автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Выбор организационно-технологических решений на основе моделирования строительных процессов

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА. ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ " И' ОРДЕНА' ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ. ^ * И1 ¡ЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ХАДДУР ЫУЙЕН

УД{ 69.008:65.014

ВЫБОР ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.23.08 - Технология и организация промьшенного

и гражданского строительства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград 1991

Ч'/)

Работа выполнена на кафедре организации и управления строительством Ростовского инженерно- строительного института

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Б.Н. НЕВРИТОВ

доктор технических наук.профессор В.П.ХШШН

кандидат технических наук, доцент Г.В.Крылов

Центральный лроектно-гехнологический институт "ОЕШГСТРСЙ"

Защита состоится " ^ " НоЯфЗ- 1991Г в

часов на заседании Специализированного Совета К.063.31.02 Ленинградского ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительного института по адресу: 196005,Ленинград, ул. 2-ая Красноар«йская дом 4, ЛИСИ, ауд. 607-С

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.

Автореферат разослан " ^ " _ 1991г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ Специализированного Совета

кандидат технических наук ' ^/и^/^ Е.А.Козлов

ОБЩАЯ XАРАлТЕРЖ ТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Эффективность строительного производства, его конечные результаты во многом определяются степенью организованности процессов строительства, которые в свою очередь зависят от качества решения задач проектирования организации строительства и производства работ и, в первую очередь, формирования моделей возведения объектов и выбора на юс основе наиболее рациональных организационно-технологических решений.

Организационно-технологическое проектирование, как известно, является важнейшим элементом подготовки строительного производства и включает в себя задачи моделирования строительных процессов при возведении объектов. Решение задач организационно-технологического проектирования строительного производства (как без использования, так и с использованием ЭВМ) сопряжено с рядом трудностей, которые вызваны недостаточным учетом действущих методов организации и технологии строительного производства, реальных условий выполнения работ и возможностей современной вычислительной техники. 33 связи с этим возникает необходимость совершенствования методов решения задач проектирования организации строительства и производства работ с учетом требований практики строительства, в частности, моделирования возведения объектов и выбора наиболее рациональных организационно-технологических решений.

Цель работы заключается в совершенствовании методов решения задач организационно-технологического проектирования на стадии подготовки строительного производства; в разработке методики формирования органнзлцногаю-тохнологяческих моделей возведения . объектов и выбора решений, обеспечивающих уменьшение продолжительности н стоимости, :;оЕ1ш:в!ше производительности труда и ка-

честив строительной продукции.

Дня достихения данной цели были поставлены и рзшешы следующие задачи:

- изучен опыт проектирования поточной организации строительства;

- исследованы существующие методы выработки и принятия организационно-технологических решений (как без использования ЭВМ, гак и с использованием ЭВМ);

- разработан метод формирования организационно-технологической модели выполнения строительных процессов, предусматривающий выявление и анализ предшествующих работ, определение вариантов связей и юс приоритетов;

- предложены критерии оценки выбора организационно-технологических решений (OTP) на основе моделирования строительных процессов;

- разработано программное информационное обеспечение системы диалогового выбора OTP.

Научная новизна работы состоит:

- в комплексном подходе к решению взаимосвязанных задач формирования, расчета и оптимизации организационно-технологических моделей возведения объектов;

- в разработке метода и алгоритма автоматизированного формирования организационно-технологической модели строительства объекта, обеспечивающей учет многовариантности организации строительно-монтажных работ;

<- в разработке метода и алгоритма автоматизированного расчета модели с различными вариантами поточной организации рабоз®

- в разработке метода и алгоритма оптимизации организационно-технологической модели возведения объектов до технологическим временным а стоимостным критериям.

Практическая ценность работы заключается в повышении эффективности организационно-технологической подготовки строительного производства.

Предлагаемая автоматизированная система диалогового выбора организационно-технологических решений позволит повысить качество и сократить сроки разработки производственно-технологической документации в строительных организациях.

Автор защищает:

- разработанные методы формирования и расчета организационно-технологической модели возведения объекта строительства;

- разработанный метод выбора организационно-технологических решений на основе моделирования строительных процессов;

разработанные алгоритмы и программы диалоговой системы поиска наиболее эффективных организационно-технологических решений по выбранному Нигерию.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 153 наименования, 4 прилоаений. Полный объем диссертации 207 страниц, включач 25 рисунков и 16 таблиц. Основной текст (без оглавления, списка литературы, приложения) излагается на 115 страницах машинописного текста.

