Введение

В условиях повышения в современном обществе роли информационных технологий, электронно-вычислительных машин, доступности и огромных возможностях компьютерной техники представляется необходимым дальнейшее совершенствование методологической базы организационно-технологического проектирования посредством компьютерных технологий, развитие алгоритмов формирования, оценки и выбора организационно-технологических решений функционирования строительного производства, в том числе с учетом его вероятностного характера.

Преимуществом автоматизированного компьютерного проектирования строительных процессов является возможность максимальным образом реализовать прогрессивные принципы проектирования, такие как:

• принцип многовариантного проектирования, т.е. обеспечения альтернативности принимаемых решений - формирования полного множества осуществимых вариантов функционирования строительных процессов, в соответствии с материально-техническими, кадровыми возможностями строительно-монтажных организаций и условиями их функционирования;

• вероятностно-статистический принцип, предполагающий возможность учета вероятностного характера строительного производства и проектирования с заданным уровнем организационно-технологической надежности;

• имитационно-моделирующий принцип, позволяющий описать поведение и взаимодействие элементов системы посредством моделирующего алгоритма с применением всего спектра математических имитирующих и оптимизационных моделей (вероятностно-статистических моделей, моделей математического программирования, сетевых моделей, имитационных моделей). Описание строительных систем и процессов посредством логико-математического моделирования позволяет добиться высокой степени адекватности и надежности имитационной модели. Используя современные средства компьютерного программирования становится возможным создать имитационную модель сложной системы или процесса с достаточным уровнем адекватности реальной системе или процессу;

• системно-целевой принцип оценки и выбора предпочтительных вариантов организации строительного производства, основанный не на традиционном подходе - оптимизации вариантов ОТР инженером-технологом на каждом шаге проектирования, что значительно сужает количество альтернативных вариантов ОТР строительного процесса и имеет такие недостатки как зависимость от опыта, интуиции проектировщика, что, не дает возможность в полной мере реализовать системотехнический подход при проектировании, а на оптимизации всей совокупности осуществимых ОТР строительства в соответствии с определенной целевой функцией или их совокупностью, что дает гораздо большие возможности, в следствие учета организационно-технологических решений, не рациональных с точки зрения частного критерия оптимизации, соответствующего отдельному шагу проектирования, но в сочетании со всей совокупностью организационно-технологических решений функционирования строительного процесса, при системной оценке по критерию эффективности строительного процесса в целом, являющихся более предпочтительными по сравнению с альтернативными вариантами.

• функционально-системный принцип, основанный на системообразовании строительного процесса по критерию результата (целевой функции). Использование компьютерной техники позволяет достаточно просто сформировать функциональную систему из совокупности альтернативных элементов системы по целевой функции, а также преобразовать функциональную систему в случае отклонений при обеспечении достижения целевого результата;

• интерактивно-графический принцип, который при использовании компьютерной техники реализуется в высокой скорости обработки исходных данных, возможности получения и контроля промежуточных и итоговых результатов, в возможности организации удобного интерфейса общения пользователя с ЭВМ, что позволяет значительно упростить труд проектировщика и одновременно расширить его возможности;

• инженерно-психологический принцип, реализующийся в возможности оптимального распределения функций между человеком и ЭВМ. В строительстве, как и в любой другой отрасли знаний, существуют легкоформализуемые, трудноформализуемые и неформализуемые задачи. При использовании автоматизированных систем принятия решений, как правило, поддающиеся формализации и алгоритмизации задачи решаются посредством ЭВМ и это связано с тем, что очень часто процесс формирования возможных решений, их оценки и выбора предпочтительного варианта представляет из себя трудоемкую, рутинную работу, состоящую из многочисленного применения совокупности алгоритмов для каждого этапа проектирования, что, зачастую, проделать вручную в полном объеме невозможно. Неформализуемые задачи решаются проектировщиком, что становится возможным благодаря интуитивным способностям человека, опыту и здравому смыслу.

В настоящем пособии наибольший упор сделан на изучении возможности реализации принципов вариантного и вероятностного (стохастического) проектирования строительного производства, которым, как нам представляется, уделено недостаточное внимание в рамках действующей системы нормативного обеспечения проектирования строительного производства. Кроме этого в представленных на российском рынке программных продуктах алгоритмы, комплексно использующие принцип вариантного проектирования строительного производства или позволяющие проектировать с учетом вероятностного характера технологических процессов, отсутствуют, что делает указанные направления весьма актуальными для дальнейшей теоретической и методической проработки.

