K počítačovému modelování realizace výstavby pro investory a dodavatele

Systém je založen na modelování procesu realizace výstavby pomocí tzv. stavebně technologických síťových grafů. Tato metoda umožňuje, mimo jiné, vytvářet a používat tzv. typové síťové grafy jako předem připravené modely stavění jednotlivých druhů objektů formou počítačových souborů. Ty mohou být modifikovány podle prostorové struktury skutečných objektů při jejich použití při tvorbě studie proveditelnosti, nebo časového a finančního plánování a řízení staveb. Systém dále umožňuje automatizovaně vytvářet kontrolní a zkušební plány (plány kontrol a přejímek pro zajištění kvality) i environmentální plány (plány pro eliminaci nepříznivých vlivů stavební činnosti na životní prostředí). Je zajištěna přímá návaznost na výkaz výměr (soupis prací a dodávek s číslováním jednotlivých položek), rozpočet (soupis prací a dodávek s oceněním), popř. výrobní kalkulaci a přes operativní evidenci pro řízení staveb též na účetní agendu investorské organizace.

Problémy při plánování výstavby a možnost jejich řešení

Při plánování investice zejména stavebního charakteru je zapotřebí, aby investor či developer měl možnost rychlým způsobem získat podklady o optimálním technologicky správném postupu výstavby. Z něj vyplývá rozumná cena investice, technologicky zdůvodněný termín dokončení, přehled o časovém financování stavby, popř. využití dalších zdrojů a plán kontrol kvality prováděného díla. I potenciální dodavatel musí být schopen pro získání zakázky na určitou dodávku stavby rychle reagovat při zpracování své cenově a technologicky zdůvodněné nabídky na investorovo zadání a dokázat tyto dokumenty využít ve spolupráci s investorem i pro časové i finanční řízení procesu realizace stavby, viz [5], [7]. Tato problematika je řešena na počítači pomocí stavebně technologických síťových grafů, které využívají a respektují i zásady projektového řízení i zajištění kvality stavební produkce.
Při tvorbě plánu investice je nutné, aby programové vybavení dodavateli i investorovi bylo schopno dát podklady na zodpovězení základních otázek, zejména o ceně stavby a lhůtě výstavby, dále o potřebě finančních prostředků v čase, o nasazení pracovních sil, potřebných výrobních prostředcích a kontrole kvality stavebních prací a působení stavební činnosti na životní prostředí.
Kvalita tohoto zdůvodnění pochopitelně závisí na tom, jaké podklady o uvažovaném investičním celku jsou v daném okamžiku k dispozici. Pomocí stavebně technologických síťových grafů, které využívá vyvinutý expertní programový systém, viz také [2], [3], [4], [6], má uživatel možnost rychle si namodelovat předpokládaný postup výstavby na počítači na podkladě objektivizovaných dat o stavebních procesech podle typových postupů stavebních prací na různých druzích objektů, tj. pomocí tzv. typových síťových grafů. Tato objektivizovaná data jsou pravidelně půlročně aktualizována sběrem dat od cca 10 českých stavebních firem a jejich následným vlastním zpracováním [8]. K úspěšnému modelování v úvodních stadiích plánování investice stačí i dokumentace k územnímu řízení, ze které lze získat údaje o rozdělení souboru staveb na jednotlivé celky, jejich objemu v účelových měrných jednotkách (m³ obestavěného prostoru, m² komunikací, m přípojek aj.), údaje o jejich prostorové struktuře, základní data o jejich konstrukčním systému a základní požadavky na lhůtu výstavby. Pochopitelně, čím je dokumentace projektu přesnější, tím jsou přesnější i výsledky modelu jeho realizace. Velmi vhodná pro modelování realizace projektu je dokumentace pro stavební povolení, jejíž součástí je plán organizace výstavby.
Modelem realizace stavby jsou základní doklady stavebně technologické dokumentace [4], založené na algoritmu výpočtu stavebně technologického síťového grafu, tj. technologický rozbor (normál) jakožto soupis prováděných činností s jejich ohodnocením zdroji potřebnými pro výpočet jejich doby, ceny a nákladů i spotřeby materiálu, harmonogram (časový graf), popř. časoprostorový graf, operativní a finanční plán, grafy a přehledy potřeby různých ekonomických i technologických zdrojů v čase, kontrolní a zkušební plán a environmentální plán. Tyto dokumenty mohou být doplněny sestavou rozpočtu, případně výkazu výměr (?slepého? rozpočtu), do kterého potenciální dodavatelé při nabídkovém řízení doplňují své cenové ukazatele. Na základě modelových vstupních údajů může dodavatel provádět i rozvahu zařazení předpokládané dodávky z hlediska disponibilních zdrojů v čase pro celý podnikatelský program podniku. Takto pojaté modelování realizace výstavby slouží k jejímu časovému i finančnímu plánování a řízení a stává se součástí systému řízení kvality podle ISO 9001 a 9002.

