2006:021 CIV
E X A M E N S A R B E T E
4D CAD och Line of Balance för effektivt betongbyggande
Alexander Forss Håkan Norberg
Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet
Sammanfattning
Det finns stor potential i byggbranschen att förbättra produktionsprocessen på en arbetsplats med hjälp av nya planerings- och modelleringsverktyg. En produktionsteknologi som är särskilt intressant att studera är det platsgjutna betongbyggandet. Här utförs många olika, men sammanhängande, moment tätt på varandra och processen styr mycket av andra processer som följer efter detta skede. Det är därför viktigt att kunna planera och kontrollera byggandet med platsgjuten betong med enkla och effektiva planeringsverktyg.
En relativt ny modelleringsteknik som har stor potential att förbättra produktionsprocessen är 4D CAD. 4D CAD innebär att 3D CAD-modeller kombineras med tidplaneringsdata. Detta gör det möjligt att i förväg spela upp produktionsskedet sekventiellt och upptäcka brister men också se möjligheter i produktionen. Dagens 4D CAD-modeller baseras ofta på traditionella, aktivitetsbaserade planeringsmetoder som medför en del metodologiska och praktiska begränsningar. Ett alternativ till traditionell planering är plats- tidmetoden som kallas för Line of Balance (LoB). LoB är en planeringsmetod som inriktar sig på förhållandet mellan tid och plats.
Den här rapporten förklarar användningen av 4D CAD-modeller i kombination med planeringsteknologin LoB för planering av platsgjutet byggande. Syftet med rapporten är att visa möjligheten att styra flödet av resurser genom fysiska områden på arbetsplatsen. Detta definieras som arbetsflöde. Vidare syftar rapporten till att visa hur planeringen och produktionsprocessen för platsgjutna betongkonstruktioner kan optimeras genom att använda 4D CAD-modeller i kombination med LoB-planering.
Ett bostadshusprojekt används som bas för studien. Först beskrivs hur processen för det platsgjutna betongbyggandet är planerat och styrt av entreprenören för fallstudien. Den delen följs av en beskrivning av hur fallstudien planeras och modelleras genom att använda 4D CAD och LoB-diagram. Detta har resulterat i:
9 En 4D-simulering av formning och gjutning.
9 Ett förslag på hur kranscheman kan upprättas och hur formvandring kan planeras med hjälp av 4D CAD.
9 Identifiering av fördelar och utmaningar som uppkommit vid kombinationen mellan 4D CAD och LoB vid planering av platsgjutet byggande.
Rapporten avslutas med en diskussion och förslag för hur 4D CAD och LoB
Abstract
There is great potential to improve the construction process by applying new process planning and -modeling tools. A production technology that is interesting to study in this respect is cast in place concrete construction. Many different, but interdependent, activities are executed on site, while occupying adjacent or common work spaces. The complexity of the cast in place concrete construction process and the impact of this process on subsequent phases of the total construction process require efficient and effective process planning techniques.
A relatively new process modeling technique that has great potential to improve construction process is 4D CAD. 4D CAD combines 3D CAD models with schedule data. In this way construction schedules can be evaluated virtually and scheduling issues and opportunities can be identified before work commences on site. 4D CAD models today are based on traditional activity based planning methods, which result in some methodological and practical limitations. An alternative to traditional planning techniques is Line of Balance (LoB). LoB is a planning method that focuses on the relation between time and place.
This report presents the application of 4D CAD models in combination with the LoB scheduling technique for planning of cast in place construction. The aim of the report is to show the potential of managing the flow of resources through locations on a construction site, which is defined as work-flow. In addition, the report aims to show how the planning and construction process for cast in place concrete structures can be improved by using 4D CAD models in combination with the LoB scheduling method.
