Báo cáo khoa học: "PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA THỜI GIAN VÀ CHI PHÍ TRONG THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

111
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Trong bài báo trước, chúng tôi đã trình bày cơ sở lý thuyết để tối ưu hóa thời gian và chi phí xây dựng khi thiết kế tổ chức thi công các công trình. Trong bài báo này, chúng tôi sẽ trình bày phương pháp ứng dụng các cơ sở lý thuyết đó để tối ưu hóa thời gian và chi phí xây dựng của các công trình thông qua một thí dụ cụ thể. Thí dụ này sẽ chỉ rõ logic của việc tối ưu hóa và các bước thực hiện. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA THỜI GIAN VÀ CHI PHÍ TRONG THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG"

PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA THỜI GIAN VÀ CHI PHÍ TRONG THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG TS. BÙI TRỌNG CẦU Bộ môn Xây dựng Cơ sở hạ tầng Viện Khoa học và Công nghệ XDGT Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Trong bài báo trước, chúng tôi đã trình bày cơ sở lý thuyết để tối ưu hóa thời gian và chi phí xây dựng khi thiết kế tổ chức thi công các công trình. Trong bài báo này, chúng tôi sẽ trình bày phương pháp ứng dụng các cơ sở lý thuyết đó để tối ưu hóa thời gian và chi phí xây dựng của các công trình thông qua một thí dụ cụ thể. Thí dụ này sẽ chỉ rõ logic của việc tối ưu hóa và các bước thực hiện. Summary: The theoretical bases of optimizing construction duration and cost in construction scheduling of construction projects have been presented in the last issue. In this issue, we will introduce application methods of the presented theoretical bases to optimize construction duration and costs of construction projects in practice through a specific example. This example will clarify logic of the optimization and procedures of the implementation. I. MỞ ĐẦU Giả sử ta có một kế họach tiến độ thi công gồm 11 công việc như thể hiện trên hình 1. Để CT 2 có thể tối ưu hóa kế họach tiến độ đã được xây dựng từ các biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công “tối ưu” cho từng công việc thành phần như đã nói ở bài báo trước, cần tính toán thời điểm bắt đầu sớm nhất và thời điểm kết thúc sớm nhất cho từng công việc. Về cách tính toán thời điểm bắt đầu sớm nhất và thời điểm kết thúc sớm nhất cho các công việc, xin xem trong các giáo trình viết về tổ chức thi công xây dựng. Tªn c«ng viÖc B E H BĐS 2 9 16 TGTH 7 3 7 KTS 9 12 23 C F J L A 2 9 16 23 1 6 7 5 5 1 8 16 21 28 2 K D G 16 2 5 3 3 8 19 5 13 BĐS: Thêi ®iÓm b¾t ®Çu sím nhÊt TGTH: Thêi gian thùc hiÖn c«ng viÖc KTS: Thêi ®iÓm kÕt thóc sím nhÊt Hình 1. Sơ đồ mạng thí dụ - Tính toán các thời điểm bắt đầu và kết thúc sớm nhất
