Modelování postupu výstavby a fáze přípravy a řízení realizace staveb

Na základě modelových vstupních údajů může dodavatel též provádět i rozvahu zařazení předpokládané dodávky z hlediska disponibilních zdrojů v čase pro celý výrobní program podniku. Systém má možnost upřesňovat výše uvedené dokumenty podle výrobní kalkulace a sledovat skutečný postup provádění stavby pomocí operativní evidence, obvykle přímo propojené na účetní agendu podniku. Pro rychlé modelování je k dispozici pravidelně půlročně aktualizovaná databáze objektivizovaných dat o dílčích stavebních procesech a jejich kontrolách kvality a soustava typových postupů stavebních prací na různých druzích objektů, tzv. typových síťových grafů, které jsou modifikovatelné podle prostorové struktury skutečného objektu. Do počítačového modelu realizace stavby je možné zadávat jakékoli činnosti (druhy stavebních prací, provozní soubory, projekční a investorské činnosti atp.). Využívání předem připravených typových síťových grafů a databází však práci při modelování postupu výstavby urychluje. Oproti systémům, které tyto možnosti nemají a kde je nutné každý model postupu výstavby vytvořit postupným zadáváním všech činností a vazeb síťového grafu, doby činností, potřebných zdrojů atp., se využitím systému užívajícího stavebně technologických síťových grafů práce urychluje více než dvacetkrát. Výsledné dokumenty, které jsou obvykle vytvářené v technologické struktuře dílčích stavebních procesů, jsou velmi vhodné pro řízení stavby z úrovně stavbyvedoucího, pro vyšší řídicí orgány dodavatele nebo investorské řízení jsou však někdy příliš podrobné.
Proto byl vyvinut postup, který umožňuje tyto podrobné dokumenty agregovat do jiné technologické struktury a vytvářet výstupy vhodné i pro jiné uživatele, kteří řídí realizaci stavby z jiné, obvykle vyšší úrovně řízení. Programové vybavení je schopno po případné interaktivní úpravě všech údajů v modelu postupu výstavby v agregované úrovni automatizovaně vytvářet typové síťové grafy, ve kterých jsou obsaženy agregované procesy. Je možné rovněž automatizovaně doplňovat databázi normativních údajů v procesech vyšší technologické struktury, která je k systému vytvořena a která má stejnou strukturu jako databáze normativních údajů o dílčích stavebních procesech. Tímto způsobem jsou vytvářeny stručné dokumenty, které však neztrácejí přesnost, neboť jsou podloženy podrobným modelem realizace výstavby v technologické struktuře dílčích stavebních procesů.

