Probabilistyczne aspekty procesu budowlanego (cz. 2)

Transkrypt

1 Probabilistyczne aspekty procesu budowlanego (cz. 2) Dr hab. inż. Mieczysław Połoński, mgr inż. Kamil Pruszyński, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Warszawa Teoretycznie proces budowlany [14] może być prowadzony w następujących warunkach: deterministycznych (kiedy brak jest czynników losowych lub gdy są one na tyle małe, aby je pominąć); losowych (wówczas, gdy od - działywują czynniki losowe i można zastosować statystykę i rachunek prawdopodobieństwa); niepewnych (kiedy oddziaływują czynniki losowe, których nie można zbadać, brak jest wypracowanych metod matematycznych, stosuje się wówczas teorię gier). Praktycznie, podczas realizacji złożonego procesu inwestycyjnego Poziom makro (kraju) Koncepcja projektowa Poziom rynku budowlanego Faza projektowania Faza poprzedzająca inwestycje Projekt podstawowy Projekt wykonawczy Poziom projektu Rys. 5. Model ideograficzny obszaru badań [3] ze względu na jego indywidualny charakter, rzadko ma się do czynienia z warunkami deterministycznymi. W przeważającej części są to warunki probabilistyczne, a więc zawierające w sobie elementy niepewności i związanego z tym ryzyka w realizacji procesu budowlanego. W budownictwie taka sytuacja wynika w znacznej mierze z czynników nie do końca możliwych do sprecyzowania, lub które są nieprzewidywalne. Związane jest to z brakiem pewności co do rzeczywistego przebiegu nadchodzących zdarzeń [23]. Czy np. da się dokładnie przewidzieć pogodę Organizacja Faza projektowania i realizacji inwestycji Wykonanie robót Faza realizacji Odbiór końcowy Faza eksploatacyjna podczas trwania realizacji budowy i odpowiednio skonstruować harmonogram prac, tak aby ujmował względy pogodowe? W horyzoncie czasowym, potrzebnym do szczegółowego planowania inwestycji nie, ale można próbować uwzględniać ten czynnik jako jeden z zakłócających planowany przebieg robót i szacować jego wpływ na termin zakłócenia robót. Obecnie w różnych ośrodkach trwają prace nad uwzględnieniem m.in. pogodowych czynników ryzyka [29]. Powstają kolejne metody opisujące takie bądź inne aspekty ryzyka w planowaniu przedsięwzięć inżynierskich. Szczególnie cenne są prace pokazujące jednak globalne podejście do tego problemu [3] (rys. 5). Klasyczna już metoda planowania sieciowego CPM (Critical Path Method), która ma charakter deterministyczny, dawno zatem przestała wystarczać inżynierom odpowiadającym za terminową realizację inwestycji (rys. 6). Jej następczyni, metoda PERT (Program Evaluation and Review Technique) opracowana w 1958 roku w Stanach Zjednoczonych zapoczątkowała podejście probabilistyczne w planowaniu sieciowym, a dokładniej mówiąc, w sposobie szacowania czasu pojedynczej czynności i wynikających z tego możliwości określenia prawdopodobieństwa zakończenia całego przedsięwzięcia lub poszczególnych czynności w wyznaczonym terminie [14, 22, 21] (rys. ). Od tamtego czasu jest nadal 49

2 Z A R Z Ą D Z A N I E O R G A N I Z A C J A Odwodnienie Roboty przygotowawcze Przygotowanie zamknięć do wbudowania Wykop pod fundament Odwodnienie 2 Wbicie ścianki szczelnej i wyk. płyty fund. 5 Wykonanie Montaż zamknięć płyty fundamentowej 16 Rys. 6. Przykładowy szkic sieci zależności w metodzie CPM [22] Odwodnienie Odwodnienie 2 Obsypanie budowli Umocnienia i prace wykończeniowe 2 t e=14; 2 =1,8 t e=162; 2 =4,2 Przygotowanie zamknięć do wbudowania Demontaż Wykop Wbicie ścianki te=5; 2 =1,8 urządzeń Roboty pod szczelnej i