Planowanie organizacji robót budowlanych na podstawie analizy nakładów pracy zasobów czynnych

Transkrypt

1 Budowictwo i Architektura 12(1) (2013) Plaowaie orgaizacji robót budowlaych a podstawie aalizy akładów pracy zasobów czyych Roma Marcikowski 1 1 Istytut Budowictwa, Wydział Budowictwa Mechaiki i Petrochemii, Politechika Warszawska, e mail: marcikowski@pw.plock.pl Streszczeie: Nakłady pracy a wykoaie procesów budowlaych s uiwersal charakterystyk do plaowaia robót. Poprzez ich aaliz okre la si koszty pracy, zu ycie czasu pracy zasobów, mo liwo ci współpracy zasobów (współu ytkowaia zasobów w realizacji kilku zada ), iezb dy czas a wykoaie zada, i ie istote parametry aalizy plaistyczej. Mo emy te prowadzi symulacj realizacji przedsi wzi cia, bez lub z aaliz ryzyka dotrzymaia okre loych termiów i kosztów. Zagadieia te s przedmiotem iiejszej pracy. Propoowae techiki rozwi zywaia problemów zostały podporz dkowae d eiu miimalizowaia strat z tytułu iepełego wykorzystaia potecjału produkcyjego zasobów czyych. Słowa kluczowe: plaowaie w budowictwie, akłady pracy, pracochłoo robót, czas wykoaia zada budowlaych. 1. Wprowadzeie Ka dy proces budowlay o charakterze produkcyjym wymaga zu ycia pracy zasobów czyych oraz zu ycia materiałów i wyrobów budowlaych. Zu ycie pracy wyra ae jest w jedostkach czasu pracy daego zasobu, a przykład: robotiko-godziach (popularie: roboczo-godziach), zespoło-diach, maszyo-godziach; za zu ycie materiałów i wyrobów budowlaych podawae jest w jedostkach wła ciwych dla daego materiału / wyrobu, a przykład w: szt., kg, m 3, l, t, itd. Zu ycie pracy zasobów czyych i materiałów budowlaych w budowictwie okre lamy miaem akładów rzeczowych. O sprawo ci wykoaia zada budowlaych decyduj w zdecydowaej wi kszo ci sytuacji plaistyczych iezb de akłady pracy zasobów czyych a wykoaie zada i liczba przydzieloych zasobów, które te akłady maj poie. Zaj c akłady pracy zasobów a wykoaie okre loego zakresu robót, mo emy ustali mo liwo ci czasowe wykoaia tych robót dyspoowaym potecjałem rodków pracy. Dlaczego ie prowadzimy tych wszystkich aaliz przez pryzmat wydajo ci rodków pracy? Powód jest w zasadzie jede zbyt zró icowaa struktura procesów roboczych w budowictwie. Wydajo okre la ilo produkcji w jedostce czasu, produkcji ró orodej wykoywaej przez te sam rodek pracy w daym diu, czy a daym frocie robót. Aby wi c ustali mo liwo ci czasowe i koszty wykoaia okre loych robót, trzeba by było ustala szczegółowo co i kiedy rodek pracy wykouje, i zestawia to w proces ł czy. Łatwiej jest ustali zu ycia czasu pracy zasobów a wykoaie poszczególych robót i zsumowa je dla zakresów robót, które staowi elemety struktury podziału pracy w plaowaiu. Problemy plaowaia produkcji budowlaej mog by ró e. W plaowaiu projektujemy systemy kompleksowej mechaizacji [1, 2, 3], ustalamy ajkorzystiejsze rozwi zaia orgaizacyje współpracuj cych ze sob rodków pracy [4], harmoizujemy wykoaie zada z bilasowaiem potrzeb i dost po ci zasobów [5], oceiamy koszty wykoaia prac [6], aalizujemy ryzyka [7], itd. Podstawowym zagadieiem plaistyczym jest jedak wyzaczeie zespołu do wykoaia okre loego zakresu prac w ustaloym lub poszukiwaym optymalym czasie. Wybrae zagadieia z tego zbioru b d w iiejszej pracy przedmiotem rozwa a i propozycji techik plaistyczych.