A residential construction project is used as a basis for the study. We first describe how the cast in place concrete construction process is planned and managed by the contractor of the case study project. This section is followed by a description of how the case study project is set up and modeled by using 4D CAD and LoB diagrams. This resulted in:
9 A 4D simulation of form- and concrete work.
9 A proposal how to plan a crane schedule and the usage of forms by using 4D CAD.
9 Identified advantages and challenges for the combination of 4D CAD and LoB for planning of cast in place construction.
The report is concluded with a discussion section containing suggestion for how 4D CAD and LoB technology can be integrated and how both methods can be
Ordförklaring
4D Fjärde dimensionen (tid)
CAD Computer Aided Design
CIFE Center for Integrated Facility Engineering
CP4D CommonPoint 4D
CPM Critical Path Method
FAG Formning Armering Gjutning
FoT Filigran och tätningar
IPC Entreprenören som gjuter stommen
LoB Line of Balance
PERT Project Evaluation and Reviewing Technique
SoB Stämp och Bockryggar
VRML Virtual Reality Markup Language
WB Wäst Bygg A
Innehållsförteckning
1 INTRODUKTION... 3
1.1SYFTE... 4
1.2AVGRÄNSNINGAR... 5
1.3FORSKNINGSFRÅGOR... 5
1.4METOD... 6
1.4.1 Litteraturstudie ... 6
1.4.2 Introduktion till studien ... 7
1.4.3 Studier/Analyser ... 7
1.4.4 Resultat ... 7
2 STOMBYGGNADSPROCESSEN ... 9
2.1BÄRANDE INNERVÄGGAR... 9
2.1.1 Enkling & Dubbling... 9
2.1.3 Gjutning ... 10
2.2BJÄLKLAG... 10
2.2.1 Stämp & bockryggar... 10
2.2.2 Filigran & tätningar... 10
2.2.2 Filigran & tätningar... 11
2.2.3 Armering ... 11
2.2.4 Gjutning ... 11
2.3UTFACKNINGSVÄGGAR... 12
2.4BALKONGER... 12
2.5TRAPPOR... 12
2.6KRANANVÄNDNING... 12
2.7RESURSANVÄNDNING... 13
3 PLANERINGSMETODER ... 15
3.1TRADITIONELL PLANERING... 15
3.2NÄTPLANERING... 16
3.2.1 Critcal Path Method ... 17
3.3LINE OF BALANCE... 18
3.3.1 Utrymmesfördelning av projektet... 20
3.3.2 Skapa LoB-huvudtidplan från en materialförteckning ... 21
3.3.3 Typer av avvikelser... 21
3.3.4 Typer av kontrollåtgärder ... 24
3.4LEAN CONSTRUCTION... 24
3.4.1 Platsbaserad planering... 25
4 4D CAD... 27
4.1FÖRDELAR MED 4D/KUNDNYTTA... 27
4.1.1 Fördelar för konstruktörer ... 28
4.1.2 Fördelar för beställare ... 28
4.1.3 Fördelar för entreprenörer... 28
4.2DAGENS 4DCAD ... 29
4.2.1 Detaljeringsnivå ... 29
4.3TILLÄMPNING AV 4DCAD... 30
5 FÖRSÖK MED 4D CAD OCH LINE OF BALANCE ... 31
5.1FÖRSÖK I ... 33
5.1.1 Tidplan ... 33
5.1.2 Inställningar i CommonPoint 4D... 34
5.1.3 Länkning ... 35
5.1.4 Uppspelning ... 36
5.1.5 Analys... 37
2
5.2.3 Länkning ... 40
5.2.4 Uppspelning ... 41
5.2.5 Analys... 42
5.3FÖRSÖK III... 43
5.3.1 Tidplan ... 43
5.3.2 Uppspelning ... 45
5.3.3 Analys... 47
5.4FÖRSÖK IV... 48
5.4.1 Inställningar i Ceco Viewer... 48
5.4.2 Tidplan ... 48
5.4.3 Uppspelning ... 48
5.4.4 Analys... 49
5.5FÖRSÖK V... 50
5.5.1 Tidplan ... 50
5.5.2INSTÄLLNINGAR I GRAPHISOFT CONTROL... 52
5.5.3 Projektplanering ... 52
5.5.4 Analys... 54
6 DISKUSSION... 55
7. FORTSATT FORSKNING ... 59
7.1VIDARE UPPFÖLJNING PÅ ARBETSPLATSEN... 59
7.2KRANANVÄNDNING... 59
7.3STÄMP OCH BOCKRYGGAR... 59
7.4FORMSCHEMA... 59
7.5PROGRAMVAROR... 60
8 REFERENSER ... 61 BILAGA 1 – TIDPLANERING MED DYNAPROJECT
BILAGA 2 – SYNPUNKTER PÅ PROGRAMVAROR
1 Introduktion
Nya intressanta lösningar för byggandet av platsgjutna stommar finns tillgängliga tack vare utvecklingen av material och produktionsteknik, samt utveckling av nya projekterings- och planeringsverktyg. Detta medför att potentialen har ökat för att förbättra kvaliteten av slutprodukten och öka produktiviteten på byggarbetsplatsen (Emborg, 2003). Att det finns möjlighet att förbättra produktionsprocessen visades nyligen i en undersökning av sju svenska byggarbetsplatser (Josephson 2005). Studien visar att bara 20 % av byggarbetarnas tid gick åt till direkt arbete. Ungefär 50 % av tiden gick åt till indirekt arbete; förberedelser, handledning, anskaffning av material med mera.
