Введение
При разработке ПОС большая роль отводится составлению ведомости машин и механизмов [1]. С другой стороны, при организационно-технологическом моделировании очень часто сталкиваются массивы данных различных форматов [2]. Это обстоятельство приводит к необходимости формирования особого подхода к структурированию информации, а также дисциплины ее редактирования.
Концепция разделения организационно-технологической модели на массивы данных в рамках разработки цифрового ПОС предложена в работе [3]. Особенностью концепции применительно к вопросу расчета ведомости машин и механизмов является выделение кластера данных ресурсной технологической модели (РТМ). Она вбирает в себя цифровую строительную модель (ЦСМ), календарно-сетевой график (КСГ) и различные базы данных (БД).
Раскрывая тему расчета количества используемой техники и оснастки, особенно примечательно исследования [4, 5]. В них предложена концепция «словарей» в качестве системы взаимосвязанных данных типов работ и соответствующих типов механизмов для этих работ. Данная концепция схожа с концепцией использования шаблонов процессов (process template) [6, 7].
Другой аспект структурирования данных – использование БД, которые могут использоваться для целей систематизации исходной информации при оптимизации мер обеспечения безопасности [8, 9, 10], оптимизации логистики [11, 12, 13] и прочих задач.
В исследовании [14] раскрывается концепция «CoSIM» (Construction Site Information Model). В данной концепции информационная модель строительной площадки представлена отдельной средой моделирования. В исследовании отмечается роль использования компонентов организации строительной площадки, а также наполнение этих компонентов необходимой информацией для задач оптимизации пространственного положения и т.д.
При рассмотрении научных работ выявлены следующие проблемные места в вопросе автоматизированного составления ведомости машин и механизмов:
- отсутствуют предложения по решению вопросов несостыковки, разности представления и координации исходных данных для расчета;
- отсутствует описание принципов использования различных сред для задач расчета;
- отсутствует описание механизмов извлечения и преобразования данных.
Целью исследования является составление методики, включающей следующие аспекты для решения задачи расчета ведомости машин и механизмов:
- описание принципов структурирования данных различных сред проектирования;
- описание ролей элементов организационно-технологической модели ПОС, а также форм представления данных;
- описание механизмов расчета с приведением комплексных схем применения.
Материалы и методы
Принципы структурирования данных
В основе предлагаемой методики лежит принцип разделения организационно-технологической модели на независимые, но взаимосвязанные кластеры данных, функционирующие в различных программных средах. Для реализации автоматизированного расчета потребности в машинах и механизмах была разработана структура, включающая цифровую информационную модель организации строительных работ (ЦИМ ОСР), систему внешних баз данных (БД) и расчетные модули на базе электронных таблиц (ЭТ).
Компоненты конструкций ЦИМ ОСР будут иметь следующий набор свойств:
- Трудоемкость строительно-монтажных работ (СМР). Предполагается автоматизированное заполнение параметра на основе весогабаритных характеристик через внешние механизмы;
- Ключ синхронизации комплекта техники для связи с БД. Предполагается ручное заполнение с использованием механизмов умного выбора элементов в среде ЦИМ;
- Количество комплектов. Так же, предполагается ручное заполнение по такому же принципу;
- Длительность СМР. Предполагается автоматизированное заполнение через внешние механизмы путем выполнения стандартных математических выражений расчета длительности;
- Структура декомпозиции работ (СДР). Предполагается ручное заполнение (если необходимая структура не была выполнена в сводной проектной модели).
Для обеспечения возможности расчета и синхронизации данных стоит предпринять использование следующих приемов:
- Рассмотрение машин и механизмов в составе комплектов, а также отдельно. Данный прием обеспечит возможность учета для компонентов конструкций в среде ЦИМ ОСР всех задействованных машин и механизмов, которые работают в технологической взаимосвязи;
- Использование БД шаблонов. Данный прием обеспечит возможность контролировать использование одних и тех же типов техники для нескольких работ одного вида, а также позволит быстрее и эффективнее находить требуемые наборы машин и механизмов для использования;
- Формирование КСГ на основе модели ЦИМ ОСР. Данный прием обеспечит последовательность в учете данных;
- Использования ключа синхронизации. Данный прием обеспечит решение проблем несостыковок и упущения данных для задач расчета машин и механизмов;
- Использование формы ЭТ для расчета машин и механизмов, которые не моделируются в ЦИМ ОСП и для которых нету компонентов конструкций в ЦИМ ОСР и позиций в КСГ (или есть только позиции в КСГ).
