Основы организации управления проектами строительства линейной части магистральных трубопроводов Басов, Евгений Дмитриевич

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Исследование проектов строительства линейной части магистральных трубопроводов в плане управления ими 13

1.1. Терминология и определения. 13

1.2. Анализ зарубежной и отечественной практики управ ления проектами строительства предприятий, зданий и сооружений. 29

1.3. Роль экспертных систем в организации управления проектами строительства линейной части магистральных трубопроводов 45

1.4. Обоснование инвестиций в строительство магистральных трубопроводов как исходный объект управления проектами их строительства... 54

Выводы 65

Глава 2. Организация управления проектами поточности строительства линейной части магистральных трубопроводов 67

2.1. Поточность, как главная форма организации строи тельства линейной части магистральных трубопроводов 67

2.2. Исследование надежности функционирования ком плексного трубопроводостроительного потока 72

2.3. Исследование влияния отказов строительной и специ альной техники на надежность функционирования потоков отдельных видов работ. 79

2.4. Разработка методов управления производительностью строительных потоков при реализации проектов строительства линейной части магистральных трубопроводов 89

Выводы 97

Глава 3. Решение оптимизационных задач в процессе организации управления проектами строительства линейной части магистральных трубопроводов 99

3.1. Формирование оптимизационных задач в проектах строительства линейной части магистральных трубопроводов 99

3.2. Решение оптимизационных задач подготовительного периода строительства линейной части магистральных трубопроводов 111

3.3. Исследование методов прогнозирования функциони рования комплексного трубопроводостроительного потока (КТП). 119

Выводы 130

Глава 4. Управление проектами строительства линейной части магистральных трубопроводов на основе многовариантных организационно-технологических и управляющих решений 131

4.1. Разработка системы принятия многовариантных орга низационно-технологических и управляющих решений 131

4.2. Разработка базового комплекса имитационного моде лирования применительно к использованию многовариантных решений в управлении проектами строи

тельства линейной части магистральных трубопроводов 142

4.3. Разработка методов динамического программирова ния многовариантных организационно-технологических и управляющих решений применительно к управлению проектами строительства линейной час ти магистральных трубопроводов 156

4.4. Исследование и разработка частных методик приня тия и корректировки организационно-технологических и управляющих решений в процессе управления проектами строительства линейной части магистральных трубопроводов 165

Выводы 198

Глава 5. Разработка методов организации управления проектами строительства переходов магистральных трубопроводов через малые естественные и искусственные преграды 200

5.1. Рассмотрение переходов магистральных трубопроводов через малые естественные и искусственные преграды как сосредоточенных строительных объектов 200

5.2. Разработка методики формирования эффективных организационно-технологических решений в процессе реализации проектов строительства отдельных переходов магистральных трубопроводов через малые преграды 210

5.3. Разработка математической модели системы организации строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды в плане организа 5

ции управления проектами строительства этих переходов 218

Выводы 233

Глава 6. Разработка методов экспертных исследований оценок проектных решений строительства линейной части магистральных трубопроводов 235

6.1. Моделирование процесса управления эффективностью проектных решений строительства линейной части магистральных трубопроводов... 235

6.2. Разработка функционально-логических схем организации экспертизы проектов строительства линейной части магистральных трубопроводов 245

6.3. Разработка методики сравнения вариантов проектных решений строительства линейной части магистральных трубопроводов 257

Выводы 264

Общие выводы... 265

Литература

• Роль экспертных систем в организации управления проектами строительства линейной части магистральных трубопроводов
• Исследование надежности функционирования ком плексного трубопроводостроительного потока
• Решение оптимизационных задач подготовительного периода строительства линейной части магистральных трубопроводов
• Разработка методов динамического программирова ния многовариантных организационно-технологических и управляющих решений применительно к управлению проектами строительства линейной час ти магистральных трубопроводов

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Управление проектами строительства промышленных, гражданских и транспортных объектов с лучшей стороны зарекомендовало себя в промышленно-развитых странах мира. Как свидетельствуют специалисты, прибыль от использования концепции управления проектами только в Европе достигает ежегодно несколько десятков миллиардов долларов за счет рационального разрешения многочисленных и все усложняющихся проблем осуществления проектов, сокращения сроков их завершения, стоимости и прочее. По мнению тех же специалистов, основная причина, побудившая использование концепции управления проектами, все большее и большее усложнение проектов.

Характерной особенностью развития системы магистральных трубопроводов является то, что она сооружается и реконструируется как структурно, организационно и технологически единая система. Это определяет необходимость исследовать, сравнивать и реализовывать системы и методы управления проектами их сооружения , в первую очередь, организацию управления. В этом плане постоянно изменяющиеся природно-климатические условия строительства линейной части магистральных трубопроводов (ЛЧМТ) позволяют определить ее как объект, сооружаемый в вероятностных условиях. _

Очевидно, отечественная трубопроводостроительная отрасль нуждается в использовании концепции управления проектами не менее, чем те І9 европейских государств, объединенных ведущей ассоциацией этого на-

правления ИНТЕРНЕТ (в 1991 г. была создана отечественная организация - ассоциация СОВНЕТ).

