Planowanie i organizacja przedsięwzięć budowlanych – wybrane aspekty

Planowanie i organizacja w budownictwie

Planowanie produkcji budowlanej w wąskim ujęciu obejmuje m.in. ustalenie rodzaju, zakresu oraz sposobów wykonania procesów budowlanych z perspektywy czasu i kosztów, ale także zapewnienie jakości oraz ocenę ryzyka (np. przekroczenia umownego terminu realizacji). Jednym z pierwszych ogniw jest struktura podziału prac (tzw. Work Breakdown Structure), która zapewnia rozłożenie skomplikowanego przedsięwzięcia na mniejsze (z uwagi na zakres i pracochłonność) i łatwiejsze do kontroli etapy. Następnie budowany jest harmonogram i technologiczny model sieciowy o powiązaniach organizacyjnych. W następnym kroku należy ustalić wykonawców oraz niezbędne zasoby, a także wstępnie oszacować terminy realizacji poszczególnych czynności z wyznaczeniem buforów czasowych. Dalsze działania mają na celu zoptymalizowanie harmonogramu w aspekcie czasu i kosztu realizacji, przy jednoczesnym uwzględnieniu możliwości wystąpienia zakłóceń i ich kompensacji. Stąd też na etapie realizacji, a także w celu uregulowania płatności z wykonawcą za zrealizowany zakres prac należy prowadzić monitoring postępu robót zarówno pod kątem rzeczowym, jak i finansowym. Stanowi to podstawę do kolejnych analiz nad możliwymi odchyleniami od harmonogramu i założonego budżetu z równoczesnym określeniem prawdopodobieństwa dotrzymania terminu dyrektywnego.

W ostatnim czasie rozwijane jest nowe podejście do harmonogramowania, przedstawione w pracach Goldratta, bazujące na teorii graniczeń (Theory of Constraints – TOC) i opierające się na koncepcji łańcucha krytycznego (Critical Chain Project Management). Łańcuch ten definiowany jest jako zbiór kolejno wykonywanych czynności z uwzględnieniem ograniczeń związanych z zasobami, określający całkowity czas realizacji przedsięwzięcia. Z uwagi na nierównomierność produkcji, skomplikowane warunki realizacyjne na placu budowy, występowanie zjawisk losowych, podejście CCPM przewiduje wprowadzenie do harmonogramów buforów zasilających itp., a także skrócenie czasów trwania czynności o 50% [1]. Niemniej jednak owe podejście w praktyce budowlanej nie jest jeszcze powszechnie znane oraz wykorzystywane.

Struktura podziału prac

Podstawowym elementem umożliwiającym kontrolę postępu robót jest harmonogram. Jest to graficzne odzwierciedlenie robót z uwzględnieniem ich następstw, wynikających z technologii i przyjętej organizacji prac. Przy jego tworzeniu pomocny będzie podział przedsięwzięcia na mniejsze elementy, czyli opracowanie tzw. Work Breakdown Structure (WBS), czyli struktury podziału prac i wynikającego z niej wariantowania rozwiązań. Główną jej ideą jest wyodrębnienie etapów robót, czynności w ramach danego etapu przy uwzględnieniu zależności technologicznych między nimi, ustalenie punktów kontrolnych (tzn. kamieni milowych) oraz terminów i zakresu prac wymaganych do ich osiągnięcia zgodnie z procesem budowlanym. Celem wspomnianego podziału przedsięwzięcia jest wyszczególnienie czynności, pozwalające na jednoznaczne przypisanie im zasobów (środków pracy). Ma to ścisły związek z problematyką zarządzania projektami, gdyż WBS jest centralnym jego elementem [2].

WBS przedstawiany jest zazwyczaj w formie odwróconego drzewka i teoretycznie może być dowolnie rozbudowywany. Ułatwia prowadzenie przedsięwzięcia. Na uwagę zasługują wspomniane kamienie milowe – zazwyczaj są to daty istotne z punktu widzenia sprawnego przebiegu przedsięwzięcia, np. koniec etapu projektowania, zakończenie robót ziemnych czy zakończenie robót konstrukcji żelbetowej. Czasem mogą to być także czynności o określonym czasie trwania, wymagające określonych kosztów.