С позиции применения вышеупомянутых приемов важно привести два возможных случая учета данных об использовании машин и механизмов:
- Машины и механизмы, которые прописаны в атрибутах элементов ЦИМ ОСР;
- Машины и механизмы, для которых не выделены элементы в ЦИМ ОСР и позиции в КСГ.
Исходя из вышеописанных положений, следует выделить следующие формы ЭТ для фиксирования данных:
- БД шаблонов машин и механизмов, а также их комплектов;
- ЭТ машин и механизмов, подбираемых исходя из практического опыта;
- ЭТ ведомости потребности машин и механизмов по временным периодам.
Роли элементов и формы представления данных
Данные в ЦИМ ОСР связываются с БД шаблонов машин и механизмов через составной ключ синхронизации. Последний, в свою очередь, будет учитывать следующий набор информации:
- Тип механизма для выполнения конструкций на захватке (атрибут, характеризующий ключ-код комплекта или отдельно задействованной техники);
- Пространственное положение механизма (атрибут, характеризующий позицию в виде порядкового значения пространственного положения одного и того же комплекта или отдельного механизма);
- Выделение механизма среди других механизмов того же типа (атрибут, характеризующий марку внутри проекта в виде порядкового значения одного комплекта или механизма относительно других комплектов того же типа).
Ключ синхронизации заполняется по ходу подбора механизмов применительно к различным видам работ. Так, обеспечивается полноценная идентификация механизма без опасений дублирования и упущения в подсчете.
Помимо ключа синхронизации также необходимо, чтобы в ЦИМ ОСР присутствовал параметр количества типов. Это обеспечит возможность учета нескольких групп или единиц однотипной техники.
В БД шаблонов машин и механизмов минимально необходимо присутствие следующих атрибутов (Таблица 1):
- ключ-код комплекта или отдельно задействованной техники для синхронизации с ЦИМ ОСР;
- наименование и модель техники для идентификации;
- количество техники внутри комплекта (если речь не идет об отдельно задействованном механизме).
Таблица 1
Форма представления данных БД шаблонов машин и мехнизмов
|
Ключ |
Наименование |
Модель |
Кол-во |
|
06-01 |
Автобетононасос |
CIFA K48L XRZ |
1 |
|
06-02 |
Автобетононасос |
АБН 75/33 |
1 |
В ЭТ машин и механизмов, подбираемых вручную исходя из практического опыта, минимально необходимо присутствие атрибутов наименования и модели строительной техники, а также количество по установленным для расчета периодам (Таблица 2).
Таблица 2
Форма представления данных ЭТ ручного заполнения
|
Идентификация |
Кол-во по периодам |
Обоснование |
|||||
|
Наименование |
Модель |
Q1 |
Q2 |
Q3 |
Q4 |
Комплекс работ |
Специализация |
|
Кран автомобильный |
КС-3577-4 |
1 |
1 |
Грузоподъемные |
Подача |
||
|
Кран автомобильный |
КС-3575А |
1 |
1 |
Грузоподъемные |
Подача |
||
По такой же форме будет строиться ЭТ ведомости потребности машин и механизмов с разницей в том, что здесь будут собираться данные из всех вышеописанных источников. Сбор данных будет обеспечиваться с использованием внешнего механизма расчета.
Механизмы расчета
В качестве механизма расчета будет выступать средства визуального программирования (ВП). Существует множество исследований, подтверждающих преимущество использования скриптов ВП для проведения нестандартных расчетов. Главное преимущество, подобных систем заключается в гибкости и способности адаптироваться под нужды нестандартных проектных задач.
Перед запуском скрипта должны предварительно выполняться шаги в следующей последовательности (Рисунок 1).
Рис 1. Схема выполнения подготовительных действий для создания ведомости потребности машин и механизмов
Принцип работы скрипта будет заключаться в автоматизированном выполнении следующих действий (Рисунок 2).
Рис. 2. Схема работы скрипта по созданию ведомости потребности машин и механизмов
Результаты
Для анализа эффективности предлагаемой методики использован объект «Строительство комплекса зданий Грозненского государственного нефтяного технического университета им. акад. М.Д. Миллионщикова (3-й пусковой комплекс – Строительство общежитий и учебно-лабораторных блоков), пр. Х. Исаева, 100, г. Грозный, Чеченская Республика».
Для объекта была выполнена вся последовательность предварительных шагов для работы скрипта. Тестирование ограничивалось работами по устройству железобетонных конструкций. Заполнение информации о подобранных машинах и механизмах производилось с использованием инструментов ЦИМ. Подсчет трудоемкости и длительности работ производился за счет использования скриптов ВП. Данные о длительности работ были экспортированы в среду КСП, где разрабатывался КСГ с определением сроков выполнения СМР. В дальнейшем данные о сроках были возвращены в модель с помощью скрипта ВП.
