Сетевое моделирование в календарном планировании организационно-технологического проектирования: строительство

Введение

Стратегия развития строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации на период до 2030 года с прогнозом до 2035 года (далее - Стратегия) разработана в соответствии со статьей 19 Федерального закона "О стратегическом планировании в Российской Федерации" [1]. Стратегия формирует задачи по развитию строительной отрасли и ее ресурсному обеспечению. Новый ритм строительству должны придать 3 направления его трансформации - административная, цифровая и профессиональная. Ключевыми задачами этих направлений являются сокращение продолжительности инвестиционно-строительного цикла не менее чем на 30 процентов, обеспечение максимальной прозрачности его процедур за счет их цифровизации, привлечение необходимых для выполнения поставленных задач в строительной отрасли ресурсов и повышение производительности труда. В число основных понятий, используемых в Стратегии, включено и понятие "бережливое строительство" - управленческая "бережливое строительство" - управленческая концепция, призванная сократить все возможные виды затрат, которые возникают в процессе производства (потери материалов, времени и усилий), в целях получения максимально возможной стоимости. Главные принципы "бережливого строительства" - систематизация всех звеньев производственного процесса и оптимизация работы каждого из них для достижения наибольшей эффективности.

В тоже время названные направления развития строительной отрасли могут базироваться на инновационном развитии строительной отрасли и непосредственно строительного производства, являющихся сложными социально-производственными системами, надежность функционирования которых оценивается надежностью получаемого запланированного результата на каждом уровне управления, но зависящего от большого количества вероятностных факторов. Вероятностные факторы, по нашему предложению, могут быть разделены на несколько групп, характерных для рассматриваемой системы, и предварительно может быть оценен уровень влияния на отдельные виды строительно-монтажных работ, управление жизненным циклом объекта и каждый уровень управления в строительной отрасли на принятые технико-экономические результаты в целом для анализируемой системы. На основании названных предпосылок в статье приводится метод календарного планирования, позволяющий детализировать организационно-технологические решения на уровне управления строительным производством (создание объекта) непосредственно строительной организацией, выполняя принятые решения в проекте производства работ (ППР).

Возрождение масштабного строительства началось в конце 2000-х - начале 2010-х годов. Правовой основой для этого стало принятие в конце 2004 года Градостроительного кодекса Российской Федерации [2], Жилищного кодекса Российской Федерации [3] и целого ряда значимых для строительной отрасли законов. В 2021 году общий вклад строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства в экономику с учетом смежных отраслей достиг достаточно высоких результатов и составил в валовой внутренний продукт - 14,4 трлн. руб. (11 процентов общего объема валового внутреннего продукта). Объемы жилищного строительства достигли рекордных значений за всю историю России - 92,6 млн. кв. метров. Численность занятых в строительной отрасли и жилищно-коммунальном хозяйстве - 11,1 млн. человек (около 15 процентов общего количества занятых); ввод жилых и нежилых зданий - 148,4 млн. кв. метров [1].

Основу долгосрочного прогнозирования динамики развития строительной отрасли Российской Федерации до 2030 года составляют среднесрочный и долгосрочный прогнозы Министерства экономического развития Российской Федерации. Реализация мероприятий Стратегии будет способствовать улучшению жилищных условий граждан, развитию строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства и окажет положительный эффект на смежные секторы экономики и социальную сферу. Стратегией предусмотрены мероприятия по поддержке разработки отечественных решений для всех участников и этапов жизненного цикла объекта капитального строительства с применением технологий информационного моделирования и цифрового взаимодействия всех участников [4]. Выполнения названных мероприятий будет способствовать сохранению темпов развития и модернизации отраслевых информационных систем, включая и строительную отрасль. Развитие информационного моделирования объектов капитального строительства, повышающего уровень проработки модели, включающей набор требований, определяющих полноту проработки элемента цифровой информационной модели, является в настоящее время актуальной задачей.