wyk. Wykonanie Monta ż odwadniających przygotowawcze fundament płyty fund zamknięć t e=1; 2 =,45 t e=; t e=2 ; t e=9; 2 =,45 2 =2,9 2 =28,52 t e=5; 2 =1, płyty fundamentowej t e=1 ; 2 =2,9 t e=16; 2 =4, t e=45; 2 =49, Obsypanie budowli t e=; 2 =1, Umocnienia i prace wykończeniowe t e=16; 2 =2,9 Rys.. Przykładowa sieć zależności wg metody PERT (opracowanie własne autorów); t e oczekiwany czas trwania, δ 2 wariancja 5 podstawą dociekań naukowych, ale przeszła ona wiele modyfikacji. Świadczyć o tym może szereg artykułów na ten te - mat, np. w piśmie Journal of Construction Engineering and Management w ciągu ostatnich 5 lat [33]. Inną przedstawicielką metod probabilistycznych jest metoda GERT (Graphical Evaluation and Review Technique) (rys. 8). Jest ona jedną z metod sieci stochastycznych GAN (Generalized Activity Network), których twórcą jest zd. pocz. det. wyróżnione zd. prob. statystyczne Rys. 8. Przykład sieci GERT ze sprzężeniem zwrotnym [19] H. Eisner (1962), zakładających wprowadzenie do struktury sieci opisującej planowane przedsięwzięcie, alternatywnych ciągów możliwych wariantów działań, a więc wszystkich czynności, zd. prob. zd. końcowe zd. końcowe

3 urobek na hałdzie załadowanie transport wyładowanie odkład Rys. 9. Schemat modelowanych robót transportowych wg konwencji metody CYCLONE [19] nawet tych o małym prawdopodobieństwie zaistnienia i poszukiwanie przebiegu zdarzeń według jednego z możliwych scenariuszy. Metoda GERT jest jednak bardzo pracochłonna zarówno na etapie budowy sieci zależności, jak i obliczeń. Dlatego szerokie zastosowanie znalazły metody symulacyjne, w tym metoda Monte Carlo. Przykładem z kolei stosowania tego typu algorytmu obliczeniowego jest metoda GERTS (Graphical Evaluation and Review Technique Simulation), która wykorzystuje m.in. generatory liczb losowych. Z kolei metoda CYCLONE (CYCLic Operations NEtwork) jest metodą planowania sieciowego, gdzie zastosowano techniki modelowania graficznego (rys. 9). Pozwoliło to wprowadzić sprzężenia zwrotne, tzw. kontury, tzn. możliwość wykonywania więcej niż jeden raz tych samych działań lub zdarzeń [14]. Niemniej jednak, ciągle trwają prace nad opracowaniem nowych metod umożliwiających w sposób precyzyjniejszy określenie zapotrzebowania czasowo-kosztowego realizacji planowanego przedsięwzięcia, szczególnie z uwzględnieniem analizy zasobów takich, jak: robotnicy, materiały czy sprzęt. Bardzo interesująca jest opracowana w 199 roku propozycja Goldrata [8], wprowadzająca pojęcie łańcucha krytycznego i buforów czasu oraz jej dalsze rozwinięcie, jak np.: metoda CCPM [8, 9, 1, 28]. Rozwijająca się w ostatnich latach coraz szybciej komputeryzacja pozwoliła m.in. na zastosowanie nowych metod obliczeniowych lub powrót do już opracowanych modeli, które z braku możliwości nie były wcześniej brane pod uwagę. Coraz częściej różni badacze stosują do projektowania złożonych przedsięwzięć inżynierskich np. sieci Petriego czy inne metody sztucznej inteligencji sieci neuronowe [14]. Zmienił się także sposób zapatrywania na planowanie realizacji inwestycji budowlanych. Nie szuka się teraz uniwersalnej metody na rozwiązywanie wszelakich problemów związanych z ich realizacją, a odpowiedniego podejścia do planowania inwestycji związanego z konkretnymi warunkami, jakie spotkamy przy realizacji tego właśnie obiektu. Takim przykładem może być metoda opracowana przez Departament Transportu Stanu Waszyngton w USA. Przedstawiona procedura CEVPTM (Cost Estimate Validation Process