В основе подхода к организации управления проектами строительства промышленных, транспортных и иных объектов лежит рассмотрение их как единого целого на протяжении всего цикла и включающего фазы:

формирование замысла;

постановка целей;

подготовка (разработка) проекта;

реализация проекта.

завершение проекта, т.е. достижение поставленных целей (ввод в эксплуатацию, выход на заданную мощность, внедрение в производство и т.п.).

Анализ литературных источников по организации управления проектами показал, что в них существует два основных направления: аналитическое и численное.

В первом случае используются принципы управления проектами на основе логико-аналитических построений. Исследовав это направление, автор пришел к выводу, что зарубежный опыт применения этих принципов применительно к организации управления проектами строительства ЛЧМТ можно использовать лишь в очень незначительном объеме: указанные разработки в значительной степени дублируют действующие нормативные, утвержденные в соответствующем порядке и обязательные к исполнению, документы (СНиП, СП, ГОСТ Р и другие, вплоть до выпущенных еще во время функционирования Госстроя СССР, в частности, СН, ВСН, РД и проч.). Особенно это относится к качеству строительства, материально-техническому обеспечению, определенному условиями проведения тендеров, составу проектной документации (СНиП 11-01-95) и т.д., включая ос-

новнсй документ - СНиП 10-01-94 "Система нормативных документов в строительстве. Основные положения".

Поэтому, несмотря на практически полное отсутствие литературных источников по второму направлению организации управления проектами, автор выполнил исследования именно в этом плане, полагая, что без моделей реализации проекта управлять им невозможно. Частные методы и модели управления проектами использовались в б. СССР на протяжении многих лет. Так , задолго до появления системы PERT (50-е годы), графическое представление сетевых моделей, отражающих технологические связи строительно-монтажных, вспомогательных и обслуживающих работ, появилось в СССР еще в 1925 г., теория функциональных систем использовалась в строительном производстве с конца 40-х годов, как и матричные организационные структуры и т.д. Исследованию важных, но относительно локальных задач указанной проблемной ситуации в той или иной мере посвящено большое число разработок. Существенно важные результаты были получены ведущими учеными, из которых необходимо отметить работы Гусакова А.А., Иванова В.А., Карпенко М.П., Березина В.Л., Бабина Л.А., Васильева Г.Г., Шапиро В.Д., Телегина Л.Г., Униговского Л.М. и других, на чьи результаты автор опирался в своих исследованиях.

Управление проектами в виде единой практической дисциплины стало развиваться применительно к рыночной (капиталистической) экономике, поэтому здесь наблюдается отставание отечественной науки и практики.

Принципиальное отличие задач современного этапа состоит в том, что назрела необходимость в постановке и проведении целенаправленных научных исследований, которые должны объединять и систематизировать свойства, требования и ограничения, действующие при определении структуры, технической и технологической базы и процесса управления

проектами при строительстве линейной части для конкретизации и устра нения технических и технологических противоречий в процессе организа ции трубопроводного строительства, при этом формализовать и, при необ ходимости, адаптировать их к изменяющимся природно-климатическим техническим и технологическим условиям. В связи с этим, в качестве на учных исследований данной.работы определены проблемы разработю основ организации управления проектами строительства магистральны: трубопроводов.

Целью диссертационных исследований является разработка осної организации управления проектами строительства линейной части магист ральных трубопроводов.

Научная новизна. На основе теоретического обобщения работ отече ственных и зарубежных ученых, результатов работ автора, а также прак тики строительства ЛЧМТ предложено решение проблемы управлени; эффективностью поиска, разработки, поддержки и реализации новых ре шений задач организации строительства линейной части магистральные трубопроводов в современных условиях на базе разработанных методов моделей и технологий организации управления проектами при строитель стве трубопроводных систем.

Методологическими и теоретическими основами исследования яв ляются концептуальные положения системного анализа строительноп производства, теории принятия решений, теории организационных систем прикладные исследования по проектированию и строительству сисад трубопроводного транспорта.

Практическая ценность работы и реализация результатов иссле дований.

Основные результаты исследований автора

положены в основу программ управления проектами при строи
тельстве объектов в АО Ставропольтрубопроводстрой;

применяются при разработке проектной документации по строи
тельству трубопроводов АО НГС Оргпроектэкономика;

используются в качестве учебно-методических материалов в учеб
ном процессе специальности "Проектирование, строительство и эксплуа
тация газонефтепроводов, газохранилищ и нефтебаз", "Промышленное и
гражданское строительство" .

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований автора докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:

Всесоюзных конференциях: молодых ученых и специалистов "Проблемы комплексного освоения нефтяных и газовых месторождений", (г. Учкекен, 1984 г.); "Роль молодежи в решении конкретных научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны (г. Москва, 1989 г.); "Проблемы развития нефтегазового комплекса страны" (г. Москва, 1991); "Проблемы и перспективы развития нефтегазового комплекса (юбилейная конференция, посвященная 60-легию образования ГАНГ им. И.М. Губкина, г. Москва, 1994);

межвузовской конференции "Лейбниц - мыслитель, философ, человек" (г. Ставрополь, 1996);

XXVII и XXVIII научно-технических конференциях по результатам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СГТУ (г. Ставрополь 1997г., 1998 г.);

региональной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава (г. Ставрополь, 1998 г.);

Публикации. По теме диссертации опубликовано 1 монография, 20 статей.

