Optymalizacja harmonogramu robót żelbetowych z zastosowaniem

Transkrypt

1 KOWALIK Paweł 1 KRZEMIŃSKI Michał 2 Optymalizacja harmonogramu robót żelbetowych z zastosowaniem oprogramowania KASS WSTĘP Podczas tworzenia harmonogramów dla różnych typów budynków coraz częściej stosuje się metody optymalizacyjne, pozwalające zaplanować proces inwestycyjny tak, aby zaoszczędzić podczas jego trwania jak najwięcej pieniędzy. W przypadku wykonywania robót żelbetowych organizacja pracy zwykle odbywa się starymi utartymi schematami, nie otwierając się na nowe możliwości wynikające z optymalizacji. W celu stworzenia jak najmniej kosztownego rozwiązania ułożenia czynności wykorzystuje się kilka kryteriów, które będą wpływać na uszeregowanie zadań. Pierwsze kryterium, na które najbardziej zwraca się uwagę, to czas realizacji projektu. Wiadomo, że im szybciej wykonany zostanie projekt, tym szybciej zacznie przynosić zyski. Drugim ważnym kryterium jest czas przestojów brygad roboczych. Przy rozliczaniu wykonawców nie ma on znaczenia dla inwestora, bowiem najczęściej prace rozliczane są na podstawie obmiarów robót, więc podczas tworzenia harmonogramu traktuje się to kryterium po macoszemu, a wykonawcy bardzo często nie zwracają na to uwagi. Nie myśli się o tym, że dane brygady mogłyby wykonać daną pracę szybciej, przynosząc firmie większe zyski. Podczas braku ciągłości prac zwykle roboty są rozwlekane na zbyt dużą liczbę dni, a pracownicy nie mający nad sobą widma założonych terminów pracują mało wydajnie. Trzecim kryterium jest kryterium kosztu przeniesienia brygady na kolejną działkę roboczą. Należy układać prace tak, aby zapewnić brygadom maksymalnie bliskie kolejne działki robocze. Ma to znaczenie przede wszystkim w wykonywaniu prac z ciężkim do przeniesienia sprzętem, jak np. agregaty tynkarskie lub sprzęt używany przy pracach ziemnych. Uwzględnienie tych kryteriów w zależności od realnego wpływu na koszt projektu pomaga inżynierom stworzyć harmonogram optymalny. 1. WPROWADZENIE Celem opracowania jest pokazanie metody do wykonania optymalnego ułożenia czynności związanych z wykonaniem prac żelbetowych na budowie budynku biurowego. Należy dążyć do tego, aby czas wykonania prac był najkrótszy, ale również tak, aby wszystkie brygady miały zapewnioną ciągłość pracy. W celu wykonania jak najlepszego uszeregowania zostanie użyty program do zupełnego szeregowania zadań o nazwie KASS w wersji 2.0. Pozwala on na szeregowanie zadań według czterech wybranych kryteriów: czasu trwania danych czynności, ciągłości pracy wszystkich brygad, ciągłości pracy danej brygady lub najniższego kosztu przejścia. Użytkownik może wybrać sobie kryteria, które mają dla niego największą wagę i ustawić je w odpowiedniej kolejności. Program działa na zasadzie przeglądu zupełnego szeregowania zadań. Jego działanie opiera się na znalezieniu kombinacji czynności, która będzie najlepiej spełniała kolejne kryteria według ich wagi. Program przegląda x! możliwości i wybiera tą najlepszą, gdzie x to liczba działek roboczych. W zakres opracowania weszły po kolei następujące czynności: 1 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Inżynierii Budowlanej, Zespół Inżynierii Produkcji i Zarządzania w Budownictwie, Warszawa, Al. Armii Ludowej 16, Tel.: , kowalik.paw@gmail.com 2 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Inżynierii Budowlanej, Zespół Inżynierii Produkcji i Zarządzania w Budownictwie, Warszawa, Al. Armii Ludowej 16, Tel.: , m.krzeminski@il.pw.edu.pl 4218