Agregace do etapových procesů

V síťových grafech zmíněného systému vytvořených v technologické struktuře dílčích procesů (pracovních čet) je u každého procesu zadáno přiřazení do technologické etapy: 0. zemní práce a bourání; 1. zakládání; 2. hrubá spodní stavba; 3. hrubá vrchní stavba; 4. střecha; 5. hrubé vnitřní konstrukce; 6. omítky a potěry; 7. podlahy, povrchy a technologie; 8. vnitřní kompletace; 9. vnější úpravy; 10. rezerva, přejímky.
Princip agregace dílčích stavebních procesů do etapových procesů je schématicky znázorněn v obrázku 1. V časoprostorovém grafu jsou číslicemi označeny jednotlivé dílčí stavební procesy patřící do stejného etapového procesu. Například etapový proces zemních prací může obsahovat následující dílčí procesy: přípravné a přidružené práce, skrývku ornice, hloubené vykopávky strojní, ruční vykopávky, odvoz zeminy a úpravu podloží základové spáry. Potom je možné etapový proces znázornit tučně vyznačeným kosodélníkem (obrázek 1), přičemž dobou rozvinutí etapového procesu T’ se rozumí časový interval mezi začátkem prvního dílčího procesu a začátkem posledního dílčího procesu v příslušném procesu etapovém a dobou etapového procesu ti je časový interval mezi začátkem prvního dílčího procesu a koncem posledního dílčího procesu v příslušném procesu etapovém. Jelikož při výpočtu termínů začátků a konců dílčích stavebních procesů pomocí síťových grafů vycházejí tzv. nejdříve možné a nejpozději přípustné termíny, proto i takto navrženou agregaci je možné provádět pomocí těchto druhů termínů a počítat rezervy agregovaných procesů.
Při agregaci dílčích procesů do etapových je potřeba určitým způsobem upravovat některé položky věty o procesu v souboru modelu postupu výstavby. Některé položky se podle příslušnosti dílčích procesů do etapového procesu sčítají, jiné se upravují podle určitého výchozího předpokladu. Název procesu se vytváří automaticky a je v něm zahrnuto jméno etapy a případně číslo JKSO příslušného objektu. Upřesnění názvu, což je vlastně označení objektu, se přebírá z dílčích procesů. Za měrnou jednotkou všech agregovaných procesů je považováno tisíc Kč (TKč). Norma času a produktivita práce se vypočítá pro etapový proces na základě agregace (součtu) pracnosti a cen dílčích procesů do etapových z celkové pracnosti a celkových cen, popřípadě z objemu v TKč pro etapový proces, a z počtu pracovníků.
Počet pracovníků Ne v etapovém procesu je vypočítán váženým průměrem podle vzorce (1), ve kterém Nd je počet pracovníků v dílčím procesu, td je doba dílčího procesu a te je doba etapového procesu. Součet se provádí přes všechny dílčí stavební procesy, které do etapového procesu patří.

[pracovníků] (1)

Objem prací v etapovém procesu je nasčítán z cen dílčích procesů v TKč, rovněž tak rozpočtová cena etapového procesu. Obě hodnoty jsou stejné. Směnnost se předpokládá hodnotou 1, rovněž tak počet souběžných čet. Součinitel napětí norem v % pro příslušný etapový proces se vypočítá po skončení agregace příslušné etapy podělením součtu normové pracnosti součtem skutečné pracnosti všech dílčích procesů, které do etapového procesu vstupují.
Doba rozvinutí etapového procesu T’ se při agregaci dílčích procesů počítá jako rozdíl termínů startu dílčího procesu, který do etapového procesu vstoupí nejpozději, a startu prvního dílčího procesu v etapovém procesu, anebo jako rozdíl termínů konce dílčího procesu, který v etapovém procesu skončí nejpozději, a konce prvního dílčího procesu v procesu etapovém, viz obrázek 1. Jako doba rozvinutí T’ se určuje nižší hodnota ze dvou výše uvedených hodnot.

¤ Obr. 1. Princip agregace dílčích stavebních procesů do etapových procesů

Nejdříve možné a nejpozději přípustné termíny startů etapových procesů se vypočítají jako minimum příslušné hodnoty ze všech dílčích procesů, které do etapového procesu vstupují. Nejdříve možné a nejpozději přípustné termíny konců etapových procesů se vypočtou jako maximum příslušných hodnot ze všech dílčích procesů, jež do etapového vstupují. Rozdíl mezi nejpozději přípustnými a nejdříve možnými termíny etapového procesu udává celkovou rezervu etapového procesu. Z nejdříve možných termínů konců a startů etapových procesů se vypočte doba etapového procesu te jako jejich rozdíl, jak pro původní, tak i pro aktualizovanou verzi výstavby.
Vazby mezi etapovými procesy na objektu jsou určovány pomocí dohodnutých vazeb podle tabulky 7.1 v [3]. Jedná-li se o síťový graf stavby, jsou vazby mezi objekty určovány mezi 0. etapami nebo první následující jako proudové a mezi 10. etapami nebo první předcházející též jako proudové.
Pomocí těchto uvedených předpokladů je možné podrobné síťové grafy zpracované v technologické struktuře dílčích procesů (pracovních čet) počítačem agregovat do technologické struktury etapových procesů, které slouží jako přehledné dokumenty, zejména pro vyšší řídicí útvary stavebních firem, popřípadě jako podklady pro nabídkové řízení, viz [5], [6]. Tato technologická struktura je také vhodná pro časový plán pro projekt organizace výstavby, jakožto součásti dokumentace pro stavební řízení. Do těchto dokumentů, přestože jsou stručné, je ještě dostatečně technologicky ?vidět?, mohou proto i částečně sloužit pro řízení stavby, i když ne již v takové přesnosti jako dokumenty zpracované v technologické struktuře dílčích procesů. Příklad tiskové sestavy harmonogramu postupu výstavby průmyslové haly agregovaného do etapových procesů je na obrázku 2.

