2. Теоретико-методологические и методические основы проектирования строительного производства

2.2. Методы и модели, применяемые в рамках проектирования строительного производства

В настоящее время практически во все отрасли жизнедеятельности человека внедряются автоматизированные системы планирования, организации, оценки, принятия решений для управления сложными системами и процессами, что связано с развитием информационных технологий, совершенствованием возможностей компьютерной техники. Проектирование строительных систем и процессов, в том числе автоматизированное, в обязательном порядке предполагает применение средств математического моделирования, по этой причине ниже приводится классификация и краткая характеристика методов математического моделирования, применяемых для решения задач планирования, организации и управления строительным производством.

Под моделью строительного производства понимается математическое описание взаимосвязей производственных процессов, отображающее с необходимым или возможным приближением к действительности характеристики и параметры технологических, организационных и экономических процессов в строительстве [2].

Объектом моделирования при решении задач управления строительным производством могут быть процессы производства и управления, организационные и информационные структуры, строительные объекты и их комплексы и т.д. Независимо от моделируемого объекта модели строительного производства должны отвечать следующим основным требованиям:

-  адекватно отражать существенные черты объекта моделирования;

-  отражать динамику строительного производства;

-  быть устойчивыми по отношению к несущественным изменениям объекта моделирования;

-  обладать простотой и удобством анализа системы.

Задачи организации и управления строительным производством отличаются большой размерностью, высокой степенью сложности взаимосвязи параметров, обладающих чертами – нелинейностью, динамичностью, вероятностным характером, поэтому разработать универсальную модель и единый метод ее реализации достаточно сложно.

Все модели, принимаемые при решении задач организации и управления строительным производством, условно, можно разделить на следующие группы:

1.  Математические модели (математического программирования, аналитические и др.).

2.  Линейные графические модели (линейные календарные графики, циклограммы).

3.  Сетевые модели.

4.  Статистические модели.

5.  Имитационные логико-арифметические модели.

6.  Экспертные системы (модели).

7.  Блочно-иерархические модели.

8.  Балансовые модели.

9.  Логико-смысловые модели.

Математические методы и модели.

Экономической сущностью модели математического программирования обычно является отыскание такого плана, при реализации которого достигается минимум затрат на выполнение определенного объема работ или максимальный эффект при ограниченных ресурсах [ 2 ].

По виду математических выражений различают модели линейного и нелинейного программирования. По степени динамичности модели подразделяются на статические и динамические. Если модель включает целевую функцию, которая обладает свойствами непрерывности, и на переменные не накладываются ограничения целочисленности, то такие модели относятся к классу моделей непрерывного программирования. К классу моделей дискретного программирования относятся такие модели, в которых целевая функция имеет разрывы или на переменные наложено ограничение целочисленности. При детерминированном задании значений целевой функции и ограничений модели относятся к классу детерминированных. Если целевая функция или ограничения заданы случайными величинами, характеризуемыми законами распределения, такие модели относятся к классу моделей статистического программирования.

Наиболее широко в управлении строительным производством применяются модели линейного, нелинейного и динамического программирования.

В общем виде задача линейного программирования формулируется следующим образом:

Определить неотрицательные значения переменных x_i для i от 1 до n , удовлетворяющих системе линейных уравнений

для j от 1 до m минимизирующей линейную функцию

Общая задача нелинейного программирования записывается следующим образом:

Максимизировать (минимизировать) f(x₁, x₂,…,x_n) при условиях g_i(x₁, x₂,…,x_n) £ b_i, (i = 1, 2, …, m), (i = 1, 2, …,m; x_i ³ 0).

Основное функциональное уравнение модели динамического программирования имеет следующий вид:

,

где R_N(x, y) – общая отдача от принятой стратегии управления, зависящая от первоначальных затрат у_i и числа этапов управления N;

g(y) + h(x-y) – отдача от первого этапа использования затрат (первоначальные затраты делятся на у и (х-у) и рассматривается отдача от у – g(y) и от (х-у) – h(x-y);

f_N-1 [ay + b(x-y)] – отдача от последующих N-1 этапов управления.