2 1) Podział budynku na działki robocze 2) Wykonanie przedmiaru robót 3) Ustalenie pracochłonności dla danych brygad roboczych 4) Ustalenie optymalnych składów i ilości brygad roboczych 5) Obliczenie czasów trwania czynności dla każdej brygady na wszystkich działkach roboczych 6) Stworzenie harmonogramu za pomocą metod optymalizacyjnych z uwzględnieniem kryteriów technologicznych 7) Stworzenie harmonogramu wzorcowego, za pomocą którego będzie można ocenić słuszność optymalizacji 8) Porównanie otrzymanych wyników i ich ocena 2. CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU Budynek, dla którego przeprowadzono optymalizację, jest budynkiem biurowym umiejscowionym w centrum Warszawy. Jest on podzielony na cztery niezależne części połączone otwartym patio jedną czterokondygnacyjną, jedną siedmiokondygnacyjną oraz dwie dwunastokondygnacyjne. Dla każdej części konkretne kondygnacje będą stanowiły powierzchnię na oddzielne biura, do aranżacji przez najemców. Pod budynkiem znajdą się dwie kondygnacje garażu podziemnego. W niniejszym opracowaniu skoncentrowano się na robotach żelbetowych kondygnacji nadziemnych dwóch części dwunastopiętrowych i części siedmiopiętrowej. Podstawowe dane na temat obiektu: m² całkowita powierzchnia budynku m² powierzchnia biurowa netto w budynku 12 kondygnacji naziemnych 2 kondygnacje podziemne m² powierzchnia typowego piętra 3. ZAŁOŻENIA DO OPTYMALIZACJI W wykonanym zadaniu wykorzystano założenia metody pracy równomiernej. Charakteryzuje się ona tym, że następuje podział na pewną ilość części zwanych działkami roboczymi. Powstała ona, jako adaptacja produkcji taśmowej. Metoda ta polega na realizowaniu tych samych prac na kolejnych działkach roboczych przez odpowiednie zespoły robocze (brygady). Metoda ta stwarza warunki uzyskania ciągłości i równomierności zatrudnienia zespołów roboczych. Największą jej zaletą jest możliwość podniesienia wydajności zatrudnionych brygad na skutek wielokrotnej powtarzalności ich zadań i specjalizacji w wykonywaniu tych samych czynności.[2] Na każdej działce roboczej mamy do czynienia z niejednorodnymi procesami budowlanymi. Charakteryzują się one tym, że występuje żadna stała zależność pomiędzy wielkością działki a pracochłonnością, niezmienna pozostaje jedynie technologia wykonywania robót. Wobec tego nie jest wymagana proporcjonalność w rozmiarach działek roboczych, ponieważ i czasy pracy na każdej z nich będą się od siebie różniły. [1, 2] W przypadku tych prac mamy do czynienia z kilkoma różnymi elementami, których pracochłonność jest liczona według różnych kryteriów, a ich ilość nie zależy bezpośrednio od powierzchni działki, np. ilość metrów sześciennych podciągów nie będzie zależała bezpośrednio tylko od powierzchni stropu, ale od szeregów różnych czynników konstrukcyjnych. Roboty żelbetowe są to prace, w których stosujemy model przepływowy szeregowania robót. W modelach przepływowych (ang. Flowshop, FS) na każdej działce roboczej praca powinna zostać wykonana przez określone brygady w określonej kolejności. Zakłada się również że dana wyspecjalizowana brygada wykonuje pracę tylko raz na kolejnej działce. [1] Na danej działce mogą pracować równocześnie brygady cieśli i zbrojarzy 4219

3 4. PODZIAŁ BUDYNKU NA DZIAŁKI ROBOCZE ORAZ OBLICZENIE PRACOCHŁONNOŚCI BRYGAD Budynek podzielono na działki robocze według kryteriów technologicznych. Stropy przedzielono w miejscach 1/3 rozpiętości lub w miejscach wskazanych przez konstruktora. Dla każdego piętra numer działki zaczyna się od numeru kondygnacji, a po kropce kolejnego numeru elementów wchodzących w skład działki, np. elementy pionowe kondygnacji pierwszej: działki 1.1, 1.2, 1.3,, stropy kondygnacji drugiej: działki 2.7, 2.8, 2.9,... Podział każdej kondygnacji przedstawiono na rysunkach poniżej. Ponieważ działki leżą obok siebie, a przenoszenie sprzętu między nimi nie wymaga dużego wysiłku, nie brano pod uwagę kryterium kosztów przejścia brygad między działkami. Rys.1. Przykładowy podział na działki robocze dla kondygnacji 3[opracowanie własne w programie AutoCad]. Na każdej działce roboczej