Апробация работы«, Результаты, изложенные в диссертации,, докладывались на научно-технических конференциях преподавателей кафедр Ростовского инженерно-строительного института (Ростов-на-Дону, I9SQ, 1991 гг.), на научных семинарах кафедр ОПУС ЛИСИ (1991 г.) и ОУС РЖИ (1991 г.); использовались в учебном процессе ¡»а кафедре ОУС PUCH.

СОДЕШШЕ РАБОШ

Во введении раскрыта актуальность теыы, определены основная цель и задачи исследований, приведены основные результаты, .обладающие научной новизной, определены практическая значимость работы и основные полокения, которые выносятся на защиту.

В первой глава проведен анализ современных методов организа-одонно-технологического моделирования возведения объектов строительства, при этом рассматривались :

- методы реализации многоуровневого моделирования возведения объектов;

- факторы, учитываемые при моделировании и определяющие многовариантность решений;

- методы и способы выбора вариантов решений.

Анализ показал, что в последнее десятилетие советскими учеными проведены исследования и предложены эффективные разработки по вопросам моделирования строительных процессов и выбора на их основе организационно-технологических решений, по оптимизации параметров поточной и параллельно-поточной организации строительства, по вариантному проектированию технологических и организационных решений; предложены методы совершенствования нормативной базы организационно-технологического проектирования; расширены возможности разносторонней оценки вариантов. Это подтверждают разработки, представленные в грудах Афанасьева В.А., Анга-навичюса К.А., Будникова U.C., Еушуева С.Д., Величкина В.З., Воропаева В.И., Голуба Д.Г., Исакова A.A., Задорова В.Б., Михайлова B.C., Ыебритова Б.Н., Садовского В.И., Рыбальского В.И. и о других советских и иностранных ученых, в работах научно-исследовательских, проектных и учебных институтов строительного профиля.

Разработанные до настоящего времени методы моделирования

строительных процессов нулщаются в дальнейшем совершенствовании. Из-за рада проблем еще не созданы эффективно действующие автоматизированные системы многовариантного и многоуровневого моделирования строительных процессов для выработки организационно-технологических решений (OTP) по строительству.

В диссертационной работе предложены основные принципы создания автоматизированной системы моделирования строительных процессов: возможность детализации и укрупнения модели; системный подход, который позволяет увидеть систему как целостный комплекс взаимосвязанных элементов, объединенных общей целью, раскрыть ее ннтегративчые свойства, внутренние и внешние связи; развитие математического аппарата организационно-технологических моделей (ОТМ); использование моделей, учитывающих изменения моделируемых объектов, происходящих в ходе строительства; типизация и унификация ОТМ; диалоговый режим работы о ЭВМ; создание единой информационной базы системы.

Как известно, моделирование строительных процессов является важнейшим средством поиска оптимальных OTP в автоматизированных системах проектирования и управления строительством. Методические основы такого моделирования включают:во-первых, принципы классификации строительных процессов, во-вторых, структуру основных показателей работ модели, в-третьих, классификация объектов строительства, в-четвертых, принципы и метода построения многоуровневой системы ОТМ возведения объектов.

В результате анализа был сделан вывод, что наиболее полно отвечает задаче совершенствование средств поиска оптимальных OTP является использование методов и средств автоматизированного моделирования строительных процессов при формировании Моделей возведения объектов.

Исходя из этого основным направлением настоящей работы яв-

п

лялаоь разработка методов автоматизированного формирования моделей вшолнешш строительных процессов, позволяющих проводить анализ всех возможных конкурентоспособных методов организации комплекса работ на стадии организационно-технологической подготовки возведения объектов, их оценки и выбора решения ло предло жеиным критериям. При этом ставилась задача использования принципов, обеспечивающих учет изменений производственных ситуаций при формировании ОТМ. .

Шли исследованы разновидности форм ОТМ, что позволило определить требования, которым должна отвечать модель (многовариантность, поточность организации комплекса работ, динамичность строительной системы, многоуровневость и др.).

Вторая глава посвящена разработке метода формирования ОТМ выполнения строительных процессов, предусматривающего выявление и анализ предшествующих работ, определение вариантов связей и их приоритетов.