Khi đã xác định đ ược thời điểm bắt đầu sớm nhất và thời điểm kết thúc sớm nhất cho từng công việc, ta có thể xác định đ ược các giá trị được gọi là “thời gian dự trữ giữa hai công việc liên tiếp nhau” (The link lag values of the links between activities). Đó chính là hiệu số giữa thời điểm bắt đầu sớm nhất của một công việc trừ đi thời điểm kết thúc sớm nhất của công việc ngay trước đó. Kết quả tính tóan được thể hiện trên hình 2. Trên hình 2 ta thấy thời gian dự trữ giữa công việc B và E là bằng 0 (9 – 9 = 0); thời gian dự trữ giữa công việc E và H là 4 (16 – 12 = 4) v.v... B E H 4 2 7 9 16 3 7 9 12 23 C F J L A 2 1 2 9 16 23 1 6 7 5 5 1 8 16 21 28 2 4 K D G 3 16 2 5 3 3 8 5 19 13 Thờ i gian dờ trờ giờ a các công viờ c bờ ng 0 Đườ ng găng Thờ i gian dờ trờ giũ a các công viờ c lờ n hơn 0 Hình 2. Tính toán thời gian dự trữ giữa các công việc và xác định đường găng CT 2 Trong sơ đồ mạng, luôn tồn tại ít nhất một đường găng có tất cả các dự trữ thời gian giữa các công việc đều bằng 0. Trên hình 2, ta có đ ường găng là đường A – B – F – H – L với độ dài 27 ngày chính là thời gian xây dựng công trình. II. CỰC TIỂU HÓA THỜI GIAN CÓ XÉT TỚI CHI PHÍ Muốn giảm thời gian xây dựng công trình thì phải giảm thời gian thi công ít nhất một công vi ệc nằm trên đường găng hay công việc găng. Vì các lý do kỹ thuật, công nghệ và tổ chức, thời gian thi công một công việc chỉ có thể được rút ngắn tới một giới hạn nào đó. Bảng 1 là các thông tin liên quan tới các công việc cần xác định để tối ưu hóa. Để đơn giản hóa, ta chỉ xét các chi phí trực tiếp cần bỏ thêm đ ể rút ngắn thời gian xây dựng và giả thiết rằng các chi phí trực tiếp này t ỷ lệ thuận với thời gian cần rút ngắn. Theo kế hoạch tiến độ ban đầu (chưa t ối ưu hóa), tổng thời gian thi công là 27 ngày với tổng chi phí là 5.300 triệu đồng. Như đã nói ở trên, muốn giảm thời gian xây dựng công trình thì phải giảm thời gian thi công ít nhất một công việc nằm trên đường găng hay công việc găng và đ ể rút ngắn thời gian xây dựng cần tăng thêm các chi phí trực tiếp. Từ bảng 1 ta thấy: - Trong số các công việc găng (A, B, F, H, và L), không thể rút ngắn thời gian thi công công vi ệc A vì lý do kỹ thuật, công nghệ hoặc tổ chức. - Trong số các công việc găng khác, có thể rút ngắn thời gian thi công của các công việc B,
F, H, L với chi phí tăng thêm cho một ngày rút ngắn lần lượt là: 200, 150, 250 và 350 triệu đồng/ngày. Bảng 1. Số liệu về thời gian và chi phí trực tiếp của các công việc Thời gian Thời gian tối đa Chi phí TT để rút ngắn Tên công Chi phí TT việc (triệu đồng) có thể rút ngắn (ngày) một ngày (triệu đồng) thi công (ngày) A 1 800 0 - B 7 1.000 3 200 C 6 300 2 100 D 3 400 1 400 E 3 100 2 50 F 7 500 2 150 G 8 200 4 300 H 7 350 1 250 J 5 700 2 75 K 3 500 1 500 L 5 450 1 350 Cộng 5.300 Bảng 2. Lựa chọn các công việc để rút ngắn thời gian xây dựng lần thứ nhất Chi phí TT để rút ngắn Tên công Ghi chú vi ệc một ngày (triệu đồng) A: Công việc không thể rút ngắn thời gian thi công A - F: Công việc đòi hỏi chí phí nhỏ nhất để rút ngắn B 200 một đơn vị thời gian thi công F 150 H 250 L 350 Ta thấy ngay rằng, công việc đầu tiên đ ựơc chọn để rút ngắn