został wykonany zestaw robót w zależności od elementów znajdujących się na działce dla działek z elementami pionowymi były to słupy i ściany, a dla działek z elementami poziomymi były to stropy, belki oraz schody. Na podstawie współczynników wydajności zaczerpniętych z Katalogów Nakładów Rzeczowych obliczono ilości roboczo-godzin na każdej działce roboczej oddzielnie dla brygady ciesielskiej i dla zbrojarskiej. Na potrzeby ułożenia harmonogramu przyjęto czasy pracy: 8 godzin dla zbrojarza i 10 godzin pracy dla cieśli. Aby średnie czasy trwania na każdej z działek dla obu brygad były równe przyjęto liczebność brygad w ilości 10 zbrojarzy i 16 cieśli. Na podstawie powyższych założeń obliczono pracochłonności dla każdej z brygad na każdej działce roboczej. 5. OPTYMALIZACJA Głównym zadaniem jest stworzenie harmonogramu, dla którego czas trwania projektu będzie jak najkrótszy, oraz każda brygada będzie miała zapewnioną ciągłość pracy. Dodatkowo przy tworzeniu harmonogramu należy uwzględnić kilka aspektów technologicznych. Przyjęto, że brygada zbrojarzy nie może wejść na daną działkę roboczą stropu lub ścian, jeśli siostrzana brygada cieśli nie rozpoczęła jeszcze pracy na danym odcinku. Jest to oczywiste 4220

4 szczególnie przy wykonywaniu stropów, gdzie zbrojenie należy ułożyć na przynajmniej po części gotowym deskowaniu. Drugie ograniczenie, jakie należy uwzględnić, to założenie, że brygada cieśli może zostać na danej działce roboczej maksymalnie jeden dzień po zejściu z niej brygady zbrojarzy, przeznaczając go na ostatnie poprawki oraz betonowanie danego odcinka. W przypadku, kiedy deskowanie danego elementu zakończy się przed zbrojeniem, przyjęto, że betonowanie i ewentualne zamknięcie danego elementu wykona kilku członków brygady cieśli tuż po zakończeniu czynności zbrojarskich, czego nie uwzględniano w harmonogramie. Trzecim ograniczeniem jest brak możliwości rozpoczęcia prac ciesielskich, gdy czynności na poprzedzających elementach nie zostały zakończone, np. szalowanie stropu na danej działce roboczej może się rozpocząć dopiero po zakończeniu prac na słupach i ścianach pod danym stropem. W celu wykonania optymalnego harmonogramu przyjęto, że trzy brygady cieśli i zbrojarzy będzie pracowało na działkach według kolejności otrzymanej z programu KASS. Jeśli któraś brygada cieśli zakończy pracę na danym odcinku, otrzymuje kolejne zadanie wynikające z nadanej kolejności. Jeśli niespełnione zostanie któreś z trzech kryteriów wynikających z technologii, czynność w harmonogramie będzie przesunięta ręcznie, w najbliższy możliwy termin rozpoczęcia tak, aby spełniać to kryterium. Aby ocenić słuszność optymalizacji wykonanej za pomocą programu KASS, stworzono dla porównania oddzielny harmonogram, w którym każda z trzech brygad dostaje swoją część budynku (siedmiopiętrową, lub jedną z dwóch dwunastopiętrowych) i wykonuje czynności według kolejności rosnącej, np. dla brygad pierwszych jedna z części dwunastopiętrowych budynku i działki w kolejności 1.1, 1.2, 1.7, 1.8, 2.1, 2.2, 2.7, 2.8 itd. Jest to również schemat przyjęty w rzeczywistości przez wykonawcę robót na tym budynku, co pozwoli wychwycić jego ewentualne błędy w planowaniu kolejności lub pokaże, że narzędzia optymalizacyjne nie dają oczekiwanych efektów. Otrzymane czasy trwania czynności na poszczególnych działkach roboczych wprowadzono do programu KASS v 2.0. W zależności od kondygnacji i ilości działek roboczych otrzymano różne wyniki oraz przeprowadzono optymalizację na trzy różne sposoby. W przypadku kondygnacji I i II program ustalił kolejność, w której najpierw należało w odpowiedniej kolejności wykonać elementy pionowe, a następnie poziome, zgodnie z założeniami technologicznymi. Tylko w przypadku kondygnacji I należało zamienić kolejność działki 4. z działką 9., aby założenia te były spełnione. Czynności rozłożono po kolei na brygady robocze i otrzymano harmonogram, który porównano z harmonogramem wzorcowym. Rys. 2. Optymalna kolejność wykonania działek roboczych wygenerowana przez program KASS dla kondygnacji I[opracowanie wykonane w programie KASS v2.0] 4221