В последнюю очередь был запущен скрипт создания ведомости машин и механизмов, в результате чего было сформирована ЭТ (Таблица 3).
Таблица 3
Ведомость потребности машин и механимзмов, полученная приментильно к комплексу работ по устройству железобетонных конструкций
|
№ |
Наименование оборудования |
Кол-во по периодам* |
Обоснование |
||||
|
Q1 |
Q2 |
Q3 |
Q4 |
Комплекс работ |
Специализация |
||
|
1 |
Кран башенный |
1 |
Грузоподъемные работы |
Подача материалов |
|||
|
2 |
Автобетононасос |
1 |
Бетонные работы |
Бетонные работы |
|||
|
3 |
Автобетоносмеситель |
3 |
Транспортные работы |
Бетонные работы |
|||
|
4 |
Кран автомобильный |
1 |
Грузоподъемные работы |
Подача материалов |
|||
(*) Периоды, выделенные при разработке скрипта, были выбраны по 180 дней (полугодия), что актуально для большинства проектов. В данном случае заполнились данные только для первого периода, так как длительность работ по устройству железобетонных конструкций составила 64 дня.
Использование скриптов ВП заняло в среднем 3 минуты при различных периодах запуска.
Обсуждение
Эффективность автоматизации и гибкость подхода
Полученные результаты демонстрируют высокую эффективность применения скриптов ВП для задач организационного-технологического моделирования. Время обработки массива данных, составившее в среднем 3 минуты, несопоставимо меньше трудозатрат, требуемых для ручного подсчета ресурсов на аналогичном объеме работ. Это подтверждает выдвинутую гипотезу о том, что автоматизация рутинных расчетов позволяет инженеру ПОС сосредоточиться на оптимизации решений, а не на техническом подсчете.
Решение проблемы фрагментации данных
Во введении отмечалась проблема отсутствия механизмов для решения вопросов несостыковки и координации исходных данных. Разработанный метод использования составного ключа синхронизации показал себя как действенный инструмент преодоления этого барьера.
Ключ позволил связать среду ЦИМ с средой БД. Это развивает идеи, заложенные в исследованиях, где предлагалась концепция «словарей». Однако, в отличие от простых справочников, предложенная методика обеспечивает двустороннюю связь: изменения сроков в модели автоматически пересчитывают потребность в ресурсах через внешнюю базу.
Ограничения исследования
Несмотря на успешную апробацию, методика имеет ряд ограничений.
Во-первых, точность автоматического расчета напрямую зависит от корректности заполнения ключей синхронизации на подготовительном этапе. Человеческий фактор при назначении ключей сохраняется, хотя и минимизируется за счет использования шаблонов.
Во-вторых, в рамках тестирования был рассмотрен фиксированный период планирования (180 дней). Для проектов с высокой динамикой работ и частой сменой захваток может потребоваться более дробная дискретизация времени (недели или декады), что потребует доработки скрипта.
Практическая значимость
Предложенная методика решает прикладную задачу исключения ошибок в процессе подсчета. Как показал эксперимент, система автоматически подсчитала необходимое количество техники для бетонных работ, основываясь на данных шаблона. Это гарантирует, что ведомость потребности будет полным и обоснованным документом, пригодным для бюджетного планирования и логистики.
Заключение
В рамках проведенного исследования были получены следующие основные результаты:
- Разработана комплексная методика, позволяющая объединить разрозненные источники данных (ЦИМ, КСГ и внешние БД) в единую систему для автоматизированного расчета потребности в строительной технике.
- Решена проблема несогласованности данных. Предложенный принцип структурирования через составные ключи синхронизации и использование внешних шаблонов (БД) позволил корректно учитывать как атрибутивные данные элементов ЦИМ, так и эмпирически назначаемые ресурсы, избегая дублирования и потери информации.
- Доказана эффективность автоматизации. Апробация методики на объекте строительства комплекса общежитий ГГНТУ показала, что использование алгоритмов визуального программирования сокращает время формирования ведомости до 3 минут, обеспечивая при этом высокую точность расчетов и возможность оперативной корректировки данных при изменении сроков строительства.
- Практическая применимость. Предложенные формы представления данных и алгоритмы являются универсальными и могут быть адаптированы для различных типов строительных работ, что делает методику пригодной для внедрения в реальные процессы проектирования организации строительства (ПОС).
