Zainteresowania naukowe
linia


powrót do głównej strony

Tematyka prowadzonych przeze mnie badań dotyczy głównie:



linia

Podstawową dziedziną mojej działalności naukowej jest planowanie i kontrola realizacji inwestycji inżynierskich ze szczególnym uwzględnieniem specyficznych warunków, w jakich są wykonywane te obiekty, rozwiązań technologicznych jakie należy zastosować w trakcie prowadzenia prac, oceny ryzyka planowanych prac, kosztów realizacji tych obiektów oraz coraz ważniejszych wymogów ochrony środowiska.


W związku z tym, że planowanie wykonania obiektów inżynierskich wymaga uwzględnienia środków, jakie są dostępne w trakcie prowadzenia robót, początkowo szczególną uwagę zwróciłem w swoich pracach na możliwość zastosowania harmonogramów sieciowych do badania wpływu dostępności poszczególnych zasobów na termin i koszt wykonania inwestycji. Konsekwencją prowadzonych badań było rozpoznanie komputerowych systemów do planowania i harmonogramowania prac, a następnie  stworzenie i doskonalenie takiego systemu, który uwzględnia specyfikę planowania obiektów wodno-melioracyjnych oraz umożliwia analizę kosztów jego realizacji.


Najważniejszym osiągnięciem w tym zakresie jest opracowanie w ramach rozprawy habilitacyjnej programów SPRIMAC i SPRIMAS umożliwiających analizę dowolnego przedsięwzięcia inżynierskiego przedstawionego w postaci dwupunktowego harmonogramu sieciowego z uwzględnieniem czasu trwania poszczególnych czynności (w formie deterministycznej lub probabilistycznej), zasobów niezbędnych do ich wykonania oraz ich ogólnej dostępności na placu budowy jak również kosztów jakie, należy ponieść angażując wymagane zasoby. Przebieg analiz można dodatkowo kontrolować ustawiając między innymi takie parametry jak: kryterium poszukiwania rozwiązania, zastosowany algorytm obliczeniowy, wykonywanie czynności etapami, rezerwa czasu, aktywne poziomy dostępności. Jedną z ważniejszych opcji programu, nazwaną relokacją, jest możliwość zastosowania oryginalnej techniki obniżenia kosztów i skrócenia czasu realizacji obiektu poprzez zmianę rozkładu zapotrzebowania na środki w trakcie wykonania czynności (przy zachowaniu łącznego zapotrzebowania na poszczególne zasoby). Planowanie terminów wykonania poszczególnych czynności z uwzględnieniem ograniczeń w zakresie zużywanych zasobów przeprowadzane jest na podstawie samodzielnie opracowanych i zweryfikowanych heurystycznych algorytmów. Opracowane programy pozwalają między innymi na: obliczanie długości cyklu wykonania robót, ich harmonogramowanie, ustalanie zapotrzebowania i dostępności zasobów niezbędnych do realizacji planowanych przedsięwzięć, ustalanie potrzebnych nakładów finansowych na wykonanie obiektów, kontrolę realizacji robót i weryfikację harmonogramów, zarządzanie realizacją obiektów inżynierskich. W uzupełnieniu opracowałem algorytm i program do przekodowywania sieci dwupunktowych na jednopunktowe i odwrotnie.
 

W ostatnich latach szczególną uwagę zwróciłem na możliwość konstruowania harmonogramów budowlanych z uwzględnieniem elementów ryzyka. Planowanie i realizacja przedsięwzięć jest procesem trudnym i obciążonym wieloma elementami ryzyka. Odstępstwa od planu mogą powstać z wielu powodów, w wyniku czego znaczna część projektów w trakcie ich realizacji przekracza planowany termin i/lub budżet. Potwierdzają to badania naukowe i liczne przykłady z praktyki. W procesie ich planowania niezbędna jest więc umiejętność rozpoznania występujących zagrożeń, oszacowania ich wpływu na przebieg planowanych robót i umiejętne ujęcie ich w konstruowanym harmonogramie. Dlatego, pierwsze moje badania w omawianym zakresie związane były z rozpoznaniem probabilistycznego charakteru czasu szacowanych w harmonogramach robót oraz możliwością kwantyfikacji jego niepewności z zastosowaniem analizy ryzyka. W 1984 roku E. Goldratt w swojej publikacjach zaproponował teorią ograniczeń (Theory of constraints, TOC), której jednym z głównych założeń było wyznaczenie łańcucha krytycznego, zlokalizowanie istniejących ograniczeń oraz zastosowanie buforów jako narzędzia przeciwdziałającego zakłóceniom w planowanym procesie produkcyjnym. Ponieważ teoria ograniczeń dotyczyła bardzo wielu dziedzin gospodarki Goldratt wytyczył jedynie pewien kierunek, ukazujący możliwość i potrzebę stosowania buforów. Przeprowadzone przeze mnie badania i próby zastosowania założeń Goldratta w harmonogramach budowlanych bardzo szybko wykazały, że wymaga to opracowania metodyki dostosowanej do specyfiki produkcji budowlanej, złożonej struktury harmonogramów budowlanych, danych jakimi dysponuje planista itp. Właśnie stworzenie takiej metodyki stanowiło główny cel moich badań w ciągu ostatnich kilkunastu lat.


