Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обоснование актуальности темы исследования 17
1.1. Определение объекта и предмета исследования 17
1.2. Обзор подходов и методов организации строительного производства .18
1.2.1. Технологическое и организационное проектирование строительных процессов. 18
1.2.2. Организация строительных процессов в пространстве и времени 20
1.2.3. Организационная структура строительной компании 23
1.3. Системотехника строительства 25
1.4. Кибернетические подходы организации систем 26
1.5. Организационно-технологическая надежность строительного процесса 28
1.6. Организационно-технологический потенциал (ОТП) строительного процесса 30
1.7. Обзор проведенных научных исследований по проблематике диссертационной работы 32
1.8. Постановка проблемы исследования .34
1.9. Выводы по главе 1 34
Глава 2. Методология и методы основных этапов исследования 36
2.1. Планирование эксперимента 36
2.2. Системный анализ объекта исследования 37
2.3. Отбор влияющих факторов с помощью экспертного опроса 40
2.3.1. Определение степеней влияния параметров системы с помощью метода анализа иерархий 42
2.4. Подход к измерению компонентов системы .46
2.4.1. Измерение организационно-технологических факторов (ОТФ)
системы с помощью нечетких множеств 47
2.4.2. Принцип измерения ОТФ параметра «строительный контроль» 55
2.4.3. Принцип измерения параметра «погодные условия» .57
2.4.4. Принцип измерения главных переменных системы (выходов модели) 59
2.5. Моделирование процессов посредством искусственной нейронной сети (ИНС) 63
2.6. Методология обучения ИНС .67
2.6.1. Алгоритм обучения ИНС методом обратного распространения ошибки .68
2.6.2. Статистическая теория обучения ИНС 69
2.6.3. Обучение ИНС 73
2.6.4. Проверка сходимости ИНС 76
2.6.5. Оценка математического ожидания ошибки ИНС. Доверительный интервал результатов прогнозирования модели 78
2.7. Извлечение обучающей выборки 80
2.8. Выводы по главе 2 83
Глава 3. Модель ОТП строительного производства кровельных конструкций 85
3.1. Структурная модель ОТП строительного производства кровельных конструкций 85
3.2. Функциональная модель ОТП по главным переменным системы .86
3.3. Математическая модель ИНСP «Производительность труда» 90
3.3.1. Принцип работы ИНСP 90
3.3.2. Алгоритм обучения ИНСP .94
3.3.3. Обучение ИНСP .97
3.3.4. Достоверность прогнозирования ИНСP-1 и ИНСP-2 102
3.4. Математическая модель ИНСQ «Качество строительной продукции» .103
3.4.1. Принцип работы ИНСQ 103
3.4.2. Алгоритм обучения ИНСQ 104
3.4.3. Обучение ИНСQ 107
3.4.4. Достоверность прогнозирования ИНСQ 108
3.5. Состояние устойчивости строительного процесса. Сбой или отказ системы 108
3.6. ОТП строительного процесса по критерию «Продолжительность» 113
3.7. ОТП строительного процесса по критерию «Качество строительной продукции» 116
3.8. Формирование единой модели ОТП строительного производства кровельных конструкций 120
3.9. Выводы по главе 3 125
Глава 4. Методика принятия эффективных ОТР по строительству кровельных конструкций 127
4.1. Гомеостат строительного производства кровельных конструкций .127
4.2. Традиционная методика принятия ОТР по строительству кровельных конструкций .127
4.3. Методика принятия эффективных ОТР при строительстве кровельных конструкций 129
4.4. Методика принятия эффективных ОТР при проектировании строительного производства кровельных конструкций 137
4.5. Апробация созданной методики принятия эффективных ОТР при строительстве кровли жилого многоэтажного здания 142
4.6. Выводы по главе 4 149
Заключение 150
Список сокращений и условных обозначений 155
Список литературы 160
Приложение А 171
Приложение Б 174
Приложение В 176
Приложение Г 177
Приложение Д 178
- Организация строительных процессов в пространстве и времени
- Принцип измерения главных переменных системы (выходов модели)
- Обучение ИНСP
- Апробация созданной методики принятия эффективных ОТР при строительстве кровли жилого многоэтажного здания
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время разработка ПОС и ППР в основном происходит по типовым ОТР без использования «вариантной проработки с широким применением методов критериальной оценки, моделирования и современных компьютерных комплексов», рекомендованной СП 48.13330.2011. Учитывая, что строительное производство является сложной и большой системой, включающей стохастические процессы, зависящей от человеческого фактора и внешних возмущений, а также, что любая модель (проект) - это идеализированное приближение к реальности, формируется вывод о невозможности производства работ в полном соответствии с ПОС и ППР. В этой связи решающее значение для организации строительного производства кровельных конструкций принимает процесс принятия ОТР в заданных условиях строительства на стадии проектирования и производства работ, способствующий достижению главных критериев строительного проекта (продолжительность, стоимость, качество, безопасность и другие). Поэтому актуальным направлением научных исследований является разработка эффективных автоматизированных методик и средств принятия ОТР по строительному производству кровельных конструкций на основе моделей, позволяющих с высокой степенью достоверности прогнозировать его результаты.