Nutné podmínky pro zpracování modelu realizace stavby na počítači

Pro rychlé a přesné vytvoření modelu postupu realizace stavby je k dispozici datová základna pro modelování postupu výstavby, která se pravidelně půlročně aktualizuje. Datová základna obsahuje databázi normativních údajů o stavebních procesech v technologické struktuře dílčích stavebních procesů (pracovních čet), či etapových a objektových procesů. V ní jsou uloženy základní údaje o pracnosti produktu, o produktivitě práce, o složení pracovní čety, o nutných technologických přestávkách, o jednotkové ceně produktu, popř. o dalších zdrojích potřebných pro vyrobení měrné jednotky produktu procesu. Dále je k dispozici navazující databáze kontrol kvality všech produktů stavebních procesů, které jsou uloženy ve výše zmíněné databázi normativních údajů.
Druhou částí datové základny jsou typové postupy prací na určitých druzích staveb formou stavebně technologických typových síťových grafů [3], [4], vztažených na účelovou měrnou jednotku podle druhů staveb. V typových síťových grafech jsou obsaženy v technologickém sledu veškeré stavební činnosti, které se při výstavbě mohou vyskytnout, včetně všech technologických a organizačních vazeb. U často se vyskytujících činností je zadán i objem prací vztažený na účelovou měrnou jednotku stavby. Tyto typové síťové grafy je možné pro vymodelování optimálního postupu výstavby modifikovat podle prostorové struktury konkrétního objektu. Při jejich tvorbě se totiž využívá metoda stavebně technologického síťového grafu, která tuto modifikaci umožňuje pomocí tzv. hlavních součinitelů pracovní fronty. Typové síťové grafy mohou být konkrétním uživatelem uzpůsobeny jeho ustáleným zvyklostem ve skladbě pracovních čet i nejčastěji užívaným technologiím stavění jednotlivých druhů staveb i používaným konstrukčním systémům. Uživatel si také může vytvářet vlastní typové síťové grafy. V současné době je k dispozici cca 50 typových síťových grafů výstavby různých objektů.
Programový systém je však zcela obecný a otevřený a nemusí vždy využívat pouze typových síťových grafů a údajů ze zmíněných databází pro vymodelování postupu výstavby investičního celku. Do počítačového modelu realizace stavby je možné zadávat jakékoli činnosti (druhy stavebních prací, provozní soubory, projektové, investorské a developerské činnosti atp.). Využívání předem připravených typových síťových grafů a databází však práci při modelování postupu výstavby vysoce urychluje. Oproti systémům, které tyto možnosti nemají a kde je potřeba každý model postupu výstavby vytvořit postupným zadáváním všech činností a vazeb síťového grafu, dob činností, potřebných zdrojů atp., se využitím systému užívajícího stavebně technologických síťových grafů práce při přípravě stavby zrychlí více než padesátkrát.