De återstående 30 % används till att åtgärda fel, vänta, störningar med mera. Det vill säga totalt bortslösande av tid. För att förbättra produktionsprocessen krävs det effektiv planering av ett produktivt, säkert och kontinuerligt arbetsflöde. Nya metoder och verktyg finns för produktionsplanering som kan underlätta och effektivisera planeringsarbetet. Dessa metoder har länge varit teoretiska modeller, men finns nu tillgängliga i kommersiella programvaror. Därför behövs försök där nya planeringsverktyg testas i praktiken så att teoretiska fördelar och vinster kan uppnås i verkligheten.
I detta examensarbete undersöks två nya metoder för produktionsplanering som kan stödja effektivt byggande med platsgjuten betong. Ett pågående bostadsprojekt används som testprojekt där båda metoderna tillämpas. Första planeringsmetoden som studeras är platsbaserad planering, som alternativ till traditionell aktivitetsbaserad planering. Andra metoden är 4D CAD, som integrerar 3D CAD-modeller med produktionsplaneringen, för att sedan kunna simulera produktionsprocessen.
Den vanligaste planeringsmetoden i byggbranschen idag är aktivitetsbaserad planering. Metoden är utvecklad för processer som karaktäriseras av komplex och sekventiell montering av prefabricerade komponenter, baserad på diskreta aktiviteter på förbestämda platser eller arbetsstationer. Många byggprojekt har dock helt andra egenskaper. Produktion på en byggarbetsplats kan beskrivas som ett kontinuerligt flöde av arbete och resurser där produktionsplatsen ständigt flyttas. Uppgiften och utmaningen för en planerare är att skapa och säkerställa ett jämt och kontinuerligt flöde av produktivt arbete i en bra och säker arbetsmiljö som karakteriseras av rörliga produktionsenheter som ofta utförs av underentreprenörer. Flödestänkandet stöds inte av aktivitetsbaserad planering eftersom metoden fokuserar på diskreta aktiviteter (Kenley, 2004).
Platsbaserad planering har däremot ett explicit stöd för arbetsflöden. Den vanliga formen för platsbaserad planering är Line of Balance (LoB). Metoden är en visuell planeringsmetod som använder linjer i diagram för att presentera
4
Även om LoB är en bra metod så ger den bara en begränsad bild av den rumsliga dimensionen mellan planeringen och det som ska byggas (Jongeling, 2005). För att förtydliga planeringen ytterligare länkas tidplanen ihop med en 3D-modell vilket resulterar i 4D CAD. Detta är en relativt ny metod som fortfarande är i utvecklingsstadiet. Tillämpning av 4D CAD i praktiken är begränsat, men har visat stor potential i ett fåtal (inter)nationella byggprojekt.
Ytterligare studier och utvärdering behövs av teknologin för att underlätta och definiera arbetsmoment för hantering av platsgjutna betongstommar med 4D CAD-verktyg.
1.1 Syfte
Syftet med examensarbetet är att undersöka fördelar och problem med en kombination av 4D CAD och LoB för byggande med platsgjuten betong, det vill säga att kombinera flödestänkandet med ett resonemang i ett rumsligt perspektiv.
