических зависимостей, имеющие оценку и т. д.

Рис. 14.3. Линейная диаграмма технологических связей работ объекта.

В данной системе координат каждая работа изменяется от нуля до полного объема ( ). В приведенном примере для простоты и наглядности предполагается, что смежные работы следуют друг за другом. Остановимся на более подробном рассмотрении физической сути технологических зависимостей.

Если качественная сторона технологической зависимости по началу работ говорит о том, что начало последующей работы технологически связано с началом предшествующей (например, начало работы 2 зависит от начала работы 1), то количественная сторона определяет объемы соотношения этой зависимости, т. е. какой объем ( ) должен быть запланирован (или ранее выполнен) на работе 1 (предшествующей), чтобы можно было запланировать единицу объема на работе 2 (последующей). Следующая единица на работе 2 (последующей) может быть запланирована только тогда, когда на предшествующей (работа 1) будет запланирована (или ранее выполнена) следующая доля . В итоге полный объем работы 1 (V₁) есть , т. е. совокупность долей, каждая из которых открывает возможность планировать единицу объема на последующей работе. Выше уже говорилось, что для планирования первой единицы объема на последующей работе может не быть равным для планирования второй и последующих единиц. Как частный случай можно рассматривать равенство долей , (где j - 1, j — соответственно предшествующая и последующая работы). Необходимо отметить, что жесткое количественное соотношение между долями объема предшествующей работы и единицей работы последующей не означает обязательность совместного планирования смежных работ, т. е. если на предшествующей работе запланировали несколько долей объема, то на последующей работе может быть не запланировано ни одной единицы объема. Это связано с учетом многих ограничений и требований, которые возникают уже в процессе планирования. Здесь говорится только о технологической возможности планирования доли объема последующей работы.

Поскольку технологическая зависимость по началу означает, что на последующей работе нельзя планировать начальные и последующие объемы работы ранее, чем на предыдущей, не будут запланированы (или ранее выполнены соответствующие необходимые заделы ) то в дальнейшем будем эту зависимость называть «не ранее по началу».

Технологическая зависимость по окончанию работ (см. рис. 14.3) по своему содержанию также имеет качественную и количественную стороны. Качественная определяет факт зависимости окончания последующей работы от окончания предшествующей. Количественная оценка этой зависимости показывает, что после окончания предшествующей работы (например работы 1), на последующей (работе 2) обязательно должен быть выполнен технологически необходимый объем , который диктует технологически необходимое отставание окончания одной работы от другой. В дальнейшем эту зависимость будем называть «не ранее по окончанию», поскольку она показывает на технологическую невозможность планирования окончания последующей работы ранее окончания предшествующей на величину , (где j-1, j — соответственно предшествующая и последующая работы).

Объем , представляют собой минимальные, технологически необходимые объемы, которые позволяют планировать состояние последующей работы. Эти минимальные объемы определяются (могут быть точно установлены) в соответствии с нормативными документами.

Рассмотрение качественных и количественных сторон технологических зависимостей «не ранее по началу» и «не ранее по окончанию» касается только той части объектной технологической модели, которая связана с технологическим планированием работ на основе технологических соотношений объемов взаимосвязанных работ. Эта часть модели технологии строительства рассматривалась в системе координат «работы − объемы». Что же касается организационной части этой модели, то необходимо рассмотреть эту же модель в системе координат « работа − время ».

На рис. 14.4 приведен пример технологической увязки работ, по которому можно судить о взаимосвязи между технологическими зависимостями, описывающих начальное и конечное отставания последующей работы от предшествующей, временной областью выполнения работы и директивным (нормативным) сроком строительства объекта. Механизм образования временной области выполнения работы заключается в следующем.

Рис. 14.4. Пример технологической увязки работ

Временная область работы 3 (случай, когда нет последующей работы) ограничена директивным сроком строительства объекта Тдир. и минимальным отставанием начала работы 3 от работы 2. Время выполнения работы 2 лежит в пределах от минимального отставания начала работы 2 от работы 1 до минимального опережения окончания работы 2 по отношению к окончанию работы 3. При отсутствии у работы предшествующих строительных процессов (например, работа 1), временная область ограничивается началом координат и минимальным опережением окончания работы 1 по отношению к окончанию работы 2.