Системотехнический подход в строительной отрасли

Строительное производство это сложная социально-производственная система, включающая большое количество подсистем, которые взаимодействуют в процессе каждого этапа жизненного цикла строительной продукции. В процессе взаимодействия каждая система проявляет определенные качества, такие как, открытость к взаимодействию с системами внутри и внешней средой, при этом занимая определенное положение в иерархии отраслевого управления. Значительное влияние на функционирование каждой системы отрасли и саму отрасль в целом оказывает наличие множества вероятностных факторов. Вероятностные факторы возникают не только на разных этапах деятельности, но и разновременно в разных элементах системы. Одним из основных условий развития каждой системы является обеспечение надежности ее функционирования и за критерий следует принимать надежность получения планируемого результата [5].

Управление каждой системой в направлении социального и технико-экономического развития осуществляется на основе многоуровневого планирования, учитывающего наличия информации, связанной с временным периодом решения задач организации. Выделяют четыре наиболее значимых: периода планирования стратегическое, среднесрочное (тактическое), производственное (текущее) и оперативное. Среди методов календарного планирования преобладают три графических метода: линейные, циклограммы и сетевые модели. Эти методы широко используются в календарном планировании, однако имеют разную информативность и поэтому следует при выборе модели календарного плана этот фактор рассматривать.

До появления метода сетевого моделирования при разработке календарных планов применялись простые графические модели в виде графиков Ганта – календарные линейные графики, на которых в масштабе времени показывается последовательность и сроки выполнения работ. Реже применялись циклограммы, отражающие ход работ в виде наклонных линий, дающие уже дополнительную информацию о ходе выполнения производственных процессов. В настоящее время в нашей стране отдается предпочтение сетевым моделям (сетевым графикам), как модели имеющей наибольшую информативность по сравнению с двумя предыдущими.

Строительство может выполняться одним из трех методов, а именно параллельным, последовательным или поточным. Каждый метод отличается интенсивностью потребления ресурсов (количество ресурсов в единицу времени), что отражается на продолжительности строительства и ряде организационных факторов. Наиболее оптимальным по техническим и экономическим критериям признан поточный метод строительства, на долю

которого в настоящее время приходится основной объем выполняемых строительно-монтажных работ.

Рассматривая поточное строительство как метод, широко применяемый в строительной отрасли, обратим внимание на используемую классификацию потоков. Классификация проводится по структуре и виду продукции, по характеру ритмичности, по продолжительности строительства, приводятся виды и параметры потоков. Исследование роли поточных методов в принятии организационных решений для успешного развития любого уровня управления в строительной отрасли, как и в других отраслях экономики, требует системного подхода к разработке мероприятий с использованием имеющейся информации. Предлагаем календарное планирование в строительной отрасли выполнять в виде сетевого моделирования, как основного метода организационно-технологического проектирования поточного производства, позволяющего управлять строительным производством [6]..

Сетевой график представляет собой сетевую модель (сеть), отражающую графически взаимосвязь между процессами (мероприятиями), выполнение которых необходимо для достижения одной или нескольких поставленных целей, и рассчитанными временными параметрами. Метод сетевого моделирования позволяет не только анализировать отклонения сроков запланированной продолжительности выполнения отдельных мероприятий или работ, но и принимать решения с целью обеспечения выполнения работ в целом в системе выбранных координат и представляет собой по существу более информативную разновидность линейного графика или графической модели другого вида. Изучаемая сетевая модель позволяет формализовать расчеты и применять компьютерные программы для целей эффективного управления процессами строительного производства (рис. 1).

Сетевое моделирование в поточном методе строительства

Одним из наиболее значимых факторов строительного производства, обеспечивающих наилучшие технико-экономические результаты в целом в

Рис. 1. Системотехнический подход в строительном производстве как методология решения оптимизационных задач (составлено авторами)

производственной деятельности, является организационно-технологическая подготовка, которая проектируется до начала строительства. Учитывая особенности системы строительного производства, отличающие ее продукцию от продукции других отраслей экономики, в части разнообразия объектов и их комплексов и отношения с внешней средой, нормативными документами

предусмотрена разработка проекта организации строительства (ПОС) как раздела в составе проектно-сметной документации, а проект производства работ (ППР) и проект организации работ (ПОР) рекомендуется разрабатывать непосредственно строительной организации [7,8].