thời gian thi công là công việc CT 2 F vì công việc này đòi hỏi chi phí để rút ngắn thời gian một ngày thi công là nhỏ nhất. Vấn đề đặt ra ở đây là nên rút ngắn thời gian thi công của công việc F là bao nhiêu ngày? Câu trả lời ở đây phụ thuộc vào số ngày tối đa có thể rút ngắn vì lý do kỹ thuật, tổ chức hoặc công nghệ (đã ghi ở bảng 1) và cái gọi là “giới hạn tương tác của sơ đồ mạng” (network interaction limit, ký hi ệu là NIL). Một sơ đồ mạng có thể được xem như một khung chữ nhật được chia bởi lưới các đường vuông góc thành các ô vuông. Nếu một công việc bị rút ngắn thời gian xây dựng, các công việc khác có thể bị ảnh hưởng. Có thể xác định sự ảnh hưởng này bằng cách vẽ một đường theo phương vuông góc với trục của sơ đồ mạng từ trên xuống dưới cắt qua đ ồ thị. Để xác định giới hạn tương tác của sơ đồ mạng, đường này phải cắt qua công việc hoặc các công việc được rút ngắn thời gian thi công và qua bất cứ đường dự trữ thời gian giữa hai công việc kế tiếp nhau có giá trị lớn hơn 0 theo hướng từ trên xuống dưới. Đường này cũng cắt qua đường có giá trị dự trữ bằng 0 nếu việc rút ngắn thời gian thi công của các công việc làm giá trị dự trữ của đường này tăng lên. Khảo sát hình 3 ta thấy, nếu rút ngắn thời gian thi công của công việc F, thời gian dự trữ giữa các công việc E – H và G – K sẽ giảm đi một số ngày tương ứng. Do thời gian dự trữ giữa công vi ệc E – H là 4 nên đây chính là số ngày tối đa có thể giảm đối với công việc F để dự trữ thời gian giữa hai công việc này không âm. Tương tự, vì thời gian dự trữ giữa công việc G – K
là 3 nên chỉ có thể giảm thời gian thi công công việc F tối đa là 3 ngày đ ể dự trữ thời gian giữa hai công việc G – K là không âm. Như vậy, để không có dự trữ thời gian nào giữa các công việc là không âm, thời gian thi công công việc F chỉ có thể giảm đ ược tối đa là 3 ngày. Tổng quát, giới hạn tương tác của sơ đ ồ mạng khi giảm thời gian thi công một công việc nào đó là giới hạn thời gian có thể giảm sao cho một trong các dự trữ thời gian giữa các công việc là bằng 0 và không có dự trữ thời gian giữa các công việc là âm. Trong thí dụ đối với công việc F, giá trị NIL bằng 3. Do thời gian tối đa có thể giảm vì lý do k ỹ thuật, công nghệ hoặc tổ chức của công việc F là 2 và giá trị NIL của công việc F là 3, số ngày thi công công việc F có thể giảm tối đa hiển nhiên là 2 (xem bảng 3). Hình 4 thể hiện sơ đ ồ mạng đã được cập nhật sau khi đã rút ngắn thời gian thi công công việc F hai ngày. Lúc này, thời gian xây dựng công trình giảm xuống còn 25 ngày nhưng tổng chi phí trực tiếp là 5.600 triệu đồng do tăng thêm 300 triệu đồng để rút ngắn thời gian xây dựng (xem bảng 3). Do đã rút ngắn tối đa thời gian thi công công việc F nên ta không thể rút ngắn thời gian thi công công việc này thêm được nữa. Tuy thế, ta vẫn có thể rút ngắn thêm thời gian xây dựng công trình bằng cách giảm thời gian thi công của các công việc găng khác. Do việc rút ngắn thời gian thi công