Som testobjekt används ett bostadsprojekt som pågår under examensarbetet.
Projektet består av tre höghus i Varberg som byggs med platsgjuten betong, se FIGUR 1.1.
FIGUR 1.1 Projektet som används som fallstudie vid detta examensarbete.
Husen är 12, 13 respektive 14 våningar höga och byggs samtidigt. Husens produktionsmetod gör dem till ett lämpligt projekt för detta examensarbete.
Projektet används för att utforska planeringsmetoder, samt för att identifiera problem och möjligheter i planeringen av projektet. Sådana problem kan vara kollisioner mellan arbetslag, avbrott i arbetet, otillräcklig plats för lagerhållning, maskiner etcetera.
1.2 Avgränsningar
Följande avgränsningar gäller för detta examensarbete:
9 Projektet kommer inte att planeras av examensarbetarna själva, utan entreprenörens tidplan används som grund.
9 Bearbetning av 2D-modeller till 3D kommer inte att göras. De erhålls av handledaren.
9 Försöken kommer enbart att behandla uppbyggnaden av de våningar av husen i Varberg som befinner sig ovan mark och innehåller lägenheter.
1.3 Forskningsfrågor
Forskningen utgår ifrån ett antal frågeställningar kopplade till den uppdelning av arbetet som beskrivs i FIGUR 1.2. Dessa frågeställningar skall styra forskningen mot det förväntade resultatet.
1. Vilka moment och aktiviteter ingår i byggprocessen av platsgjutna stommar?
2. Hur planeras produktionsprocesser idag?
a) Vilka produktionsteorier finns?
b) Vilka planeringsmetoder och verktyg finns i dag och hur används dessa?
c) Hur ser representation och kommunikation ut av planeringsinformation?
d) Hur planeras aktiviteter relaterade till platsgjutna stommar?
3. Hur skapas 4D CAD-modeller och hur presenteras dessa?
a) Vad är 4D CAD?
b) Hur kombineras 3D CAD tillsammans med tidplanering?
c) Hur simuleras och presenteras 4D CAD-modeller?
4. Hur kan 4D CAD tillämpas för platsgjutet betongbyggande?
a) Vilken detaljeringsgrad krävs vid olika skeden i byggprocessen?
b) Hur planeras formvandringen?
c) Hur planeras ett kranschema på bästa sätt?
d) Hur visas stämp och bockryggar på ett bra sätt?
5. Hur kan 4D CAD kombineras med LoB för planering av betongbyggande?
a) Hur hanteras aktiviteter med olika sektionsindelningar?
b) Hur visas aktiviteter som bara pågår en del av arbetsdagen?
c) Vilka fördelar och nackdelar finns det med kombinationen? Beror dessa på planeringsmetoden eller beror de på byggmetoden?
6
1.4 Metod
FIGUR 1.2 visar de grundläggande moment som examensarbetet bygger på.
FIGUR 1.2 Metod för examensarbetet.
De forskningsfrågor som har ställts ligger som grund för litteraturstudien. De frågor som inte besvaras genom litteraturstudien ska besvaras genom modellering i de programvaror som används.
1.4.1 Litteraturstudie
Examensarbetets första undersökningsdel är explorativ. Det främsta syftet är att inhämta så mycket relevant kunskap som möjligt om problemområdet (Patel och Davidsson, 1994). Litteraturstudien består av tre delar. Den första delen inriktar sig på att ta reda på vilka moment som ingår vid stombyggande med platsgjuten betong. Denna kunskap inhämtas främst från ”Betongbanken”, en kunskapsbank för platsgjutna stommar på Internet, och byggnadsböcker men även genom att besöka två byggarbetsplatser. Det första besöket är ett två dagars besök på byggarbetsplatsen i Varberg. Där hämtas information om hur de tänkt att uppförandet av husen ska ske. Eftersom byggprocessen inte hunnit längre än till grundläggning i Varberg görs ytterligare ett besök av en arbetsplats. Det är ett besök vid utbyggnaden av Linköpings Universitetssjukhus. Där används en annan typ av stomme men de använder sig av platsgjuten betong vilket är huvudsaken för att närmare studera de ingående momenten. Materialet som fås vid dessa besök ligger till grund för idéer om 4D CAD och LoB. De två andra litteraturdelarna behandlar modellering med 4D CAD och planering med Line of Balance. De behandlas främst genom en kurs i virtuellt byggande men även genom litteraturstudier. Här är Internet den största informationskällan.