В составе каждого организационного проекта разрабатывается календарный план, оптимальный по критериям, характеризуемым более существенные параметры данного проекта. Рассматривая содержание этих проектов можно сделать вывод, что проект производства работ (ППР), будучи разработан на основе рабочих чертежей строительства объекта, позволяет получить при расчете временных параметров календарного плана реально максимально большой объем информации. Информация касается сроков производства строительно-монтажных работ на каждом выделенном фронте работы отдельной части специализированного потока, представляющего собой отдельную конструктивную часть объекта или технологический вид работы, выполняемый отдельной бригадой (звеном). Фронт работы каждой части специализированного потока, каждого специализированного потока в целом и организация строительства объекта поточным методом определяются организационно-технологической схемой, разрабатываемой до начала календарного планирования на основе изучения конструктивной системы объекта, архитектурно- планировочных решений, применяемых строительных машин и механизмов, технологий производства, материальных и энергетических ресурсов.

Системотехнический подход в строительном производстве, применяемый как методология решения оптимизационных задач, дает возможность проследить влияние любого события вариантного или вероятностного характера, или ряда событий любого сочетания (вариантного и вероятностного характера) на выбранный параметр производства или на взаимодействующие параметры. В качестве примера рассмотрим изменение продолжительности работы одного из специализированных потоков. При условии сокращения продолжительности функционирования потока следует установить причину изменения и величину изменения в днях. Причиной изменения продолжительности выполнения работ может быть как внедрение инновационных мероприятий, так и организационных. Далее рассматривается изменение в качественном и количественном потреблении ресурсов для рассматриваемой работы, используемых машин и механизмов. Результаты анализа продолжают исследовать на необходимость изменения организации строительной площадки. Располагая информацией, формируемой в предлагаемом системотехническом подходе в строительном производстве как методологии решения оптимизационных задач, можно достаточно детально выполнять оптимизационные расчеты при вариантном проектировании в организационно-технологическом проектировании по выбранным критериям.

Не только в проекте производства работ (ППР), но и в каждом организационном проекте, предусмотренном нормативными документами по организации строительства, может быть создана аналогическая схема (см. рис. 1). Предлагаемая схема может повторить системотехнический подход в строительном производстве как методологию решения оптимизационных задач после предварительной корректировки схемы с учетом решаемых организационно-технологическим проектом задач, критериями технико-экономической оценки, базой исходных данных и уровнем управления. Например, при проектировании проектной организацией проекта организации строительства (ПОС) в качестве исходных данных используются нормативы, составленные на млн. руб. сметной стоимости объекта специально для проектирования ПОС, а при разработке проекта организации работ (ПОР) годовое календарное планирование деятельности организации (план производства) можно использовать информацию о календарных сроках выполнения отдельных работ и строительства объекта в целом, рассчитанные в сетевых графиках ППР. Для годовой потребности в ресурсах организации информацию по каждому объекту дают расчеты потребности в ресурсах для строительства объекта и сроки их поставки, отражающиеся на соответствующих графиках в ППР. Годовой план производства строительной организации может быть построен и на основе ряда нормативных документов, которые позволят получить достаточно достоверную детерминированную информацию по распределению выполнения строительно-монтажных работ на планируемых к строительству объектах и обеспечения их всеми ресурсами.

Сроки производства работ характеризуются временными параметрами: ранними и поздними сроками начала и окончания каждой работы и имеющимися у нее свободным и полным резервами времени, а работы, не имеющие резервов времени образуют критический путь, не позволяющий изменять положение этих работ во времени без изменения общего срока строительства объекта. При определении продолжительности выполнения работ механизированным методом за основу принимают затраты машинного времени, определяемых в маш.-см., а для немеханизированных работ учитывают их трудоемкость в чел.-дн. [9]. Для всех включенных в календарный план работ при расчете их продолжительности необходимо также учитывать такие факторы как конструктивная система объекта, технология строительных процессов и технология возведения объекта. В этих же целях используется информация об используемых строительных материалах и конструкциях, технических характеристик строительных машин и механизмов, численном составе бригады (звена), требуемой для каждого вида работ профессии и квалификации рабочих [10, 11]. Итогом выполненного проектирования календарного графика (плана) будет определение расчетным путем общего срока строительства объекта [12, 13]. В ходе расчета сетевой модели определяются сроки создания отдельных конструктивных частей объектов (нулевой цикл, надземная часть здания, кровля) и выполнения в технологической последовательности отделочных работ (заполнение проемов, штукатурные работы, подготовка под полы, чистые полы и другие) и работы по инженерному оборудованию объекта, таких как санитарно-технические, электромонтажные, вентиляционные и другие. В результате получается информация для разработки календарных графиков поставки ресурсов по срокам и количеству (интенсивность поставки). Наиболее значимыми ресурсами, рекомендуемыми нормативными документами по организации строительства, для составления ресурсных календарных графиков являются трудовые, материальные и технические ресурсы.