Ogólnie ujmując zagadnienie wprowadzenia buforów do harmonogramów sieciowych sprowadza się do dwóch podstawowych zagadnień: wyznaczenia ich ilości i lokalizacji oraz ustalenia ich wielkości. Goldratt zaproponował stosowanie dwóch rodzajów buforów czasu w strukturze sieci zależności budowanego harmonogramu: bufor projektu (BP) zlokalizowany na końcu ścieżki krytycznej oraz bufory zasilające (BZ) na końcu ciągów niekrytycznych łączących się ze ścieżką krytyczną. Takie rozwiązanie jest do zaakceptowania w prostych, małych sieciach zależności. Praktyka pokazuje, że harmonogramy budowlane są zdecydowanie większe i posiadają znacznie bardziej złożoną strukturę (zarówno topologię jak i typy relacji między zadaniami) co wymaga zastosowania nowych typów buforów. Na podstawie przeprowadzonych analiz wspólnie z dr. K. Pruszyńskim opracowaliśmy nowe typy buforów: wspomagające (BWP) i reagujące (BRK) zlokalizowane na ścieżce krytycznej, oraz reagujące (BRN) i końcowe (BK) na ciągach niekrytycznych. Podaliśmy dokładne zasady ich umiejscawiania w strukturze harmonogramu oraz przykłady ich stosowania. Szczególną uwagę zwróciliśmy na problem niezmiennego przebiegu ścieżki krytycznej po wstawieniu do harmonogramu buforów czasu.


Kolejnym zagadnieniem, które wymagało rozwiązania było ustalenie metodyki obliczania wielkości buforów w funkcji czasu. Goldratt proponował 50% skrócenie wyjściowych czasów zadań oraz skumulowanie w buforach 25% uzyskanego w ten sposób skrócenia (tzw. Cut and Paste Method - C&PM). Termin zakończenia całego przedsięwzięcia T wyznaczany jest wówczas jako suma czasu skróconego ciągu krytycznego i bufora projektu. Takie bardzo proste i schematyczne podejście nie dawało możliwości zróżnicowanego oszacowania ryzyka chronionych buforami zadań i moim zdaniem wymagało uwzględnienia probabilistycznego charakteru czasu trwania planowanych zadań. Zwróciłem również uwagę, że najczęściej istnieje dyrektywny termin zakończenia robót (narzucony np. podpisaną umową), który przy obliczaniu wielkości bufora metodą C&PM nie jest w ogóle brany pod uwagę. Zaproponowałem, aby czas buforów obliczać z uwzględnieniem wariancji czasu chronionych zadań (jako miarą niepewności oszacowania ich czasu), a końcowy termin całego przedsięwzięcia TP wyznaczać z uwzględnieniem obowiązującego terminu dyrektywnego i/lub prawdopodobieństwa jego dotrzymania. Taka formuła obliczeniowa koreluje wielkość buforów, skrócony czas zadań oraz termin zakończenia całego przedsięwzięcia TP i daje bardzo szerokie możliwości obliczeniowe menadżerowi projektu. Może on rozróżniać niepewność oszacowań poszczególnych zadań (przyjmując różne wielkości wariancji czasów poszczególnych zadań oraz zakładając typ rozkładu czasu na zadaniu), prawdopodobieństwo P dotrzymania terminu zakończenia całego przedsięwzięcia oraz dowolnie skracać czas każdego zadania. Wykonałem szereg przykładowych obliczeń na podstawie rzeczywistych, dużych harmonogramów obiektów budowlanych testując poprawność przyjętych założeń i poszukując parametrów, które pozwalają uzyskać najbardziej wiarygodne terminy wykonania obiektów, czasy zadań i chroniących ich buforów.