На защиту выносятся:

1. Основные положения организации управления проектами строительства линейной части магистральных трубопроводов;

2. Совокупность аналитических методов и комплекс формализованных математических моделей, методик и алгоритмов для оптимизации решений в условиях неопределенности, повышения экономической эффективности, производительности и надежности процессов строительства ЛЧМТ.

Первая глава посвящена обобщению и систематизации практического материала проектов строительства ЛЧ в плане исследования методов организации управления ими.

В этой связи ее строительство рассматривается как сложная вероятностная система, которая в простейшем виде может быть представлена как некий объект, требующий управления (рис.1) на всех последовательных стадиях жизненного цикла.

В рамках исследования управление проектами строительства вообще и проектами строительства ЛЧМТ, в частности, рассматривалось с позиций методов управления сложными вероятностными системами, принимаемыми в качестве базовых. В основе были рассмотрены три метода:

программное, или жесткое управление;

регулирование поведения-управляемого объекта;

саморегулирование (самонастройка, или самоорганизация).

Что касается регулирования поведения управляемого объекта, иными словами, регулирования организации управления строительством линейной части, то его с полным основанием можно считать тем, чем является объект настоящего исследования - управлением проектами строительства ЛЧ.

9 Управление строительством

-} I

Техника

.

Рис. 1. Управление строительством как сложной вероятностной системой.

Анализ зарубежной практики строительства позволил определить несколько условий рационального управления проектами, однако применить эти методы "в чистом виде" к управлению проектами строительства нефтегазовых объектов не представляется возможным.

ЛЧМТ (или ее участки) - это линейно-протяженный строительный объект, на котором имеется постоянная возможность организовать и осуществлять строительную деятельность любого числа комплексных трубо-проводостроительных потоков (КТП), ограничиваемых лишь экономической целесообразностью. Поэтому срок строительства ЛЧМТ - величина исключительно заданная.

Кроме того, трасса (или ее участки) должна рассматриваться как уникальная, вероятностная с точки зрения не только природно-климатических

условий строительства, но и с точки зрения конструктивных решений, организационных и управленческих схем.

Поэтому применение системы организации управления проектами строительства МТ должно быть не выборочным, как в зарубежной практике, а всеохватывающим, вплоть до участков, где возможна реализация даже одного КТП.

Следует иметь в виду следующие особенности строительства протяженных объектов:

одновременность сооружения одной и той же строительной организацией (фирмой, АО и др.) нескольких магистральных трубопроводов (их участков) различных диаметров и конструктивных решений в различных природно-климатических условиях;

непрерывное и быстрое, требующее безусловного соблюдения условий синхронизации, перемещение открытого фронта строительных, монтажных и специальных строительных работ, выполняемых поточными методами зачастую одновременно на нескольких участках трубопровода несколькими КТП;

постоянно изменяющаяся отдаленность КТП от ремонтных и материально-технических баз, аппаратов административного и производственного управления различных уровней.

В целом указанные особенности определяют сущность принимаемых конструктивных, технологических, организационных и управленческих решений как на стадии проектирования, так и на стадии строительства МТ, требуя отказа от традиционных, т.е. относящихся к строительству сосредоточенных объектов. Более того, автор счел возможным поставить вопрос о многовариантных проектах строительства ЛЧМТ, когда объектами контроля будут являться сроки:

разработки, согласования, утверждения и состава обоснований инвестиций в строительства;

выдачи исходных данных и технических условий на проектирование согласования документации на строительство ЛЧМТ;

порядок разработки, согласования, утверждения и состав проектной документации на строительство;

выполнения строительных, монтажных, специальных строительных и пуско-наладочных работ; и т.п.

Изложенная выше концепция последовательности управления проектом представляет собою функциональный ее аспект. Кроме этого, имеются динамический и предметный аспекты. Первый из них предполагает прослеживание во времени процессов, связанных с основной деятельностью по выполнению проекта и представляемых укрупненно в виде логической "цепочки": анализ проблемы, разработка концепции проекта, базовое и детальное проектирование, строительство, монтаж (для ЛЧМТ - производство строительно-монтажных и пуско-наладочных работ, наладка, пуск).

Предметный аспект выделяет части (элементы, объекты) проекта, подлежащие управлению, которые можно отнести к двум типам - производственные объекты и объекты, связанные с вопросами по обеспечению реализации проекта ( материальные ресурсы, финансы, кадры, маркетинг, контракты, риск, качество, информация и т.п.)

Во второй главе освещены вопросы по исследованию организации управления проектами с учетом поточности строительства линейной части магистральных трубопроводов как главной формы организации строительства.

Системный анализ практики трубопроводного строительства показывает, что организация управления проектом на стадии его реализации

должна сводиться к управлению проектом поточности строительства. В свою очередь, реализация проекта поточности строительства будет определяться надежностью функционирования КТП потока в целом и отдельных видов строительных, монтажных и специальных строительных работ, формирующих его.

Так как потоки отдельных видов работ при строительстве линейной части реализуются комплексами машин, или отдельными машинами, то, в связи с этим, прежде следует рассмотреть структурные схемы надежности потоков отдельных видов работ так, как это практикуется во всех отраслях строительного производства.