¤ Obr. 2. Příklad agregace do etapových procesů

Agregace do procesů stupně rozestavěnosti
Jsou-li i dokumenty zpracované v technologické struktuře technologických etap příliš podrobné, lze je dále agregovat do struktury stupňů rozestavěnosti. Stupně rozestavěnosti rozeznáváme obvykle čtyři. I. stupeň rozestavěnosti - spodní stavba - zahrnuje technologické etapy 0-2. II. stupeň - vrchní stavba a střecha - zahrnuje 3. a 4. technologickou etapu. III. stupeň rozestavěnosti - hrubé vnitřní konstrukce a práce - obsahuje 5.-7. technologickou etapu a poslední IV. stupeň - dokončovací práce - zahrnuje 8.-10. technologickou etapu.
Základní podmínky pro agregaci procesů popsané v předchozí kapitole (Agregace do etapových procesů) zůstávají v podstatě v platnosti s některými změnami popsanými v [3]. Tato úroveň agregace je již poměrně značná a zvolená technologická struktura znemožňuje mít přehled potřebný pro řízení stavby. Procesy stupně rozestavěnosti vycházejí po agregaci poměrně velmi dlouhé a obvykle obsahují ještě rezervy. Tato úroveň agregace může někdy sloužit i pro ?žádoucí zatemnění? skutečné situace na staveništi.

Agregace do objektových procesů
Základní podmínky pro agregaci procesů uvedené v části Agregace do etapových procesů zůstávají v platnosti prakticky všechny, až na podmínky tvorby vazeb v agregovaném síťovém grafu. Objektovému procesu se přiřazují výše uvedeným způsobem všechny procesy dílčí, etapové nebo procesy stupně rozestavěnosti, které náleží určitému objektu. Doba, doba rozvinutí, celková rezerva a termíny objektového procesu se vypočítávají jako v části Agregace do etapových procesů, avšak ze všech procesů, které do objektového procesu vstupují. Sledovaný objektový proces je vždy navázán na bezprostředně předcházející objektový proces částečnou vazbou začátek - začátek, viz [3], přičemž součinitel částečné vazby f v procentech se automaticky vypočte ze známých termínů začátků a dob vázaných objektových procesů.
Tento stupeň agregace slouží pro tvorbu velmi stručných přehledů. Je zejména vhodný u stavebně technologické analýzy rozsáhlých projektů s vysokým počtem objektových procesů pro přehledný a stručný výstup. Poskytuje totiž přehled o součtech zdrojů, tj. ceny, pracnosti, nákladů, materiálů atp. pro jednotlivé objekty, které jsou součástí projektu. Takto agregovaný harmonogram a časoprostorový graf jsou stručné, avšak poskytují uživatelům na vrcholové úrovni řízení dostatečný přehled o plánovaném postupu výstavby. Příklad tiskové sestavy harmonogramu v technologické struktuře objektových procesů je uveden na obrázku 3.