Необходимо отметить, что методы математического программирования применяются, как правило, для решения ресурсных задач – планирования или оптимизации распределения ресурсов строительного производства (складируемых и нескладируемых) во времени и в пространстве с наложением на них определенных ограничений. Модели математического программирования являются эффективным средством решения таких задач строительства, как транспортная задача, оптимальное распределение капиталовложений, распределение трудовых ресурсов, распределения материально-технических ресурсов.

Логико-смысловые методы и модели.

Логико-смысловые модели применяются при решении задач, связанных с обработкой на ЭВМ смысловой информации, выраженной на естественном языке.

Построение модели осуществляется поэтапно. Первым этапом построения логико-смысловой модели является постановка задачи. Вторым этапом является описание проблемной области при помощи высказываний специалистов, экспертов. Для этого разрабатывается информационная карта формирования фонда проблем и предложения, заполняемая экспертом. Третий этап - это непосредственное построение модели. Построение семантической модели рекомендуется осуществлять с использованием сетевого графа.

Логико-смысловая модель представляется в виде связного неориентированного графа, где вершины соответствуют высказываниям, а ребра - смысловым связям между ними. Характеристики графа используются для исследования логико-смысловой сети.

В нашей стране работы по построению логико-смысловых моделей начались в первой половине 70-х годов (М.М. Субботин, ЦНИПИАСС) в виде системы смыслового анализа информации, как инструмента подготовки и совершенствования  комплексных решений с  использованием  ЭВМ  на различных уровнях отраслевого и межотраслевого управления ". Метод логико-смыслового моделирования применяется в двух основных направлениях: формирование и оценка проектных решений (в том числе в области строительства); анализ и оптимизация организационных структур с учетом выполняемых работ.

Специфика и смысл логико-смысловой модели состоит в том, что она отображает явление или объект в форме, позволяющей осуществлять операциональный анализ этого отображения с точки зрения его концептуального (целостного отображения объекта вокруг общей идеи). Логико-смысловые модели реализуют функцию анализа некоторой предметной области, определяемой совокупностью текстов на естественном языке. Процедуры представления текстов предусматривают взаимосвязанную систему высказываний о предметной области объекта, а также автоматизированное выделение и структурирование областей высказываний, характеризующихся тематическим единством. Автоматизация процесса смыслового анализа информации дает возможность снизить трудоемкость подготовки комплексных решений и определить исследуемую проблему во всей ее комплексности, целостности и всесторонности.

Логико-смысловые модели использовались в ряде сфер организационно-управленческой деятельности; для планирования тематики проектпо - изыскательских работ. Представление положений подготавливаемого решения и обосновывающих их высказываний в форме логико-смысловой модели позволяет выявить особенности анализируемого варианта решения и направления его доработки.

Такие модели предназначены для формирования принципиальных проектных решений, принимаемых на ранних стадиях проектирования. Результаты представляются в виде графических схем и связных текстов. Данный метол приспособлен для использования в системах выработки комплексных решений и может образовать ядро технологической системы подготовки текстов сложных решений (постановлений, целевых программ).

Балансовые методы и модели.

Балансовые модели применяются, прежде всего, при решении задач планирования, материально-технического снабжения. Балансовая модель базируется на сопоставлении наличия ресурсов (материальных, трудовых, финансовых) и потребности в них. Балансовые модели подразделяются на статистические и динамические. Первые отражают состояние потребностей и наличие ресурсов на определенный период времени; динамические - учитывают их сбалансированность с учетом длительности производственного цикла. Балансовый метод заключается в определении, количественном измерении и сопоставлении показателей, характеризующих потребности объектов строительства, с аналогичными показателями источников получения ресурсов; устанавливает зависимости параметров объекта и источника.

Данный класс моделей применяется, прежде всего, при решении задач планирования, материально-технического снабжения. Балансовая модель - это модель типа "расход-приход". Она базируется на сопоставлении наличия ресурсов (материальных, трудовых, финансовых) и потребности в них. Балансовые модели подразделяются на статистические и динамические. Первые отражают состояние потребностей и наличие ресурсов на определенный период времени; динамические - учитывают их сбалансированность с учетом длительности производственного цикла. Балансовый метод заключается в определении, количественном измерении и сопоставлении показателей, характеризующих потребности объекта строительства, с аналогичными показателями источников получения ресурсов; устанавливает зависимости параметров объекта и источника.

