автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Методология оптимального ресурсораспределения в календарном планировании строительства объектов и их комплексов

Президиум ВАК Россш

(решение от" " 19 (3'Ъг.. № ^ присудил ученую степень ДОКТОР/

I ГШ ХПгМ., Ч&^/р_нау

Начальй^к управления ВАК Россш

Санкт-Петербургский Государственный Архитектурно-Строительный Университет

на правах рукописи

БОЛОТИН Сергей Алексеевич

МЕТОДОЛОГИЯ ОПТИМАЛЬНОГО РЕСУРСОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В КАЛЕНДАРНОМ ПЛАНИРОВАНИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ОБЪЕКТОВ И ИХ КОМПЛЕКСОВ

05.23.08 - Технология и организация промышленного и гражданского строительства

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

научный консультант за служенный экономист РФ д.т.н.,проф. В.М.Васильев

Санкт-Петербург - 1998

Содержание стр.

ВВЕДЕНИЕ ...............................................5

Глава 1.ПОСТАНОВКА. ПРОБЛЕМЫ,ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.1б

1.1.Экономическая стратегия ресурсораспределения в календарном планировании строительства объектов в современных рыночных условиях.....1б

1.2.Анализ существующих методов календарного планирования строительства объектов .........30

1.3.Анализ сложности задач комбинаторной оптимизации календарных планов ..............41

1.4.Квалиметрия календарных планов строительства объектов.......................51

Общее заключение по главе .......................60

Глава 2.АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ КРИТЕРИЕВ КАЧЕСТВА КАЛЕНДАРНЫХ ПЛАНОВ СТРОИТЕЛЬСТВА ОБЪЕКТОВ ЗАВИСЯЩИХ ОТ РЕСУРСОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ____61

2.1.Критерии качества основанные на стоимостных

оценках распределения ресурсов ..............62

2.2.Оценка энтропии распределения ресурсов в

календарных планах строительства объектов ...76

2.3.Оценка неэффективности использования ресурсов на стадии реализации

инвестиционных проектов ............................84

2.4.Оценка устойчивости календарных планов к

методам расчета поточной организации работ ..92

Выводы по главе .................................98

Глава 3.ИНТЕГРАЛЬНЫЙ КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА

КАЛЕНДАРНЫХ ПЛАНОВ СТРОИТЕЛЬСТВА ОБЪЕКТОВ____100

3.1.Методы оценки весомостей индивидуальных

критериев по шкале порядка .....................100

3.2.Информационная метрика в экспертной оценке весомостей индивидуальных критериев ....... 112

3.3.Универсальная эмпирическая методика стохастической квалиметрии ................ 127

Выводы по главе ............................... 140

Глава 4.МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ РЕСУРСОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬНЫХ ПОТОКАХ ПРИ ЗАДАННЫХ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЯХ РАБОТ НА ОСНОВЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОРЯДКА ОСВОЕНИЯ ФРОНТОВ РАБОТ .............. 141

4.1.Универсальный метод оптимизации очередности освоения фронтов работ в потоках с непрерывным освоением фронтов работ ....... 142

4.2.Метод оптимизации очередности освоения фронтов работ на основе статистического выявления их доминантных фрагментов в оптимальных перестановках ................. 156

Выводы по главе ............................... 180

Глава 5.МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ РЕСУРСОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЯХ РАБОТ В КАЛЕНДАРНЫХ ПЛАНАХ СТРОИТЕЛЬСТВА ОБЪЕКТОВ ... 181

5.1.Графическое представление метода оптимизации

ресурсораспределения в календарных планах ..182

5.2.Получение заданного поточного метода организации работ при оптимизации ресурсораспределения в календарных планах строительства объектов .................... 196

5.3.Инвариантная{по заданным поточным методам организации работ) оптимизация числа исполнителей .............................. 208

5.4.Исследование эффекта неполной оптимизации

процесса ресурсораспределения в

календарном планировании МНРК ............. 221

Выводы по главе ............................... 234

Глава б.РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОЛОГИИ ОПТИМАЛЬНОГО РЕСУРСОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММАХ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТАМИ............. 236