Эти схемы позволяют определить не только ведущие машины и механизмы, выполняющие основные виды работ, но и взаимосвязи технологических операций строительного процесса, которые, по классической схеме, могут быть определены как последовательные, параллельные и последовательно-параллельные (параллельно-последовательные).

В первом случае, который наиболее присущ строительству магистральных трубопроводов , отказ практически любой ведущей машины (ведущего механизма), как правило, приводит к простою не только машин, выполняющих последующие за нею виды работ, но и всего КТП.

В этом случае вероятность безотказной работы комплекса машин можно записать в виде:

P=P_rP₂...P„=flPj, (1)

>=i

где j -\,п - количество машин в строительном потоке (в данном случае -

объектном).

Во втором случае (параллельная взаимосвязь) отказ в работе какой-либо отдельной машины (механизма) не может привести к простою всех остальных машин:

P=l-Yl(l-P,), (2)

где z - число машин в объектном строительном потоке с параллельными взаимосвязями.

Смешанная взаимосвязь будет характеризоваться числом п - группой машин с последовательной взаимосвязью и числом z - числом машин в каждой группе, но с параллельной взаимосвязью.

Отказ в работе комплекса (потока) может наступить лишь при отказе всех машин, входящих в комплекс:

1=1

Это позволило сделать вывод о том, что все строительные и специальные машины, необходимые при сооружении ЛЧМТ, следует, с точки зрения организации управления поточностью производства СМР, разделять на три группы в зависимости от отказов.

Наши исследования в этом направлении показали, что с точки зрения структурной схемы КТП потоки отдельных видов работ не являются рав-нонадежными. Именно это позволило установить приоритетность отдельных машин, их групп и комплексов не только в рамках производства отдельных видов работ, но и в рамках объектного строительного потока при сооружении ЛЧ: при открытом фронте работ необходима постоянная регулировка синхронизации производства отдельных видов строительных, монтажных и специальных строительных работ.

Если же исследования ориентировать по схеме «КТП - потоки отдельных видов СМР - отказы машин и механизмов", то в плане управления реализацией проектом строительства ЛЧМТ необходимо дать качественные оценки достоверности влияния отказов машин и механизмов на его функционирование. Автором предлагается выделить их в следующие

/=1

(3)

группы: экскаваторы; бульдозеры; трубоукладчики; очистные и изоляционные машины ; сварочные агрегаты.

При этом использовалась гипотеза нормального распределения стандартного отклонения генеральной совокупности как случай величины:

где jc - аргумент, характеризующий вероятность нормального распределения в интегральной функции распределения Ф(х); SJ - среднеквадратиче-ское отклонение случайной величины, полученное по результатам выборки; є - точность наблюдений (5%); а, - среднее значение случайной величины в выборке; в качестве случайной величины была определена относительная величина времени простоя потоков в отдельных видах работ, вызванных отказами различных машин (из пяти указанных выше групп).

В этом случае время простоя, а не время восстановления машин использовано потому, что оно включается не только во время восстановления машин, но и во время, связанное с влиянием других внешних факторов (время ожидания ремонта из-за отсутствия запчастей, ремонтной оснастки и т.п.).

Для каждого вида строительной техники по формуле (4) при значении X =1,65, которое соответствует 95% вероятности, было определено необходимое количество наблюдений. Результаты расчетов сведены в табл. 1.

Анализ табл.1 показал целесообразность рассмотрения числа отказов строительной и специальной техники применительно к надежности КТП в целом как системы.

Известно, что для повышения производительности работ строительные процессы принято разделять вплоть до отдельных операций, которые

Таблица 1

¹⁵ -J

Mj - среднее время простоя машин каждого вида. іатем группируются по специализациям рабочих и типам строительных лашин и механизмов. Все это позволяет рассматривать КТП как организа-.шонную систему, которая управляет производственными процессами всех фовней с участием коллективов рабочих и использованием машин, механизмов и оснастки (вспомогательного оборудования). Очевидно, что работоспособность этой системы количественно может быть охарактеризована нерез ее безотказность. Одновременно представляется целесообразным использовать понятие организационной структурной надежности КТП -результирующую его безотказности при заданной структуре, т.е. при известном количестве составляющих - потоков отдельных видов работ, порядке их взаимосвязей и интенсивности их отказов.

Следовательно, количество элементов и их групп в организационной структуре зависит от количества операций, на которые расчленен строительный процесс, и, с точки зрения организации производства работ, расчленение строительного процесса на большое количество операций невыгодно.

Автором был получен вывод о том, что управление производительностью должно включать следующие составляющие элементы: результа-

тивность и производительность линейных протоков; научные и практические подходы к стратегии (тактике) и методам измерения , оценки и контроля производительности; организацию внедрения всех элементов, определяющих управление производительностью строительных потоков.

В такой последовательности управление производительностью может быть определено как процесс, предполагающий стратегическое оперативное планирование и постоянный контроль за эффективным внедрением.

Если предположить, что на единицу продукции (1 км "готового" магистрального трубопровода) расходуется постоянное количество ресурсов, то повышение производительности КТП произойдет при соблюдении любого из перечисленных ниже условий.