Необходимо уточнить, что минимальное отставание окончания работы 2 (j) от окончания работы 1 (j - 1) равнозначно минимальному опережению окончания работы 1 (j - 1) по отношению к окончанию работы 2 (j). Причем минимальные объемы, определяющие эти начальное и конечное отставания последующей работы от предыдущей, могут быть точно установлены в соответствии с требованиями норм, техники безопасности производства работ, технологическими особенностями строительного производства.

Нетрудно заметить, что такой метод определения продолжительности временной области выполнения работ не связан с предварительным распределением трудовых ресурсов, а начало и окончание временной области не устанавливает безусловный факт начала и окончания работы. Конкретизация параметров осуществляется при выборе организационных решений в ходе строительного производства или при подготовке 4 производства работ.

Возможность варьирования сроками начала и окончания работ «внутри» временной области показана на рис. 14.5. Если начало выполнения работы (j) соответствует точке (1), то начало выполнения работы (j + 1) может быть запроектировано в I, II и т. д. плановых периодах (точки 1, 2). Но ранее координаты точки (1) проектировать начало работы j + 1 нельзя, так как при этом нарушаются технологические условия, заложенные при определении минимального начального отставания работы (j + 1) от работы (j). В том случае, если начало работы соответствует точке 2, то начало работы (j + 1) уже нельзя проектировать в первом квартале. Возможность наиболее раннего проектирования начала работы (j + 1) соответствует точке 2. При определении возможности начала последующей работы в зависимости от начала предшествующей, минимальное начальное отставание характеризует технологическую зависимость «не ранее по началу», указывающая, что последующая работа технологически может начаться не ранее, чем на предыдущем строительном процессе будет выполнен минимальный объем работы, обеспечивающий нормальные условия труда минимальному составу трудовых ресурсов (звену) последующего процесса.

Так как начало работы не может сдвигаться беспредельно вправо по временной области, то ограничением сдвига служит показатель насыщения трудовыми ресурсами при непрерывном ее производстве, который не должен превышать установленной величины — максимального насыщения трудовыми ресурсами h по каждому строительному процессу. Необходимо обратить внимание, что зависимость «не ранее по началу» определяет именно возможность начала последующей работы, но никоим образом не обязывает проектировать начало работы строго после выполнения установленного объема на предыдущей работе.

1 кв. 2 кв. 3 кв. 4 кв. t

Рис. 14.5. Пример сдвигов начала работ

Если окончание работы j запланировано в IV квартале (точка 4), то окончание работы j +1 можно планировать только в этом же плановом периоде (точка 4), но не ранее. В случае окончания работы в любом другом плановом периоде, в частности во II (точка 3), то окончание работы j +1 можно планировать в III и IV кварталах, но не ранее точки 3. Ограничением на окончание работы является директивный срок строительства объекта. Минимальное конечное отставание в этом случае характеризует технологическую зависимость «не ранее по окончанию», которая определяет технологическую возможность окончания последующей работы, при условии, что она может закончиться не ранее, чем на ней же, выполнится минимальный объем работы после окончания предыдущего строительного процесса.

Таким образом, технологическая модель возведения объекта можно описать следующими параметрами и ограничениями:

• технологическими зависимостями «не ранее по началу» и « не ранее по окончанию »;

• временной областью выполнения работы;

• директивным (нормативным) сроком строительства;

• максимальным насыщением трудовыми ресурсами каждой работы.

Поскольку технологические зависимости «не ранее по началу» и «не ранее по окончанию» определяют технологическую последовательность выполнения работ на объекте, то выше описанную модель в дальнейшем будем называть моделью объектных технологических зависимостей (МОТЗ).

Расчет МОТЗ сводится к определению:

• временных оценок технологических зависимостей «не ранее по началу» и «не ранее по окончанию»;

• временной области производства каждой работы;

• точек критичности работ.