Объект исследования – организация строительного производства кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий.
Предмет исследования – процесс принятия организационно-
технологических решений (ОТР) при проектировании и строительстве кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий с применением рулонных материалов.
Проблема исследования. Организация строительного производства
кровельных конструкций в современном строительстве заключается в организационно-технологическом проектировании строительных процессов, разработке проекта организации строительства (ПОС) и проекта производства работ (ППР), и в последующей реализации строительно-монтажных работ согласно данной документации. Большая часть ПОС и ППР разрабатывается на основании ОТР, полученных из типовых технологических карт, единых сборников сметных нормативов и руководств производителей строительных материалов, без многофакторной оценки производственного процесса в конкретных условиях строительного проекта. Организация и управление строительством кровельных конструкций происходит на основании ОТР, полученных посредством эмпирических и эвристических выводов руководителей строительства (экспертной оценки), сформированных на производственных совещаниях. Принятые таким образом ОТР не учитывают многофакторности, многокритериальности и вероятностной природы строительного производства, не способны количественно соотнести меру регулирования и получаемый результат, обладают низкой статистической достоверностью, а также имеют высокую зависимость от человеческого фактора (профессиональных и личностных компетенций руководителей). В итоге такой подход к организации строительства кровельных конструкций неэффективен и сопоставим с методом «проб и ошибок», приводит к
дополнительным затратам материальных и трудовых ресурсов и/или невыполнению запланированных результатов.
В диссертационной работе для характеристики принятых ОТР используется термин организационно-технологический потенциал (ОТП) строительного производства кровельных конструкций - это показатель, прогнозирующий эффективность принятых ОТР и полученный посредством комплексной оценки организационно-технологических факторов (ОТФ) строительного процесса.
Степень разработанности темы исследования.
В российской строительной науке имеются исследования, посвященные проблеме ОТП при реализации инвестиционно-строительного проекта, оценке экологической нагрузки воздействия строительства на окружающую среду, формировании инфраструктуры строительной площадки, проведении внеплановых ремонтных работ. Большое число научных трудов, посвященных организации строительного производства, выполнено в рамках научного направления по исследованию организационно-технологической надежности (ОТН) в различных сферах строительного производства. ОТН также является инструментом для оценки эффективности строительного процесса. Научное направление, посвященное изучению ОТН строительного производства, активно развивается по настоящее время и представлено трудами таких ученых, как А.А. Гусаков, Ю.Б. Монфред, Б.В. Прыкин, А.А. Волков, А.В. Гинзбург, А.А. Лапидус, В.О. Чулков, Р.Р. Казарян, П.А. Кузнецов и другие. Установлено, что не проводилось научных исследований по проблематике ОТП и ОТН на тему: организация строительного производства кровельных конструкций.
В зарубежной научной литературе представлено большое число различных разработок в области систем поддержки принятия решений (decision support system) для строительной отрасли, обходящих стороной сферу организации строительных процессов при новом строительстве кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий с применением рулонных материалов.
По итогам литературного обзора российских и зарубежных источников по теме диссертационной работы не установлено научных исследований, определяющих взаимосвязь организационно-технологических факторов (ОТФ) строительного производства кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий и результатов строительства по критериям: качество строительной продукции и продолжительность строительного процесса.
Цель исследования - повышение эффективности ОТР при проектировании и строительстве кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий по критериям: продолжительность строительного процесса и качество получаемой строительной продукции.
Научно-техническая гипотеза исследования состоит в следующем
предположении - определение значения ОТП строительного производства
кровельных конструкций позволяет принимать эффективные ОТР,
способствующие достижению запланированных результатов строительства по
критериям продолжительность и качество строительного процесса с
рациональными затратами ресурсов.
Задачи исследования:
1. Анализ существующих методов и средств организации строительного
производства кровельных конструкций, обзор выполненных научных
исследований по теме диссертации.
-
Формирование методологической базы исследования.
-
Создание модели строительного производства кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий, определяющей значение ОТП.
-
Разработка программы для ЭВМ, воспроизводящей процесс обучения и функционирования созданной модели.
-
Разработка методики принятия эффективных ОТР при проектировании и строительстве кровельных конструкций по критериям качество получаемой продукции и продолжительность строительства.
-
Апробация созданной методики при устройстве кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий.
-
Определение перспектив дальнейшего развития темы исследования.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
1. Определены ОТФ, оказывающие наибольшее влияние на строительное
производство кровельных конструкций по критериям: качество строительной
продукции и продолжительность процесса.
-
Разработана модель строительного производства кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий, прогнозирующая эффективность принятых ОТР по критериям: качество получаемой продукции и продолжительность строительства.
-
Разработана методика принятия эффективных ОТР при проектировании и строительстве кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий, способствующая достижению запланированных результатов строительства с рациональными затратами ресурсов.