proces upra - womocnienia kosztów szacunkowych) uwzględnia czynniki ryzyka oraz kwestię niepewności, w celu stworzenia skutecznego narzędzia służącego do bardziej realistycznego wyliczania poziomu prawdopodobnych kosztów [, 26]. Powyższe oraz w ostatnim czasie dość często publikowane artykuły na temat ryzyka projektowania realizacji przedsięwzięć budowlanych, obrazują jak ważny jest to problem. Przedstawione w pracy [] przykłady nieterminowego oddania inwestycji, a co za tym idzie i przekroczenia budżetu, nie dotyczą pojedynczych inwestycji z jednego tylko obszaru. Jak wykazują badania przytoczonego autora, jest to problem globalny i jak słusznie autor przytoczonych badań zauważył występowanie jego dotyczy całego świata i prawdopodobnie pojawiał się już przy realizacji pierwszych projektów budowlanych. 1. Metody zarządzania ryzykiem w przedsięwzięciu budowlanym Tradycyjne metody zarządzania ryzykiem, oparte w znacznej mierze na intuicji, w szybkim tempie tracą na znaczeniu. Wynika to w dużej mierze z małych możliwości, jakie daje nam ręczne radzenie sobie z ryzykiem przy realizacji coraz większych i coraz bardziej złożonych obiektów. Miejsce to zastępują coraz bardziej wyszukane metody komputerowe. Umożliwiają one planowanie całych przedsięwzięć inżynierskich, jak i pojedynczych czynności z uwzględnieniem ryzyka. Niemniej, nadal potrzebny jest nadzór człowieka w celu podejmowania odpowiednich decyzji, gdyż czynnika ludzkiego, jego wiedzy i nabytego doświadczenia nie da się zastąpić, szczególnie na etapie definiowania danych wprowadzanych do modeli komputerowych oraz interpretacji wyników obliczeń. Projektowanie realizacji budowy stanowi istotny element całego procesu budowlanego. Na tym etapie występuje najwięcej ryzykownych elementów, których dzięki zaawansowanym technikom informatycznym można uniknąć bądź znacznie je ograniczyć. Aktualnie metody komputerowe wspomagające proces projektowania są to dedykowane systemy informatyczne wspierające prace inżynierów. Dają im one olbrzymią moc obliczeniową, dzięki której inżynierowie pełniący funkcję Project Managera są w sta- 51

4 ZARZĄDZANIE ORGANIZAC J A Rys. 1. Widok okna głównego programu MS Project 23 nie przygotować cały proces realizacji budowy, z uwzględnieniem wielu współzależnych parametrów, często o charakterze losowym, tworząc coraz bardziej skomplikowane obiekty inżynierskie. Obecnie dostępnych na rynku jest wiele programów komputerowych, które zostały opracowane do planowania realizacji różnego rodzaju przedsięwzięć, w tym także przedsięwzięć inżynierskich. Duże przedsiębiorstwa stosują rozbudowane systemy informatyczne typu ERP (Enterprise Resource Planning), które ułatwiają uzyskanie pełnego poglądu na dane przedsięwzięcie. Jest to np. SAP R3. Jednak dla mniejszych odbiorców są one zbyt kosztowne, dlatego interesujące mogą wydać się programy typu OpenSource (np. tekstowy OpenSched, PyGantt lub QtGantt z graficznym interfejsem, wszystkie przeznaczone do pracy w środowisku Linux). Istnieją także profesjonalne programy do zarządzania projektami, np.: Primavera, POWERPROJECT teamplan, TILOS oraz Sure Trak, Pertmaster Project Risk czy Microsoft Project. Są to najczęściej programy, które mają bądź już wbudowane elementy do obliczeń ryzyka, bądź też można doinstalować odpowiednie nakładki, które to umożliwią [6]. W ostatnim czasie pojawiły się publikacje [4, 5, 11, 23, 24, 25, 33] dotyczące dwóch ostatnich z wymienionych programów. Świadczy to o dużym zainteresowaniu