а) Объем продукции возрастает, время на производство продукции

уменьшается: =~.

б) Объем продукции возрастает, но время на ее производство остается

неизменным: —— .

Т = const

в) Объем продукции возрастает, время на производство также возрас
тает, но более низкими темпами:

г) Объем продукции остается неизменным, но время ее производства

Q = const
сокращается: — -. .

Т V

д) Объем продукции сокращается, но время ее производства сокраща-

Тії'

ется более быстрыми темпами:

Именно эти пять вариантов следует соблюдать при управлении производительностью КТП при сооружении ЛЧМТ.

Третья глава посвящена разработке методов решения оптимизационных задач в процессе организации управления проектами строительства ЛЧМТ.

Оптимизационные задачи строительства линейной части магистральных трубопроводов на стадии их проектирования формируются поэтапно.

1 -й этап - разработка ПОС в составе технико-экономического обоснования (ТЭО) или технико-экономического расчета (ТЭР).

2-й этап - разработка проекта производства работ (ППР)

На первом этапе, применительно к условиям (особенно - природно-климатическим) строительства конкретного магистрального трубопровода, оптимизационные задачи выявляются, определяются и получают формулировки; на втором - уточняются и окончательно формируются.

Логическая последовательность построения методики совокупности оптимальных решений, общей как для стадии подготовки строительного производства (в рамках действующих СНиП 3.01.01-85*), так и для стадии оперативного управления (периода реализации проекта строительства ЛЧМТ) приведена на рис.2.

В условиях конкурентных торгов подрядчик должен иметь инструмент оптимизации процесса строительства объекта как на стадии оценки его проекта, так и в процессе его сооружения, начиная с подготовительного периода. Следовательно, оптимизации подлежат в первую (и завершающую) очередь задачи организационного, технологического и управленческого плана.

Поэтому, по нашему мнению, для решения оптимизационных задач строительства ЛЧМТ могут быть использованы, на первом этапе, методы

Решение оптимизационных задач на стадии подготовки строительного производства

Оперативный сбор, анализ, обобщение д петчерской информации о ходе строитель ЛЧМТ .

(ПСП)

Детализация решений

Выработка прогноза хода строительст ЛЧМТ

Сопоставление прогнозных и проектных решений

Обработка информации изменения исходных данных оптимизационных задач на стадии ПСП ^^

Корректировка решении задач на стадии ПСП

Детализация скорректированных решений оптимизационных задач на период строительства ЛЧМТ, решений t,

Выработка рекомендаций по управлению проектными решениями оптимизационных задач

Рис. 2. Схема взаимосвязи оптимизационных задач стадии подготовки строительного производства и стадии реализации проекта строительства ЛЧМТ, Т - срок строительства ЛЧМТ; /і план.' плановый срок строительства 1-го этапа.

математического программирования, а на втором - методы имитационного моделирования. Исходя из того, что процесс строительства ЛЧМТ - типично поточный процесс, все существующие математические модели этого процесса базируются на том, что его составляющие являются непрерывными по времени функциями (t). Переход к описанию процессов, дискретному по времени, позволяет для поиска оптимальных решений использовать аппарат нелинейного программирования.

Представляется возможным сформулировать задачу нелинейного программирования, решение которой применимо для уровня подрядчика, осуществляющего подготовительный период строительства ЛЧМТ, а также для оценки области оптимальных решений. В свою очередь, границы области оптимальных решений будут определять целесообразное число вариантов имитационного моделирования.

Задачу поиска оптимальных решений методами нелинейного программирования можно свести к решению двух иерархически упорядоченных задач.

На первом подуровне рассматривается соотношение, описывающее ход выполнения основного (ведущего) вида работ для ЛЧМТ в целом:

^м ' G\i(i)

где S/ - объем основного (ведущего) вида работ нарастающим итогом, выполненный к концу г-го периода строительства ЛЧМТ; а, - масштабный коэффициент; К_го,„ - коэффициент готовности машин и механизмов, выполняющих основной (ведущий) вид работ (в данном случае это либо ле-совалочный комплекс, либо изоляционно-очистная машина и краны-трубоукладчики); а, - коэффициент сменности выполнения основного (ведущего) вида работ в /-й период времени; /(а,) - коэффициент снижения средней сменной выработки потока основных (ведущих) работ при коэф-

фициенте сменности а, по сравнению с работой в одну смену; 8, - коэффициент изменения ресурсной оснащенности потока основного (ведущего) вида работ; у, - фактическая средняя сменная выработка потока основного (ведущего) вида работ в z'-й период времени, приведенная к "базовым" условиям; <7, - число КТП, фактически работающих на строительстве ЛЧ в i-й период времени; G - средний удельный вес основного (ведущего) вида работ, приходящийся на 1 км трассы трубопровода; u(j') - средний по трассе трубопровода коэффициент изменения условий выполнения основного (ведущего) вида работ для г-го периода времени по сравнению с "базовыми" условиями (и(<) =а_ср по методу приведенной протяженности трассы магистрального трубопровода.

На втором подуровне решается задача минимизации по #, и у, целевой функции:

х [К(у_{) + (у,)] + q,P(y, )(1 + E_HJ^A +

+ Z(i ^„,)"^1w,>^{a?< - ?,-,} +
¹⁼² (6)

+ атах{0,у, - j>,_,}min {q^q^}]-h _{+ E} Г*-(і + Е_ияГ^<к*¹>

Ці+..„.)