K rychlé tvorbě počítačového modelu realizace stavby

Při modelování postupu výstavby při plánování investice se v první fázi obvykle vychází z typového síťového grafu a datové základny činností. Vybere se druh stavby, který se bude modelovat podle typového síťového grafu. Průběh výstavby lze modelovat podle počtu účelových měrných jednotek (např. m³ obestavěného prostoru), nebo z celkové ceny, pokud je známa. Počítač pak automaticky vytváří příslušné soubory se všemi údaji o procesech, včetně všech potřebných vazeb síťového grafu a všech zdrojů pro příslušnou stavbu, přičemž bere v úvahu technologický postup výstavby daný typovým síťovým grafem.
Po takovémto převedení typového síťového grafu na prvotní model postupu výstavby konkrétní stavby má uživatel možnost zadat následující (další) stavbu opět na základě typového síťového grafu nebo na základě již hotového předem připraveného stavebně technologického síťového grafu další stavby. Podobně je možné zadat i následující stavby v projektu, společně se zadáním nových hlavních součinitelů pracovní fronty. Je rovněž třeba zvolit návaznost nyní zadávané další stavby na stavbu předcházející.
Takto se postupně vytvoří prvotní model výstavby všech částí investičního celku, který se ještě dále obvykle upravuje. Při úpravě lze některé namodelované procesy vypouštět, jiné přidávat, popřípadě namodelované hodnoty z typových síťových grafů, včetně údajů o technologických a ekonomických zdrojích, upravovat, nebo do síťového grafu ?přihrávat? či z něj vypouštět další dílčí menší síťové grafy. Obvykle se mění zejména objemy, popř. jednotkové ceny rozhodujících 25-30 % tzv. Paretových činností, které ovlivňují 80 % výsledné ceny projektu. Tyto objemy lze obvykle zjistit i odměřením z výkresů, které bývají součástí zadání. Tím se postupně model průběhu výstavby zpřesňuje a vzniká i přesnější obrázek o potřebě zdrojů v čase, ceně stavby i jejím časovém průběhu, který se určí výpočtem síťového grafu. Při respektování výše uvedeného faktu je možné určit během cca dvou hodin práce cenu realizace stavby s odchylkou cca 5-8 % (podle úrovně dokumentace, která je v okamžiku tvorby modelu realizace k dispozici) oproti klasickému výpočtu pomocí kalkulačního programu, který by obvykle trval cca dva až tři dny. Systém je vybaven tzv. minikalkulací, která umožňuje stanovit jiný kalkulační vzorec pro výpočet ceny pro každou modelovanou stavbu. Listování částí modelu s růžově vyznačenými Paretovými činnostmi je na obr. 1.

¤ Obr. 1. Listování částí modelu postupu realizace výstavby

Uživatel může samozřejmě upravovat modelový síťový graf podle podmínek dané stavby i co se týče jeho struktury a vazeb. Část síťového grafu kolem určitého sledovaného procesu je možno prohlížet na obrazovce i s tzv. hlavními vazbami, které jsou rozhodující pro výpočet termínů sledovaného procesu, obr. 2. Červeně jsou vyznačeny kritické činnosti, zeleně činnosti s časovou rezervou. Hlavní vazby jsou v něm zvýrazněny hnědými úsečkami. Čísla nad tmavě modrými úsečkami znázorňujícími vazby označují druh vazby a jejich upřesňující hodnotu (časovou hodnotu, součinitel pracovní fronty, popř. součinitel částečné vazby).

¤ Obr. 2. Část stavebně technologického síťového grafu

Systém umožňuje provádět tzv. odladění síťového grafu, což je výpočet počtu pracovníků vzhledem k danému termínu ukončení výstavby. Po tomto výpočtu se objeví spočtené údaje o lhůtě výstavby, ceně stavby, a tím pádem lze vypisovat technologický rozbor (normál), harmonogram, včetně hlavních vazeb, obr. 3, i přehledy potřeby různých sledovaných zdrojů, zejména počtu pracovníků a financování stavby (cash flow) v čase, obr. 4, a vykreslit časoprostorový graf postupu výstavby. V harmonogramu na obr. 3 jsou červeně vyznačeny činnosti na kritické cestě, zeleně činnosti s časovou rezervou, popř. modře činnosti zpožděné. Modrými svislými šipkami jsou zde znázorněny rozhodující vazby síťového grafu. V průběžném grafu potřeby financí na obr. 4 jsou žlutě vyznačeny hodnoty vyplývající z termínů nejdříve možných, červeně hodnoty plynoucí z termínů nejpozději přípustných. Samozřejmostí je kumulativní forma grafu potřeby u nasčítatelných zdrojů.

¤ Obr. 3. Harmonogram s hlavními vazbami síťového grafu (část)

¤ Obr. 4. Graf potřeby financí (průběžně)