Теоретическая значимость исследования. Выполнено доказательство выдвинутой научно-технической гипотезы, подтверждающее, что использование ОТП строительного процесса повышает эффективность принятия ОТР при проектировании и строительстве кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий. Определены основные ОТФ строительного производства кровельных конструкций, меры их влияния на продолжительность и качество строительства, разработана модель, прогнозирующая эффективность принятых ОТР. Данная модель реализована в виде искусственной нейронной сети, обученной на примерах, извлеченных из строительного производства кровельных конструкций. При внедрении ее в строительную компанию модель продолжит обучаться и будет улучшать свою работу, подстраиваясь под различные внешние и внутренние возмущения. Таким образом выполненное исследование одна из первых ступеней на пути к интеграции искусственного интеллекта в организацию и управление строительным производством.
Практическая значимость исследования. Созданная методика дает строительным компаниям возможность устанавливать или корректировать ОТФ, мгновенно получая достоверную информацию по эффективности выполненных изменений, что позволит своевременно регулировать производственный процесс,
принимая оптимальные управленческие решения. Внедрение разработанной методики вносит экономический эффект в деятельность компаний за счет своевременного предотвращения брака строительной продукции или просрочки ее производства с рациональным распределением вложенных в организацию процесса ресурсов.
Также потребителями созданной методики принятия эффективных ОТР являются компании, осуществляющие разработку ПОС и ППР. С помощью полученной методики данные компании смогут выполнять организационно-технологическое проектирование на основании многофакторного анализа конкретных условий строительного проекта, обладая достоверной информацией о продолжительности строительства и качестве строительной продукции в результате запроектированных ОТР. Данное обстоятельство даст возможность создавать ПОС и ППР высокого уровня качества, гарантирующие производителю работ, что принятые ОТР обеспечат достижение заданных результатов с высокой степенью достоверности.
Методология и методы исследования изложены в главе 2 диссертационной работы. В исследовании применяются традиционные методы теоретического и эмпирического познания: системный подход, математическое моделирование, научное наблюдение, эксперимент и другие. Разработка модели происходит по принципам системотехники строительства и в соответствии с методологией планирования эксперимента. На данном этапе теоретическую часть сопровождает проведение исследовательского эксперимента - анкетного опроса экспертов строительной отрасли, на основании которого определено окончательное количество влияющих факторов и произведено сокращение размерности системы с помощью метода анализа иерархий. Для измерения ОТФ разработанной модели используется понятие лингвистической переменной и положения теории нечетких множеств. Функционирование полученной модели описывается математически с помощью методологии искусственных нейронных сетей. Затем математическая модель интегрируется в интерактивную компьютерную среду в виде программного кода с помощью языка программирования Python. Обучение модели производится по методологии обучения по прецедентам или «с учителем» с использованием алгоритма обратного распространения ошибки. В обучении активно применяются различные подходы машинного обучения, такие как бутстрэп, бэггинг, перекрестная проверка. Для определения достоверности прогнозирования модели используются положения теории вероятностей.
Положения, выносимые на защиту:
1. ОТФ, оказывающие наибольшее влияние на строительное производство
кровельных конструкций по критериям: качество строительной продукции и
продолжительность процесса.
2. Модель строительного производства кровельных конструкций жилых
многоэтажных зданий, прогнозирующая эффективность принятых ОТР по
критериям: качество получаемой продукции и продолжительность строительства.
3. Методика принятия эффективных ОТР при проектировании и строительстве
кровельных конструкций жилых многоэтажных зданий, способствующая
достижению запланированных результатов строительства с рациональными затратами ресурсов.
Личный вклад автора. Научное исследование проводилось автором
самостоятельно. Все результаты исследования получены лично автором. В том
числе им проведен литературный обзор по теме диссертации, выбрана методология
и методы исследования, подготовлен и проведен экспертный опрос, построена
математическая модель объекта исследования, ее обучение и работа
воспроизведены автором в виде программы для ЭВМ. Автор самостоятельно
произвел обучение модели на выборке прецедентов, которую извлекал в течение
нескольких лет, работая на строительном производстве жилых многоэтажных
зданий. На основании созданной модели автор разработал методику принятия
эффективных ОТР при проектировании и строительстве кровельных конструкций,
результативное функционирование которой подтверждено результатами
апробации, проведенной автором при устройстве кровли многоэтажного жилого дома.
Степень достоверности обусловлена использованием положений теории
машинного обучения, теории вероятностей, методов экспертных оценок, а также
объемом и репрезентативностью обучающей выборки. Установлена
согласованность мнений экспертов через расчет коэффициента вариации, определен доверительный интервал результатов прогнозирования модели через оценку математического ожидания ошибки на контрольной выборке с надежностью 0,95.
Апробация результатов диссертационной работы проведена на
международных научных конференциях:
-
IX Международная научно-практическая конференция "Перспективы развития строительного комплекса", ГАОУ ВПО "Астраханский ГАСУ", г. Астрахань, 27-29 октября 2015 г.
-
3-я Международная научно-практическая конференция Института архитектуры, строительства и транспорта «Устойчивое развитие региона: Архитектура, строительство, транспорт», ФГБОУ ВО «ТГТУ», г. Тамбов, 27-29 июня 2016 г.