Zasadnicze znaczenie dla uzyskiwanych wyników ma sposób definiowania czasu trwania po-szczególnych zadań w harmonogramie. W literaturze ten bardzo ważny aspekt często jest pomijany, a poszczególni autorzy zakładają a priori różne sposoby oszacowania czasu zadań, najczęściej bez uzasadnienia. Wykonałem badania, które pokazują, że istnieje duży wpływ sposobu szacowania czasu zadań na obliczoną wielkość chroniącego je bufora czasu. Dotyczy to zarówno modelu probabilistycznego, gdy czas trwania zadań traktujemy jako zmienną losową a planista musi wskazać przyjmowany do obliczeń rozkład czasu oraz sposób wyznaczania jego parametrów, jak i często spotykanych w praktyce inżynierskiej danych deterministycznych. Ponieważ obliczanie czasu buforów zaproponowaną przeze mnie metodą wymaga znajomości wariancji poszczególnych zadań, w przypadku dysponowania czasami deterministycznymi opracowałem metodę, pozwalającą obliczyć długości buforów czasu również przy tego rodzaju danych. W obliczeniach wykorzystano obserwację, że odchylenie standardowe czasu zadania w rozkładzie PERT jest funkcją liniową zależną tylko od tego czasu. Zaproponowano sposób wyznaczania odchylenia standardowego zadań zależny od zakładanego współczynnika rozrzutu, będącego miarą szacowanej niepewności przyjętych czasów deterministycznych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdziłem, że wskazane jest przyjmowanie rozkładu lognormalnego przy opisie czasu trwania zadań, a jako czas skróconych zadań zalecam przyjmować kwantyl o prawdopodobieństwie w granicach 0,6 - 0,65. Są to nieco dłuższe czasy zadań niż proponuje Goldratt (a tym samym bezpieczniejsze dla menadżera projektu), które dobrze korelują z długością całego przedsięwzięcia wyznaczonym na poziomie prawdopodobieństwa P 0,95 czy 0,97. Wykazałem, że w przypadku ciągów zadań łańcucha krytycznego o mniejszej liczebności (poniżej kilkunastu zadań), jego termin końcowy powinno się wyznaczać na podstawie rozkładu t-Studenta, a w pozostałych przypadkach z rozkładu Normalnego. Jak wspomniano, w harmonogramach budowlanych stosowane są różne dodatkowe rozwiązania, które modyfikują ich konstrukcję, a które mogą mieć zasadniczy wpływ na sposób obliczania buforów czasu. W swoich badaniach rozważałem m.in. wpływ takich elementów jak ujemna zwłoka na relacjach, deklaracja terminów dyrektywnych, wpływ przyjętej struktury SPP czy sposób kontrolowania zużycia buforów. Wskazałem też na możliwość wyznaczania wielkości buforów na podstawie odrębnie wykonanej analizy ryzyka poszczególnych zadań oraz zastosowania teorii liczb rozmytych do wyznaczania skróconych czasów zadań i wielkości buforów.


Bufory zawarte w strukturze sieci zależności mogą posiadać zasoby inne niż czas (np. sprzęt budowlany, wybrane materiały itp.), jednak ze względu na szeroki wachlarz zasobów używanych w procesie budowlanym (odnawialnych i nieodnawialnych), praktyczne wyznaczenie parametrów takich buforów jest bardzo trudne. Dlatego w swoich badaniach przyjąłem, że drugim zasobem gromadzonym w buforach, oprócz czasu, powinny być środki finansowe. Wskazałem, że istnieje możliwość i potrzeba skorelowania tych dwóch najważniejszych z punktu widzenia analizy ryzyka planowanego przedsięwzięcia parametrów, tzn kontyngencji kosztów zgromadzona w buforach z rozmiarami skrócenia zadań i wielkością przyjętych buforów czasu. Zaproponowałem, aby środki finansowe zgromadzone w buforach składały się z dwóch elementów. Pierwszy stanowi zabezpieczenie kosztów wykonania zadań w podstawowym czasie bez skracania, drugi wynika ze wzrostu kosztu związanego ze skróceniem zadań. Wskazałem na potrzebę uwzględnienia zmiany kosztów pośrednich, w zależności od przyjętych czasów zadań, wielkości buforów czasu i terminu zakończenia całego przedsięwzięcia.



Drugim zagadnieniem, którym jestem szczególnie zainteresowany to kontrola realizacji obiektów budowlanych, zarówno w wymiarze rzeczowym jak i finansowym, możliwości zastosowania do niej metody wartości wypracowanej (EVM) oraz prognozowania ostatecznych kosztów i czasu realizacji obiektów budowlanych w trakcie realizacji robót przy różnym stopniu ich zaawansowania.


linia

Od 2003 roku jestem członkiem Sekcji Inżynierii Przedsięwzięć Budowlanych Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN (od 2016 roku jestem jej viceprzewodniczącym).


Od 2007 roku pełnię funkcję redaktora naczelnego Przeglądu Naukowego Inżynieria i Kształtowanie Środowiska.


Jestem laureatem medalu Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa im. prof. Aleksandra Dyżewskiego (2013). Zostałem odznaczony Srebrną Odznaką Honorową Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa (2015).


Listę moich publikacji można znaleźć tutaj.


do góry     powrót do głównej strony