ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНОГО ПОТОКА: МАТРИЧНЫЕ, СЕТЕВЫЕ И ЦИКЛОГРАММЫ — ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ

THEORETICAL MODELS OF CONSTRUCTION FLOW ORGANIZATION: MATRIX, NETWORK, AND CYCLOGRAM MODELS — LIMITS OF APPLICABILITY

Lisitsyn Mikhail Viktorovich

student, Department of Construction, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Glazkova Ekaterina Vasilyevna

student, Department of Construction, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Movsisyan Alen Marzpetovich

Student, Department of Construction, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Platonova Galina Igorevna

Student, Department of Construction, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk 

АННОТАЦИЯ

В статье проводится сравнительный анализ трех основных теоретических моделей организации строительного потока: матричных, сетевых и циклограмм. Рассматриваются математические основы каждого метода, их преимущества и недостатки. Особое внимание уделяется условиям синхронизации работ и возникновения простоев. На основе анализа делаются выводы о границах применимости данных моделей для различных типов объектов строительства: линейных, высотных и площадных. Предложены рекомендации по выбору оптимального метода календарного планирования в зависимости от характеристик проекта.

ABSTRACT

The article provides a comparative analysis of three main theoretical models for organizing construction work: matrix models, network models, and cyclograms. It examines the mathematical foundations of each method, their advantages, and disadvantages. Special attention is given to the conditions for synchronizing work and avoiding delays. Based on this analysis, the article draws conclusions about the applicability of these models for different types of construction projects, including linear, high-rise, and large-scale projects. The article also provides recommendations for selecting the optimal method of scheduling based on the characteristics of the project.

Ключевые слова: Организация строительства, строительный поток, календарное планирование, матричные модели, сетевые графики, циклограммы, поточное строительство, синхронизация работ.

Keywords: Construction organization, construction flow, calendar planning, matrix models, network graphs, cyclograms, flow construction, and work synchronization.cost, ROI, construction investments, and digitalization of construction.

Введение

Организация строительного производства представляет собой сложную задачу, требующую согласования во времени и пространстве множества процессов: от нулевого цикла до отделочных работ. Основой эффективного управления является календарное планирование, которое базируется на теоретических моделях организации строительного потока. Теория поточного строительства, разработанная еще в 1930-х годах профессором М.С. Будниковым и развитая в трудах В.А. Афанасьева, предполагает такой метод организации работ, при котором обеспечивается непрерывность и ритмичность выпуска готовой продукции.

На сегодняшний день выделяют три классические модели описания строительных потоков: матричные, сетевые и циклограммы. Каждая из них имеет свою математическую основу и исторически сложилась для решения определенного круга задач. Цель данной работы — определить границы применимости этих моделей и дать рекомендации по их выбору в зависимости от типа объекта (линейный, высотный, площадной) и требуемой точности управления.

1. Теоретические основы моделей организации потоков

1.1. Матричные модели

Матричные модели (или матричные алгоритмы) представляют собой табличную форму записи организации работ. Строительный процесс раскладывается на две составляющие: захватки (фронт работ) и процессы (виды работ). На пересечении строк и столбцов указывается время выполнения работы. Математически такая модель описывается матрицей смежности или матрицей продолжительностей.

Математическая суть: Классическая матричная модель базируется на расчете параметров потока: шага потока (tш), периода развертывания (Траз) и периода выпуска готовой продукции. Расчет ведется по формулам, обеспечивающим совмещение процессов во времени при условии непрерывности работы либо на захватках (критический путь), либо в бригадах. Основной задачей является нахождение оптимальной очередности захваток.

1.2. Сетевые модели

Сетевые модели (сетевые графики) отображают технологическую последовательность работ в виде ориентированного графа. Вершины (события) обозначают начало или окончание работ, а дуги (стрелки) — сами работы. Математической основой сетевых моделей является теория графов. Наиболее распространены модели типа "вершина-работа" (в отечественной практике) и "вершина-событие" (в зарубежной).

Математическая суть: Расчет сетевого графика сводится к определению критического пути (максимальной по продолжительности последовательности работ), резервов времени (полных и частных) и ранних/поздних сроков свершения событий. Методы критического пути (CPM) и PERT (Program Evaluation and Review Technique) позволяют оценивать вероятностные характеристики продолжительности проекта.

1.3. Циклограммы (линейные графики)

Циклограмма (или линейный календарный график) — это графическое отображение строительного процесса в координатах "время — фронт работ" (обычно время по горизонтали, захватки или ось трассы по вертикали). Каждый процесс изображается наклонной линией, угол наклона которой характеризует интенсивность (скорость) потока.

Математическая суть: В основе циклограмм лежит аналитическая геометрия. Уравнение линии потока: t = k×L + b, где k — величина, обратная скорости потока. Синхронизация потоков достигается при параллельности линий. Точки пересечения линий указывают на технологические перерывы или "критические схождения".

2. Анализ условий синхронизации и причин возникновения простоев

Главная задача любой теоретической модели организации потока — обеспечить синхронную работу бригад (отсутствие простоев и простоев фронта работ). Рассмотрим, как эта задача решается в каждой модели.