3. 5th International Scientific Conference «Integration, Partnership and Innovation in
Construction Science and Education» IPICSE 2016, Moscow State University of Civil
Engineering, Moscow, October 16-17 year 2016.
4. XX Международная межвузовская научно-практическая конференция
«Строительство – формирование среды жизнедеятельности», НИУ МГСУ, г.
Москва, 26-28 апреля 2017 г.
Также результаты диссертационной работы были представлены на заседании
кафедры технологии и организации строительного производства НИУ МГСУ, на
заседании научно-технического совета НИУ МГСУ (отделение №2).
Практическая апробация результатов диссертационной работы проведена на строительном производстве плоской кровли 11-этажного жилого дома в составе строительства ЖК «Рассказово» по адресу: г. Москва, НАО, поселение Внуковское, дер. Рассказовка. Апробация происходила внутри ООО «Сити Констракшн», выступающего в роли генерального подрядчика.
Перечень публикаций. Научные результаты исследования достаточно полно изложены в 11 научных публикациях, из которых 6 работ опубликованы в журналах, включенных Перечень в рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, и 4 работы опубликовано в журналах, индексируемых в международных реферативных базах Scopus, Web of Science и других. В том числе по результатам исследования автором получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. В диссертации использованы результаты научных работ, выполненных автором – соискателем ученой степени кандидата технических наук – лично и в соавторстве, представленные в Списке работ, опубликованных автором по теме диссертации.
Соответствие диссертации паспорту специальности 05.02.22 «Организация производства (строительство)» установлено по пунктам 4, 5, 8, 11, а именно:
-
Моделирование и оптимизация организационных структур и производственных процессов, вспомогательных и обслуживающих производств. Экспертные системы в организации производственных процессов.
-
Разработка научных, методологических и системотехнических принципов повышения эффективности функционирования и качества организации производственных систем. Повышение качества и конкурентоспособности продукции, системы контроля качества и сертификации продукции. Системы качества и экологичности предприятий.
8. Развитие теоретических основ и практических приложений организационно-
технологической и организационно-экономической надежности производственных процессов. Оценка уровня надежности и устойчивости производства.
11. Разработка методов и средств планирования и управления
производственными процессами и их результатами.
Описание структуры и объема работы. Диссертационная работа включает в себя оглавление, введение, основную часть из 4-х глав, заключение, список сокращений и условных обозначений, список литературы, приложение. Работа выполнена на 180 страницах машинописного текста, включающего 22 таблицы, 31 рисунок, список литературы из 116 наименований и приложения на 10 страницах.
Организация строительных процессов в пространстве и времени
Согласно системному подходу строительное производство кровельных конструкций разделяют на простые однородные работы (технологические процессы) и операции, поддающиеся измерению, и производят увязку их между собой.
В зависимости от способа их увязки разделяют следующие режимы организации производства работ:
1) последовательный (минимальное количество потребляемых ресурсов, максимальная продолжительность);
2) параллельный (максимальное количество потребляемых ресурсов, минимальная продолжительность);
3) поточный (рациональный расход ресурсов, ритмичность, уменьшение сроков производства, повышение производительности труда).
Последовательный способ организации строительного производства в современном строительстве применяется редко, и в основном встречается в условиях вынужденного ограничения подрядчиком затрачиваемых ресурсов, вызванного задержками финансирования. Параллельный способ организации широко применяется в строительстве за счет выигрыша по срокам, он используется в случае большого фронта работ и объема финансовых ресурсов, позволяющих привлечь несколько подрядных организаций. Два подрядчика, параллельно осуществляя производство одного вида строительной продукции, естественным образом вступают в соревнование, которое при должном контроле со стороны заказчика (генподрядчика) благоприятно сказывается на итоговом результате. При этом внутри подрядной организации наиболее используемым является поточный метод организации работ, как наиболее рациональный способ производства по критериям ресурсосбережение и продолжительность.
При поточном методе фронт работ делят на захватки, а производственный процесс по созданию конечной строительной продукции разделяют на простые технологические процессы - производственные потоки. Строительство ведут таким образом, чтобы выделенные потоки выполнялись параллельно на разных захватках, при этом каждый поток должен последовательно переходить с захватки на захватку по всему фронту работ, не совершая перерывов. Кровельные работы можно разбить на потоки согласно каждому конструктивному слою кровли (пароизоляция, утеплитель, разуклонка, стяжка, гидроизоляция). Но выполнение первых четырех работ не требует рабочих различных специальностей, также данные работы не являются трудоемкими и имеют высокий темп выполнения (в среднем 1 смена на захватку), что способствует значительному расширению фронта работ. При строительстве кровельной конструкции недопустимо попадание атмосферных осадков внутрь конструктивных элементов кровли, поэтому не следует значительно увеличивать фронт работ в виду возможного негативного влияния погодных условий. В виду перечисленных доводов кровельные работы часто разделяют на два потока: конструкция кровли до стяжки, включительно, и гидроизоляционные работы.
Основные способы моделирования строительных процессов во времени следующие:
1) календарный план;
2) циклограмма;
3) сетевой график.