Экспертные системы (модели) [3].

Экспертные системы (модели) - системы программного обеспечения, выполняющая функции эксперта в конкретной предметной области и включающая цепь доказательств, используемых экспертами для анализа специфических проблем.

Практическое использование экспертных систем выглядит в виде человеко-машинного диалога (интерактивный режим), в процессе которого не только человек задает вопросы машине, но и машина - человеку. Кроме того, пользователь при желании может выяснить причину принятия того или иного решения, не вникая в суть программного обеспечения, а также получить объяснение действий машины при обосновании результата решения.

Основой функционирования экспертной системы является база знаний. Базы знаний строятся на основе моделей представления знаний в виде непосредственного представления, семантических сетей (фреймов), либо правил. В отличие от баз данных, являющихся информационным обеспечением традиционных систем, она содержит две группы знаний: декларативный (факты о конкретной прикладной области) и процедурный (эвристические методы или правила для решения задач).

Семантическая сеть - математическая модель, отображающая множество понятий, относящихся к определенным классам объектов. В общем случае она может быть представлена в виде гиперграфа, в котором вершины соответствуют понятиям, а дуги - отношениям этих понятий. В зависимости от типов связей, различают: классифицирующие сети, функциональные сети и сценарии.

В классифицирующих семантических сетях используются отношения структуризации. Функциональные сети (вычислительные модели) характеризуются наличием функциональных отношений (процедур вычислений). В сценариях используются каузальные отношения. Разновидностью семантических сетей является фреймовая модель.

Проведенными исследованиями установлено, что 50% задач проектирования и свыше 70% задач организационно-технологической подготовки производства требует применения эвристических процедур, методов символьного программирования формальной логики, привлечения экспертных и качественных оценок опыта и знаний высококвалифицированных специалистов . Анализ сложившейся обстановки позволяет сделать вывод о необходимости разработки методов и средств, позволяющих повысить эффективность управленческого труда, обеспечить необходимой информацией процесс генерирования, анализа и выбора проектных организационно-технологических решений.

В настоящее время имеется опыт применения экспертных систем в строительстве: решение задач совершенствования организационного управления инвестиционным проектом (Швейцария) и анализ хода и оценки эффективности выполнения проекта (США), оценка стоимости и продолжительности реализации конкретного проекта (Австралия). Специфика и сложность экспертных систем привела в ряде развитых стран к необходимости создания специального направления по их разработке. Появилась новая специальность "технолог знаний".

Экспертные системы является эффективным средством изучения возможности применения компьютерной техники с использованием базы знаний, решения неформализованных творческих задач в процессе проектирования и подготовки строительного производства, решения проблем обеспечения согласованного взаимодействия участников строительного производства, приобретения, накопления, обработки знаний, а также их системного представления в процессе проектирования организации строительного производства, решения проблем принятия решений строительными организациями при проведении подрядных торгов в условиях неполной информации. Использование таких систем позволяет повысить конкурентоспособность подрядных организаций на рынке строительных услуг за счет привлечения с помощью новых информационных технологий опыта и знаний высококвалифицированных специалистов, улучшения обоснованности и качества проектных решений.

Перспективным является использование экспертных систем на ранних стадиях проектирования. Определенные успехи в этой области были достигнуты в отечественном институте ЦНИПИАСС - ЦНИИПроект. Применяемые в строительстве экспертные системы классифицируют на системы: по оценке повреждений конструкций; по выбору моделей и методов расчета; по проектированию конструкций; по оптимизации конструкций. При безусловной перспективности распространение таких систем связано с объективными трудностями: высокая сложность и значительная продолжительность разработки (часто 10 лет и более), морально-психологические аспекты связанные с опасением экспертов и руководителей по поводу снижения их авторитета при широком использовании ЭВМ в ситуациях, где традиционно решающую роль играет человек, обладающий опытом, знаниями и правом принятия решений.

Поточные методы и модели [4].