хф[Е_ф(к)хЫ2 + н\ где Е_н„ - норматив для проведения разновременных затрат; а - масштабный коэффициент перевода "месяц-год" или "квартал- год"( а= 1/12 или 1/4); АГ(р)- величина амортизационных выплат; Q[y) - стоимость функционирования КТП в зависимости от его фактической средней сменной выработки; Р(у) - затраты на перебазировку КТП в зависимости от его

21 {у5

фактической средней сменной выработки; к - номер месяца (квартала) окончания выполнения основного (ведущего) вида работ; Е_ф - фактические затраты; Н - условно-постоянные расходы по варианту с большей продолжительностью строительства ЛЧМТ (или ее участка); N\ и N2 - ключи, принимающие значения 0 или 1 и определяющие режим счета.

Поиск оптимальных значений q_i и _р/ осуществляется с помощью модифицированного метода штрафных функций. Безусловная оптимизация выполняется методом наискорейшего спуска. Для ускорения движения из допустимой точки в сторону экстремума, которое замедляется из-за близости поверхностей уровня функции и ограничений, вдоль каждой координаты осуществляется сдвиг в одну или другую сторону и выбирается тот, при котором значение целевой функции меньше.

Сформулированная таким образом "сборная" точка берется за начальную для дальнейшего счета. В результате вычисления определяются

оптимальные значения q_t и y_i , для которых рассчитываются требуемые количества ресурсов. При расчете плана возможности их сравнивают с ресурсами, имеющимися в наличии. За основу решения оптимизационных задач подготовки строительства ЛЧМТ методами имитационного моделирования автор предлагает взять следующее выражение: (у + е^К^а

где є, и є₂ - соответственно, учитывают ошибки в идентификации и величине выработки КТП.

Наибольшее число оптимизационных задач организации управления проектами строительства в настоящее время сосредоточено на уровне (по убыванию) проектировщиков, подрядчика, субподрядчиков, заказчика. Это определяет иерархическую схему локальных оптимизационных моде-

лей и резкое возрастание сложности моделей "снизу вверх", начиная с заказчика: сложность возрастает, т.к. задачи дробятся вплоть до управления производством отдельных видов работ; возрастает уровень числа неопределенностей, вводятся все новые и новые технологические, организационные и управленческие ограничения и т.д., поэтому на определенном уровне оптимизационные задачи уже не могут быть решены с помощью экономико-математических моделей.

В перспективе в этом случае, при необходимости обеспечения преемственности математического моделирования процессов, возникает естественная необходимость перехода к более эффективным моделям, "ближайшей" из которых является имитационная (рис. 3.), в которой значения, получаемые на более высоком уровне, должны учитываться в качестве ограничений, накладываемых на область определения следующего уровня принятия решений.

Для более полного прогнозирования функционирования КТП требуется последовательное "прохождение" по всем уровням. Для характеристики прогнозного решения непосредственно на каком-либо определенном уровне система локальных (частных) моделей, программы для ЭВМ должны обеспечивать выполнение вычислительной процедуры с "обходом" соответствующих уровней.

В четвертой главе выполнено исследование и разработка методов динамического программирования многовариантных организационно-технологических и управляющих решений применительно к организации управления проектами ЛЧМТ.

Разработка и особенно принятие организационно-технологических и
решений по управлению проектами строительства ЛЧМТ, как правило,
происходит в условиях высокой степени неопределенности по

_A

Изменение параметров оптимизационной модели

у/ Проверка согла- >^ Нет ум:ованности моделей оптимиза^Ч / ционного и имитационного ^ *^—\ уровней /

-Да-

Уточнение решений с использованием более детальной имитационной модели

п-3

Рис. 3. Схема перехода от оптимизации процессов с использованием методов математического программирования к оптимизации процессов с использованием методов имитационного моделирования.

возможности их реализации, определяемой как вероятностным характером строительного процесса, так и неоднозначностью целей, критериев и альтернатив действий. Это обусловливает необходимость использования многовариантности указанных решений. В этих целях был разработан базовый

комплекс имитационного моделирования процесса сооружения ЛЧ, который обеспечивает оценку возможных вариантов решений. Назначение такого комплекса - организация управления проектами строительства .

Организационная, технологическая и управляющая объединенная система строительства ЛЧ с учетом ее специфики может быть представлена выражением:

"X(A,R,D)~

S =

П-+opt, (8)

где X = {х} - входной поток ресурсов, информации (заданий, решений, технологий, норм); A = la} -множество структурообразующих системы; Я = {г}- множество правил организации системы; правовых, технических, технологических норм и нормативов; технологий производства; схем управления; оценочных критериев; D = {d} - вектор информационного потенциала организационной, технологической и управляющей системы (ОТУС), включающий опыт, профессиональные знания, оперативную и ситуационную информацию, статистическую и финансовую отчетность; С=\с}- множество социально-экономических и коммуникационных факторов внешней среды; Z={zJ- множество природно-климатических факторов внешней по отношению к строительству ЛЧ среды; 4* = {v|/} -вектор координат пространственного перемещения ОТУС; Т= {*}- вектор развития ОТУС во времени;/- отображение, определяющее выход Y ОТУС.