2 40 Roma Marcikowski 2. Ustaleie składu zespołu do wykoaia zadaia Rozpatrzmy problem orgaizacji zespołu do wykoaia pojedyczego zadaia. Plaista przydziela zasoby do wykoaia zadaia a podstawie zajomo ci akładów pracy a wykoaie tego zadaia, lub aalizuj c wydajo ci aga owaych zasobów. Zajmmy si pierwszym przypadkiem. Do wykoaia zadaia z potrzeba zaaga owa zasoby czye tworz ce zbiór R = { r1, r2,..., r }, dla których jedostkowe akłady pracy (w zasobo-godziach) idetyfikuje wektor N = 1, 2,...,. Przydzielaj c do wykoaia zadaia z zasoby w liczbie lr ( i ) dla i = 1, 2,...,, plaista podejmuje decyzj ustalaj c czas wykoaia zadaia (w godziach) według zale o ci: i pz ( ) tz ( ) max lr ( ) = ( i 1, 2,..., ) i =, (1) gdzie p(z) okre la zakres zadaia z. Je eli zadaie z b dzie jedyym zadaiem wykoywaym przez zasoby zbioru R, i zasoby te b d a miejscu wykoywaia zadaia z przez cały czas jego trwaia, to przydział taki wi e si ze strat (p. w zł) z tytułu iepełego wykorzystaia czasu pracy zasobów czyych, wyzacza według zale o ci: Sz ( ) = tz ( ) lr ( ) pz ( ) c ( i i ) i, (2) i= 1 gdzie c i jest jedostkow strat (p. w zł/godz.) z tytułu iepełego wykorzystaia czasu pracy i-tego zasobu. Jedostkowe straty c i mo emy wyzaczy według zasad przedstawioych w [3, 8, 9], co sprowadza si do ich obliczeia dla ka dego rozpatrywaego zasobu według wzoru: w p kp wz ci = ci ( i = 1, 2,..., ), (3) p gdzie: ci cea jedostkowa pracy i-tego zasobu, wkp, wz wska iki procetowe kosztów po redich i zysku. Zale o ci powy sze s u ytecze dla plaisty w ka dym przypadku, gdy musi o zdecydowa o liczbie rodków pracy współpracuj cych ze sob w wykoaia zadaia z. Nietrudo jedak sobie wyobrazi, e plaista mo e mie mo liwo wyboru rodków pracy. Na przykład do wykoaia wykopu mo e zastosowa kopark o wydajo ci 40 m 3 /godz. lub wi ksz o wydajo ci 60 m 3 /godz. Je eli wi c przyjmiemy, e zasoby czye do wykoaia procesu budowlaego ie s ustaloe i trzeba je wybra ze zbioru zamieików (maszyy o tym samym przezaczeiu, jedak o ró ej wydajo ci), to problem ustaleia zespołu wykoawczego do realizacji procesu z staje si zadaiem programowaia matematyczego. Sytuacj t zamodelujmy ast puj co. Plaista, jak poprzedio, za zakres robót do wykoaia okre loy zmie pz ( ). W wykoaiu tych robót współpracuj ze sob rodki pracy, tworz ce zbiór rodzajowy M = { m1, m2,..., mr }. Plaista dyspouje ró ymi typami rodków pracy w poszczególych ich rodzajach m 1, m 2,, m r. Niech tworz oe podzbiory M i (i=1,2,,r) dost pych rodków produkcji. W ka dym podzbiorze dost pych rodków produkcji M i s wyró ioe typy (p. kokrete maszyy) { mi1, mi2,..., m im }, które mog si zast pi, i których liczba jest ograiczoa zmie lm ( ) i dla ( j = 1, 2,..., mi ). Typy rodków pracy maj okre lo wydajo odiesio do jedostki miary, w której wyra oy jest zakres robót zadaia z. W rozwi zaiu problemu ale y ustali liczby zaaga owaych typów rodków pracy do wykoaia procesu z, zapewiaj c wykoaie tego zadaia w dyspozycyjym czasie tmi, t max i miimalizuj c straty z tytułu iepełego wykorzystaia wydajo ci wyzaczoych do zadaia z rodków pracy. Sformułujmy zadaie optymalizacji decyzji. Niech zmieymi decyzyjymi b d liczby wyró ioych typów rodków pracy c skierowaych do realizacji zadaia z. Ozaczmy je zmieymi x R, gdzie ideks i b dzie idetyfikował rodzaj rodka pracy, za ideks j jego typ, charakteryzuj cy si

3 Iżyieria Przedsięwzięć Budowlaych Plaowaie orgaizacji robót budowlaych okre lo wydajo ci w (mo liw do osi gi cia w warukach realizacji zadaia z). Zmiee te powiy spełia waruek całkowitoliczbowo ci i ograiczeie: x lm ( ) dla ( j= 1, 2,..., m ; i= 1, 2,..., r). (4) i Zmiee decyzyje musz mie takie warto ci, aby spełioe były waruki wykoaia cało ci robót, a miaowicie: m i x pz ( ) tz ( ) dla ( i= 1,2,... r), (5) j= 1 gdzie okre la akład pracy i-tego rodzaju j-tego typu rodka pracy a wykoaie jedostki zadaia z. Czas wykoaia zadaia z mo a okre li z zale o ci: )( zt )( = max zp ( i = 1,2,..., r) m i i x j = 1 Czas te powiie spełia waruek: t tz ( ) t. (7) mi max Je eli przyjmiemy, e rodki pracy w liczbie x b d uczesticzyły w realizacji zadaia z przez cały czas t(z), to iektóre z ich (z powodu iedopasowaia wydajo ci) b d cz ciowo iewykorzystae. To iepełe wykorzystaie rodków pracy b dziemy chcieli miimalizowa przez pryzmat kosztów strat. Obliczy je mo emy według zale o ci: mi x tz ( ) pz ( ) r mi j= 1 Sz ( ) = x c, (8) mi i= 1 j= 1 x j= 1 gdzie c jedostkowe koszty strat z tytułu iepełego wykorzystaia rodka pracy m (za jedostk czasu pracy) okre lae według zale o ci (3). c Zadaie optymalizacyje polega a wyzaczeiu zmieych decyzyjych x R, miimalizuj cych warto fukcji (8), przy spełieiu waruków okre loych zale o ciami (4), (5) i (7). Model taki mo a rozwi za przy wykorzystaiu symulacji komputerowej, realizowaej a przykład metod ewolucyj w arkuszu kalkulacyjym. Zastosowaie arkusza kalkulacyjego do rozwi zywaia problemu pozwala plai cie eksperymetowa, ograiczaj c liczb dost pych rodków pracy do wykoaia zadaia z, lub zmieiaj c dyspozycyjy przedział czasu a wykoaie zadaia. 3. Harmoogramowaie produkcji budowlaej Harmoogramowaie produkcji budowlaej a podstawie aalizy akładów pracy zasobów jest ju stosukowo dobrze za techik. Słu temu specjalie opracowae aplikacje komputerowe, pozwalaj ce ł czy kosztorys budowlay z harmoogramem robót [8]. Chodzi o automatyzacj przekazu iformacji o akładach rzeczowych z kosztorysu do programu wspomagaj cego opracowaie harmoogramu. Kosztorysy opracowywae s przez pryzmat orm akładów rzeczowych bazy KNR. Mimo iedoskoało ci tej bazy, trzeba stwierdzi, e tylko poprzez zajomo akładów rzeczowych jest mo liwo zautomatyzowaia aaliz plaistyczych przy zachowaiu wymierego ich charakteru. Posługuj c si popularymi programami do plaowaia przedsi wzi MS Project & Projekt+ lub PLANISTA i podaj c warto ci akładów rzeczowych, ich kosztów (6)

4 42 Roma Marcikowski jedostkowych oraz liczby rodków pracy, u yway program komputerowy wyzaczy czas realizacji zada, a uwzgl diaj c zale o ci mi dzy zadaiami i termiy dyrektywe, mo emy ustali harmoogram realizacji aalizowaego zbioru zada. Istotym elemetem tak utworzoego harmoogramu jest mo liwo zarz dzaia zasobami. Nale y tu zapewi pew elastyczo w przydziale zasobów do zada. Je eli przyjmiemy, e akłady pracy s podstaw plaowaia, to ale y defiiowa zadaia ze stał prac, a dopuszcza okre laie iezb