công việc F không làm xuất hiện thêm đường găng hay công việc găng nào mới, công việc tiếp theo đ ược lựa chọn để rút ngắn thời gian thi công là công việc B. Đó chính là công vi ệc ứng với chi phí trực tiếp để rút ngắn thời gian 1 ngày thi công nhỏ nhất (xem bảng 4). Rót ng¾n lÇ n 1 B CT 2 E H 4 2 7 9 16 3 7 9 12 23 C F J L A 2 1 2 9 16 23 1 6 7 5 5 1 8 16 21 28 2 4 K D G 3 16 2 5 3 3 8 19 5 13 Hình 3. Công việc được chọn và cơ sở rút ngắn lần thứ nhất Bảng 3. Tóm tắt lần rút ngắn thời gian thứ nhất Tổng Chi phí Thời gian Số ngày Chi phí để cho lần Thời gian Công NIL chí phí Lần rút có thể rút được rút rút ngắn việc bị rút ngắn xây dựng (ngày) TT ngắn ngắn ngắn 01 ngày rút ngắn thứ nhất (triệu (ngày) (triệu đ) (ngày) (ngày) (triệu đ) đồng) 0 27 1 F 2 3 2 150 300 5.600 25
Rót ng¾n l Çn 1 B E H 2 2 7 9 14 3 7 9 12 21 C F J L A 2 1 2 9 14 21 1 6 5 5 5 1 14 8 21 26 2 4 K D G 1 14 2 5 3 3 8 17 5 13 Hình 4. Cập nhật sơ đồ mạng sau lần rút ngắn thứ nhất Tương tự như lần rút ngắn thứ nhất, thời gian thi công tối đa có thể rút ngắn đối với công vi ệc B xét về mặt kỹ thuật, công nghệ và tổ chức là 3 ngày. Xét giá trị NIL cho công việc B, ta thấy NIL bằng 1 ngày (xem hình 5). Bảng 4. Lựa chọn các công việc để rút ngắn thời gian xây dựng lần thứ hai Chi phí để rút ngắn một ngày Tên Ghi chú công việc (triệu đồng) A - B 200 B: Công việc đòi hỏi chí phí nhỏ nhất để rút ngắn F - CT 2 một đơn vị thời gian thi công H 250 L 350 Rót ng¾n Rót ng¾n lÇn 2 lÇn 1 B E H 2 2 7 9 14 3 7 9 12 21 C F J L A 2 1 2 9 14 21 1 6 5 5 5 1 14 8 19 26 2 4 K D G 1 14 2 5 3 3 8 17 5 13 Hình 5. Công việc được chọn và cơ sở rút ngắn lần thứ hai Vì vậy, thời gian thi công rút ngắn cho công việc B là 1 ngày và thời gian xây dựng công trình sẽ giảm xuống 1 ngày, còn 24 ngày. Tuy nhiên, chi phí trực tiếp của công trình tăng lên 5.800 triệu đồng (xem bảng 5) và sơ đồ mạng đ ược cập nhật sau lần rút ngắn thời gian thi công thứ hai được thể hiện trên hình 6. Ta thấy rằng, khi rút ngắn thời gian thi công của công việc B
một ngày, giá trị dự trữ giữa các công việc C – F và G – K bằng 0 và xuất hiện thêm đường găng thứ hai. Đó là đường găng A - C- F - H - L và công vi ệc C trở thành công việc găng. Bảng 5. Tóm tắt lần rút ngắn thời gian thứ hai Chi phí Thời gian Số ngày Tổng chí Thời Chi phí TT cho lần Công NIL có thể rút được rút để rút ngắn phí TT gian xây Lần rút việc bị rút ngắn (ngà ngắn ngắn ngắn (triệu dựng 01 ngày rút ngắn thứ nhất y) (triệu đ) đồng) (ngày) (ngày) (ngày) (triệu đ) 0 27 1 F 2 3 2 150 300 5.600 25 2 B 3 1 1 200 200 5.800 24 Rót ng¾n Rót ng¾n lÇn 2 lÇn 1 B E H 2 2 6 8 13 3 7 8 11 20 C F J L A 2 2 8 13 20 1 6 5 5 5 1 13 8 18 25 2 4 K D G CT 2 13 2 5 3 3 8 16 5 13 Hình 6. Cập nhật sơ đồ mạng sau lần rút ngắn thứ hai Để tiếp tục rút ngắn thời gian xây dựng công trình, thực hiện tương tự cho các lần rút ngắn tiếp theo. Đối với lần rút ngắn thứ 3, ta phải xem xét rút ngắn thời gian thi công của các công vi ệc L, công