Сущность поточного метода возведения зданий и сооружений заключается в расчленении производственного процесса на составляющие элементы для последующей их взаимной увязки. Основным принципом поточного метода являются непрерывность и ритмичность процесса, что достигается строгой очередностью работы бригад (каждая бригада подготавливает фронт работ следующей за ней бригаде, выполняющей другие виды работ), а также соответствующим расчетом элементов потока (ритм, шаг, интенсивность и др., состав бригад и их техническое оснащение). В строительстве различают многие виды потоков. Для графического отображения потоков используются: линейные графики (диаграммы "Ганта"), циклограммы, сетевые графики.

Линейные графики [4].

Наиболее распространенной линейной моделью являются календарные графики строительства и циклограммы. Методология их построения достаточно хорошо изучена, однако практическое использование при возведении зданий и сооружений сдерживается из-за отсутствия оценки альтернативных решений строительства.

Линейные календарные графики, предложенные в конце XIX века Г.Л. Гантом, определяют взаимосвязь объемов СМР и времени их выполнения. На оси ординат показывается перечень видов работ, расположенных в технологической последовательности их выполнения, характеристики работ (объемы, стоимость, трудоемкость, машиноемкость, состав исполнителей), а на оси абсцисс - принятые порядковые или календарные единицы времени в количестве, охватывающем весь период производства работ.

Основная задача разработки и использования линейных календарных графиков - нахождение организационно-технологических вариантов с рациональной взаимосвязью элементов производства, с целесообразной очередностью и взаимоувязкой работ в пространстве и времени, обеспечение непрерывности потребления ресурсов или непрерывности загрузки пространства производства (фронта работ).

Линейные календарные графики - наглядная модель, легко усваивающая происходящие события. Однако эта модель консервативна в своем исполнении и отражает одну возможную ситуацию хода строительства. При возникающих отклонениях во времени и во взаимосвязи по факторам производства модель должна быть скорректирована или построена заново.

Наиболее широко распространены табличные и графические формы представления. При распределении объемов СМР по периодам строительства соблюдается ряд основных принципов: порядок развертывания строительства должен устанавливаться так, чтобы в первую очередь выполнялись работы подготовительного периода; сроки строительства отдельных зданий и сооружений назначаются с учетом технической возможности их возведения.

Календарные планы служат исходными документами для определения потребностей в рабочих, материально-технических и финансовых ресурсах для строительства объектов. С их помощью определяют сроки и порядок поступления материально-технических ресурсов и работы строительных машин. В связи с этим обязательным условием заключения подрядных договоров является наличие календарных планов производства работ. Вариантная проработка календарных линейных графиков может выполняться в организационно - технологических моделях возведения объектов, которые показывают очередность завершения технологических этапов, а также характер взаимосвязей между ними. Организационно-технологическая модель должна быть адекватной объекту и не терять своей устойчивости при изменении условий строительства. Она должна облегчать работу по быстрому уточнению хода производственного процесса, по выявлению его параметров и внесению соответствующих поправок в случае изменения количества рабочих, замены одних машин другими.

В настоящее время при разработке календарных планов преимущественно используются детерминированные организационно-технологические модели, в которых не учитывается вероятностный характер производства, к ним относятся: цифровые модели в виде таблиц, матриц, линейные и сетевые графики, различного вида циклограммы.

Циклограммы [4]

Циклограммы, предложенные в 30-х годах XX века М.С. Будниковым, позволяют отражать технологическую последовательность работ, сроки их выполнения и пространство производства работ. На оси ординат циклограммы откладываются отрезки, соответствующие фронтам работ в порядке их освоения (пространство), а на оси абсцисс - принятые календарные единицы времени периода производства работ (во времени). Ход и сроки выполнения каждой работы отражаются на сетке графика наклонной линией, начало которой соответствует началу, а конец - окончанию определенного вида работ. Наклон прямой характеризует скорость (интенсивность выполнения работ). Потребность в трудовых, материальных и финансовых ресурсах на единицу времени отражается под сеткой графика в виде цифрового ряда или эпюры.

Циклограммы по своему изображению событий, как и линейные графики, консервативны, отражают одну, зафиксированную ситуацию строительства. Меняется ситуация - требуется перестроение циклограммы.