Velmi vhodný pro developery a investory, ale i pro dodavatele je přehled potřeby zdrojů v čase, jehož část je na obr. 5. Zobrazuje přehled vybraného zdroje, buď v měsíčních, nebo čtvrtletních obdobích pro jednotlivé stavby, pro všechny stavební procesy na jednotlivých objektech a celkově za celý projekt. V tomto případě je vybraným zdrojem rozpočtová cena stavby.
Takto vytvořený podrobný model v technologické struktuře dílčích stavebních procesů (prací jednotlivých pracovních čet) je velmi vhodný pro řízení realizace staveb přímo na staveništi. Pro projektové řízení investora nebo developera či pro vrcholový management stavební firmy je tato informační úroveň v řadě případů až příliš podrobná. Proto je možné podrobný model procesu výstavby dále agregovat do jiných technologických struktur - etapových procesů, procesů stupně rozestavěnosti, objektových procesů, řemeslných oborů, prací jednotlivých dodavatelů a činností definovaných přímo uživatelem. Tento přístup umožňuje vytvořit ideální informační úroveň modelu postupu výstavby pro jakéhokoli uživatele v oblasti projektové přípravy a řízení postupu realizace stavby.
Na obr. 6 je vykreslený časoprostorový graf průběhu výstavby jednoho objektu v technologické struktuře etapových procesů. Je to příklad agregovaného výstupu, který je stručný a přehledný, ale přesto je podložen podrobnou stavebně technologickou analýzou a syntézou, která může zůstat skryta.

¤ Obr. 5. Přehled potřeby financí v čase (část), ceny celkem v měsících (v tis. Kč)

¤ Obr. 6. Agregovaný časoprostorový graf jednoho objektu

Návaznost na další agendy plánu a řízení realizace staveb

Takto sestavený model postupu výstavby vytvořený pomocí metodiky tvorby stavebně technologického síťového grafu stavby zahrnuje všechny potřebné údaje pro plánování a řízení postupu výstavby i pro bilancování zdrojů. Proto ho lze využít jako stavebně technologickou dokumentaci pro studie proveditelnosti, investiční záměry, plány organizace výstavby, nabídky, předvýrobní a výrobní přípravu, sestavování operativních plánů, získání přehledu o potřebě technologických zdrojů, tj. rozhodující potřebě materiálů, strojů i pracovních sil, i ekonomických zdrojů, tj. přehledu o financování stavby i o fakturaci. Na základě tohoto modelu výstavby se pomocí dalších programových modulů expertního systému automatizovaně vytvoří i kontrolní a zkušební plán pro řízení kvality podle ISO 9001 a 9002 [1] a environmentální plán podle ISO 14001, jak bude popsáno v některém z následujících čísel tohoto časopisu.
Model postupu výstavby lze po postupném zpracování výrobní kalkulace dále upřesňovat přímým přebíráním údajů z výrobních kalkulací do dokumentů přípravy stavby. Je zajištěna např. přímá návaznost systému pro modelování postupu výstavby na 24 systémů výrobních kalkulací a rozpočtů užívaných v České a Slovenské republice. Pokud má uživatel k dispozici tiskovou sestavu výkazu výměr nebo rozpočtu, zpracovanou na jakémkoli systému, zejména v Excelu, ve formě souboru, může výměry činností, popř. jejich cenové ukazatele z této sestavy automatizovaně přenášet i s případným nutným uzpůsobením technologické struktuře činností v síťovém grafu.
V průběhu výstavby jsou všechny dokumenty velmi snadno aktualizovatelné podle skutečně dosažené úrovně dokončení částí stavebního díla. Při případném zpoždění je možné automatizovaně vypočítat opatření, které je třeba zavést, aby původní termín ukončení realizace stavby byl dodržen. Číselné výstupy lze exportovat do tabulkového kalkulátoru Excel, celý stavebně technologický síťový graf lze exportovat do systému MS Project. V poslední době byla vyvinuta ještě pracovní oblast operativní evidence a vedení finančního deníku stavby, která umožňuje přímou návaznost na finanční účetnictví stavební firmy a slouží zejména pro potřeby operativního řízení průběhu stavby jak z hlediska investora, tak i z hlediska dodavatele. Veškeré výstupy kromě kontrolních a zkušebních plánů a environmentálních plánů je možné získat pomocí automatického překladu i v angličtině, ruštině a italštině.