Календарный план традиционный метод представления последовательности и продолжительности технологических процессов, он является неотъемлемой частью ППР, и, хотя менее информативен чем два других метода, пользуется большой популярностью за счет наглядности и простоты.
Циклограмма - это усовершенствованный график Гантта, отражающий помимо продолжительности динамику перемещения технологических процессов в пространстве (с одной захватки на другую), что позволяет наглядно контролировать объемы выполненных работ. Циклограмма не получила широкого распространения в практике строительства по причине того, что уступает в простоте и наглядности календарному плану и является менее информативной моделью, чем сетевой график.
Календарный график и циклограмма строго детерминированы и служат для определения последовательности выполнения работ, расчета необходимых ресурсов, контроля продолжительности выполнения работ. Сетевая модель строительного процесса представляет собой ориентированный граф, вершины которого события, а ребра - процессы, на пути к достижению конечного результата - строительной продукции. Сетевой график обладает инструментами для обозначения взаимосвязей различных строительно-монтажных работ (СМР), учета возможных смещений, задержек и технологических перерывов строительных процессов. Сетевой график определяет критические работы, продолжительность выполнения которых напрямую влияет на продолжительность всего строительства, а также работы, имеющие резервы времени, смещение которых внутри данных резервов не приведет к увеличению сроков строительства. Таким образом сетевая модель наиболее адекватно описывает строительное производство, обладает большой гибкостью, а также отличается простотой интеграции в программную среду ЭВМ.
Сетевой график развивает и дополняет календарный план, оптимизирует организацию и увязку строительных процессов между собой, задает критический путь выполнения строительного проекта. Но при этом данные графики базируются на нормах трудозатрат и не учитывают большого числа других ОТФ (например, опыт работы трудовых кадров, инженерно-технические работники (ИТР) строительного контроля, производственно-технические ресурсы), что сужает область их применения до определения объема потребности в материальных и трудовых ресурсах, увязки строительных процессов и контроля их продолжительности.
Принцип измерения главных переменных системы (выходов модели)
Определив принцип измерения ОТФ - входов модели, необходимо установить порядок фиксации (измерения) целевой функции системы, соответствующей выходу модели. ОТП – обобщенный комплексный показатель строительного процесса, достоверно измерить который даже с помощью лингвистических термов не всегда простая задача, особенно, если главные переменные T и Q имеют различные значения. Оценка ОТП есть сложноформализуемая задача, так как в одинаковых внутренних и внешних условиях он может иметь различные значения, в зависимости от того, какие критерии (главные переменные) строительного процесса являются наиболее предпочтительными в конкретных условиях. Так веса переменных T и Q могут меняться в зависимости от степени ответственности объекта, имеющихся резервов времени, целей, возможностей и аппарата управления строительной компании во главе с ЛПР. Таким образом, для оценки ОТП строительного процесса необходимо обладать как можно более полной и достоверной информацией по главным переменным системы. В отличие от ОТП главные переменные T, Q легко поддаются измерению. Фактически на любом строительном объекте каждый день осуществляются подобные измерения, так, начальник участка, прораб, мастер в рамках своих должностных обязанностей предоставляют отчет о выполнении (продолжительности) строительного процесса, а инженер строительного контроля дает оценку качеству Q строительной продукции.
Качество строительной продукции - классический пример лингвистической переменной, которая измеряется с помощью термов естественного языка. В разработанной модели главная переменная Q разбита на 3 лингвистических терма, указанных в таблице 2.12.
Оценкой качества строительной продукции, которая используется в математической модели, выступает вероятность pi отнесения события к терму Ki, которая для конкретного зафиксированного события равна 1. Тогда главная переменная системы Q, соответствующая выходу модели у , представляет собой вектор YQ=(P,) = (PK1 ,PK2 ,PK3 ) (2-6) где / - индекс лингвистического терма.
Значения данного вектора - это вероятности получения строительной продукции, качество которой относится к термам K1,K2,K3, соответственно, при заданном наборе ОТФ. Например, для одного конкретного прецедента из выборки, в котором зафиксировано, что при определенном наборе ОТФ строительная продукция имела незначительные дефекты, устранимые в течение сдачи-приемки, вектор главной переменной Q (выход модели) будет иметь вид YQ = (1,0,0).