Обозначим:

- возможное начало <j> работы;

- минимальное начальное отставание «j» работы от предшествующей «j-1»;

- минимальный объем работы «j-1», обеспечивающий возможное планирование единицы объема последующего процесса «j»;

v - нормативная трудоемкость выполнения единицы объема;

r - необходимое количество трудовых ресурсов для выполнения минимального объема ;

R_max - максимальное количество трудовых ресурсов, соответствующее максимальному насыщению фронта работ;

 - плановый коэффициент повышения производительности труда;

=1,2... - порядковый номер парной связи;

j = 1,2...m - порядковый номер работы или конструктивного элемента для каждого из объектов;

i = 1,2...n - порядковый номер объектов в программе работ строительной организации;

h=1,2... - специализация трудовых ресурсов.

Тогда

(14.1)

(14.2)

Поскольку начало выполнения работы может технологически зависеть от нескольких предыдущих процессов, поэтому:

(14.3)

Зависимость «не ранее по окончанию», характеризуемая минимальным объемом работ, который необходимо выполнить на последующем процессе после окончания предыдущего, рассчитывается по формулам:

(14.4)

при этом

(14.5)

где: - возможное окончание работы «j»;

- минимальное конечное отставание работы «j» от предшествующей «j-1»;

- минимальный объем работы «j», который необходимо выполнить после окончания предшествующего процесса «j-1».

Объемы и определяются исходя из специфики каждой работы, характера объекта, технических условий производства, правил техники безопасности и т. д.

На рис. 14.6 приведена графическая модель определения временных оценок зависимостей «не ранее по началу» и «не ранее по окончанию».

Расчет продолжительности временной области выполнения работы ведется в следующей последовательности.

Работам, не имеющим предшествующих ( ), присваивается =0, то есть координата начала этих работ равна нулю.

Тогда координата наиболее раннего начала последующей работы будет равна:

(14.6)

Т_дир.

Рис. 14.6. Определение начальных и конечных отставаний

В общем виде начальный параметр работ можно определить из формулы:

(14.7)

Для определения параметров наиболее позднего окончания работам, не имеющим последующих, присваивается значение директивного срока строительства объекта . Тогда координата «наиболее позднего окончания» предшествующей работы будет равна

(14.8)

В общем виде конечный параметр любой работы можно определить из формулы:

(14.9)

Временная область выполнения работ (на рис. 14.7 она изображена условно волнистой линией) определится из разницы координат начальных и конечных отставаний:

(14.10)

Количество трудовых ресурсов, которые могут быть направлены на выполнение «j» работы при непрерывном и равномерном производстве, не должно превышать установленной максимальной величины . Поэтому полученную продолжительность временной области каждой работы «j» необходимо проверить по формуле:

(14.11)

где – количество трудовых ресурсов специальности «h», которое может быть направлено на выполнение работы на объекте «i» при полном использовании временной области;

V_j.i - общий объем работы «j» на объекте «i».

Начало работы не может отодвигаться вправо неограниченно. Поэтому каждая работа имеет свою критическую точку, которая показывает на невозможность сдвига начала далее этой точки, так как это приведет к нарушению срока сдачи объекта (увеличению продолжительности строительства)

(14.12)

где: - координата окончания временной области работы «j» на объекте «i» ;

– минимальная продолжительность выполнения работы на объекте «i» при максимальном насыщении работы трудовыми ресурсами .

(14.13)

Соединив критические точки между собой, получим объектную линию критичности, которая наглядно показывает границы возможного сдвига вправо начала каждой работы (рис.14,7).

При формулировке определений технологических зависимостей «не ранее по началу» и «не ранее по окончанию» обращалось внимание, что количественные оценки этих зависимостей не конкретизируют заранее сроки начала, окончания и продолжительности работ. Эти параметры, а также количество трудовых ресурсов, необходимое для выполнения каждой работы, могут принимать различные значения «внутри» временной области и уточняются в процессе выработки организационных решений на втором этапе.

Вариабельность планирования объемов работ по плановым периодам обеспечивается отсутствием в МОТЗ некоторых требований и условий, накладываемых, как правило, на организационно-технологические модели объектов, в частности:

• не предусматривается предварительное распределение трудовых ресурсов по работам;

− модель объектных технологических зависимостей позволяет проектировать начало и окончание работ «внутри» временной области раздельно друг от друга.