nimi. Wynika to m.in. z faktu, iż są one najbardziej popularne w branży budowlanej. MS Project jest narzędziem uniwersalnym, a przez to powszechnie znanym i używanym (rys. 1). Dostępna nakładka z elementami ryzyka stanowi poszerzenie możliwości programu o zarządzanie ryzykiem w projek- Rys. 11. Przykładowy wynik analizy ryzyka w programie Pertmaster Project Risk.6 52 cie [36]. Jednak oprogramowanie to jest uniwersalne i nie uwzględnia specyfiki branży budowlanej. Dlatego do bardziej skomplikowanych projektów inżynierskich poleca się stosowanie wyspecjalizowanych programów, np. Primavera czy programu Pertmaster Project Risk z wbudowaną już możliwością analizy ryzyka (rys. 11). Program ten stanowi odpowiednie narzędzie dla inżynierów do projektowania realizacji budowy z uwzględnieniem ryzyka. Niemniej, właściwe zastosowanie tego typu narzędzi wymaga odpowiedniej wiedzy i doświadczenia. Posuwająca się bezustannie informatyzacja życia wytycza nowe możliwości obliczeniowe, powodując również w budownictwie duże zmiany. Obecnie prowadzone są prace nad połączeniem metod obliczeniowych, graficznych i GIS (Geographical Information System), w celu stworzenia pełniejszego obrazu realizacji budowy, tzw. projektów 4D. Ma to służyć jeszcze pełniejszemu i precyzyjniejszemu modelowaniu przedsięwzięć inżynierskich [2, 32]. 2. Podsumowanie Proces projektowania realizacji budowy jest procesem złożonym. Ryzyko w nim występujące wynika w znacznej mierze z istoty planowania, tzn. wybiegania w przyszłość, a podejmowane decyzje obarczone są brakiem pewności co do rzeczywistego przebiegu nadchodzących zdarzeń [23]. Dlatego warto mieć świadomość, że każda planowana czynność w danym przedsięwzięciu może w rzeczywistości przebiegać nieco inaczej, w innym terminie lub odmiennych warunkach. Przedstawione w artykule zagadnienie ryzyka, jak sądzą autorzy, może przyczynić się do szerszego uwzględniania czynników niepewnych i posłużyć bardziej precyzyjnemu projektowaniu przedsięwzięć budowlanych, zwłaszcza tych złożonych. PRZEGLĄD BUDOWLANY 12/26

5 Biorąc pod uwagę opóźnienia w realizacji wielu niezbędnych inwestycji w Polsce, takich jak np.: budowa dróg, autostrad, obwodnic miejskich czy warszawskiego metra, należy szukać wszelkich rozwiązań, które pozwolą te opóźnienia nadrobić. Wprowadzenie elementów analizy ryzyka do procesu planowania i kontroli realizacji inwestycji z całą pewnością może ten proces usprawnić. BIBLIOGRAFIA [1] Al.-Selwi A., Przybylski J., Ekonomicznomatematyczny model oceny projektu z uwzględnieniem ryzyka, Przegląd Budowlany 4/26, s [2] Banal V. K., Pal M., Extended GIS: a tool for CPM basic scheduling in GIS environment, Department of Civil Engineering National Institute of Technology, Haryana, India, maszynopis [3] Bizon-Górecka J., Zastosowanie innowacyjne na przykładzie branży budowlanej, materiały konferencyjne Technologia i zarządzanie w budownictwie, Wrocław 26, s , Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej nr 8 [4] Bogusz W., Zastosowanie programów komputerowych Microsoft Project i Pertmaster do budowy harmonogramów obiektów inżynierskich, maszynopis pracy magisterskiej SGGW, Warszawa 24 [5] Bogusz W., Połoński M., Pruszyński K., Analiza możliwości wymiany danych pomiędzy programami MS Project i Pertmaster, materiały konferencyjne Technologia i zarządzanie w budownictwie, Wrocław 26, s , Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej nr 8 [6] Drozd K., Surmacz T., Narzędzia informatyczne w liniowym i