¤ Obr. 3. Příklad agregace do objektových procesů

Agregace do řemeslných oborů
Tento typ agregace umožňuje vytvářet agregované základní dokumenty přípravy staveb ve struktuře skupin stavebních dílů u prací HSV a řemeslných oborů u prací PSV. Struktura se tedy shoduje s rozpočtovou metodikou pro rekapitulaci rozpočtových položek v rozpočtu. Většina uživatelů tuto strukturu zná a je na ni zvyklá.
Při agregaci se název procesu obvykle přebírá z databáze skupin stavebních dílů a řemeslných oborů. Pokud však do agregované činnosti vstupuje pouze jeden dílčí stavební proces z podrobného síťového grafu, přebírá se pro agregovanou činnost název dílčího stavebního procesu. Doba, doba rozvinutí a termíny agregovaného procesu se vypočítávají jako v Agregaci do procesů stupně rozestavěnosti, tj. ze všech dílčích procesů, které do agregovaného procesu vstupují, vazby se určují stejně. Příklad obrazovky harmonogramu agregovaného do řemeslných oborů je uveden na obr. 4. Červeně jsou vyznačeny kritické činnosti, zeleně činnosti s časovou rezervou, jež je znázorněna přerušovanou čarou. Je v něm vidět, že řada agregovaných činností je poměrně dlouhých. Je to způsobeno tím, že některé dílčí procesy příslušného řemeslného oboru jsou prováděny například v počátečních technologických etapách (0-2) spodní stavby, další, které patří do téhož řemeslného oboru, jsou však prováděny v dokončovacích pracích. Při agregaci pak tyto dílčí procesy splynou do jedné agregované činnosti, která trvá od počátku první dílčí činnosti patřící do agregované až do konce poslední dílčí činností, která do agregované patří také. Pokud by je uživatel chtěl rozlišit, může jim v podrobném síťovém grafu zadat jiná jména dodavatelů a při agregaci do řemeslných oborů zaškrtnout možnost rozlišování dodavatelů u procesů HSV a PSV.

¤ Obr. 4. Harmonogram činností agregovaných do řemeslných oborů

Agregace podle činností dodavatelů
Tento typ agregace umožňuje vytvářet agregované základní dokumenty přípravy staveb ve struktuře prací jednotlivých dodavatelů. Pokud u dílčích procesů podrobné stavebně technologické dokumentace není zadáno jméno dodavatele, proces se přiřadí podle svého druhu vedoucímu dodavateli HSV nebo vedoucímu dodavateli PSV. Název procesu se obvykle vytváří automaticky jakožto práce určitého dodavatele s jeho označením. Pokud však do agregované činnosti vstupuje pouze jeden dílčí stavební proces z podrobného síťového grafu, přebírá se pro agregovanou činnost název dílčího stavebního procesu. Ostatní podrobné předpoklady této agregace jsou uvedeny v dodatku knihy [3]. Tento stupeň agregace se využije zejména při inženýrském systému řízení stavby, kdy se koordinuje práce jednotlivých subdodavatelů.

Agregace do činností podle vlastní definice
Tento typ agregace umožňuje uživateli nadefinovat si vlastní skladbu agregovaných činností, například podle požadavků investora nebo vlastních zvyklostí. Jak je podrobně popsáno v dodatku knihy [3], uživatel si definuje index agregované činnosti, její název a upřesnění. Poté interaktivně určí, které činnosti podrobného modelu postupu výstavby budou agregovány do příslušných agregovaných činností. Je však možné využít i automatizovaných agregací do procesů uvedených výše, které jsou předem definované, a ty pak následně upravit podle vlastní definice, viz obr. 5, kde byl přidán po automatickém návrhu agregace do etapových procesů ještě proces vzduchotechniky, do kterého budou vloženy dílčí stavební procesy v pravé části formuláře.
Návrh vlastní agregace je možné uložit do souboru a později jej dále užívat. Agregace se jinak provádí podle obdobných podmínek, jako v předchozích kapitolách, včetně výpočtu vazeb. Při tisku harmonogramu si uživatel může určit, jaké procesy vyžaduje pro tisk jen v agregované technologické struktuře a u kterých se ještě požaduje vytištění podrobné technologické struktury, viz obrázek 6, kde je uveden příklad tiskové sestavy harmonogramu etapových procesů. U procesu vzduchotechniky jsou zde vidět i podrobné dílčí stavební procesy. Agregované činnosti jsou zvýrazněny na nejdříve možných termínech začátků a konců a jsou vypsány kurzívou.