5 Dla kondygnacji III-VII otrzymane czasy trwania podobnie jak w przypadku kondygnacji I i II wprowadzono do programu KASS v 2.0, ale otrzymano wyniki, w których w przynajmniej dwóch przypadkach czynności związane z szalowaniem stropów wyprzedzałyby czynności związane z szalowaniem elementów pionowych znajdujących się pod nimi. W związku z tym podzielono kondygnacje na dwie części: elementy pionowe i elementy poziome. Dla obu tych części na każdej kondygnacji wykonano optymalizację oddzielnie, najpierw określając kolejność dla działek x.1 x.7., a następnie dla działek x.8 x.14, gdzie x to numer danej kondygnacji. Według otrzymanej kolejności z programu KASS v 2.0 rozłożono czynności kolejno na trzy brygady robocze według tego samego schematu jak dla kondygnacji I i II. Równolegle dodano czynności dla tych samych kondygnacji w harmonogramie wzorcowym i porównano wyniki. W przypadku kondygnacji VIII-XII, podobnie jak w poprzednich dwóch przypadkach, wstawiono czasy trwania czynności na danej kondygnacji do programu KASS v 2.0. Otrzymano wyniki podobne do wyników z poprzedniego punktu, gdzie zadania związane z wykonaniem elementów poziomych wyprzedzały czynności związane z wykonaniem elementów pionowych pod nimi. Podzielono kondygnacje na dwie części (elementy pionowe i poziome) po cztery działki robocze i dla każdej z tych części wykonano niezależne optymalizacje. Po otrzymaniu wyników i wykonaniu harmonogramu okazało się, że z powodu małej ilości działek dla trzech brygad roboczych przy niezależnych kolejnościach dla elementów pionowych i poziomych często występował problem nie ukończenia elementów podpierających strop w momencie planowanego rozpoczęcia prac związanych z jego szalowaniem. Za najbardziej optymalne rozwiązanie przyjęto założenie, że najpierw wyznaczano kolejność wykonywania elementów pionowych, a następnie czynności związane z wykonaniem elementów poziomych ustawiano w tej samej kolejności. Wyniki czasów trwania i czasów przestojów przedstawiono w tabeli poniżej i przyrównano do harmonogramu wzorcowego. Tab. 1. Zestawienie czasów trwania czynności oraz czasów przestojów dla wszystkich kondygnacji [opracowanie własne] Harmonogram po optymalizacji Harmonogram wzorcowy Czas trwania projektu 250 dni 268 dni Czas przestojów kondygnacja I 0 dni 1 dni Czas przestojów kondygnacja II 0 dni 1 dni Czas przestojów kondygnacja III 0 dni 3 dni Czas przestojów kondygnacja IV 0 dni 1 dni Czas przestojów kondygnacja V 0 dni 5 dni Czas przestojów kondygnacja VI 0 dni 4 dni Czas przestojów kondygnacja VII 0 dni 5 dni Czas przestojów kondygnacja VIII 7 dni 4 dni Czas przestojów kondygnacja IX 1 dzień 2 dni Czas przestojów kondygnacja X 3 dni 3 dni Czas przestojów kondygnacja XI 4 dni 4 dni Czas przestojów kondygnacja XII 4 dni 6 dni Łączny czas przestojów 19 dni 39 dni W tym: Łączny czas przestojów brygad cieśli 6 dni 13 dni Łączny czas przestojów brygad zbrojarzy 13 dni 26 dni WNIOSKI Podsumowując wyniki, dzięki programowi KASS otrzymano harmonogram, w którym czas trwania jest o 6,7 % krótszy, a czasy przestojów krótsze o 51,3%. Gdyby czas wykonania robót przez wykonawcę przekroczył czas umowny i zaczęły być naliczane kary (0,2% wartości kontraktu za dzień zwłoki), to można by przyjąć, że zaoszczędzono 6,4 miliona PLN netto za 18 dni przekroczenia terminu. W wyniku zmniejszenia przestojów brygad roboczych można przyjąć, że na pewno udałoby się zaoszczędzić 4840 PLN netto przy stawce godzinowej dla cieśli i zbrojarzy 20 PLN netto. Dla 4222