dej liczby jedostek zasobów do wykoaia zadaia w zakładaym czasie przez program komputerowy (rys.2). Aaliz plaistycz w programie MS Project prowadzimy wg ast puj cej metodyki: 1. Defiiujemy kaledarz projektu oraz termi rozpocz cia plaowaego przedsi wzi cia 2. Defiiujemy zbiór zasobów, ich koszty jedostkowe oraz dost po i kaledarze dla poszczególych zasobów typu praca przykład rys Wprowadzamy zbiór zada przedsi wzi cia, akłady zdefiiowaych zasobów oraz a ich podstawie okre lamy realy czas a wykoaie poszczególych zada (rys. 2). 4. Wprowadzamy model sieciowy przedsi wzi cia i aalizujemy uzyskay efekt obci eie dost pych zasobów (rys.3). 5. W sytuacji iedopuszczalego przeci eia zasobów, bilasujemy zasoby, dopuszczaj c mo liwo dostosowywaia przydziałów zasobów do zada i podziały pracy pozostałej (ustawieia stadardowe programu); Z rysuku 3 wyika bardzo wiele iformacji dla plauj cego. Opracoway harmoogram geeruje zbyt du e obci eie zasobów dla robotików i spycharek. Przekroczeie dost pej ilo ci pracy dla tych zasobów sygalizowae jest kolorem czerwoym i procetem wykorzystaia potecjału. Plauj cy ma mo liwo pogodzeia si z tym faktem lub podj proces wyelimiowaia admierej alokacji. Niewielkie przekroczeia mog by akceptowae, bowiem admiar pracy do wykoaia mo e by zrealizoway w adgodziach, b d w iym czasie gdy zasoby te ie s w pełi wykorzystae. Rys. 1. Arkusz zasobów w programie MS Project Rys. 2. Arkusz zadaia w programie MS Project

5 Iżyieria Przedsięwzięć Budowlaych Plaowaie orgaizacji robót budowlaych Rys. 3. Arkusze Obci eie zasobów i Harmoogram Gatta w programie MS Project 4. Aaliza ryzyka plau produkcji budowlaej Ryzyko w plaach produkcji budowlaej odoszoe jest do ustaloych i uzgodioych termiów w złowych, w tym do termiu zako czeia przedsi wzi cia oraz do kosztów zrealizowaia prac. Charakterystyki te s fukcj rodzaju i zakresu zada składaj cych si a przedsi wzi cie, wymagaych akładów zasobów, przydzieloych rodków pracy i ich kosztów. Niepewo akładów rzeczowych, dost po ci i kosztów rodków produkcji implikuje iepewo dotrzymaia uzgodioych termiów oraz bilasu kosztów realizacji zada i uzgodioej kwoty kotraktu. Zwi kszoe koszty realizacji prac budowlaych mog pochodzi z zwi kszoych (w stosuku do ormowych) akładów a ich wykoaie, przekroczeia termiów umowych, koieczo ci zatrudieia pracowików i maszy w adgodziach oraz od zwi kszoych jedostkowych kosztów akładów rzeczowych. Podstawowym zagadieiem w oceie ryzyka plau realizacji produkcji jest wi c probabilistycza ocea czasu trwaia i kosztu realizacji zada (przykłady opisu tych daych przedstawioo a rys. 4) oraz aaliza wpływu tej ocey a spełieie wymaga umowych (zakładaych). Sposób aalizy tak rozumiaego ryzyka metod symulacyj w plaach produkcyjych został przedstawioy w [7]. Symulacja komputerowa, któr propouj twórcy programów Permaster Project Risk, czy for Project umo liwia zdefiiowaie warto ci daych jako zmiee losowe o okre loych rozkładach, i symulowaie realizacji plaowaego programu robót z oce iteresuj cych as wielko ci. Rys. 4. Okieka dialogowe programu Pertmaster Project Risk do wprowadzaia rozkładów zmieo ci akładów pracy i kosztów jedostkowych zasobów.