Действие механизма "вход-выход" описывается выражением-соотношением:

f:\ ^{V J}}->Y, (9)

где Y = M - выходной вектор, определяющий конечную продукцию

ОТУС.

Функционирование ОТУС проявляется как последовательное перемещение ее в параметрическом пространстве состояний, которое можно охарактеризовать соотношением:

W=(Y,C,Z,4>,T). (10)

По выбранным формальным критериям определяются точки выхода отдельного КТП на режим эффективного функционирования и выхода из этого режима.

В результате моделирования получаем множество состояний эффективной работы КТП, которое ограничено сверху поверхностью максимального потенциального уровня W_max, а снизу - поверхностью минимального потенциального уровня W_mi„. Между ними находится множество промежуточных потенциальных уровней. Следовательно, каждый КТП, рассматриваемый в пространстве состояний, в каждый фиксированный момент времени t может находиться на одном из потенциальных уровней. Перевод КТП с одного потенциального уровня на другой может осуществляться именно в процессе организации управления проектом строительства на стадии производства СМР, т.е. целенаправленно. Управление проектами строительства ЛЧМТ на стадии производства СМР, как правило, производится в условиях стохастичности последствий принимаемых организационных технологических и управляющих решений. Вместе с тем, значительная часть производсвенных процессов в ходе строительства может быть описана количественными показателями. В качестве основного метода рассматривается алгоритм для программирования многовариантных решений с целью повышения оперативности управления проектом (ее руководителем), улучшения количественных показателей решений.

Число объектов моделирования обуславливается многообразием задачи функций и уровней управления проектами строительства ЛЧМТ, на которых они решаются:

1-й уровень - непосредственные исполнители СМР;

2-й уровень - группа ИТР, возглавляемая менеджером проекта.

По существу, моделирование принятия решений в рамках организационно-технологических управлений строительством (ОТУС) требует единого методического подхода и должно, по меньшей мере, базироваться на принципах формирования строительных программ, которые традиционно включают именно те положения, которые необходимы при управлении проектами строительства ЛЧМТ: вариантность, оптимальность, перспективность и т.д.

Именно в этом плане автор исследовал и разработал некоторые сепаратные модели принятия и корректировки организационных, технологических и управляющих решений в процессе управления проектами строительства ЛЧМТ, а именно моделей: технологических процессов строительства, оперативного управления строительством, распределения функций в рамках организационно-управленческой структуры строительства магистральных трубопроводов, распределение функций в рамках организационно-управленческой структуры, оценки сложности организационно-управленческой структуры строительства, оценки структуры подготовки организационно-технологических решений, организации организационно-технологических процессов строительства, распределения объемов работ между отдельными КТП при строительстве и планирования фонда рабочего времени при строительстве.

Пятая глава содержит результаты разработки методов организации управления проектами при строительстве переходов магистральных тру-

^{27 6 /}

бопроводов через малые естественные и искусственные преграды, как сосредоточенных строительных объектов на основе математической модели системы.

Каждый переход магистрального трубопровода через малую естественную или искусственную преграду представляет собою точечный строительный объект. Очевидно, что для организации управления проектами строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды методы, используемые в тех же целях на собственно ЛЧМТ, не могут быть использованы "в чистом виде".

Организация управления проектами строительства переходов магистральных трубопроводов через малые естественные и искусственные преграды, как и проектами строительства в целом, в основном сосредотачивается в периоде реализации проектов. Поэтому формирование эффективных организационно-технологических решений в данный период представляет интерес как с исследовательской точки зрения, так и с производственной.

В работе подробно рассматриваются входящие элементы системы организации строительства переходов через малые,преграды с учетом ограничений.

К возмущающим воздействиям, вынуждающим в основном использовать методы организации управления проектами, относятся случайные факторы, приводящие к невозможности осуществления отдельных технологических схем на строительстве переходов или к снижению интенсивности их реализации в течение определенных промежутков времени :

неблагоприятные природно-климатические условия (главным образом погодные) для производства СМР;

выход из строя машин и механизмов;

аварийные ситуации;

социально-экономические причины (невыход на работу и проч.).

К управляющим воздействиям следует отнести:

возможное варьирование последовательности выполнения технологических процессов при строительстве переходов;

варьирование очередности выполнения идентичных технологических процессов на различных переходах;

варьирование выполнения одного и того же технологического процесса на переходе различными идентичными технологическими модулями (специализированными бригадами).

Формально алгоритм решения задачи определения эффективности технологических схем строительства отдельных переходов магистральных трубопроводов через малые преграды в этом случае следует определять поочередно для каждого перехода в отдельности, который рассматривается как замкнутая система. Здесь необходимо ввести обозначения: W^ -состояние системы, достигнутое после ^-го шага; Р^ - решение, приводящее систему из состояния \У^_Л в состояние Wf\ ф^ (И^._ь /\) - эффект, получаемый на -ом шаге; w - количество шагов.

Эффект, достигаемый на последнем шаге, будет равен:

5=1

^-.=^-,(^-2.^4 ⁽¹²⁾

где W^.,(W^₂, Р ^.,) - состояние системы И^.,, в которое она переходит из состояния и^.2 под действием решения Р^.,.