ОТМ является центром сферы подготовки строительного производства. В модель вкладываются информации о проекте строительства, организации, технологии, ресурсах и нормативах, кроме того ОТМ отражает пути и средства достижения общей цели строитель ства - полной готовности строительной продукции и сдачи объекта в эксплуатацию. Поэтому при подготовке строительного произволе! ва очень важно уделить серьезное внимание формированию модели, достаточно адекватной реальным процессам, но в то же время с ш нймальными затратами на ее создание. В работе дано описание методического подхода к формированию ОТМ, определены принципы автоматизированного синтеза модели, позволяющие в большой степей! снизить трудоемкость формирования, а таете время пврестройки дели в процессе управления при появлении новях ситуаций. Предлс жен алгоритм формировачкя ОТМ (рис. I). Реализация алгоритма

требует в первую очередь наличия избыточных микрофрагментов модели (микрофрагмент представляет собой рассматриваемую работу и связанные с ней возможные предшествующие). Все мщфофрагменты сгруппированы в массивы информации в зависимости от конструктивных особенностей строящегося объекта (каркасные, панельные, монолитные, кирпичные и т.д.). По михрофрагментам в массиве даются сведения: варианты возможных интенсивностей ведения работ (минимальная, рациональная, максимальная); варианты видов связей данной работы с предшествующими (по началу работ, окончанию, началу и окончанию, окончанию и началу, в произвольных точках к т.д.); варианты допустим}« смещений двух связанных работ (минимальное, заданное промежуточное, максимальное, в процентах, захватках, днях и т.д.). Организационная совокупность всех массивов составляют справочные массивы избыточных микрофрагментов (СМ£). ОМ па основе CU6 формируется следующим образом.

По кодам работ реального объекта в СР.® отыскиваются микрофрагменты и организуются рабочие массивы, т.е. формируются рабочие массивы микрофрагментов, охватывающие возможные избыточные варианты (РЮ-И). В избыточных микрофрагментах массивов Р1.№-И исключаются работы, не представленные в перечне работ реального объекта. В результате создаются рабочие массивы микрофрагментов реальных робот объекта (Р1.№-Р). Подготовленные РШ>-Р дают возможность формировать варианты ОТМ в зависимости от выбранной интенсивности ведения работ, видов связей и допустимых смещений. Многоварнантные ОТМ позволяют моделировать производственные процессы и принимать эффективннп ОТР по строительству объекта. Варианты интенсивностс":, видов связей и смещений работ имеют определенную приоритетность п поплдке их рассмотрения при формировании ОТМ.

Непосредственно q:op::r .пило модели по гл кому-либо варалнту

Елок I

аиало)

Ввод исходных данных

Блрк 2

2.1

к, а - и

_1_

2.2

Исключение лишних предшествующих работ

2.3

ШЗ-Р

2.4

Ий-- РВ

X

2.5

Подготовка к формованию модели

о с

• Переход на кодирование по событиям работ

о п

• Формирование списка работ

р о

* Упорядочение работ

^•^Определение щюдолжи-телъноотц работ и связей

Рис. I. Укрупненная схема алгоритма фондирования ОТЫ

а интенсивности, связей и смещений работ производится следующим образом. Рабочий массив РЬЙ-Р преобразуется в одновариантный, соответствующий выбранному варианту характеристик работ РШ-РВ. Массив РЮ-РВ неупорядочен и представлен в кодах работ. Вводится информация о разбивка работ на захватки. Микрофрагменгы в кодах работ перезаписываются в кодах событий. Последовательно рассматривая каждую строку массива, на которой записаны начальные и конечные события данной и работы ей предшествующие, а также вид связи между ними и смещения, создается новый массив, котогай называется массивом рабочей модели (МРМ). В МИЛ перечень работ не упорядочен. Упорядочение списка работ производится следунцим образом. После составления списка работ реального объекта и выбора вариантов связей между ними происходит переход на кодирование по событиям работ, формируется список работ 01М в создается единый массив МРМ для упорядочения. В массиве отыскивается работа, не имзнцая предшествующих. Для этого проверяется, какое начальное событие работы не является конечным в других работах. Такая работа будет исходной и записывается в первую строку массива. Дальше находится работа, у которой начальное событие является в то же время конечной в исходной работа. Она записывается после исходной. Такие процессы выполняются до тех пор, пока среди начальных событий работ не найдется конечное событие, ранее рассмотренное (рис. 2). После упорядочения производится расчет временных характеристик работ, выполняемых поточными методами:

- с непрерывным использованием ресурсов, т.е. с нулевым растяжением принимаемых в качестве основных прямых конечно-начальных ресурсных связей;

- с непрерывным освоением фронтов работ, т.е. с нулевым растяжением принимаемых в качестве основных прямых конечно-начальных фронтальных связей;

- с критическими работами с учетом ресурсных и фронтальных связей;

- с организацией работ по турам.