Struktura podziału prac – tzw. WBS jako podstawa planowania – umożliwia:

• dokonanie podziału przedsięwzięcia na mniejsze elementy (zadania, obiekty, roboty budowlane/czynności),
• przypisanie zasobów do wyodrębnionych czynności,
• opracowanie budżetu przedsięwzięcia, oszacowanie czasu potrzebnego do zakończenia poszczególnych czynności oraz czasu realizacji całego przedsięwzięcia,
• prognozowanie wydatków niezbędnych do zakończenia przedsięwzięcia lub zdefiniowanego kamienia milowego,
• opracowanie systemu monitorowania, w tym tworzenia raportów na temat dokonywanych postępów oraz zużytych środków finansowych.

W aspekcie przyjętej organizacji prac i uchwycenia powiązań technologicznych w dalszym kroku będzie analizowany przydział zasobów do poszczególnych czynności z racji ich zapotrzebowania i dostępności. W pewnym stopniu stan ten będzie wpływał na czas trwania całego przedsięwzięcia z uwagi na „zajętość” środka (zasobu). Dzięki Work Breakdown Structure uzyskujemy strukturę hierarchiczną przedsięwzięcia, złożoną z zadań o większym i mniejszym stopniu scalenia. Dysponujemy wówczas wszystkimi informacjami niezbędnymi do oszacowania czasu realizacji poszczególnych zadań oraz całego przedsięwzięcia. Dane dotyczące czasu realizacji powinny być regularnie analizowane i poprawiane, aby uniknąć nieścisłości między terminami rzeczywistymi a prognozowanymi.

Dostępne obecne oprogramowanie komputerowe wspomagające tworzenie harmonogramów pozwala na:

• wizualizację struktury WBS lub jej import z innych programów,
• budowę harmonogramu z możliwością wykorzystania różnych typów zależności między czynnościami,
• jednoczesne przejście z widoku harmonogramu na widok modelu sieciowego,
• wyodrębnienie (prezentowane zazwyczaj innym kolorem) działań tworzących decydujący ciąg czynności, wpływających na termin zakończenia (ścieżka krytyczna),
• zestawienie poziomu wykorzystania zasobów,
• analizę postępu robót przez zaznaczenie dla każdej czynności stopnia zaawansowania wyrażonego w procentach (Percent Complete) itp.

Należy jednak zaznaczyć, że każdy program ma swoje specyficzne cechy i nie wszystkie funkcje mogą być dostępne. Przykładowo jeden z darmowych programów pozwala rozpatrywać tylko jeden typ zasobów – osobowy (można przypisać osobę do danego zadania).

Alokacja zasobów

Kolejnym ogniwem w planowaniu produkcji budowlanej jest zapewnienie zasobów niezbędnych do wykonania zadania. Mając do dyspozycji pewien zasób danego środka, należy przydzielić go w odpowiedni sposób do poszczególnych zadań. W niektórych przypadkach wpływa to na kolejność wykonywania czynności i wymaga wprowadzenia zmian nie tylko w obszarze organizacji, lecz także technologii wykonania. Rozdział zasobu zależy również od jego rodzaju. Przykładowo w odniesieniu do zasobów materiałowych czy finansowych istnieje możliwość proporcjonalnego podziału między zadaniami z uwzględnieniem kolejnych terminów dostaw. Jednakże niektóre zasoby, np. sprzętowe, są niemożliwe do podzielenia, dlatego ich udział musi być dostosowany do konkretnego zadania.

Wykorzystanie danego zasobu zależy od przyjętej technologii. Stąd też coraz częściej pojawia się kwestia wariantowania rozwiązań na podstawie obszernego zakresu kryteriów, nie tylko czasu i kosztów. Oprócz tego można uwzględnić możliwość przystosowania materiału do określonego typu konstrukcji, łatwość wykonania czy dostępność. Na możliwości alokacji zasobów czy organizacji prac wpływa istniejący stan przedsięwzięcia oraz wymogi lokalizacyjne. Można wyszczególnić kilka czynników oddziałujących na podział środków. Część ma charakter mierzalny, inne natomiast trudne są do przewidzenia i oszacowania. Dlatego wymaga się od decydenta elastycznego podejścia. Przydział mieszanki betonowej do poszczególnych zadań (elementów konstrukcji) nie może wydawać się racjonalny, skoro w chwili realizacji we wszystkich najbliżej położnych wytwórniach niemożliwe są dostawy przez kilka najbliższych miesięcy. Sytuację tę można traktować w dwojaki sposób: jako brak dostępu do danego środka lub jako element ryzyka.