Сетевые модели [4]

Сетевые методы и модели наиболее широко используются в практике проектирования организации и технологии строительства. Так, например, в состав проекта организации строительства (ПОС), в качестве основного документа должен быть включен комплексный укрупненный сетевой график (КУСТ) возведения предприятия. Сетевые модели позволяют отразить многообразие взаимосвязей и последовательность выполнения работ в соответствии с принятыми методами их выполнения, содержат необходимую информацию о ходе возведения объекта и являются инструментом для нахождения наилучшего варианта строительства. В организации строительного производства (ОСП) используется различные виды сетевых моделей. Специфические особенности сетевых моделей определяют области их применения и использования в моделировании организации и управления производством, в т.ч. в автоматизированных системах управления (АСУ).

Сетевые графики (модели) впервые предложены Дж. Е. Келли и Р.М. Уолкером, представляют собой ориентированный граф, то есть граф-сеть, образуемую стрелками (работами и связями) и кружками (событиями), обозначающими начало и окончание каждой работы или связи.

Внедрение сетевых графиков позволило автоматизировать процесс проектирования и оптимизировать организационно-технологические решения при изменении ситуации строительства под действием его динамизма и интенсификации, а также охватывать практически беспредельное количество событий и их взаимосвязей. Применение сетевых графиков способствовало повышению качества планов и их технических решений; повышению точности и обоснованности расчета продолжительности работ. На этих моделях существует возможность объективно оценивать влияние возникающих отклонений на отдельных работах, их последующее влияние на другие виды работ, а также на отклонение от заданного (расчетного) срока строительства объекта.

Нередко используется гиперграф - граф, в котором ребра отображают отношения между вершинами и каждое ребро есть подмножество инцидентных ребру вершин, геометрически неориентированный гиперграф можно представить, если вершины изобразить кружками, а ребра - замкнутыми линиями, охватывающими инцидентные им вершины.

Метод моделирования возведения зданий и сооружений с использованием сетевых моделей предполагает, что каждая работа (дуга или событие), включаемая в модель, имеет конкретное содержание, точный физический объем и выполняется в заданной, технологической и организационной последовательности. Работы по строительству объекта упорядочиваются, по определенным правилам, в сетевой модели. Рассчитывается продолжительность критического пути (максимально протяженного неразрывного пути от начального до конечного события), ранние и поздние сроки начала и окончания работ, резервы времени. В случае, если рассчитанные параметры не отвечают директивным срокам и возможностям организации производства, сетевая модель подвергается корректировке. Модель вычерчивается в масштабе времени. Оптимизация производится по времени, ресурсам. Для отображения сетевых моделей служат графы.

Сетевые модели обеспечивают возможность построения оптимального (по принятому критерию) или улучшенного плана реализации комплекса работ и возможность управления процессом выполнения этого плана по четким правилам функционирования, включающим элементы предвидения, адаптации, поиска наилучшего решения.

Областями наиболее рационального применения сетевых моделей на уровне подрядных СМО являются:

-  формирование календарного плана выполнения СМР на временной промежуток (независимо от специфики строительной организации);

-  формирование календарного плана выполнения СМР при месячном и недельно-суточном планировании (для объектов со сравнительно сложной технологией возведения);

-  формирование календарного расписания выполнения СМР при условии поточной организации работ;

-  целевые строительные разработки (программы) (включающие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, проектирование, опытное производство, испытания и т.п.) сложных систем;

-  распределение ресурсов, определение наиболее вероятного срока завершения комплекса работ, прогнозирование затрат;

-  материально-техническое снабжение строительства.

Объектами сетевого моделирования являются комплексы работ, при выполнении которых силами организаций, располагающих необходимыми ресурсами (рабочей силой, машинами, оборудованием, материалами, денежными средствами и т.п.), обеспечивается достижение намеченных целей (получение заданных результатов).

К основным свойствам объекта моделирования относятся:

-  возможность представления его в виде совокупности отдельных взаимосвязанных работ;

-  определенная очередность выполнения этих работ;

-  наличие одной или нескольких целей, на достижение которых направлены все работы комплекса.

Проектирование строительного производства посредством сетевых моделей является на сегодняшний день наиболее прогрессивным и эффективным средством организации строительного производства, и область применения сетевого моделирования ограничена именно организационным и управленческим уровнем и не охватывает уровень формирования и оптимизации технологии строительного производства. В сетевых моделях технологические параметры представлены заблаговременно определенными значениями трудозатрат на выполнение работ, интенсивностей функционирования строительных процессов, численности рабочих для выполнения работ и чаще всего работы описываются следующими параметрами: трудоемкость в человеко-днях или машино-сменах, продолжительность в единицах времени, стоимостными показателями.