6 porównania koszt wykonania optymalizacji (20 godzin bez robienia przedmiarów) oszacowano na 600 PLN netto. Przełożenie powyższej optymalizacji na budowę byłoby możliwe, jednak wiązałoby się z koniecznością bardzo dokładnego nadzoru czasów wykonania prac na kolejnych działkach roboczych. Dodatkowo nie wiadomo jak wyglądałaby sprawa betonowań elementów, która bezpośrednio nie została zaplanowana w harmonogramie, a w praktyce najczęściej jest to czynność wykonywana po godzinach przez część brygady. Harmonogram zaproponowany przez wykonawcę ustala większy porządek prowadzenia prac, brak jest przeskakiwania brygad między kolejnymi częściami budynków, a pracownicy dokładnie znają powtarzalne na każdym piętrze elementy, co zwiększa komfort pracy. Wprowadzenie powyższej optymalizacji wiązałoby się dla nich z pewnego rodzaju chaosem. Wiadomo jednak, że przy jakimkolwiek prowadzeniu prac budowlanych kluczowym argumentem zawsze są pieniądze. Na podstawie powyższego opracowania można jednoznacznie stwierdzić, że metody optymalizacyjne szeregowania zadań dają założone efekty i są szansą na stworzenie bardziej optymalnych harmonogramów przy planowaniu prac żelbetowych. Streszczenie Przedmiotem niniejszego opracowania jest wykorzystanie programu KASS v2.0 w optymalizacji projektu organizacji robót żelbetowych na części nadziemia budynku biurowego zlokalizowanego w Warszawie. W pracy wykonano optymalizację harmonogramu za pomocą przeglądu zupełnego szeregowania zadań. Jako kryterium optymalizacyjne przyjęto najkrótszy czas trwania robót oraz najkrótszy czas przestoju brygad roboczych. Pierwszym krokiem w wykonaniu pracy był podział budynku na działki robocze. Następnie sporządzono obmiar wszystkich elementów żelbetowych na danych działkach roboczych. Następnie ustalono składy trzech brygad cieśli i trzech brygad zbrojarzy, którzy będą wykonywali prace. Kolejnym krokiem było uszeregowanie zadań za pomocą programu KASS v2.0 oraz stworzenie optymalnego harmonogramu. Równolegle wykonano harmonogram wzorcowy nawiązujący do realnego uszeregowania zastosowanego na tej budowie przez wykonawcę robót. Na podstawie porównania otrzymanych harmonogramów potwierdzono celowość zastosowania metod optymalizacyjnych w organizacji robót żelbetowych. Słowa kluczowe: organizacja, szeregowanie zadań, KASS v2.0, optymalizacja, roboty żelbetowe Optimization of reinforced concrete works schedule with the use of KASS software Abstract The main subject of this study is the use of KASS v2.0 software for optimization of reinforced concrete works schedule project at a part of an office building localized in Warsaw. Schedule optimization with the use of task scheduling complete overview was performed in this study. Shortest processing time and shortest tie-up time of working brigades were used as optimization criteria. The first step was to divide the building into working spaces. Next, area and volume of every reinforced concrete object in every working space were calculated. Further on, number of people in three carpenter and steel fixer brigades were set. Afterwards, tasks were scheduled with the use of KASS software and the optimal schedule was prepared. Simultaneously, a comparative schedule, relating to the schedule actually used at the building site, was created. On the basis of the comparison between received schedules the purposefulness of using optimization methods in organization of reinforced concrete works was confirmed. Keywords: organization, task scheduling, KASS v2.0, optimization, reinforced concrete works BIBLIOGRAFIA 1. Krzemiński M. Use of the KASS program in scheduling, Technical Transaction, ISSUE 2-B(6), YEAR 2014, Politechnika Krakowska, Kraków 2014, pp Jaworski K. M. Podstawy organizacji budowy, PWN Warszawa,