việc H, hoặc đồng thời rút ngắn thời gian thi công của hai công việc B và C. Chú ý rằng, việc rút ngắn thời gian thi công của chỉ công việc B hoặc chỉ công việc C sẽ không rút ngắn thời gian xây dựng công trình do sơ đồ mạng có hai đường găng mà chỉ một đường găng được rút ngắn. Xem xét chi phí để rút ngắn thời gian thi công 1 ngày, H chính là công việc đ ược lựa chọn. Đối với lần rút ngắn thứ 4, cần xét rút ngắn đồng thời thời gian thi công của hai công việc B và C hoặc rút ngắn thời gian thi công của công việc L. Thực hiện tương tự có thể thấy rằng, lựa chọn rút ngắn đồng thời thời gian thi công của hai công việc B và C là tốt hơn. Sau lần rút ngắn thứ tư, ta thấy rằng đ ể giảm thời gian xây dựng công trình ta chỉ có thể giảm thời gian thi công công việc L (bảng 6). Hình 7 cho thấy, giá trị NIL đối với công việc L (công vi ệc cuối cùng) là vô cùng vì đ ường xác định giá trị NIL không cắt qua bất cứ đường dự trữ giữa hai công việc nào. Bảng 1 cho thấy, có thể giảm thời gian thi công của công việc L tối đa 1 ngày. Bảng 7 thể hiện các kết quả sau lần rút ngắn thời gian xây dựng công trình lần thứ 5 và cũng là lần cuối. Tổng thời gian xây dựng của công trình sau lần rút ngắn t hời gian thứ năm
là 20 ngày ứng với chi phí trực tiếp là 7.000 triệu đồng. Bảng 6. Lựa chọn các công việc để rút ngắn thời gian xây dựng lần thứ năm Tên Chi phí để rút ngắn một ngày (triệu đồng) Ghi chú công việc A - B &C - L: Công việc đòi hỏi chí phí nhỏ nhất để F - rút ngắn một đơn vị thời gian thi công H - L 350 Bảng 7. Tóm tắt lần rút ngắn thời gian thứ năm Thời Chi phí Thời gian Số ngày Chi phí để Tổng chí cho lần rút Công gian Lần rút có thể rút được rút rút ngắn NIL phí việc bị ngắn thứ xây ngắn ngắn ngắn (triệu (ngày) 01 ngày rút ngắn nhất dựng (triệu đ) đồng) (ngày) (ngày) (triệu đ) (ngày) 0 27 1 F 2 3 2 150 300 5.600 25 2 B 3 1 1 200 200 5.800 24 3 H 1 2 1 250 250 6.050 23 4 B&C 2 3 2 300 600 6.650 21 5 L 1 1 350 350 7.000 20 Rót ng¾n Rót ng¾n Rót ng¾n Rót ng¾n Rót ng¾n lÇ n 4 lÇ n 2 lÇ n 1 lÇ n 5 lÇ n 3 B E H 2 2 4 CT 2 6 11 3 6 6 9 17 C F J L A 1 2 6 11 17 1 4 5 5 4 1 11 6 16 21 2 2 3 K D G 13 2 5 3 3 8 16 5 13 Hình 7. Công việc được chọn và cơ sở rút ngắn lần thứ năm – lần cuối III. PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA THỜI GIAN VÀ CHI PHÍ XÂY DỰNG CHO CÁC TRƯỜNG HỢP KHÁC NHAU Trên cơ sở logic tối ưu hoá thời gian và chi phí đã trình bày ở trên, ta có thể tối ưu hoá thời gian và chi phí xây dựng cho các trường hợp cụ thể đã trình bày trong bài báo trước. 3.1. Trường hợp 1: Cực tiểu hóa thời gian thi công (Tnn). Để cực tiểu hóa thời gian thi công, chúng ta vẫn thực hiện thủ tục tối ưu hóa như trên nhưng không cần quan tâm tới chi phí. Công việc găng đ ược ưu tiên lựa chọn sẽ là công việc
