Proactive scheduling of repetitive construction processes to reduce crews idle times and delays

• Autorzy: Jaśkowski Piotr , Biruk Sławomir , Krzemiński Michał

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.138500

Warianty tytułu

PL

Metoda proaktywnego harmonogramowania przedsięwzięć powtarzalnych zapewniająca redukcję przestojów w pracy brygad i opóźnienia w realizacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Duration of construction projects can be reduced by harmonizing construction processes: adjusting productivity rates of specialized crews and enabling the crews to work in parallel as in a production line. This is achievable in the case of projects whose scope can be divided into units where a similar type of work needs to be conducted in the same sequence. A number of repetitive project scheduling methods have been developed to assist the planner in minimizing the execution time and smoothing resource profiles. However, the workflow, especially in construction, is subject to disturbance, and the actual process durations are likely to vary from the as-scheduled ones. The inherent variability of process durations results not only in delays of a particular process in a particular unit but also in the propagation of disruptions throughout the initially well-harmonized schedule. To counteract the negative effects of process duration variability, a number of proactive scheduling methods have been developed. They consist in some form of predicting the conditions to occur in the course of the project and implementing a strategy to mitigate disturbance propagation. This paper puts forward a method of scheduling repetitive heterogeneous processes. The method aims to reduce idle time of crews. It is based on allocating time buffers in the form of breaks between processes conducted within units. The merits of the method are illustrated by an example and assessed in the course of a simulation experiment.

PL

W celu redukcji czasu realizacji obiektów budowlanych, poprzez umożliwienie równoległej pracy brygad roboczych, jest konieczny ich podział na mniejsze części (działki robocze) o wielkości zbliżonej do wielkości frontu pracy brygad. Brygady realizują na kolejnych działkach podobne zadania, dostosowane do kwalifikacji zawodowych posiadanych przez jej członków. Do harmonogramowania realizacji przedsięwzięć powtarzalnych opracowano wiele metod, głównie dla warunków deterministycznych, gwarantujących z jednej strony minimalizację czasu ich realizacji a z drugiej zapewnienie ciągłości pracy brygad. Przestoje w pracy brygad są niekorzystne ze względu na niewykorzystanie potencjału produkcyjnego i straty finansowe spowodowane koniecznością wypłaty wynagrodzenia za gotowość do pracy lub przerzuty na inne place budowy, czy też skierowanie do realizacji innych mniej płatnych robót. Tego typu przestoje można wyeliminować w przypadku, gdy możliwe jest zachowanie stałego rytmu pracy, czyli gdy wielkość działek jest jednakowa (działki jednotypowe), bądź występuje zależność proporcjonalna między ich wielkością a pracochłonnością robót każdego rodzaju (działki jednorodne). Eliminacja przestojów prowadzi wówczas do minimalizacji czasu realizacji całego przedsięwzięcia. W przypadku działek niejednorodnych (o różnej wielkości i pracochłonności robót) zapewnienie ciągłości pracy brygad paradoksalnie powoduje wydłużenie czasu realizacji przedsięwzięcia (ze względu na późniejsze rozpoczynanie pracy kolejnych brygad). Na skutek zakłóceń realizacyjnych i oddziaływania czynników ryzyka czasy wykonania procesów na działkach roboczych są zmienne - mogą różnić się od planowanych, przyjmowanych przy tworzeniu harmonogramu. Zmienność czasów wykonania prowadzi do opóźnień w przekazywaniu frontów robót kolejnym brygadom i w efekcie do zakłóceń w ciągłej realizacji ciągów procesów i niedotrzymywania terminów dyrektywnych. Najczęściej stosowanym sposobem zapewnienia ochrony terminów dyrektywnych jest alokacja buforów czasu w harmonogramie. W artykule zaproponowano podejście do alokacji buforów umożliwiające zarówno zwiększenie niezawodności dotrzymania terminu dyrektywnego zakończenia przedsięwzięcia, jak i redukcję przestojów w pracy brygad.