Если состояние системы на (w-I)-om шаге известно, можно найти и

условное оптимальное решение на w-ом шаге -Pj(W_w_i), так, чтобы:

29 0^~-

где фЦі^.і)- условно максимальный эффект, достигаемый на последнем шаге; фДИ^-р-Ри.) - возможные эффекты, достигаемые на последнем шаге в результате решения /*„.

Каждому условному максимальному эффекту ф.(^„,_і) соответствует

условное оптимальное решение P^(W_w__f).

В каком бы состоянии не оказалась система после (w-І) шага, оптимальный перевод ее в конечное состояние известен. Следовательно, если уже оптимизирован (4+1)-ый шаг для любого исхода 4-го шага, т.е. определен условный максимальный эффект <р^_+|,... _w. (W^), которому соответствует условное оптимальное решение /^,1^1 на (4+1)-ом шаге при переходе системы из состояния W^ в состояние W^_+[, то условная оптимизация ^-го шага может быть проведена по формуле:

Фаи...Д%.)=^{ф₄Км.п)⁺^₊....._№КК-..п)]}.'(¹⁴)

где Фрс₊, ...„(''^E.-i) - условный максимальный эффект при переходе системы из состояния И^.| в состояние W_n; ^<pAw^.\,Pf] - эффект, достигаемый на 4-ом шаге при переходе системы из состояния W^_A в состояние W^ под влиянием решения Р^ wAw^, РЛ - состояние системы Wfy в которое она переходит из состояния W^., под влиянием решения Р,; ф_+|

кМ^-і. РА] - условно максимальный эффект на (4+1)-ом шаге при переходе системы из состояния W^ в состояние W_w при условии, что после 4-го шага система находилась в состоянии WA W*_x, Р^).

В результате прохождения этапов от конца к началу определяется максимальное значение эффекта на всех шагах.

Для расчета параметров системы организации поточного строительства переходов магистральных трубопроводов через малые преграды автором разработан специальный эвристический алгоритм (рис. 4).

На основании данного алгоритма может быть осуществлен выбор эффективных организационно-технологических решений сооружения магистральных переходов через малые естественные и искусственные преграды как на стадии проектирования, так и на стадии корректировки принятых в процессе строительства приемов (технология, производство работ, последовательность строительства переходов, количество спецбригад), а также получены количественные показатели уровня организации управления проектами строительства данных переходов.

Шестая глава отражает результаты исследования по разработке методов экспертных исследований оценок проектных решений строительства линейной части магистральных трубопроводов, моделирования процесса организации управления их эффективностью на основе функционально-логических схем и сравнения вариантов.

Процесс формирования проектных решений рассматривается в виде иерархической многоуровневой системы, состоящих из проблемно-ориентированных подсистем: генерация вариантов проектных решений на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО); оценка значений показателей ка чества на основе нормативной информации; анализ эффективности при разработке разделов ТЭО технического проекта; регулирование эффективности вариантов в процессе экспертных исследований проектных решений.

Дль описания процесса формирования проектного решения используются методы теории оптимального управления. Состояние объекта (оче

"V*

_їх

Ввод исходных данных

і=1

Расчет сетевого графика і-го перехода

Расчет сетевых графиков (выбор исходных
данных для расчета сетевого графика і-го пере-
згода

Заполнение списка "используемых моду-

Выбор технологического модуля машин и механизмов

Расчет "временной шкалы" для "ранних начал" технологических схем на переходах

s' Проверка 'возможности исполь^

зования технологического модуля машин и.

\^механизмов

.^¹ ременная' ' проверка возможности использования технологического модуля . машин и меха- ./

ИИЗМ01

_Да_

Назначение технологического модуля машин и механизмов на выполнение J-ой технологій ес-

кой схемы

К=1

Перерасчет "ранних начал" невыполненных технологических схем

Увеличение списка "используемых модулей" на технологический модуль машин и механизмов с к=1 при выполнении технологической схемы J

Рис. 4. Блок схема алгоритма расчета параметров потока сооружения переходов магистральных трубопроводов через малые преграды

редной вариант проектного решения) характеризуется множеством параметров Х={хі, х_г ..., х„), которые должны удовлетворять определенным ограничениям.

Состояние объекта меняется при переходе от одного варианта к другому под влиянием управляющих параметров, т.е. контролируемых показателей качества.

На основе задания на проектирование генерируется в интерактивном режиме некоторое множество допустимых вариантов проектных решений (фазовых состояний) и из полученного множества определяются наиболее эффективные по совокупности показателей качества.

Проблема поиска наиболее эффективного варианта заключается в определении такой точки фазового пространства (x*_t, ..., х*„), в которой векторный критерий управляющих параметров принимает оптимальное значение. Это может быть поиск на основе первоначального формируемого множества допустимых вариантов или итерационный процесс поиска на основе расширяющегося множества допустимых вариантов.

Эффективность вариантов (Г.) анализируется путем задачи векторной оптимизации по совокупности критериев эффективности, в качестве меры эффективности котрых используется комплексный показатель, определяющийся как сумма средних квадратичных отклонений значений показателей каждого варианта от их экстремальных значений: