Model gradilišta temeljen na sustavu simulacije diskretnim događajima

Osnovna je ideja takvog pristupa da se integriranjem većeg broja parcijalnih simulacijskih modela može dobiti potpunija slika stvarnih procesa građenja. Najprije se daje općenit pregled sustava simulacije, kao i simulatora temeljenih na diskretnim događajima, i razlozi za njihovu primjenu u kontekstu organizacije građenja. Potom se opisuje izrada modela procesa građenja jedne složene građevine iz prakse.

Autori:

 

  • Vedran Žerjav, dipl.inž.građ.; prof.dr.sc.
  • Jadranko Izetbegović, dipl.inž. građ.,
  • prof.dr.sc. Zdravko Linarić, dipl.inž.građ., Sveučilište u Zagrebu, Građevinski fakultetSimulacija je imitacija (oponašanje) stvarnog predmeta, pojave ili procesa. Takva preslika treba sadržavati sve ključne značajke ponašanja simuliranog fizičkog ili apstraktnog sustava. Simulacije se primjenjuju u različitim situacijama: za ispitivanje i optimiranje procesa, edukaciju osoblja itd… S razvojem teorije sustava, kibernetike i usporednim razvojem informatičkih tehnologija tijekom dvadesetog stoljeća, razvile su se različite vrste simulacija.Vrste simulacija su:
  • fizička simulacija
  • interaktivna simulacija
  • računalna simulacijaSimulacije odnosno simulatori mogu biti:
  • Medicinski (klinički) simulatori – složeni uređaji koji uključuju sve vrste simulacije (fizičku, interaktivnu i računalnu). Primjena im je u dijagnostici i pri odlučivanju koju metodu liječenja treba primijeniti. Najpoznatiji i najstariji oblik simulacije u području medicine je placebo.
  • Vojni simulatori – npr. uvježbavanje vojnika za uporabu složene ratne opreme
  • Financije – planiranje scenarija. Procjena rizika i dobiti za pojedine inačice poslovnih poteza.
  • Urbanizam i prostorno planiranje – predviđanje razvoja naselja u ovisnosti o različitim političkim i ekonomskim odlukama
  • Simulatori leta – koriste se za uvježbavanje pilota na tlu. Simuliraju se vrlo složene i rizične situacije koje se mogu pojaviti tijekom leta, bez opasnosti stradavanja putnika i ljudi.
  • Pomorstvo – simuliranje ponašanja broda na moru, upravljanja brodom, logistike raspodjele tereta, komunikacije među posadom itd.
  • Kućni simulatori – razvojem tehnologije hardvera i softvera postaju sve dostupniji sve širem krugu korisnika.
  • Simulacije u inženjerskim sustavima (simulacije procesa) – inženjerski sustavi sastoje se od velikog broja procesa i u takvim sustavima pogodno je tražiti rješenje pomoću simulacije jer je analitičko rješenje vrlo složeno ili ne postoji.Modeliranje je osnovni način prikazivanja i tumačenja složenih sustava i fenomena. Simulacija je suvremeni inženjerski pristup koji zamjenjuje tradicionalne teorijske i eksperimentalne metode. Metode modeliranja i simuliranja omogućuju analizu širokog spektra praktičnih problema, istodobno iskorištavajući snagu računala. Osnovni koncepti i tehnike koji se primjenjuju u simulaciji u svojoj osnovi su nepromjenjivi, odnosno mogu se primijeniti za probleme koji se na prvi pogled čine međusobno vrlo različitima.Simulacija diskretnim događajimaZa modeliranje mnogih vrsta složenih sustava (kakvi su inženjerski sustavi) primjenjuje se metoda diskretnih događaja. Tada se ponašanje sustava modelira kronološkim redoslijedom pojedinih događaja. Svaki događaj ispuni se u određenom trenutku i utječe na stanje ukupnog sustava. Ako se na primjer simulira ponašanje dizala, takav događaj može biti „pritisnuti gumb broj 6“ na upravljačkoj ploči dizala s posljedicom da će se dizalo nakon toga gibati i stići na 6. kat.Sastavnice simulacijskog sustava temeljenog na metodi diskretnih događaja su:
  • sat,
  • popis događaja,
  • generator slučajnih brojeva,
  • statistički podaci,
  • uvjet završetka.Simulacije građevinskih procesaRačunalno simuliranje važan je alat za proučavanje radnih procesa. Ono omogućuje analizu interakcije pojedinih resursa koji ostvaruju sam radni proces i uočavanje područja gdje bi se mogli pojaviti problemi. Identificiraju se ključni čimbenici koji diktiraju ponašanje sustava, a izradom različitih scenarija moguće je istraživati razne inačice tehnoloških i organizacijskih rješenja i odabrati optimalno rješenje. Takva istraživanja različitih scenarija fizičkog izvršenja radnih procesa (koja se temelje na metodi pokušaja i pogreške) bila bi preskupa za provedbu u stvarnosti.Zbog projektne prirode građevinskog posla i unikatnosti svakog pojedinog rješenja (za razliku od proizvodno orijentiranih djelatnosti), proučavanju radnih procesa nije se pridavalo dovoljno važnosti sve do kasnih 1960-ih godina. Nakon toga pojavile su se različite tehnike planiranja i grafičkog prikazivanja radnih procesa. Primijećeno je da se mnogi radni procesi u građevinarstvu ponavljaju i u tome smislu imaju značajke serijske proizvodnje, neovisno o posebnostima svakog pojedinog projekta. Primjeri takvih procesa uključuju zemljane radove, izgradnju cesta itd. S obzirom na razmjerno kratko trajanje mnogih radnih procesa u građevinskim projektima, analitičke metode optimalizacije nisu se pokazale praktičnima u takvim slučajevima, pa se sve češće pribjegava optimizaciji planova pomoću simulacije.S pojavom osobnog računala pojavila se mogućnost jednostavne primjene simulacija građevinskih procesa pri rješavanju problema vezanih za njihovu stohastičnost. Na taj način je simulacija postala važan alat za planiranje. Da bi simulacijski sustav bio primjenjiv u građevinskom kontekstu, on treba biti predstavljen grafički. Prema mišljenju stručnjaka iz prakse, sustavi koji su pretežito analitički i teorijski nemaju svoju praktičnu primjenu. Iz tog razloga simulacijski sustavi trebaju biti prikazani slikovno ili shematski, s naglašenim ulaznim i izlaznim parametrima. Rani sustavi za proučavanje građevinskih procesa sastojali su se od jednostavnih stupčastih dijagrama.Razvoj simulacijskih metoda u graditeljstvu uvjetovao je primjenu jednostavnih mrežnih koncepata modeliranja s ciljem analize građevinskih procesa. Najraniji takav model bio je tzv. model „link node“ autora Teicholza (1963). Nakon toga razvijen je model CYCLONE (1973.) na University of Ilinois od autora Daniela Halpina. Metodologija CYCLONE postaje osnova za mnoge daljnje simulacijske sustave. Uz pomoć takvog modela pojednostavljeno je modeliranje građevinskih procesa, koje su sada mogli izrađivati i stručnjaci iz prakse, s razmjerno ograničenim predznanjem u području simulacija.PrimjerNakon kratkog uvoda u najčešće primjenjivane simulacijske sustave postaje očito da je analizu građevinskog procesa uz pomoć simulacije najbolje provesti na stvarnom primjeru iz građevinske prakse. Odabran je primjer gradilišta jedne složene sportske građevine na kojemu se primijenio simulacijski sustav s ciljem usporedbe rezultata dobivenih sumulacijskom analizom sa stvarnim podacima snimljenim na gradilištu.

    Projekt za testiranje sustava odabran je uzimajući u obzir sljedeće kriterije:

  • Složenost: Na diskretnim događajima temeljen simulacijski sustav najbolje se pokazuje u slučaju kompleksnih građevinskih operacija. U slučaju razmjerno jednostavnih procesa, besmisleno je provoditi analizu uz pomoć simulatora. (vidjeti Hartmann, 2008).
  • Udio strojnog rada: Procesi koji se u najvećoj mjeri oslanjaju na strojni rad mogu dati konzistentne rezultate i pouzdanu osnovu za model jer se jednostavnije modeliraju od procesa temeljenih na radu ljudi. Osim toga, iskustvo na ovome projektu pokazalo je da se – u slučaju takve vrste procesa – procesi jednostavno mjere, a na temelju izmjerenih podataka izrađuje se logički model procesa (vidjeti Izetbegović i drugi, 2007).
  • Raznolikost: Ideja eksperimenta bila je objedinjavanje dobivenih parcijalnih modela u jedinstveni model gradilišta koji bi dao cjelovitiju sliku procesa koji se tamo odvijaju.Autori su se odlučili za primjenu simulacijskog sustava Stroboscope jer je za potrebe ovog pokusa on bio najprikladniji po kriterijima jednostavnosti korištenja – zbog grafičkog sučelja unutar kojeg funkcionira – dostupnosti samog paketa, kao i sažetih uputa za njegovo korištenje (vidjeti Martinez, 1996). Promatran je složeni proces ugradnje teškog konstrukcijskog elementa. Proces ugradnje sastoji se od gradilišnog transporta nosača i ugradnje nosača u odgovarajući ležaj. Proces se temelji na strojnom radu (dvije autodizalice), ali također uključuje i rad ljudi u fazi postavljanja nosača u čašicu ležaja. Nosiva konstrukcija građevine sastoji se od više takvih nosivih elemenata, što pogoduje simulacijskoj analizi baš te operacije, jer se ona višestruko ponavlja u samom procesu građenja (Martinez, 1996). Rezultati simulacijske analize daju informacije o trajanju i produktivnosti svakog modeliranog ciklusa (Ioannou, 1990).Slika 1. prikazuje dva simulacijska modela iz završne faze transporta i ugradnje pojedinog nosivog elementa. Trajanje transporta razlikuje se za svaki element, a srednja vrijednost trajanja može se lako izračunati iz podataka dobivenih snimanjem gradilišnih procesa. Na taj način može se dobiti razmjerno dobra aproksimacija procesa ugradnje – uzevši u obzir srednju vrijednost trajanja transporta svakog elementa – postavljanjem simulacijskog sustava na određeni broj ponavljanja. Mišljenje autora jest da bi postojanje takvog simulacijskog modela na stvarnome gradilištu bila pomoć voditeljima gradilišta u provedbenom planiranju radova.Dobivena slika procesa se može nadgraditi objedinjavanjem dobivenih parcijalnih modela u jedinstveni i sveobuhvatniji model koji obuhvaća veći dio radnih operacija na gradilištu. Taj hipotetski integrirani model dao bi stvarniji prikaz većeg broja procesa koji se odvijaju na gradilištu i time bi, u smislu potpore odlučivanju, imao važnu ulogu u praksi voditelja gradilišta (vidjeti Halpin i Martinez, 1999)ZaključakPrimjer je pokazao da se simulacijsko modeliranje procesa građenja može uspješno primijeniti u uvjetima domaćeg građevinarstva. Projektiranje procesa građenja uz pomoć simulatora je vrijedan alat za provedbeno planiranje radova na gradilištima, a na diskretnim događajima temeljen sustav mogao bi pomoći voditeljima gradilišta u donošenju provedbenih odluka, kao i u razmjerno točnom prognoziranju tijeka radova za sam proces građenja.
  • Literatura
  • [1] Halpin, D.W. and Martinez, L.H. (1999). Real World Applications of Construction Process Simulation, Proceedings of the 1999 Winter Simulation Conference, Society for Computer Simulation, San Diego, CA, USA, 956-962.
  • [2] Hartmann, T. (2008). A Grassroots Model of Decision Support System Implementations By Construction Project Teams. PhD Dissertation, Department of Civil and Environmental Engi- neering, Stanford University, Stanford, USA.
  • [3] Ioannou, P.G (1990). UM-CYCLONE, Discrete Event Simulation System, Reference Manual, Center for Construction Engineering and Management, University of Michigan, USA.
  • [4] Izetbegović, J., Linarić, Z., Mlinarić, V. (2007). Građevinska logistika – predavanja za Doktor- ski studij usmjerenja Organizacija građenja, Građevinski fakultet, Zagreb, Hrvatska [
  • 5] Martinez, J.C. (1996). STROBOSCOPE: State and Resource Based Simulation of
  • [6] Construction Processes, PhD Dissertation, The University of Michigan, Ann Arbor, MI, USA.
  • [7] Halpin, D. – Simulation in Construction Using CYCLONE and MicroCYCLONE, web: https://engineering.purdue.edu/CEM/People/Personal/Halpin/Sim/index_html
  • [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Simulation
  • [9] http://en.wikipedia.org/wiki/Discrete_event_simulation