6 44 Roma Marcikowski Posługuj c si programem z mo liwo ci symulacyjej aalizy ryzyka, wprowadzamy do programu charakterystyki probabilistycze akładów pracy zasobów i ich kosztów i tak przygotoway pla poddajemy symulacji. Program losuje wielko ci charakterystycze daych według zdefiiowaych rozkładów i ustala ast puj ce charakterystyki: czasy trwaia i koszty realizacji zdefiiowaych grup zada ; termiy rozpocz cia i zako czeia poszczególych zada ; akłady pracy zasobów a realizacj całego aalizowaego zbioru zada ; termi i koszt zrealizowaia całego aalizowaego zbioru zada. Charakterystyki te podawae s przez program w postaci graficzej fukcji (zobrazowaej histogramem) rozkładu i dystrybuaty zmieej losowej oraz opisowej statystyki uzyskaej w wyiku symulacji próby (rys.7 i 8). Rys. 7. Wyiki symulacji kosztu realizacji przedsi wzi cia w programie Pertmaster Project Risk [9]. Rys. 8. Wyiki symulacji czasu trwaia przedsi wzi cia w programie Pertmaster Project Risk [9]. Program jest przygotoway do symulacji aalizy ryzyka dla wybraych rozkładów statystyczych opisuj cych poszczególe zmiee, składaj ce si a dae wyj ciowe do plaowaia. Zadaiem projektata jest wybór rozkładu ajlepiej pasuj cego do opisu daej zmieej losowej. Nie jest to zadaie łatwe, tym bardziej, e aktualie brak jest bada ukierukowaych a te problem. Wyzaczoe w wyiku symulacji charakterystyki zmieych losowych czasu i kosztów ie s ryzykiem. Na rysukach 7 i 8 widzimy bowiem warto ci charakterystycze

7 Iżyieria Przedsięwzięć Budowlaych Plaowaie orgaizacji robót budowlaych czasów, termiów, kosztów, z oce prawdopodobie stwa ich osi gi cia w realizacji projektu. Ryzyko jest iloczyem straty z tytułu iepowodzeia i prawdopodobie stwa ast pieia tej straty. Ryzyko zwi zae jest zawsze z decyzj. Nie rozstrzyga oo jedak o istocie problemu, który rozwi zujemy. Charakteryzuje za to sam decyzj. St d s decyzje o miejszym i wi kszym ryzyku. Nie jest wi c istote spełieie si ryzyka. Kwatyfikacja ryzyka jest potrzeba do porozumiewaia si decydetów mi dzy sob i podejmowaia decyzji wraz z akceptacj lub alokacj ryzyka. 5. Podsumowaie Plaowaie produkcji budowlaej a podstawie aalizy akładów rzeczowych jest podstaw wszystkich programów komputerowych wykorzystywaych w tym przezaczeiu. Plai ci chc szybko i wiarygodie ustala zu ycie czasu i koszty prac budowlaych. Na bazie tej wiedzy podejmuj decyzje operatywe i plaistycze. Problemy a wyzaczeie rodków pracy do wykoaia okre loych robót (decyzje operatywe) s bardzo cz sto bagatelizowae. Najcz ciej wykoawcy budowlai chc wykoa zadaia szybko, ie zastaawiaj c si przy tym ad globalymi skutkami takiego post powaia. Trzeba jedak zdawa sobie spraw z tego, e efektywo rozwi za orgaizacyjych mierzoa jest w sesie globalym kosztami stracoego czasu. Kryterium takie dawo temu sformułował w [10] prekursor aukowej orgaizacji pracy Karol Adamiecki. D eie do skracaia cykli realizacyjych, tak cz sto podejmowae w ró ych projektach, w sesie globalym jest ieracjoale. Techika harmoogramowaia i aalizy ryzyka poprzez aaliz akładów