6.1 Синтез структуры строительных потоков с методом критического пути в компьютерных программах TimeLine и Microsoft Project ... 237

6.2 Оптимизация ресурсораспределения при календарном планировании методом неопределенных ресурсных коэффициентов реализо-

ванном в программе Microsoft Project ...... 250

6,3 Использование методологии оптимального ресурсораспределения при обосновании продолжительности строительства объекта в составе ПОС 268

Выводы по главе ............................... 277

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................... 278

ЛИТЕРАТУРА.......................................... 282

ПРИЛОЖЕНИЯ .......................................... 298

1.Компьютерная программа реализующая универсальную эмпирическую методику стохастической квалиметрии.

2.Компьютерная программа реализующая методологию оптимального ресурсораспределения в календарном планировании строительства.

3.Материалы практического использования методологии оптимального ресурсораспределения в календарном планировании строительства объектов и их комплексов.

ВВЕДЕНИЕ

Передовой опыт современного строительства показывает, что его эффективность связана с четкой организацией работ, основанной на календарных планах,которые воедино связывают технологию,организацию и экономику строительного производства непосредственно на строительной плотцадке.

В строительстве,для перехода от плановой к рыночной экономике,законодательно введена конкуренция на право заключения договоров подряда.Победитель торгов оценивается по предложению наименьшей стоимости работ и времени на их реализацию. В календарном плане эти показатели эависят от распределения прудовых и технических ресурсов между работами. Расходы по используемым трудовым и техническим ресурсам связаны с финансовыми затратами,которые зависят от таких рыночных атрибутов как цены,инфляция,банковкая ставка и т.п.Опыт стран с устойчивой рыночной экономикой показывает, что выигрыш права заключения контракта на строительство ставит подрядчика перед необходимостью снижения планируемой прибыли даже до 2%[172]! Ясно,что столь низкая рентабельность в будущем может привести к деградации производственного потенциала подрядчика.Поэтому,чтобы ее избежать зарубежный подрядчик,после выигрыша контракта,разрабатывает всевозможные мероприятия направленные на ресурсосбережение хода строительства[93}.Естественно,что таких мероприятий может быть достаточно много и на каждое из них в среднем приходится лишь доля процента в повышении прибыли. Но!,таковы законы устойчивого рынка и это предопределяет постановку проблемы ресурсосбережения в календарном планировании за счет оптимизации ресурсораспрвделения в условиях рынка.

В настоящее время подъем отечественного строительного производства связывают с увеличением инвестиций в народное' хозяйство.Это значит,что спрос на рабочую силу будет возрастать и,соответственно,будет возрастать ее цена.Тогда можно утверждать,что общий вектор дальнейшего развития будет преимущественно направлен в сторону минимизации численности ресурсов типа мощность(живой труд и машины,т.е.,что воздействует на предмет труда).Что касается высвобождения рабочих,то рост инвестиций обусловит их повышенный спрос и они будут распределяться между большим числом объектов.

С другой стороны,и отграниченные ивестиционные ресурсы также призваны стимулировать ресурсосбережение в широком смысле слова.В связи с этим можно отметить,что сокращение технических и трудовых ресурсов опосредует собой уменьшение энерго,тепло,водо и других ресурсов.Согласно приказа №2227 от 3.11.97 Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации"Об утверждении основных направлений научно-технической деятельности высшей школы на 1998 год" разработка энерго и ресурсосберегающих технологий признана приоритетной.

Основной целью настоящего исследования является разработка методологии оптимального ресурсораспределения в календарном планировании,позволяющей на разных стадиях разработки календарных планов(ПОС,ППР,технологические карты) проектировать расписания работ ориентированные на минимизацию ресурсных издержек в цроцессе реализации инвестиционных проектов.Каждая стадия организационного проектирования имеет свои особенности,связанные как с информационным обеспечиванием,так и с оптимизационными целями,влияющими на ресурсораспределение в проектируемом календарном плане.