Słowa kluczowe

EN

project scheduling; repetitive process; construction process; proactive scheduling; risk management; construction; simulation method

PL

harmonogramowanie; przedsięwzięcie budowlane; proces powtarzalny; harmonogram proaktywny; zarządzanie ryzykiem; budownictwo; metoda symulacji

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 4
• Strony: 287--302
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Jaśkowski Piotr

• Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1661-3373

autor

Biruk Sławomir

• Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4392-8426

autor

Krzemiński Michał

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6352-5942

Bibliografia

• [1] A. Altuwaim and K. El-Rayes, “Optimizing the scheduling of repetitive construction to minimize interruption cost”, Journal of Construction Engineering and Management, vol. 144, no. 7, pp. 0401-8051, Jul. 2018, DOI: 10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0001510.
• [2] M.A. Ammar, “Optimization of line of balance scheduling considering work interruption”, International Journal of Construction Management, June 2019, DOI: 10.1080/15623599.2019.1624003.
• [3] D. Arditi, O.B. Tokdemir, and K. Suh, “Scheduling system for repetitive unit construction using line-of-balance technology”, Engineering, Construction and Architectural Management, vol. 8, no. 2, pp. 90-103, February 2001, DOI: 10.1108/eb021173.
• [4] I. Bakry, O. Moselhi, and T. Zayed, “Fuzzy scheduling of repetitive construction projects”, in Proc. 30rd International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2013), Montreal, Canada, 2013, pp. 395-400, DOI: 10.22260/ISARC2013/0043.
• [5] I. Bakry, O. Moselhi, and T. Zayed, “Optimized scheduling and buffering of repetitive construction projects under uncertainty”, Engineering, Construction and Architectural Management, vol. 23, no. 6, pp. 782-800, November 2016, DOI: 10.1108/ECAM-05-2014-0069.
• [6] S. Biruk and Ł. Rzepecki, “Scheduling repetitive construction processes using the learning-forgetting theory”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 471, no. 11, 112-139, 2019, DOI: 10.1088/1757-899X/471/11/112039.
• [7] R. Büchmann-Slorup, “Applying critical chain buffer management theory in location-based management”, Construction Management and Economics, vol. 32, no. 6, pp. 506-519, 2014, DOI: 10.1080/01446193.2013.797094.
• [8] R.I. Carr and W.L. Meyer, “Planning construction of repetitive building units”, Journal of the Construction Division ASCE, vol. 100, no. 3, pp. 403-412, September 1974, DOI: 10.1061/JCCEAZ.0000444.
• [9] K. El-Rayes and O. Moselhi, “Optimizing resource utilization for repetitive construction projects”, Journal of Construction Engineering and Management, vol. 127, no. 1, pp. 18-26, February 2001, DOI: 10.1061/(ASCE)0733- 9364(2001)127:1(18).
• [10] E.M. Goldratt, “Critical chain”, Great Barrington, Publisher: The North River Press, 1997.
• [11] D. Gupta and T.C. Maravelias, “Framework for studying online production scheduling under endogenous uncertainty”, Computers and Chemical Engineering, vol. 135, 106-670, April 2020, DOI: 10.1016/j.compchemeng.2019.106670.
• [12] R.B. Harris and P.G. Ioannou, “Scheduling projects with repeating activities”, Journal of Construction Engineering and Management ASCE vol. 124, no. 4, pp. 269-278, July 1998, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9364(1998)124:4(269).
• [13] A. Hassan and K. El-Rayes, “Quantifying the interruption impact of activity delays in non-serial repetitive construction projects”, Construction Management and Economics, vol. 38, no. 6, 515-533, 2020, DOI: 10.1080/01446193.2019.1657922.
• [14] T. Hegazy and E. Kamarah, “Efficient repetitive scheduling for high-rise construction”, Journal of Construction Engineering and Management, vol. 134, no. 4, pp. 253-264, April 2008, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9364(2008)134:4(253) .
• [15] Z. Hejducki, “Scheduling model of construction activity with time coupling”, Journal of Civil Engineering and Management, vol. 9, no. 4, pp. 284-291, December 2003, DOI: 10.3846/13923730.2003.10531341.
• [16] P. Jaśkowski and S. Biruk, “Scheduling of repetitive construction processes with concurrent work of similarly specialized crews”, Journal of Civil Engineering and Management, vol. 26, no. 6, pp. 579-589, June 2020, DOI: 10.3846/jcem.2020.12914.