Проводя аналогию с теорией нечетких множеств, которая используется для оценки ОТФ модели, данный вектор можно представить, как вектор степеней принадлежности к выделенным лингвистическим термам в случае, когда отсутствует «нечеткость» или неопределенность оценки, т.е. когда точка А соответствует центральной точке терма Кь Следуя теории нечетких множеств можно увеличить достоверность оценки качества выполненных работ, введя «нечеткость» выбора между термами варьирования по одному из принципов, описанных в разделе 2.4. Так, можно задать степень принадлежности к терму К і в соответствии с процентным соотношением площади обнаруженного дефектного участка к площади всей рабочей захватки. Данный подход увеличит точность оценки, но при этом значительно усложнит извлечение обучающей выборки при проведении эксперимента, так как в отличие от ОТФ, которые не претерпевают сильные изменения в течение строительства для одной бригады одного подрядчика, главная переменная Q имеет более широкий диапазон изменений. Но, главное, введение такой точности измерения качества строительной продукции неэффективно в виду целей и задач моего диссертационного исследования, потому что незначительные дефекты согласно семантическому смыслу лингвистического терма K1 в независимости от своего масштаба устраняются в течение сдачи-приемки, а в случае если данный дефект остался в кровельной конструкции, то он не приведет к потере кровлей своих функций в течение гарантийных обязательств строительной компании, то есть в течение жизненного цикла кровли до плановых ремонтных работ. В то время как значительный дефект в кровельной конструкции даже на 1 м2 площади одной секции жилого дома может привести к потери защитных функций всей кровли в пределах данной секции за короткий промежуток времени. В связи с приведенными аргументами измерение отклика исследуемой системы, обозначающего качество строительной продукции, и соответствующего выходу модели YQ , решено было производить лингвистическими термами, принимая степень принадлежности выбранного терма равной 1.
Главная переменная системы T на первый взгляд - классический пример количественной переменной, измерение которой не составляет никакой проблемы. Но критерий «продолжительность строительного процесса» не имеет единой интерпретации для различных строительных объектов на подобии критерия «качество строительной продукции». То есть продолжительность строительного процесса всегда рассматривается относительно установленного для его выполнения промежутка времени согласно календарному и сетевому графикам строительства. Поэтому для каждого строительного объекта критерий продолжительности будет устанавливаться индивидуально в зависимости от установленных сроков строительства. Например, продолжительность устройства кровли на захватке №1 составила 28 дней, для строительного объекта А - это соответствует календарному графику, для объекта В - это превышает установленную календарным графиком продолжительность, но находится внутри имеющегося резерва времени согласно сетевому графику строительства, и для объекта С - данная продолжительность превышает установленные календарным и сетевым графиками пределы. В связи с этим в диссертационной работе в главе 3 при формировании модели предмета исследования вместо критерия T будет использоваться критерий P - сменная производительность труда одного рабочего. Данная характеристика может являться инвариантной на различных строительных объектах при одинаковых значениях ОТФ строительного процесса.
Главная переменная P отражает производительность труда, основной характеристикой которой является выработка - количество качественной строительной продукции, выполненной одним рабочим за единицу времени [57]. В диссертационной работе за единицу времени принята рабочая смена и фактическая сменная производительность труда Рфакт определяется по следующей формуле
В диссертационной работе в качестве оценки производительности труда строительного процесса, а следовательно главной переменной системы P, принята относительная сменная производительность труда YP, которая показывает отношение фактической производительности труда к ее нормативному значению Р , полученному по трудозатратам из сборника государственных элементных норма сметных нормативов (ГЭСН) на строительные работы [20], либо из сборника единых норм и расценок (ЕНиР) [22], при отсутствии необходимой работы в первом сборнике. Таким образом относительная сменная производительность, соответствующая выходу модели YP , определяется по следующей формуле норма
Главная переменная T будет возвращена в систему при создании модели ОТП строительного процесса, учитывающей особенности конкретного строительного проекта.
Обучение ИНСP
Каждый обучающий пример выборки (3.7) несет информацию по относительной сменной производительности труда одного рабочего при выполнении одного из 6-ти видов работ: устройство пароизоляции, утеплителя (2 слоя), разуклонки из керамзита и армирующей сетки, цементно-песчаной стяжки (ЦПС), гидроизоляции плоскости кровли (2 слоя), гидроизоляции примыканий кровли к стенам и парапетам (2 слоя). Обучение ИНСP по всей выборке прецедентов, создаст модель, предсказывающую относительную сменную производительность труда для всей конструкции кровли.
Устройство плоской кровли с конструктивным элементом ЦПС предполагает обязательный технологический перерыв производства работ в пределах одной захватки, в течение которого происходит набор критической прочности раствора стяжки согласно рабочей документации и требуемого значения влажности согласно СП 71.13330.2017 п. 5.1.6 [55]. Данный перерыв в зависимости от погодных условий строительства может составлять от 4-5 дней до 2-3 недель. А также работы по устройству гидроизоляции требуют определенного уровня квалификации рабочих по специальности «кровельщик» или «гидроизолировщик», что вызывает естественное разделение труда и формирование двух основных производственных потоков - устройство кровельной конструкции до ЦПС включительно и гидроизоляционные работы. Учитывая эти обстоятельства, для контроля и управления сроками производства больший интерес представляет производительность труда по выделенным производственным потокам, нежели по всей конструкции кровли. Поэтому для дальнейшего практического применения более предпочтительным является второй вариант обучения ИНСP, при котором необходимо разбить выборку на две части, в которых прецеденты соответствуют видам работ, включенным в основные производственные потоки, и обучить 2 модели, предсказывающих YP по устройству конструкции кровли на обозначенных этапах строительного процесса. Третий вариант обучения - сгруппировать прецеденты по каждому виду работ и обучить ИНСP отдельно по каждой группе примеров, тогда получим 6 моделей ИНСP, которые будут прогнозировать YP для каждого отдельного вида работ. Данный подход даст более детальное описание предмета исследования, возможность выявить конкретный вид работ, по которому может возникнуть проблемная ситуация. Но в таком случае нам придется разбить выборку в 854 прецедентов на 6 групп, в среднем по 140 примеров для каждой модели, что может быть недостаточно для обеспечения сходимости ИНС в виду положений, приведенных в разделе 2.6.2. А также такая степень детализации не будет иметь большого практического эффекта по сравнению со вторым вариантом в виду небольшого числа составляющих процессов и короткого промежутка времени их реализации. Так, при рациональной организации строительства цикл работ, объединенных в первый производственный поток, в пределах одной захватки (150-300 м2), составляет 3-4 рабочие смены. Поэтому принято решение проводить обучение согласно второму варианту, получая 2 модели: ИНСP-1, прогнозирующей относительную сменную производительность труда одного рабочего для производственного потока по устройству конструкции кровли до ЦСП включительно, и ИНСр-2, прогнозирующей YP для производственного потока по устройству гидроизоляции кровли.