В работе предложены алгоритм расчета ОТМ при различных методах поточной "Организации комплекса работ. Действия. их показаны ца контрольных щшиграх, Предполагаемый подход к формированию, технологический процесс решения задач формирования и расчета модели на персональных ЭВМ следуыцяй. Вводится список работ, выбираются связи мевду работами, рассчитываются смещения согласно предложенной методике в зависимости от числа захваток, модель рассчитывается соответственно с критическими работами о учетом ресурсных ;и фгюнгальных связей, с непрерывным использованием ресурсов, с непрерывным освоением фронтов работ, с организацией работ по турам.

В третьей главе приведен анализ применяемых методов и критериев оценки вариантов возведения объектов.

Рассматриваются ¡фитерии: напряженность выполнения строительных процессов и функция "время-стоимость".

Методика выбора OTP по критерию напряженности заключается в следущем. Сокращение сроков строительства достигается за счет изменения принятых организационных, технологических решений и уменьшения продолжительности работ. Режим выполнения работ определяется показателями ее интенсивности. Интенсивность может изменяться в допустимых пределах (минимальная, рациональная, максимальная). Увеличение интенсивности влечет к большей напряженности при выполнении работ, В связи с этим при решении задачи оптимизации возникает необходимость нахождения варианта сокращения продолжительности выполнения работ, при котором работы выполнялись бы с наименьшей напряженностью.

Степень напряженности работы может оцениваться коэффициентом

Рис.Укрупненная блок-схема упорядочения работ.

Рис. 2 (окончание).

к..

' ^ »и

где - принятое количество рабочих на работе,

Ц^ та* - максимальное допустимое количество рабочих на работе. Коэффициент напряженности выполнения работ всего комплекса

¿£к «Л

При оптимизации целевая функция задается в следуыцем виде:

з- - С = —

пр 2. N4 так

"где К к - коэффициент напряженности после приведения модели к заданному сроку. В результате перебора возможных величин интенсивности отыскивается соответствующий вариант, отвечающий ^ при соблвде- о нии ограничений по срокам выполнения комплекса работ. Реализация процедур алгоритма производится в диалоговом режиме с ЭВМ. В работе также предложена методика оценки вариантов, когда известна Функция "время-оюимосгь" ¿л - 5

при этом определяет-

ся не только рост напряженности выполнения работ при приведении модели к заданному сроку, но и изменений стоимостных характеристик. Возможно принятие в качестве целевой функции

= I. Н^) -- ( ■»••")

Если в качества стоимостного показателя выступают приведенные затраты, то функция может быть представлена

^к -Зк-23Л — 1-И Согласно этоцу выражению приведенные затраты на производство работ по объекту определяются суммированием их по всем видам работ . При этом необходимо отыскать варианты, в которых затраты по работам с учетом принимаемых решений достигают наименьших значений, т.е.

чЗ^ = "Чп = шт $ (^¿у ) •

Здесь: ^ рассматривается как функция интенсивности строительных процессов - Л^у «

где \|/ - вариант организации строительства объекта.

Разработанная система позволяет при диалоге отыскания желаемого результата моделирования строительных процессов с помощью оптимизации, которая состоит из трех стадий:

- оптимизация модели за счет последовательного применения других вариантов смещения работ;

- оптимизация модели за счет последовательного применения других вариантов связей между работами;

- оптимизация модели за счет изменения интенсивности ведения работ.

По заданным характеристикам работ: объем, стоимость, число рабочих (минимальное, рациональное), выработка и др., рассчитываются трудоемкость и проложительность выполнения работ.

г.а первом зтаие расчета выбирается максимальное время вы-

полнекия работ и начинается процесс оптимизации. Рассчитывается модель„ определяется продолжительность критического пути и сравнивается с директивным сроком.

ч Если T*f* ^ Т ¡ир , то вычисляется средняя напряженность выполнения всего комплекса работ. Продолжительность критического пути и средняя напряженность печатается на экране дисплея.

Если ТКр« > Т j.p , ю выбирается другой вариант смещения рабог (увеличение количества захваток и др.). Если путем перебора вариантов■смещения работ не достигается желаемый результат, производится переход на следующую стадию оптимизации - за счет последовательного применения вариантов связей согласно их приоритета.