Struktura podziału prac (Work Breakdown Structure) nie tylko pozwala na ich wizualizację, lecz także wpływa na system zarządzania zasobami. W strukturze uwzględniamy zależności technologiczne pomiędzy zadaniami, które mogą być wykonywane różnymi środkami (zasoby czynne, zasoby bierne). Oznacza to, że nieraz będziemy zmuszeni dostosować strukturę podziału przedsięwzięcia do struktury zasobów. Zasoby natomiast dostosowane są do charakteru zadań, ich pracochłonności oraz wynikają z przyjętej technologii (np. do bardziej złożonych zadań wymagane jest skierowanie większych liczebnie zespołów) [2, 3]. Obecnie zauważalny jest rozwój różnych metod i technik wykorzystujących programy komputerowe wspomagające podejmowanie decyzji, planowanie przyszłych prac oraz ułatwiających rozdział zasobów. Oczywiście stopień ich wykorzystania jest różny w zależności od preferencji decydenta oraz możliwości wykorzystania do konkretnego zagadnienia [1, 4–9, 10–11].

Wariantowanie zadań

Ogólna metodyka wariantowania opiera się na kilku podstawowych etapach, a mianowicie:

• analizie potrzeb wariantowania,
• opracowaniu wariantów,
• ustaleniu kryteriów oceny,
• ocenie wariantów i wyborze wariantu najbardziej zbliżonego do optymalnego.

Metodyka ta może zostać przeniesiona na problemy budownictwa i dotyczyć wariantowania zadań w przedsięwzięciu budowlanym. Zagadnienia związane z wariantowaniem organizacyjnym zadań mogą zostać sklasyfikowane ze względu na czynniki takie jak uprzednio wymienione, czyli czas, koszt oraz ryzyko. Stąd też w ramach struktury podziału prac można rozpatrywać alternatywne rozwiązania, pozwalające uzyskać identyczny rezultat, aczkolwiek wykonanie ich zmniejsza ryzyko przedsięwzięcia. Oprócz tego można rozpatrywać warianty technologiczne, ale przy narzuconych przez projekt i specyfikacje rozwiązaniach, na etapie planowania realizacji przedsięwzięcia można je pominąć. O ile jeden z wariantów organizacji realizacji przedsięwzięcia może zakładać wcześniejsze zakończenie inwestycji, o tyle może to zostać okupione większym ryzykiem, np. przekroczenia dostępnych zasobów, niebezpiecznego zbliżenia się do ich maksimum czy przekroczenia budżetu. Widać z tego, że na ogół analiza wariantowa jest powiązana ze względu na występującą tam większą liczbę czynników. W problemie wyboru wariantu optymalnego możemy wesprzeć się np. metodami analizy wielokryterialnej [5]. Niewykluczona jest również optymalizacja jednokryterialna, chociaż takie podejście zwykle nie pozwala na pełną i kompleksową optymalizację. Właściwe podejście do planowania przedsięwzięcia budowlanego nakazuje opracowanie kilku wariantów organizacyjnych, które zostaną zaakceptowane, a na etapie realizacji odpowiednio elastyczne reagowanie na pojawiające się sytuacje. Rezultatem takiego podejścia może być opracowanie kilku harmonogramów alternatywnych, które np. będą uwzględniały różne czynniki ryzyka.