Разработкой календарных планов строительства объектов (комплексов), оптимальных по продолжительности производства работ, использованию трудовых, материально-технических, энергетических, финансовых и других видов ресурсов достигается решение поставленных задач по принятым критериям оценки на основе применения аналитических и графических методов. Необходимо при принятии продолжительности выполнения работ стремиться к обеспечению непрерывной загрузки бригад (звеньев) рабочих, чтобы исключить простои подготовленных фронтов работ для последующих технологических процессов или их минимизировать.

Информация о свойствах и поведении реальных строительных систем в определенных условиях является основой организационно-технологического проектирования. При решении многих проблем управления строительным производством применяются экономико-математические методы (ЭММ) и вычислительная техника (ВТ) в основных сферах и звеньях управления строительством [14]. Теория и методы современного организационно-технологического проектирования отстают от темпов научно-технического прогресса при проектировании зданий и сооружений, т.к. не предусматривается возможность широкого применения экономико-математических методов и ЭВМ, учета вероятностного характера строительного производства [15]. Основной задачей сетевого моделирование в строительной отрасли является выявление связи между взаимодействующими элементами систем каждого уровня управления по выбранным критериям и их оптимизация.

Выводы

Стратегия развития строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации на период до 2030 года с прогнозом до 2035 года формирует задачи по развитию строительной отрасли и ее ресурсному обеспечению. В число основных понятий, используемых в Стратегии, включено понятие "бережливое строительство". К главным принципами "бережливого строительства" относится систематизация всех звеньев производственного процесса и оптимизация работы каждого из них для достижения наибольшей эффективности.

Строительное производство это сложная социально-производственная система, состоящая из подсистем, взаимодействующих в процессе каждого этапа жизненного цикла строительной продукции. На функционирование каждой системы отрасли и саму отрасль в целом оказывает влияние наличия множества вероятностных факторов, которые могут возникать на разных этапах деятельности и разновременно в разных элементах системы. За критерий обеспечения надежности функционирования системы принимают надежность получения планируемого результата.

Оптимальным по техническим и экономическим критериям признан поточный метод строительства, как метод, обеспечивающий ритмичность производства, высокую производительность труда и равномерный выпуск готовой строительной продукции по сравнению с другими методами строительства. Исследование роли поточных методов в строительной отрасли, как и в другой отрасли экономики, требует системного подхода к разработке мероприятий на основе имеющейся информации. Результаты исследований позволяют предложить календарное планирование вести в виде сетевого планирования (моделирования) как основного метода организационного проектирования поточного производства, имеющего наибольшую информативность.

Основная задача широкого внедрения в практическое применение сетевого моделирования это развитие приобретения навыков разработки простейших детерминированных моделей (с использованием нормативных данных, характеризующих необходимые временные, машино- и трудозатратные, ресурсные, квалификационные и другие затраты, необходимые для производства работ). Предлагается процесс разработки календарного плана в виде сетевой модели значительно упростить, придав ему алгоритмическое решение. Такой график визуально легко воспринимается и способствует получению информации для построения графиков потребности в основных ресурсах и принятия оптимизационных решений по выбранным критериям.

Стратегией развития информационного общества в Российской Федерации на 2017 - 2030 годы предусмотрены мероприятия по поддержанию разработки отечественных решений для всех участников и этапов жизненного цикла объекта капитального строительства [16]. Сетевое моделирование в календарном планировании, выполняемом в организационно-технологическом проектировании, с учетом выполнения рассмотренных в статье мероприятий будет способствовать сохранению темпов развития и модернизации отраслевых систем, повышению производительности труда, эффективности производства, стимулировании экономического роста, привлечению инвестиций, повышению конкурентоспособности Российской Федерации на мировых рынках, обеспечение ее устойчивого и сбалансированного долгосрочного развития.