С переходом к планированию развития всего инвестиционного цикла изменились критерии оценки результатов производственной деятельности организаций и предприятий участников реализации инвестиционных проектов.Главным стал показатель ввода объектов в эксплуатацию.При этом высокие результаты достигаются благодаря единому руководству всеми фазами инвестиционного проекта,обеспечивающему жесткую договорную дисциплину[93].Общую же систему управления проектами ряд исследователей рассматривает с точки зрения эффективного выполнения конкретного проекта и рационального распределения дефицитных высококвалифицированных трудовых ресурсов...[179].Особая роль в системе проектного управления отводится специальным группам,возглавляемым управляющим проектом[93].Для него стоит главная задача,заключающаяся в минимизации общих капиталовложений заказчика и соответственно ей следующие подзадачи:эффективная последовательность работ на объекте,выбор форм оплаты труда рабочих, оценка возможностей подрядчиков...[184].

Современный инструментарий управляющего проектом базируется на программах управления проектами типа Microsoft Project,Timeline,On Target,Primavera и др.С помощью этих программ управляющий проектом может сформировать допустимый календарный план и отслеживать его исполнение с целью управления ходом строительства.Оптимальное ресурсораспре-деление не входит в арсенал этих программ [1613 - Имеющие место достоинства названных программ(разрешение ресурсных, временных и топологических конфликтов в пределах метода критического пути в "ручном"(диалоговом)режиме,возможность проведения функционально-стоимостного анализа расписания, отслеживание и корректировка параметров выполнения работ

и высокоразвитый сервис),способствуют их широкому внедрению в сферу организационного проектирования строительства.

— «и»

В то же время,в нашей стране основное внимание уделялось разработке и совершенствованию алгоритмов планирования и управлениями в этом вопросе наши исследования значительно обошли западные[87].Это заключение верно лишь отчасти, поскольку подавляющий объем исследований в области календарного планирования был направлен на обслуживание плановой экономики.Такие атрибуты рыночной экономики как свободные цены на ресурсы,инфляция,риски и т.п. в календарном планировании не использовались.А ориентация на сохранение постоянства первичного трудового коллектива-стро-ительной бригады,сводила оптимизационную проблематику календарного планирования к задачам с известными продолжи-тельностями работ.Поэтому оптимизация таких задач строилась^ основном,на комбинаторных алгоритмах,большинство из которых относится к классу ИР-трудных в вычислительном отношении. Одна ко, с позиции разработки различных методов поточной организации строительных работ наш-отечественный опыт имеет определенные преимущества.

Поэтому прикладной целью настоящего исследования является синтез положительных сторон разработанной в диссертации методологии оптимального ресурсораспределения в календарном планировании строительства объектов с достоинствами зарубежных программ управления проектами.

Использование фирменных программ на основе лицензионных соглашений не допускает несанкционированного вмешательства в их "машинный код",поэтому "конструктивно" обобщение построено на автономно разработанных в диссертации компьютерных программах-макросах.

Т.о.общей целью диссертационного исследования является: Разработка методологии оптимального ресурсораспределения в календарном планировании строительства объектов и их комплексов при реализации инвестиционных проектов и ее синтез с методологией формирования расписаний работ,заложенной в современные компьютерные программы управления проектами для автоматизированного формирования строительных календарных планов в организационно-технологических проектах.

В основу настоящего исследования положен тезис о связи распределения ресурсов типа мощность в календарных планах строительства объектов и затрат на их использование в процессе реализации инвестиционных проектов в условиях стабильных рыночных отношений.

Для достижения поставленной цели,в соответствии с принятым тезисом,сформулированы и решены следующие задачи.

1.Проведен анализ проблемы ресурсораспределения в календарном планировании строительства в условиях рынка.

2.Исследованы вопросы оценки качества календарных планов строительства объектов по индивидуальным критериям,зависящим от ресурсораспределения и связанным с технико-экономическими характеристиками,соответствующим рыночным условиям; разработаны новые показатели оценки календарных планов.