Таким образом, недостатком сетевого моделирования является ограничение возможностей проектирования организационным уровнем, т.е. формированием оптимального, по принятым критериям, плана осуществления совокупности частично упорядоченного исходной технологией строительно-монтажных работ. Оптимизация на уровне формирования исходной технологии производства работ не осуществляется.

Статистические модели.

Нормальное функционирование сложных систем, к которым относится строительное производство, невозможно без статистического подхода к описанию показателей, характеризующих эти системы. Эти показатели в свою очередь зависят от многих факторов, также носящих статистический характер, например климатических, социальных и других факторов. Кроме того, процесс строительства, как и большинство сложных регулируемых систем, требует вероятностно-статистического подхода к решению задач планирования и управления. Конечно, такая постановка возможна только для тех показателей, которым присуща статистическая устойчивость (однородность), т.е. в ситуации, когда некие наблюдаемые показатели действительно имеют один и тот же закон распределения или, что то же, принадлежат к одной генеральной совокупности.

Однако проверка статистической устойчивости в строительстве – задача сложная, так как каждая отдельная стройка практически всегда находится в различных условиях функционирования. Тем не менее можно такие показатели, как трудоемкость, производительность, рассматриваемые на единицу объема, считать статистически устойчивыми. Вопрос о том, является ли тот или иной показатель статистически устойчивым, как правило, решается на интуитивном уровне, который в свою очередь основан на субъективном и общенаучном опыте. Эти показатели можно рассматривать в неизменных границах с точки зрения условий возведения (одна климатическая зона, похожие грунтовые условия, аналогичные по квалификации и механовооруженности строительные организации, один и тот же сезон проведения работ и т.д.).

В настоящее время формальных методов выявления полной статистической устойчивости наблюдаемых показателей не существует не только в строительстве, но и в других областях техники, поэтому единственным критерием могут явиться только опыт и практика использования получаемых результатов для планирования, прогнозирования и т.д.

Итак, содержательные показатели строительного производства и являются объектом исследования статистическими методами. Для этого предварительно организуется сбор информации о конкретных значениях показателей. Результатом этой процедуры являются статистические выборки – результат ограниченного числа наблюдений на множестве всех мыслимых наблюдений, т.е. на генеральной совокупности.

Статистические выборки анализируются с целью получения информации о свойствах генеральной совокупности. Процедуры обработки статистического материала с целью выявления эмпирической функции распределения и подбора теоретической модели функции распределения и являются первым этапом построения статистических моделей.

В общем виде, статистическое моделирование включает следующие процедуры:

-  разработка эффективных методов сбора и анализа информации;

-  определение числовых характеристик выборок;

-  упорядочение статистического материала;

-  исключение аномальных значений случайной величины;

-  построение графических моделей, характеризующих статистические выборки (гистограммы);

-  оценка параметров априорных распределений;

-  выбор типа и определение параметров закона распределения случайных величин;

-  построение многомерных статистических моделей.

Имитационное моделирование.

Аналитические методы описания и анализа функционирования сложных систем обычно не позволяют учесть такие характерные особенности организационно-экономических систем, как наличие в них элементов непрерывного и дискретного действия, сложные нелинейные связи между характеристиками системы, воздействие многочисленных внешних и внутренних случайных факторов. В связи с этим представляет интерес использование имитационного моделирования для качественного анализа и решения задач, не имеющих строгого аналитического описания.

Имитационная модель представляет собой общее логико-метематическое (алгоритмическое) описание системы, запрограммированное для воспроизведения на ЭВМ.

Имитационные модели позволяют адекватно описать организационно-технологические процессы и процессы управления производством без аппроксимации основных функциональных зависимостей и связей, необходимой для применения традиционных методов математического моделирования.

Интенсивное развитие в последние годы методов имитационного моделирования является следствием дальнейшего развития экономико-математических методов, связанного с расширением области использования количественных методов и проникновением их в сферу неформального анализа сложных систем.