nào cho phép rút ngắn thời gian thi công nhiều nhất chứ không phải công việc nào đòi hỏi chi phí rút ngắn một đơn vị thời gian thi công nhỏ nhất. Cần chú ý rằng, việc rút ngắn tối đa thời gian thi công tất cả các công việc găng không cho ta thời gian xây dựng công trình ngắn nhất vì sẽ xuất hiện nhiều đường găng và công việc găng mới. Các công việc găng trước đây có thể trở thành công việc không găng. 3.2. Trường hợp 2: Xác định thời gian xây dựng ứng với tổng chi phí xây dựng là nhỏ nhất (Tc). Trong thí dụ trên, chúng ta chỉ xét chi phí trực tiếp. Trong bài toán này chúng ta sẽ xét cả chi phí trực tiếp, chi phí gián tiếp và chi phí cơ hội. Việc tối ưu hóa hoàn toàn tương t ự như trên. Sự khác biệt là công vi ệc găng đ ược ưu tiên rút ngắn thời gian thi công trước là công việc tiết ki ệm đ ược nhiều chi phí trong một đơn vị thời gian rút ngắn nhất. Việc tối ưu hóa sẽ dừng lại khi việc rút ngắn thời gian xây dựng làm tổng chi phí tăng lên. Đó là lúc việc tiết kiệm chi phí gián tiếp và chi phí cơ hội nhờ rút ngắn thời gian xây dựng nhỏ hơn chi phí trực tiếp cần thiết để giảm thời gian xây dựng. 3.3. Trường hợp 3: Rút ngắn thời gian thi công càng nhiều càng tốt với chi phí không quá đắt. Để giải bài toán này, chúng ta thực hiện các bước như trong thí dụ trên với tổng chi phí xây dựng, bao gồm cả các chi phí trực tiếp, gián tiếp và cơ hội, và người quản lý hay chủ đầu tư s ẽ quyết định ứng với thời gian nào được rút ngắn thì các chi phí sẽ “không quá đắt”. 3.4. Trường hợp 4: Xây dựng công trình trong thời gian đã ấn định, Tađ, (bởi bên A hoặc thông qua đấu thầu) với tổng chi phí xây dựng là nhỏ nhất. Đây là bài toán hay gặp nhất trong thực tế. Gọi thời gian ứng với chi phí nhỏ nhất là Tc. CT 2 Nếu Tc < Tađ hiển nhiên ta chọn Tc. Nếu Tc > Tađ ta thực hiện các bước như trong thí dụ trên cho tới khi thoả mãn thời gian ấn định Tađ. Đối với chủ đầu tư, việc tính toán phải kể tới các thiệt hại và lợi ích thu đ ược nhờ rút ngắn thời gian xây dựng. Chủ đầu tư có thể yêu cầu t ư vấn hay các nhà thầu cung cấp các thời gian thi công khác nhau ứng với các chi phí xây dựng khác nhau để so sánh các chi phí tăng thêm nhằm rút ngắn thời gi an xây dựng với lợi ích thu được nhờ rút ngắn thời gian xây dựng. Từ đó có thể dễ dàng xác định thời gian và chi phí xây dựng tối ưu. IV. KẾT LUẬN Bài báo đã trình bày phương pháp ứng dụng các cơ sở lý thuyết giới thiệu trong số báo trước để tối ưu hóa thời gian và chi phí xây dựng của các công trình thông qua một thí dụ cụ thể. Phương pháp giải các bài toán tối ưu hóa thời gian và chi phí khác nhau cho từng trường hợp khác nhau cũng đã được trình bày. Để có thể áp dụng dễ dàng các phương pháp tối ưu hoá đã trình bày trong thực tế, cần xây dựng các chương trình tối ưu hóa tiện ích cho các trường hợp khác nhau. Tài liệu tham khảo [1]. E.M. Willis – Scheduling Construction Projects. John Wiley and Sons, Inc., N.Y. 1996. [2]. J. Jackson – Computers in Construction Planning and Control. Allen & Uniwin London 1998. [3]. J.C. Phillips and E. Davis – Project Mangement with CPM, PERT and Precedence Diagramming., 3rd ed., Van Nostrand Reinhold Co., N.Y 1989