Závěry

V předloženém příspěvku jsou naznačeny principy racionálního zpracování dokumentů pro plánování a řízení realizace stavby pomocí počítačového modelování založeného na využití metody stavebně technologických síťových grafů v úzké návaznosti na metodiku stavebně technologického projektování a projektového řízení.
Systém pomocí datových základen a soustavy typových síťových grafů umožňuje velmi rychlé vytváření modelů výstavby staveb, včetně výpočtu ceny, pracnosti a zdrojů využitelných pro plánování investic, zpracování nabídek i řízení procesu výstavby i jejich odladění a výpočet kapacit vzhledem k požadovanému termínu ukončení výstavby. Potvrzuje se, že co se na jiných systémech vytváří týden, na popsaném expertním systému trvá cca dvě až tři hodiny a výstupy jsou podstatně kvalitnější, neboť jsou podloženy stavebně technologickou analýzou a syntézou a optimalizací průběhu výstavby z hlediska maximálního využití pracovního prostoru na staveništi. Propojení se systémy výrobních kalkulací umožňuje okamžité využití modelů staveb zpracovaných při nabídce i pro zpracování výrobní přípravy pro řízení stavby, díky možnosti úplného převzetí údajů z výrobní kalkulace. Významná je i aktualizace veškerých dokumentů vzhledem k rozestavěnosti a výpočet potřebných kapacit pro dodržení termínu ukončení výstavby při případném zpoždění. Velmi významná je také přímá návaznost agendy kontrolních a zkušebních plánů a evidence kontrol kvality na model postupu výstavby a environmentálních plánů a evidence kontrol environmentálních aspektů. Tyto oblasti budou popsány v některém z následujících čísel tohoto časopisu. V současné době se zmíněný systém využívá u cca 370 stavebních i investorských a developerských firem v České i Slovenské republice.
Významné stavby, na které byly zpracovány základní dokumenty přípravy stavby pomocí expertního systému, jsou například: opravy a dostavba budov centrály České spořitelny v Praze, budova Nationale Nederlanden (tančící dům) v Praze, oprava stavební úpravy Toskánského paláce v Praze, výstavba Státní vědecké knihovny Liberec, výstavba tiskárny MAFRA v Olomouci, oprava stavební úpravy Promstrojbanky v Petrohradě, rekonstrukce České národní budovy v New Yorku… Příklad sídlištního celku Zahradní čtvrť Praha-Zbraslav uvádí obr. 7. Systém byl užit i pro modelování a řízení postupu výstavby na řadě inženýrských staveb (silnice, železnice, mosty, tunely apod.). Systém byl využit i pro zpracování časových plánů v plánech organizace výstavby, např. dostavby Masarykovy nemocnice v Ústí n. L., výstavby Sazka arény a dalších. Systém se dále využívá ve výuce předmětu technologie staveb (příprava a realizace staveb) na všech stavebních fakultách v České i Slovenské republice.
Systém lze provozovat na mikropočítačích kompatibilních s IBM PC pod operačním systémem MS Windows 95/98/NT/2000/2003/XP. K provozu je zapotřebí harddisku s volným prostorem min. 25 MB a tiskárny, popř. plotteru. Další informace i o jiných programech systému jsou k dispozici na internetové stránce www.sitovegrafy.cz, včetně možnosti stažení demo-verze.

¤ Obr. 7. Sídlištní celek Zahradní čtvrť Praha-Zbraslav - část počítačové vizualizace

Použitá literatura
[1] Gašparík, J.: Manažérstvo kvality v stavebníctve, Vydavateľstvo Jaga group, v. o. s., Bratislava 1999, ISBN 80-88905-13-3
[2] Jarský, Č.: On Modeling of the Building Process by a Computer Expert System, proceedings of the 8th International Conference on Computing in Civil and Building Engineering 2000, Stanford University, Stanford, California, USA, ASCE Reston VA 2000, ISBN 0-7844-0513-1
[3] Jarský, Č.: Automatizovaná příprava a řízení realizace staveb, CONTEC Kralupy n. Vlt. 2000, ISBN 80-238-5384-8
[4] Jarský, Č., Musil F. a kol.: Příprava a realizace staveb, Akademické nakladatelství CERM s. r. o. Brno 2003, ISBN 80-7204-282-3
[5] Kozlovská, M.: Integrovaný prístup k riadeniu času, nákladov a kvality vo výstavbovom procese, Conference Proceedings of International Conference on Developments in Building Technology, Slovak Technical University Bratislava 2001, ISBN 80-227-1572-7
[6] Makýš, P.: Časové plánovanie výstavby softvérom Contec, Stavba - mesačník pre stavebníctvo a interiéry, str. 46-48, ročník II, číslo 4, Bratislava 1999
[7] Musil, F.: Příprava a řízení výrobních procesů - podmínka snižování nákladů na stavbu, Sborník příspěvků XI. mezinárodní vědecké konference, sekce č. 13, SvF VUT Brno 1999, ISBN 80-214-1445-6
[8] Vrána, P.: APSTA - Datová základna pro přípravu a řízení staveb, instruktážní příručka, NETDATA Praha 2004