3.Исследованы вопросы системного обобщения оценки качества календарных планов при наличии субъективных суждений

о значимостях индивидуальных критериев и разработана методика комплексной оценки качества.

4.Разработаны методы и оптимизационные алгоритмы формирования календарных планов строительства объектов,базирующиеся на заданных распределениях численности ресурсов и варьировании перестановками фронтов работ.

5.Разработан метод оптимального ресурсораспределения в календарных планах строительства объектов,позволяющий минимизировать затраты на используемые ресурсы.

6.Проведено исследование методологии оптимального ре-сурсораслределения в календарном планировании строительства объектов с целью ее реализаци в современные компьютерные программы управления проектами.

Решение поставленных задач позволило обосновать эконо-номическую перспективность оптимального ресурсораспределения в календарных планах строительства об'ьектов при реализации инвестиционных проектов в рыночных условиях.

Об'ъектом: исследования является методология ресурсорас-пределения в календарном планировании.Исследование данного объекта базировалось на трудах отечественных ученых (и из стран СНГ),решающих задачи календарного планирования строительства: Ю.А.Авдеева,Л.С.Андреева,В.А.Афанасьева, Н.В.Варламова,В.М.Васильева,В.3.Величкина,В.И.Воропаева, A.A.Гусакова,Э.К.Завадскаса,Н.Н.Клименюка,Ю.А.Куликова, H.A.Мамед-Заде,Р.М.Меркина,Ю.П.Панибратова, В.И.Рыбаль ского М.Д.Спектора,Ю.В.Сутта,В.П.Хибухина,Т.Н.Цая,А.К.Шрейбера и др.,а также на трудах зарубежных специалистов:Х.Ахыоджа, С.М.Джонсона,Л.Заде,Т.Саати и др.

Исследования базировались на разработках в следующих научных областях: -теории поточного строительства[100,104,107,108,166,173]; -теории расписаний[53,62,81,148-150,и др.]; -теории принятия решений[8,43,45,72,89,123,и др.]; -теории организационно-технологической надежности[57-60]; -теории финансового анализа и управления капиталом[32,84] -теории измерений и статистического анализа[30,бб,120];

-теории математического программирования в решении оптимизационных задач[8,24,72,103 и др.]-

В проведенном исследовании использовались следующие программные средства: Microsoft Excel,Microsoft Word, Microsoft Access,Microsoft Project,Stylos и др.

Научная новизна работы заключается в разработке методики критериального анализа качества расписаний в зависимости от ресурсораспределения,включающей метод стохасти-стической квалиметрии для обобщающего критерия оценки,в создании метода неопределенных ресурсных коэффициентов для оптимизации ресурсораспределения,в создании универсальных методов комбинаторной оптимизации очередности освоения фронтов работ,в создании компьтерных программ и методологии их синтеза с программами Управления Проектами и все это на основе новых принципов,понятий и уравнений развивающих теорию календарного планирования строительства.

Достоверность результатов исследования заключается в том,что они получены как обобщение и дальнейшее развитие предшествующих трудов отечественных и зарубежных авторов. Полученные математические модели доказательны и,в своих существенных чертах,адекватны практике принятия решений в области технологии и организации строительного производства . Результаты полученные по разработанным программам верифицируемы(проверяемы) с помощью аналогичных расчетов по другим известным раннее методикам и алгоритмам.Разработанные в составе ПОС оптимальные календарные планы по реальным строительным объектам утверждены в Госэкспертизе.

Практическая значимость работы заключается в том,что разработанная методология оптимального ресурсораспределения, синтезированная в компьютерные программамы управления

проектами,позволяет в рамках автоматизированных расчетов формировать календарные планы строительства объектов и их комплексов нацеленные на ресурсосбережение при реализации инвестиционных строительных проектов.

Оценка экономической перспективности результатов исследования составляет в среднем 1% от себестоимости строительно-монтажных работ при суммарном уровне инфляции и банковской учетной ставке до 50% го