К преимуществам имитационного моделирования относятся:

-  возможность, не зная общих законов поведения системы, синтезировать ее модель на основании знаний о законах поведения ее элементов;

-  динамический характер отображения организационно-технологических систем;

-  возможность учета дискретного характера функционирования элементов и системы в целом;

-  учет действия случайных факторов, влияние которых в организационно-экономических системах велико;

-  высокая адекватность имитационных моделей, так как их структура близка функциональной и логической структурам моделируемых систем;

-  возможность комплексного исследования различных альтернатив системы на множестве модельных реализаций ее функционирования, т.е. проведение статистических экспериментов;

-  широкая возможность применения различных средств математического описания.

Имитационные модели могут быть построены для различных целей и задач организации и управления производством. В настоящее время определилась следующая область их применения:

-  исследование (фундаментальное или прикладное);

-  принятие решений;

-  построение альтернатив;

-  получение рациональных удовлетворительных решений;

-  проверка решений, полученных другими методами;

-  расчет широкого диапазона прогнозов и оценок будущего состояния производственной системы;

-  оценка долгосрочных последствий принятия текущих решений;

-  формирование календарного расписания производственной деятельности с вероятностными оценками сроков начала и окончания работ или этапов;

-  корректировка производственной программы реализации, при которой на основе результатов прогнозирования либо определяется количество дополнительных ресурсов, обеспечивающих выполнение заданной программы, либо корректируются планируемые показатели.

Процесс создания имитационной модели обычно включает четыре последовательных этапа:

1.  Формулирование проблемы и постановку задачи, с указанием критериев и ограничений.

2.  Формулирование символической модели.

3.  Конструирование математической модели (алгоритма функционирования) системы, включающее формализацию статической структуры и динамики системы.

4.  Проверку адекватности имитационной модели реальной системе на ретроспективных данных функционирования системы.

Достоинства метода имитационного моделирования заключается в широких возможностях синтеза в рамках имитационной модели всего спектра методов математического моделирования в наиболее целесообразных и эффективных для их применения областях. Методы статистического моделирования на этапе формирования исходных параметров элементов системы, оценке надежности моделируемой системы, проверке адекватности имитационной модели реальной системе; методы математического программирования для описания отдельных элементов моделируемой системы, принципы сетевого моделирования для целостного описания системы. Таким образом, имитационная модель есть ничто иное, как оптимальное комбинирование в данной методике наиболее эффективных и широко применяемых математических методов управления строительством.

На основании изложенного выше материала представляется возможным классифицировать модели и методы, используемые при проектировании, в зависимости от применяемого математического аппарата, достоинств и недостатков, по области их применения. По охвату решаемых с помощью математических методов задач строительного производства их можно разделить на два класса: специализированные и универсальные. К специализированным методам моделирования можно отнести методы математического программирования, статистического моделирования, сетевого моделирования; к классу универсальных методов с полным правом можно отнести метод имитационного моделирования.

Область применения методов математического программирования составляют задачи, суть которых сводиться к отысканию оптимального плана работ по критерию минимизации затрат или максимального эффекта при ограниченных ресурсах. Наиболее часто с помощью методов математического программирования решаются различные типы ресурсных задач (оптимального распределения трудовых, материально-технических ресурсов, транспортная задача, задача распределения капиталовложений и т.п.).

Сетевые модели, как правило, применяются на уровне организационного проектирования строительных процессов, т.е. формирование плана выполнения частично упорядоченных исходной технологией работ, при действии определенных ресурсных ограничений, его оптимизации. Основным методом реализации сетевого моделирования является нахождение по определенным правилам критического и подкритических путей осуществления работ и выявление резервов производства, соответственно на подкритических путях осуществления строительного процесса.

Статистическое моделирование наиболее целесообразно применять для формирования исходных параметров для проектирования строительных процессов и для оценки надежности строительной системы в целом и ее отдельных элементов.

Имитационные модели причисляются к классу универсальных методов по причине высокой степени адекватности получаемых моделей, возможности синтеза в ее рамках всех известных методик математического моделирования в областях их наиболее целесообразного и эффективного применения, гибкости общей логико-математической (алгоритмической) модели, описывающей функционирование строительных систем.