Podstawy harmonogramowania

Harmonogramowanie to jedna z podstawowych metod planowania i późniejszej kontroli produkcji. Harmonogramy są ściśle związane z planowaniem przedsięwzięć budowlanych. Mają one rżną postać, a przede wszystkim różny zakres i stopień uszczegółowienia (np. harmonogramy dyrektywne, ogólne i szczegółowe). Harmonogramowanie zadań w budownictwie ma swoją specyfikę. Procesy budowlane są często bardzo ściśle powiązane między sobą zależnościami technologicznymi. One decydują o kolejności realizacji poszczególnych czynności oraz o zależnościach czasowych między nimi. Ma to oczywiście swoje odbicie w harmonogramie. Tzw. powiązania technologiczne należy traktować jako priorytetowe, gdyż m.in. od ich zachowania zależy poprawność realizacji całego przedsięwzięcia. Oprócz powiązań o charakterze technologicznym w harmonogramowaniu wyróżnia się powiązania o charakterze organizacyjnym. Można je interpretować jako zależności między procesami, w których realizację zaangażowane są określone zasoby (np. zespoły robocze, sprzęt). Ich zaangażowanie w procesie i późniejsze zwolnienie może warunkować np. rozpoczęcie następnego procesu, w którym również występują. Wymienione powiązania mają najlepszą wizualizację w modelu sieciowym, który obok harmonogramu jest jednym z podstawowych narzędzi planowania i kontroli realizacji. W modelu sieciowym bardzo dobrze widoczne są również relacje między procesami. Podstawowym typem relacji jest relacja ZR (zakończenie–rozpoczęcie), czyli zakończenie realizacji poprzednika jest sygnałem do rozpoczęcia realizacji następnika. Oprócz tego w tzw. sieciach jednopunktowych, gdzie wierzchołki grafu przedstawiają czynność, a krawędź grafu następstwa czasowe między czynnościami, występują relacje typu: ZZ (zakończenie– zakończenie), RR (rozpoczęcie–rozpoczęcie) oraz RZ (rozpoczęcie–zakończenie). Dodatkowo w ramach wymienionych relacji mogą występować zdefiniowane zwłoki czasowe. Na bazie tych powiązań i relacji, a także na podstawie kryteriów takich jak czas, koszt, dostępność zasobów można prowadzić optymalizację harmonogramów.

Z zagadnieniem optymalizacyjnym harmonogramu związane jest pojęcie szeregowania zadań. Sprowadza się ono do optymalizacji kombinatorycznej, czyli rozważania różnych układów planowanych zadań pod kątem wybranego wcześniej kryterium, np. najkrótszego czasu realizacji. Prostym przykładem zagadnienia szeregowania jest problem kolejności realizacji wydzielonych działek roboczych, przy których zaangażowane są określone zasoby, tak aby uzyskać możliwie najkrótszy czas realizacji. Danymi w takim zagadnieniu są czasy realizacji poszczególnych działek oraz przypisane do ich realizacji zasoby, np. maszyny o ustalonej liczebności. W zagadnieniu szeregowania wykorzystywane są różne mechanizmy. Opierają się one o metody podziału i ograniczeń (np. algorytm Łomnickiego), metody symulacji czy w końcu o metody sztucznej inteligencji. Te ostatnie związane są najczęściej z algorytmami ewolucyjnymi, a ich zastosowanie zostało już wielokrotnie zaprezentowane w literaturze [11]. W szeregowaniu zadań przedsięwzięcia budowlanego należy zawsze priorytetowo traktować powiązania technologiczne, natomiast w dalszej kolejności narzucone kryteria.

Podsumowanie

Wydaje się, że planowanie i organizacja przedsięwzięć budowlanych to zagadnienia stosunkowo dobrze opisane w teorii, aczkolwiek, jak wskazuje praktyka, wymagają dalszego doskonalenia i rozwijania metod służących minimalizacji nadmiernej alokacji zasobów, wariantowania rozwiązań w aspekcie minimalizacji ryzyka oraz szeregowania zadań według przyjętych uprzednio kryteriów. W artykule podjęto próbę nakreślenia głównych obszarów planowania produkcji budowlanej, która ma ścisły związek z ustawicznym procesem podejmowania decyzji (m.in. w zakresie racjonalnego podziału przedsięwzięcia na pakiety robót, wyboru sposobu realizacji poszczególnych czynności czy przydziału zasobów). Przedstawione aspekty nie wyczerpują tematu. Na uwagę zasługuje fakt istnienia bogatej oferty oprogramowania komputerowego wspomagającego proces decyzyjny, budowę harmonogramów oraz analizę kosztów przedsięwzięcia.