Такая возможность варьировать этими параметрами объясняется тем, что в модели предварительно не предусматриваются условия равномерности и непрерывности выполнения работ. Кроме того, отсутствие этих условий повышает вариантность распределения объемов работ по планируемым периодам. Так, на рис. 14.8 приведен пример распределения объемов работ по временным областям МОТЗ, полученный в результате решения задачи календарного планирования СМР.

Рис. 14.7. Графическое изображение модели объектных технологических зависимостей

Объемы работ, которые необходимо выполнить в каждом плановом периоде (квартале), могут иметь неодинаковые значения (V_1,1V_1,2) и могут быть распределены не по всей временной области, например работы 1,2,4. По модели можно проанализировать распределение объектных объемов и видов работ по плановым отрезкам планируемого года, среднюю интенсивность выполнения работ, определить перерывы на отдельных работах и другие аспекты, позволяющие принимать соответствующие решения по инженерной подготовке строительства объекта. При этом распределение объемов происходит внутри временной области (волнистая линия), которая не претерпевает изменений при взаимоувязке объектов между собой. Тем самым модель не теряет своей «гибкости» на различных этапах решения задач календарного планирования.

Множество работ, запланированных к выполнению в «k» плановом периоде, обычно принадлежит различным участникам строительства. Для успешного выполнения планируемых работ всеми исполнителями необходимо, чтобы фронт работ, создаваемый предыдущими исполнителями, был достаточен для последующих. Поэтому в модели с помощью зависимости «не ранее по окончанию» запланированный объем работы «j» и соответствующую временную область предусматривается разделять на две части: объем работы ( ) с частью временной области, необходимый для выполнения запланированных субподрядных работ, и объем работ ( ) с частью временной области для достижения плановых заданий (рис 14,9). Общий объем планируемой работы будет равен:

(14.14)

1

2

3

4

Рис.14.8. Пример распределения объемов работ на МОТЗ

Рис. 14.9. Распределение планируемых объемов работ по временной области

Анализ особенностей модели объектных технологических зависимостей позволяет сделать следующие выводы.

1. Описанная модель служит технологической основой для планирования СМР, принятия организационных решений, а также контроля хода выполнения работ. Технологические зависимости «не ранее по началу», «не ранее по окончанию», а также временная область выполнения работ, определяющих суть технологической основы строительного производства на объекте, образуют в совокупности некоторую зону допустимых решений для расчета различных параметров календарного плана - сроков начала и окончания работы, ее продолжительности, физических и стоимостных объемов по плановым периодам, количества трудовых ресурсов по каждой работе и т. д. В предлагаемой модели отсутствует ряд «диктующих» условий и требований, таких как безусловное начало последующей работы после выполнения определенного объема на предшествующей, равномерности и непрерывности выполнения работы, жесткой зависимости между количеством трудовых ресурсов, распределенных по работам, и планируемым объемом работ в плановом периоде и др. Это в значительной мере повышает степень вариабельности модели по сравнению с применяемыми и позволяет получать более точные результаты при решении задач календарного планирования.

2. Предлагаемая модель для решения задач календарного планирования СМР не претерпевает качественных изменений, т. е. не переходит из одного вида организационно-технологических моделей в другой в процессе взаимоувязки их в общий календарный план. Количественная оценка зависимостей «не ранее по началу» и «не ранее по окончанию» и продолжительности временной области, образующих «каркас» базисной модели, остаются детерминированными на всем протяжении решения задач и при различных перерасчетах календарных планов. Такая устойчивость модели позволяет включить ее в состав нормативной базы.

3. Модель объектных технологических зависимостей не теряет свою «гибкость» при укрупнении исходной информации для различных уровней планирования, а процесс агрегирования и дезагрегирования можно производить в автоматизированном режиме на ЭВМ без участия высококвалифицированного инженерно-технического персонала.

С помощью рассмотренной модели возведения объекта можно анализировать ход и состояние выполнения работ в каждом плановом периоде планируемого года.