nieliniowym zarządzaniu projektami-ms Project i MindManager [] Flyvbjerg B., Holm M. S., Buhl S., Underestimating Costs in Public Works Projects, Error or Lie?, APA Journal 22, vol. 68, No. 3 [8] Goldrat E. M., Łańcuch krytyczny, Warszawa 2 [9] Hejducki Z., Rogalska M., Metody sprzężeń czasowych TCM, Przegląd Budowlany 2/25, s [1] Hejducki Z., Rogalska M.: Zasady stosowania TCM, Przegląd Budowlany 3/25, s [11] Hulett D. T., Schedule risk analysis simplified, 1996, [12] Jamroż J.: Zarządzanie ryzykiem w projekcie, materiały szkoleniowe Ośrodka Doradztwa i Treningu Kierowniczego, Gdańsk 26 [13] Jaśkowski P., Biruk S., Analiza algorytmów minimalizacji przestoju brygad roboczych przy ciągłej realizacji obiektów budowlanych, Przegląd Budowlany 11/25, s. 3 4 [14] Jaworski K. M., Metodologia projektowania realizacji budowy, PWN, Warszawa, 1999 [15] Jędrak P., Jaśkowski P., Zarządzanie ryzykiem zawodowym w przedsiębiorstwie budowlanym, Przegląd Budowlany -8/25, s [16] Kaczmarek T. D., Ryzyko i zarządzanie ryzykiem. Ujęcie interdyscyplinarne, Wyd. Difin, Warszawa 25 [1] Konior J., Nieprzewidziane roboty budowlane jako zdarzenia i relacje rozmyte, Przegląd Budowlany 2/26, s [18] Kristowski A., Bezpieczeństwo planowania procesu budowy z uwzględnieniem ryzyka, niepewności i zakłóceń, Przegląd Budowlany 4/25, s [19] Lenkiewicz W., Organizacja i planowanie budowy, praca zbiorowa, PWN, Warszawa 1985 [2] Milian Z., Wybrane metody oceny ryzyka niedotrzymania terminów realizacji budowy, Przegląd budowlany 12/25, s [21] Milian Z., Metody określania rozkładu czasu realizacji przedsięwzięć budowlanych w acyklicznych sieciach stochastycznych, Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków 26 [22] Połoński M., Harmonogramy sieciowe w robotach inżynierskich, Wyd. SGGW, Warszawa 21 [23] Połoński M., Rozkład czasu trwania czynności a termin zakończenia przedsięwzięcia z uwzględnieniem elementów analizy ryzyka, ACTA Scientiarum Polonorum 4(2)25, s , Wyd. SGGW [24] Połoński M., Bogusz W., Zastosowanie programu Pertmaster Professional+Risk do analizy czasu harmonogramu robót inżynierskich, Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, zeszyt 1/25, s , Wyd. SGGW [25] Połoński M., Bogusz W., Analiza zasobów przedsięwzięcia inżynierskiego w harmonogramie sieciowym na podstawie programu Pertmaster Professional+Risk, Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, zeszyt 2/25, s , Wyd. SGGW [26] Reilly J., Szacowanie oraz kontrola kosztów i ryzyka w projektach tunelowych i infrastrukturalnych, Geoinżynieria drogi mosty tunele 4/25, s [2] Radkowski S., Podstawy bezpiecznej techniki, Wyd. PW, Warszawa, 23 [28] Rogalska M., Hajducki Z., Zastosowanie buforów czasu w harmonogramowaniu procesów budowlanych, Przegląd Budowlany 6/25, s [29] Rogalska M., Czarnigowska A., Hejducki Z., Nahurny T. O., Metody wyznaczania czasu trwania procesów budowlanych z uwzględnieniem pogodowych czynników ryzyka, Przegląd Budowlany 1/26, s [3] Skorupka D., Metoda zintegrowanej oceny ryzyka realizacji inwestycji budowlanych, Wiadomości projektanta budownictwa 2/26, s [31] Szopa T., Podstawy analizy ryzyka, Wyd. PW, Warszawa 1998 [32] Thabet W. Y., Wakefield R. R., Waly A. F., Virtual construction for automated schedule generation,??? [33] Wiatr T., Symulacja ryzyka przedsięwzięć na tle klasycznej metody PERT, materiały konferencyjne Ryzyko 24, Ciechocinek [34] PN-IEC Analiza ryzyka w systemach technicznych 1999 [35] PN-EN 15 Zasady oceny ryzyka 1996 [36] 53