pracy jest rówie iedoceiaa. Uzaje si, e jest szereg makametów takiego plaowaia, wyikaj cych z zbyt drobiazgowego rozpatrywaia zasobów i ierealo ci orm. Baza wiedzy o akładach pracy a wykoaie procesów pracy jest bardzo krytykowaa. Istiej w iej przestarzałe techologie, akłady s odiesioe do bli ej ieokre loych maszy, procesy pracy maj iesprecyzowae waruki wykoaia. Nie prowadzi si te opisu orm akładów pracy z uwzgl dieiem ich iepewo ci (opisu probabilistyczego). Mimo tej krytyki, firmy oferuj ce oprogramowaie dla budowictwa w zakresie wykoawstwa budowlaego dokładaj wielu stara o uaktualiaie bazy KNR, upatruj c w iej jedy mo liwo komputeryzacji procesów kalkulacyjych w kosztorysowaiu i plaowaiu produkcji budowlaej. Literatura 1 Jaworski K.M., Metodologia projektowaia realizacji budowy, Warszawa PWN, Jaworski K.M., Wielokryteriala aaliza jako ci harmoogramów budowlaych. Przegl d Budowlay, r 1, stycze Kapli ski O., Metody i modele bada w i yierii przedsi wzi budowlaych.. Warszawa, Komitet I yierii L dowej i Wodej PAN, Istytut Podstawowych Problemów Techiki, Marcikowski R., Koper A., Projektowaie zespołu maszy zapewiaj cych ci gło betoowaia kostrukcji moolityczej. Budowictwo i I yieria rodowiska, wyd. Politechiki Białostockiej, r 2 (2011), str Marcikowski R., Metody rozdziału zasobów realizatora w działalo ci i yieryjo-budowlaej. Warszawa, Wydawictwo WAT, Kowalczyk Z., Zabielski J., Kosztorysowaie robót budowlaych. Warszawa, WSiP, Marcikowski R., Koper A., Ocea ryzyka czasu i kosztów w plaowaiu produkcji budowlaej. Przegl d Budowlay Nr 7/8 2008, str Marcikowski R., Harmoogramowaie produkcji przedsi biorstwa budowlaego. Przegl d Budowlay Nr 2/2007, str Marcikowski R., Krawczy ska A., Kocepcja metody aalizy efektywo ci wykorzystaia deskowa systemowych w budowie obiektu elbetowego. Zeszyty Naukowe Politechiki Rzeszowskiej r 58/2011, str Adamiecki K., O auce orgaizacji, Warszawa, PWE, 1985.

8 46 Roma Marcikowski Labor demad as a key factor i buildig process plaig Roma Marcikowski 1 1 Faculty of Civil Egieerig, Mechaics ad Petrochemistry, Warsaw Uiversity of Techology, e mail: marcikowski@pw.plock.pl Abstract: Ma or machie hours eeded by various resources to complete costructio works are the basis for work estimatio ad schedulig. I particular, they eable the plaer to estimate labor costs or time eeded to complete the task, review the resource of workload ad availability of resources assiged to particular task, check the possibility of sharig resources across various tasks ad determie other rates ad factors useful i works schedulig. The project schedule ca be aalyzed both without or with ad i cosideratio of risk of the ed date of the project beig pushed out or goig over budget o the project. Issues preseted above are the subject of this paper. The methods of solvig described problems cosider the optimizatio of a loss that derives from partial utilizatio of assiged the resources. Keywords: buildig process plaig, total labor demad, labor productivity, time of buildig task performace.