Если и на этой стадии не достигается директивный срок, то оптимизация проводится за счет изменения интенсивности работ (от минимальной до максимальной). Интенсивность увеличивается по работам с минимальным коэффициентом напряженности и лежащим на критическом пути. Такой процесс повторяется .до тех пор, пока Т крн 4 Т з*р „ Если напряженность всех работ достигает максимального значения, но данное директивное время строительства не выполняется, оптимального решения не существует.

Анализ результатов расчетов дает возможность выбора OTP согласно директивному сроку возведения объекта, при этом достигается минимальная величина средней напряженности выполнения всех работ.

В четвертой главе предложена имитационно-диалоговая система выработки OTP (ВДЗ "Модель").

Система состоит из двух комплексов задач. Первый - формирование моделей на основе проектно-смегиой документации. Второй -формирование моделей на основе объектов аналогов и предназначен, когда прооктно-сметная документация по объектам отсутствует или

Урон:?;: у Kpj'пн англ информации

;ь>ормированпо иод елей на основе проектнс-смет-ной документации

Оормированае модели на основе объектов аналогов

Блок

Определение характеристик и параметров работ (объектов)1

Основные вшсодние документы

Создание базовых массивов информации

дач

Одределе ние характеристик и параметров модели

«ормирова-ние модели строительства объектов

Определение характеристик работ (объектов)

Модели возведения объектов

Графики строительства объектов комплекса. Паспортные характеристики строек

Рис. 3. Диалоговая многоуровневая система формирования моделей возведения объектов

ч

не полносгью укомплектована.

Основные выходные документы в результате решения задач диалоговой многоуровневой системы формирования моделей возведения объектов являются паспортные характеристики всех уровней, которые нужны для решения последующих задач и графики строительства на всех уровнях (см. рис. 3).

Представлено информационное, программное обеспечение системы и изложена общая схема структуры программ.

Экспериментальная проверка системы подтвердила эффективность использования разработок при подготовке строительства объектов и комплексов сооружений.

ВДЗ "Модель" разрабатывается как составная, центральная часть автоматизированной системы управления в строительной организации.

Рассчитана экономическая эффективность от внедрения имитационно-диалоговой системы ИДС-модель, которая составляет I - 1,5% от стоимости строительно-монтажных работ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Аиализ опыта проектирования организации работ по возведению объектов и посвященных ему литературных источников показал, что существующие метода проектирования не позволяют учесть всех необходимых требований по формированию организационно-технологических моделей (многовариантности, многоуровневости и др.). Одним из важнейших направлений совершенствования этих методов может назваться автоматизированное моделирование строительных процессов,

2, Сформирована имитационно-диалоговая система (ШЕ) выработки организационно-технологических решений, на основе формирования моделей для различных уровней управления, отвечающих ус-

ловшзм различных стадии и отапов возведения объектов 1*1® - Модель).

3. Разработаны алгоритмы формирования моделей возведен:« объектов, которые позволяют учесть различные методы организации комплекса работ, оценить варианты организации работ по критериям напряженности выполнения работ и их стоимости.

4. Составлены программы формирования, расчета и оптимизации модалой возведения объектов с использованием персональных ЭВМ, позволяющие разбивку фронтов работ на разные числа захваток.

5. Проведена экспериментальная проверка эксплуатационной пригодности и эффективности разработанных программ и рекомендаций. При этом установлено, что их применение позволяет уменьшать сроки и стоимость строительства. Экономический эффект от внедрения ВДЗ-Модель доставляет I - 1,5$£ от стоимости строительно-монтажных работ, выполняемых собственными силами.

Основное содержание диссертации опубликовано автором в следующих работах:

1. Хаддур Муйен. Основные направления совершенствования моделирования строительных процессов//Повышение эффективности строительного производства в условиях новых форм хозяйствования.

- Ростов н/Д: Рост.инж.-строит.ик-т, 1990. - С.104-103,

2. Хаддур Муйен, Небритов Б.Н. Формирование организационно-технологической модели строительства обьеста//0рганизаедонно-экономические основы перестройки строительного комплзкоа: сб. научн. трудов. - Ростов-на-Дону: Росг.инж.-сгроиг.ин-*, 1991.

- С.41-46.

3. Хаддур ЬЛуйен. Алгоритм составления и расчета сетевой ыо-дели//Ррганизацаонно-экономические основы перестройки строительного комплекса: сб.научн.трудов. - Ростов-на-Дону: Роо*. ипж.-строит. ин-т, 1991. - С.120-129.