1. Автоматизированные информационные системы в проектировании СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1.1. Область применения и возможности автоматизированных

информационных систем в решении задач проектирования

строительного производства

Строительный вид деятельности в силу повышенных требований к конструктивной и эксплуатационной надежности возводимых зданий и сооружений, повышенного уровня опасности при производстве строительных работ, а также существенных вложений бюджетных средств в строительство относится к отраслям, наиболее жестко ограниченным рамками государственных норм и правил. Основные экономические результативные показатели строительного производства определяются государственными нормами – нормами затрат рабочего и машинного времени, материальных ресурсов на выполнение единичного объема работ (ГЭСНы, ЕНиРы), расценками на затрачиваемые ресурсы (ФЕРы, ТЕРы), которые используются для расчета продолжительности и себестоимости производства строительных работ, на которые ориентируются не только при строительстве за счет бюджетных средств и средств внебюджетных целевых фондов, но и за счет средств частных инвесторов. Казалось бы, указанные нормы должны ограничивать возможности здоровой конкуренции между подрядными строительно-монтажными организациями в борьбе за заказы. В действительности действующие нормы возможно рассматривать как верхний предел, ограничение по затратам времени и ресурсов на производство работ, в рамках которых практически всегда представляется возможным сформировать некоторое, как правило значительное, количество альтернативных вариантов организационно-технологических решений производства строительных работ, удовлетворяющих условию:

Т_i  Т_норм; С_i  С_норм

Где Т_i, С_i – значения продолжительности и стоимости для i-го альтернативного варианта организационно-технологических решений производства строительных работ; Т_норм, С_норм – предельные значения продолжительности и стоимости, определяемые государственными нормами затрат ресурсов и расценками.

В осях стоимости и продолжительности графическая интерпретация результатов такого вариантного проектирования строительного процесса будет иметь следующий вид:

Очевидно, что, вариантное проектирование строительных процессов является методологической основой, позволяющей обеспечить конкурентные преимущества строительной организации в борьбе на рынке строительного подряда. На этапе проектирования строительного производства, целесообразно формировать все осуществимые организационно-технологические решения возведения зданий или сооружений и на их основе осуществлять выбор предпочтительного варианта. Количество таких вариантов может быть значительным. Например, для процесса вертикальной планировки площадки, включающего четыре простых технологических процессов (срезку растительного слоя, разработку и перемещение грунта, уплотнение грунта в насыпях, окончательную планировку площадки) при наличии у строительной организации 2-х альтернативных машин для выполнения каждого из процессов, количество вариантов комплектования каждого процесса машинами будет равно трем, а общее число вариантов осуществления процесса вертикальной планировки площадки будет составлять 108 вариантов.

Как показывает опыт многовариантного проектирования строительного производства, количество альтернативных вариантов возведения строительных объектов доходит до нескольких тысяч (с учетом альтернатив по составу и количеству ресурсов, последовательности и совмещения производства строительных работ и т.п.). Формирование такого значительного количества вариантов производства работ, их оценка и выбор предпочтительного для заданных условий немыслимо без применения компьютерной техники и построения моделирующих алгоритмов, предназначенных для создания информационных систем организации и управления строительством. В связи с этим, использование компьютерных технологий и информационных систем организационно-технологического проектирования строительного производства на стадиях предпроектной проработки решений, подготовки проектной строительной документации и инвестиционных проектов, а также в ходе реализации строительных проектов является основополагающим условием, обеспечивающим эффективность проектных решений, гибкость строительных систем и как результат конкурентоспособность предприятия на рынке строительного подряда.

Необходимо отметить, что гибкость, адаптивность является одним из базовых свойств строительного производства, отличающих данную отрасль от большинства других отраслей производства. Связано это, во-первых, с наличием альтернативных вариантов осуществления практически любых строительных работ, во-вторых, мобильностью ресурсов строительного производства. Как следствие, - это дает возможность в случае возникновения отказа или сбоя замены одних элементов системы (организационно-технологических ресурсов строительного производства) на альтернативные, при обеспечении незначительного отклонения от заданных результативных показателей строительного производства. Именно это свойство строительных систем и является определяющим их высокую степень адаптивности при воздействии дестабилизирующих факторов и высокие возможности по управлению надежностью строительных процессов, т.е. обеспечению заданных результатов строительного производства. В случае отказов, сбоев (выхода из строя техники и технологической оснастки и т.п.), необходимо в предельно короткие сроки перестроить систему так, чтобы не отклониться от результативных показателей, что возможно только в случае применения автоматизированных информационных систем управления и проектирования строительного производства.

Кроме того, для принятия своевременного и адекватного решения в случае возникновения дестабилизирующих воздействий, отказов или сбоев в работе строительных систем необходимо наличие оперативных и достоверных каналов информационного обмена между производственной системой, системой подготовки принятия решений (проектными и др. отделами) и системой управления. Даже при наличии компьютерных технологий проектирования строительного производства и специалистов соответствующей квалификации, позволяющих в течение короткого промежутка времени подготовить варианты перестройки строительной системы, замены организационно-технологических ресурсов или ввода резервных мощностей в ответ на возникновение сбоев или отказов в функционировании системы или ее элементов, получение всей необходимой информации для подготовки вариантов решения проблем, принятие окончательного решения и его реализация может занять существенное время и не позволить обеспечить достижения заданных результатов строительного производства.

Кроме указанных факторов, существует достаточно много и других причин, делающих применение компьютерных технологий в сфере проектирования строительного производства либо целесообразным, либо просто единственным средством эффективного решения задач. Например, оценка надежности организационно-технологических решений, предполагающих необходимость формирования достаточно больших выборок значений исследуемого параметра, математической обработки данных. Все сказанное, несомненно, определяет актуальность широкого внедрения автоматизированных компьютерных систем в сфере проектирования строительного производства.