Literatura

1. M. Połoński, K. Pruszyński, „Wyznaczanie wielkości buforów czasu i terminu zakończenia przedsięwzięcia w harmonogramach budowlanych”, [w:] „Technologia i Zarządzanie w Budownictwie”, Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej nr 91, Seria: „Studia i Materiały”, nr 20, Wrocław 2008, s. 289–298.
2. R. Marcinkowski, „Struktura podziału pracy (SPP) w planowaniu przedsięwzięć budowlanych”, Materiały z Konferencji Naukowo-Technicznej „Inżynieria Procesów Budowlanych”, Gliwice 2009, s. 221–228.
3. R. Marcinkowski, „Problemy planowania produkcji budowlanej”, Materiały z Warsztatów Inżynierów Budownictwa „Problemy przygotowania i realizacji inwestycji budowlanych”, Puławy 2008, s. 171–182.
4. M. Gajzler, „Text and data mining techniques in aspect of knowledge acquisition for decision support systems in construction industry”, „Technological and Economic Development of Economy”, No. 2/2010, vol. 16 (w druku).
5. M. Hapke, A. Jaszkiewicz, R. Słowiński, „Interactive analysis of multiple-criteria project scheduling problems”, „European Journal of Operational Research”, 107/1998, s. 315–324.
6. O. Kapliński, „Trendy rozwoju i przydatność technik planowania i podejmowania decyzji – polskie doświadczenia”, [w:] „Technologia i Zarządzanie w Budownictwie”, Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej, nr 91, Seria: „Studia i Materiały”, nr 20, Wrocław 2008, s. 69–77.
7. O. Kapliński, „Development and usefulness of planning techniques and decision-making foundations on the example of construction enterprises in Poland”, „Technological and Economic Development of Economy”, No. 4/2008, vol. 14, s. 492–502.
8. O. Kapliński, „Information technology in the development of the polish construction industry”, „Technological and Economic Development of Economy”, No. 3/2009, vol. 15, s. 437–452.
9. T. Kasprowicz, „Metoda analizy i wyboru rozwiązań technicznych i technologicznych obiektów budowlanych w warunkach ryzyka”, [w:] „Technologia i Zarządzanie w Budownictwie”, Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej, nr 91, Seria: „Studia i Materiały”, nr 20, Wrocław 2008, s. 79–87.
10. „Kierowanie budowlanym procesem inwestycyjnym” pod red. M. Połońskiego, Wyd. SGGW, Warszawa 2009.
11. M. Rogalska, W. Bożejko, Z. Hejducki, „Harmonogramowanie przedsięwzięć budowlanych z zastosowaniem hybrydowego algorytmu ewolucyjnego”, [w:] „Technologia i Zarządzanie w Budownictwie”, Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej, nr 87, Seria: „Studia i Materiały”, nr 18, Wrocław 2006, s. 157–164.
12. A. Dziadosz, J.L. Zioberski, „Wyb rozwiązań technologicznych i organizacyjnych przy budowie szklanej podłogi w Kancelarii Prezesa Rady Ministrów”, Materiały z Konferencji Naukowo- Technicznej „Inżynieria Procesów Budowlanych”, Gliwice 2009, s. 375–382.
13. M. Gajzler, „Hybrid advisory systems and the possibilities of it usage in the process of industrial flooring repairs”, The 25th International Symposium on Automation and Robotics in Construction. ISARC-2008. Selected papers (June 26–29, Vilnius, Lithuania), edited by E. K. Zavadskas, A. Kaklauskas, M. J. Skibniewski, 2008, s. 459–464.
14. T. Kasprowicz, „Inżynieria przedsięwzięć budowlanych”, Instytut Technologii Eksploatacji w Radomiu, Warszawa 2002.
15. A. Sobotka, S. Biruk, P. Jaśkowski, „Zarządzanie w budownictwie”, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2003.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!