Разделим выборку прецедентов (3.7) на две части U и L2 - в первую произведен отбор прецедентов, относящихся к первому производственному потоку, среднюю производительность которого должна прогнозировать ИНСр-1, вторая выборка составлена из прецедентов, относящихся к гидроизоляционным работам, соответственно. В результате такого отбора из выборки L длиной N = 854 примера получены выборки U длиной N1 = 479 и L2 длиной N2 = 375.
Согласно разделу 2.6.3 выборка U разбивается на обучающую выборку Ltrmn и контрольную Ltest в соотношении 9 к 1. Далее на основании выборки Ltrain создается первая бутстрэп-выборка Lm с помощью операции статистический бутстрэп. Длина бутстрэп-выборки принимается равной длине выборки Ltram. Затем с помощью разработанной автором программы производим обучение ИНСР-1 по алгоритму обратного распространения ошибки, описанному в разделе 3.3.2. Один проход всех обучающих примеров выборки Lm через обучающий алгоритм называется эпохой. После каждой эпохи производится расчет средней квадратической ошибки MSEtest1 на контрольной выборке Ltest. Обучение продолжают до стабилизации MSEtest1 около некоторой константы с, рассчитанной за несколько последних эпох. Весь описанный процесс обучения до стабилизации MSEtest1 составляет один цикл.
Обучение строится по технологии бэггинг, описанной в разделе 2.6.3. Поэтому следующий шаг - формирование новой бутстрэп-выборки ЬВ2 и обучение
ИНСР-1 заново на данной выборке с контролем сходимости MSEtest2 на выборке Ltest. Затем производится усреднение полученных весовых коэффициентов w данных моделей и расчет общей MSEtest на выборке Ltest. Динамика уменьшения MSEtest от количества циклов обучения ИНСР-1 на бутстрэп-выборках представлена на Рисунке 3.7. На 26-м цикле достигнута MSEtest = 0,042, что соответствует ошибке є = 0,205, дальнейшее обучение показывает, что уменьшение MSEtest практически не происходит, так на 42-м цикле установлена MSE = 0,038.
Для проверки полученных результатов выполним 10-ти кратную перекрестную проверку согласно технологии, описанной в разделе 2.6.4. При 10-ти кратной перекрестной проверке процесс обучения ИНС, приведенный выше, повторяется еще 9 раз, при этом каждый раз обучение и расчет MSEtest выполняется по новым выборкам Ltram к и Ltest к, соответственно. Результаты проверки, представленные на Рисунке 3.8, подтверждают достижение сходимости ИНС при полученной ошибке MSEtest = 0,038.
Аналогично было проведено обучение ИНСP-2 на выборке L2. Здесь сходимость достигнута на 22-м цикле, на котором получена MSEtest =0,034, что соответствует є = 0,184. Процесс сходимости ИНСP-2 отражен на Рисунке 3.9.
По результатам 10-ти кратной перекрестной проверки, приведенным на Рисунке 3.10, установлено, что проверка MSEtest 9-ти моделей на разных контрольных выборках дала средний результат MSE =0,0418, что свидетельствует об успешном обучении ИНСP-2.
Апробация созданной методики принятия эффективных ОТР при строительстве кровли жилого многоэтажного здания
Апробация разработанной методики производилась при строительстве кровли многоэтажного жилого дома в составе жилого комплекса «Рассказово» по адресу: г. Москва, НАО, поселение Внуковское, дер. Рассказовка (Приложение В). В течение строительства кровельных конструкций одного из домов данного жилого комплекса происходило извлечение выборки прецедентов для обучения модели, разработанной в главе 3. Созданная методика была применена при строительстве кровли второго дома жилого комплекса, информация по которому не участвовала в обучении модели.