В матричных моделях синхронизация достигается путем выравнивания шагов потока. Если шаги потоков различны (неритмичный поток), возникают простои бригад (ожидание фронта работ) или простои захваток (ожидание бригад). Матричный метод позволяет их рассчитать точно, но для этого требуется заранее знать продолжительность работ на каждой захватке. Сложность возникает при большом количестве захваток — матрица становится громоздкой, а перебор вариантов очередности (для достижения оптимальной синхронизации) требует применения методов комбинаторики.

В сетевых моделях синхронизация обеспечивается через механизм резервов времени. Простои возникают на работах, не лежащих на критическом пути. Модель четко показывает, где можно задержаться без ущерба для общего срока, но не всегда наглядно показывает пространственное взаимодействие бригад (например, одновременную работу двух бригад на одной захватке, если это не оговорено особо).

В циклограммах синхронизация видна геометрически. Условие беспростойной работы — параллельность линий потоков. Если линии не параллельны (разные темпы работ), они неизбежно пересекутся, что в реальности означает либо простой (одна бригада догоняет другую и вынуждена ждать), либо работу "в стесненных условиях". Преимущество циклограммы — наглядность: зона "критического сближения" видна сразу.

3. Границы применимости моделей для различных типов объектов

Разные типы объектов диктуют свои требования к модели управления.

Таблица 1. Сравнение моделей по критериям применимости

Критерий Матричные модели Сетевые модели Циклограммы

Объекты Площадные, секционные Уникальные, сложные Линейные, протяженные

Наглядность Низкая (таблицы) Средняя (графы) Высокая (графики)

Учет ресурсов Ограничен Развит (ресурсные графики) Слабо развит

Динамика Статика Возможен пересчет Статика

Точность расчета простоев Высокая Средняя Высокая

Для площадных объектов (компактная застройка, жилые микрорайоны с большим количеством однотипных зданий) наиболее эффективны матричные модели. Они позволяют организовать равноритмичные и кратноритмичные потоки, оптимизировать очередность возведения зданий, минимизировать простои техники. Здесь работает принцип "захватка-процесс", и матрица идеально подходит для планирования "потока с критическим путем через захватки".

Для линейных объектов (дороги, трубопроводы, каналы, линии электропередач) безальтернативны циклограммы. Пространственная распределенность объекта и важность скорости продвижения фронта работ делают линейный график (циклограмму) самым понятным инструментом. Он позволяет увидеть, где поток сужается (сложный участок) и где можно увеличить скорость.

Для уникальных высотных зданий (небоскребы, сложные инженерные сооружения) на первый план выходят сетевые модели. Сложность таких объектов заключается в огромном количестве разнотипных работ, множестве субподрядчиков и жесткой логике монтажа (нельзя монтировать фасад, пока не смонтирован каркас). Сетевой график с детализацией до сотен и тысяч работ позволяет рассчитать критический путь и маневрировать ресурсами.

Заключение

Проведенный анализ показывает, что не существует универсальной модели организации строительного потока. Выбор метода календарного планирования должен определяться типом объекта и характером производственных задач:

1. Матричные модели незаменимы при планировании однотипных цикличных работ на площадных объектах. Они дают точный математический расчет простоев и позволяют оптимизировать очередность, но менее наглядны при большом количестве процессов.

2. Сетевые модели являются основой управления сложными, уникальными проектами. Их сила — в способности моделировать логику сотен и тысяч взаимосвязанных работ, выявлять критические пути и управлять рисками.

3. Циклограммы остаются лучшим инструментом для линейного строительства, обеспечивая наглядность и простота контроля за скоростью движения потоков.

В современной практике часто используется комбинированный подход. Например, общий план может быть построен в виде циклограммы (для генподрядчика), а детальные проработки узлов ведутся в сетевых графиках (для субподрядчиков). Теоретическое знание границ применимости этих методов позволяет инженеру-организатору выбрать наиболее эффективный инструмент управления, избежать необоснованных простоев и обеспечить ритмичный ввод объектов в эксплуатацию.

Список литературы:

1. Афанасьев, В. А. Поточная организация строительства. — Л.: Стройиздат, 1990. — 302 с.
2. Дикман, Л. Г. Организация строительного производства. — М.: Издательство АСВ, 2019. — 608 с.
3. Костюченко, В. В., Кудишин, Д. Ю. Организация, планирование и управление в строительстве. — Ростов н/Д: Феникс, 2021. — 345 с.
4. Сборщиков, С. Б. Календарное планирование в строительстве: теория и практика. — М.: МГСУ, 2020. — 180 с.
5. Олейник, П. П. Организация строительного производства. — М.: Проспект, 2022. — 576 с.
6. СП 48.13330.2019. Организация строительства. Актуализированная редакция СНиП 12-01-2004. — М.: Стандартинформ, 2019.
7. Гусаков, А. А. Системотехника строительства. — М.: Стройиздат, 1993. — 368 с.
8. Попов, А. Н. Сравнительный анализ методов календарного планирования в строительстве // Вестник МГСУ. — 2021. — № 6. — С. 54-61.