• [17] P. Jaśkowski, S. Biruk and M. Krzemiński, “Planning repetitive construction processes to improve robustness of schedules in risk environment”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 3, pp. 643-657, 2020, DOI: 10.24425/ace.2020.134418.
• [18] D.W. Johnston, “Linear scheduling method for highway construction”, Journal of Construction Engineering and Management ASCE, vol. 107 no. 2, pp. 247-260, June 1981, DOI: 10.1061/JCCEAZ.0000960.
• [19] D.P. Kavanagh, “SIREN: A repetitive construction simulation model”, Journal of Construction Engineering and Management, vol. 111, no. 3, pp. 308-323, September 1985, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9364(1985)111:3(308).
• [20] K.C. Lam, D. Lee and T. Hu, “Understanding the effect of the learning-forgetting phenomenon to duration of projects construction”, International Journal of Project Management, vol. 19, no. 7, pp. 411-420, October 2001, DOI: 10.1016/S0263-7863(00)00025-9.
• [21] J.D. Lutz and D.W. Halpin, “Analyzing linear construction operations using simulation and line of balance”, Transportation Research Record, no. 1351, pp. 48-56, 1992.
• [22] J.D. Lutz and A. Hijazi, “Planning repetitive construction: Current practice”, Construction Management and Economics, vol. 11, no. 2, pp. 99-110, 1993, DOI: 10.1080/01446199300000003.
• [23] J.J. O’ Brien, “VPM scheduling for high rise buildings”, Journal of the Construction Division ASCE, vol. 101, no. 4, pp. 895-905, 1975, DOI: 10.1061/JCCEAZ.0000569.
• [24] G. Polat, Y. Buyuksaracoglu, and A. Damci, “Scheduling asphalt highway construction operations using the combination of line-of-balance and discrete event simulation techniques”, in Proc. International Conference in Industrial Engineering and Engineering Management, Hong Kong, pp. 1126-1130, 2009, DOI: 10.1109/IEEM.2009.5372964.
• [25] M. Rogalska and Z. Hejducki, “Time buffers in construction process scheduling”, Journal of Civil Engineering and Management, vol. 13, no. 2, pp. 143-148, 2007, DOI: 10.3846/13923730.2007.9636430.
• [26] T. Salama, A. Salah and O. Moselhi, “Integration of linear scheduling method and the critical chain project management”, Canadian Journal of Civil Engineering, vol. 45, no. 1, pp. 30-40, January 2018, DOI: 10.1139/cjce-2017-0020.
• [27] O. Seppänen, “Empirical research on the success of production control in building construction projects”, PhD thesis, The Faculty of Engineering and Architecture, Helsinki University, Finland, 2009.
• [28] C. Srisuwanrat, P.G. Ioannou, and O. Tsimhoni, “Simulation and optimization for construction repetitive projects using promodel and SimRunner”, in Proc. 2008 Winter Simulation Conference, Miami, pp. 1237-1670, 2008, DOI: 10.1109/WSC.2008.4736348.
• [29] W.Y. Thabet and Y.J. Beliveau, “HVLS: horizontal and vertical logic scheduling for multistory projects”, Journal of Construction Engineering and Management ASCE, vol. 120, no. 4, pp 875-892, December 1994, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9364(1994)120:4(875).
• [30] M. Tomczak and P. Jaśkowski, “New approach to improve general contractor crew’s work continuity in repetitive construction projects”, Journal of Construction Engineering and Management, vol. 146, no. 5, 402-443, May 2020, DOI: 10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0001824.
• [31] S. Van de Vonder, E. Demeulemeester and W. Herroelen, “Proactive heuristic procedures for robust project scheduling: An experimental analysis”, European Journal of Operational Research, vol. 189, no. 3, pp. 723-733, September 2008, DOI: 10.1016/j.ejor.2006.10.061.
• [32] M. Vanhoucke, “Work continuity constraints in project scheduling”, Journal of Construction Engineering and Management, vol. 132, no. 1, pp. 14-25, January 2006, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9364(2006)132:1(14).
• [33] M.C. Vorster and T. Bafna, “Discussion of “Formal development of line-of-balance technique”, Journal of Construction Engineering and Management, vol. 118, no. 4, pp. 210-211, March 1992, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9364(1992)118:1(210.2).
• [34] L. Zhang et al., “Robustness-based multi-objective optimization for repetitive projects under work continuity uncertainty”, Engineering, Construction and Architectural Management, vol. 27, no. 10, pp. 3095-3113, Oct. 2020, DOI: 10.1108/ECAM-08-2019-0458.