По завершении работ первого производственного потока до ЦПС включительно на первой захватке первой секции было установлено отставание от календарного плана строительства, сопровождающееся переносами сдачи-приемки выполненных работ в связи с выявлением значительных дефектов службой строительного контроля, а также был установлен брак строительной продукции (ЦПС не набрала критическую прочность). По традиционной схеме организации и управления строительством (Рисунок 4.1) на производственном совещании было принято ОТР об увеличении количества рабочих. При последующем производстве СМР на второй захватке не было установлено положительной динамики и отставание от календарного графика продолжило расти. За отчетный период (9 дней) были зафиксированы результаты строительного процесса по устройству кровельных конструкций по критериям T и Q, которые обозначены в Таблице 4.1. Работы проводились ранней осенью, поэтому параметр J4 «погодные условия» имел только два значения: «0» - благоприятные погодные условия, «1» - проливные дожди. По данным результатам видно, что при любых погодных условиях был допущен брак строительной продукции, были зафиксированы переносы-сдачи приемки в результате выявления значительных дефектов, что в совокупности с другими факторами привело к отставанию от календарного графика.
Затем была применена разработанная методика принятия эффективных ОТР при строительстве кровельных конструкций. Согласно блок-схеме на Рисунке 4.2 был произведен сбор информации по основным ОТФ строительного процесса, результаты которого приведены в 4-м столбце Таблицы 4.2.
После сбора информации по ОТФ строительного процесса оператор ИНСОТП произвел обработку полученной информации. В роли оператора выступал автор диссертационной работы, результаты обработки информации с помощью изложенной в работе методологии приведены в 5-м столбце Таблицы 4.2. За состояние устойчивого равновесия системы по критерию Т «продолжительность процесса» было принято состояние A - соответствие сроков выполнения работ календарному графику, по критерию Q «качество строительной продукции» - брак строительной продукции не допустим, что соответствует минимальной критической вероятности равной верхнему доверительному пределу фактической вероятности рсг = 0,07, а частота переносов сдачи-приемки из-за выявления значительных дефектов строительной продукции не должна оказывать влияние на устойчивость по критерию Т.
При вводе данных из Таблицы 4.2 в ИНС0Ш было получено значение ОТП равное «0» при осадках и при благоприятных погодных условиях, что прогнозирует потерю устойчивости и повышение вероятности невыполнения запланированных результатов строительства. Данный прогноз ИНСотп подтвержден полученными результатами сбора информации из Таблицы 4.1. Проведенные на этапе сбора и обработки информации работы не только переводят информацию по ОТФ на язык модели ИНСош, но и предоставляют наглядное отображение состояния всех ОТФ строительного процесса, в результате чего можно выявить ОТФ, находящиеся в критическом состоянии.
На основании этих данных проводятся работы блока методической схемы «выбор ОТФ и меры их изменения». Факторами, находящимися в критическом состоянии, в рассматриваемом случае являются следующие: gi «строительные машины и инструменты», g4 «квалификация рабочих», g5 «опыт работы», g7 «мастер». Выбор меры изменения ОТФ производится методом последовательного приближения к значению отп = і с помощью постепенного увеличения выбранных ОТФ и ввода в ИНСош. Таким образом данный блок выполняется совместно с блоком «проверочная корректировка ОТФ».
При оценке ОТФ gi выявлено, что подача раствора ЦПС осуществляется штукатурной станцией, которая не прошла ТЭО по своей производительности. Была произведена первая итерация проверочной корректировки ОТФ, состоящая в замене штукатурной станции на бетононасос, результаты которой отражены в Таблице 4.3.
Так как 1-я итерация не дала ожидаемого результата, было решено заменить мастера строительного участка на данной захватке на более компетентного специалиста, состоящего в штате строительной компании подрядчика. Но в результате проведенной 2-ой итерации получен аналогичный результат, приведенный в Таблице 4.4 и свидетельствующий о неэффективности принятых ОТР при любых погодных условиях.
Для корректировки ОТФ g4 «квалификация рабочих», g5 «опыт работы» необходимо было провести замену строительной бригады. Строительная компания подрядчика не могла произвести подобную корректировку ОТФ, так как не имела свободных бригад на тот момент времени. В данной связи было принято решение повысить ОТП за счет корректировки ОТФ, не находящегося в критическом состоянии, но имеющего сильное влияние на результаты строительного процесса. А именно, была проведена 3-я проверочная итерация, где скорректирован ОТФ g8 «прораб», как показано в Таблице 4.5.
В результате модель ИНСОТП дала значение «1» при благоприятных погодных условиях и значение «0» в случае ухудшения погодной обстановки - при проливных дождях. Сравнительный анализ результатов применения разработанной в диссертации методики представлен в Таблице 4.6.
По прогнозам погоды на период (4 дня), необходимый для завершения первого производственного потока на 3-ей захватке, было установлено отсутствие негативных погодных явлений, поэтому было решено остановить корректировку ОТФ на данном этапе и результаты 3-ей итерации запустить в производство. В результате сбора данных в конце отчетного периода (4 дня) установлены результаты строительного процесса по критериям «продолжительность» и «качество строительной продукции», соответствующие запланированным. Данные результаты подтверждают эффективность принятых ОТР.
Подобная апробация была проведена с другими строительными бригадами, разными подрядными организациями, участвующими в строительстве кровли данного дома при различных погодных условиях. Полученные результаты подтвердили достоверность работы модели ИНСОТП и эффективность разработанной методики принятия ОТР.