¤ Obr. 5. Uživatelská definice agregovaných činností

¤ Obr. 6. Harmonogram agregovaný do činností definovaných uživatelem

Příklady využití
Velmi zajímavým příkladem využití uvedeného přístupu pro přípravu a řízení staveb byla rekonstrukce Průmyslové a stavební banky (Promstrojbank) na Něvském prospektu v Petrohradu. Tento projekt začal v roce 2001 a byl dokončen na přelomu jara a léta 2003. Tato budova, která byla postavena koncem 18. století, vyhořela v roce 1993. Dokumenty pro investora byly zobrazeny v technologické struktuře etapových a objektových procesů, avšak vlastní model pro řízení postupu rekonstrukce byl vytvořen v technologické struktuře dílčích stavebních procesů a z hlediska prostorové struktury byl hlavní objekt členěn do úseků o ploše cca třetiny podlaží. Byl tak vytvořen velmi podrobný model, kdy se jednotlivé úseky rekonstrukce řadily do dvou paralelních proudů. V tomto případě bylo rozhodující zejména zahájení výstavby a provedení spodní stavby, dále hrubé vrchní stavby. Ta je celá nová až na obvodové a některé nosné zdi a kompletně nového zastřešení. Ve stavebně technologické dokumentaci se respektovaly i podmínky klimatické, které mohou mít v této oblasti velmi nepříznivý vliv na provádění stavby, zejména v zimním období.
Dalším příkladem využití popsaného přístupu zpracování modelů postupu výstavby byla výstavba 1. etapy víceúčelového centra Zelený ostrov v Praze - Vysočanech. Součástí tohoto projektu byla i výstavba Sazka arény (dnes O2 arény). Tento přístup byl užit pro zpracování časového plánu pro projekt organizace výstavby, jenž se stal součástí dokumentace pro stavební povolení. Součástí tohoto projektu, sestávajícího ze tří staveb, bylo více než 40 objektů včetně objektů zařízení staveniště. Pro vytvoření co nejpřesnějšího časového plánu pro projekt organizace výstavby byl proto sestaven podrobný síťový graf, jakožto model provádění stavby v technologické struktuře dílčích stavebních procesů, který měl přes 2900 činností. Tento podrobný síťový graf se však pochopitelně nestal součástí dokumentace projektu organizace výstavby. Pro tento účel byl podrobný model agregován do technologické struktury etapových procesů, které dostatečně podrobně znázorňují časový průběh provádění jednotlivých staveb pro účely stavebního řízení a výběrového řízení na dodavatele jednotlivých částí stavby. Velmi stručný harmonogram prací byl dále získán agregací do procesů stupně rozestavěnosti (pro hlavní pozemní objekty) a objektových procesů pro ostatní objekty. Pochopitelně analýza počtu pracovníků pro návrh zařízení staveniště a další analýza nákladů a materiálových zdrojů v čase, která však již není součástí projektu organizace výstavby, byla prováděna dle podrobného modelu postupu výstavby.
Popsané programové vybavení lze v provozovat v rámci zmíněného systému [3] na mikropočítačích kompatibilních s IBM PC pod operačními systémy MS Windows 95/98/NT/2000/XP/Vista. K provozu je zapotřebí harddisku s volným prostorem min. 25 MB a tiskárny, popřípadě plotteru.

Odborné posouzení:
prof. Ing. František Musil Stavební fakulta VUT Brno

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.: K počítačovému modelování realizace výstavby pro investory a dodavatele, Časopis Stavebnictví č. 08/2008, str. 74-77, EXPO DATA spol. s.r.o. Brno, ISSN 1802-2030
[5] Kozlovská, M.: Integrovaný prístup k riadeniu času, nákladov a kvality vo výstavbovom procese, Conference Proceedings of International Confererence on Developments in Building Technology, Slovak Technical University Bratislava 2001, ISBN 80-227-1572-7
[6] Makýš, P.: Časový plán výstavby a jeho možnosti. Stavebné materiály, ročník 2006, č. 4, str. 22-23, ISSN 1336-7617
[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