1.4.2 Introduktion till studien
Kunskapen som hämtas från teoridelen används som underlag till vilka moment som ska ingå i en 4D CAD-modell. Här ställs krav för vad en 4D CAD-modell bör innehålla. Examensarbetet resulterar i en rad modeller baserade på vanligt ganttschema och Line of Balance.
1.4.3 Studier/Analyser
Här skall en rad egna försök genomföras, ändringar i befintligt Ganttschema göras, ett LoB-schema upprättas, samt sammanlänkning av dessa i 4D-verktyg.
Syftet med försöken är att visa fördelarna med att modellera i 4D samt undersöka möjligheter med att jobba med LoB och 4D tillsammans.
Arbetsgången är att först göra en modell baserad på den ursprungliga tidplanen för att sedan presentera det för entreprenörerna på arbetsplatsen. Efter deras synpunkter och kommentarer görs en ny modell tills dess att önskat resultat uppnås. Totalt görs fyra stycken 4D CAD-modeller. Arbetet med LoB går till så att först upprättas ett schema baserat på entreprenörernas Ganttschema och sedan läggs mängder och resurssättning till.
Efter varje modellering görs en analys för att ta reda på vad som behöver förbättras och ändras till nästa modell. Denna del är den kreativa delen av examensarbetet, här analyseras 4D CAD-modellernas och LoB-schemats innehåll. Forskningsfrågorna 3, 4 och 5 ligger till grund för analyserna.
1.4.4 Resultat
Examensarbetet ska främst resultera i ett rekommenderat arbetssätt för en kombination av LoB och 4D CAD. Även fördelar och problem med en kombination av 4D CAD och LoB för byggande med platsgjuten betong ska presenteras.
2 Stombyggnadsprocessen
Detta kapitel kommer att behandla forskningsfråga 1: Vilka moment och aktiviteter ingår i byggprocessen av platsgjutna stommar? Kapitlet besvarar även fråga 2 d) Hur planeras aktiviteter relaterade till platsgjutna stommar? Detta för att få kännedom om hur byggandet med platsgjuten betong går till och hur man planerar att utföra aktiviteterna på byggarbetsplatsen i Varberg. Om inte annat anges baseras innehållet i detta avsnitt på (Betongbanken, 2005).
2.1 Bärande innerväggar
I projektet i Varberg använder man sig av bärande innerväggar som byggs med platsgjuten betong. Nedan presenteras de moment som ingår vid platsgjutning av väggar.
2.1.1 Enkling & Dubbling
Det första som monteras vid gjutning av bärande innerväggar är den ena delen av formen det vill säga enklingen. Det är en så kallad stödjande form vilket innebär att den upptar belastningen från den färska betongen. De vanligaste formerna är en typ av lucksystem bestående av en stålram med en yta av plywood, se FIGUR 2.1. Plywooden har en speciellt glatt yta som motverkar att betongen fastnar. Formarna är mycket flexibla och kan lätt byggas för att passa ett specifikt projekt vad gäller bredd, höjd och om de ska monteras för hand eller med hjälp av en byggkran. Väggarna delas in i lämpliga gjutetapper beroende av projektets omfattning, utseende och tidplan. Den andra delen av formen heter dubbling. Den ser precis likadan ut som enklingen men med den skillnaden att den monteras först efter att armering och övriga installationer är klara. (Svensk Byggtjänst och Cementa AB, 1994) Formen kompletteras med gavlar för att hålla betongen på plats.
FIGUR 2.1 En variant av enkling och dubbling vid platsgjutning av väggar.
10
2.1.2 Armering & Installationer
När enklingen lyfts på plats armeras väggen. Det är mycket tidsödande och ur ergonomisk synpunkt ett mycket påfrestande arbete. Detta beroende på att de liggande stängerna måste najas fast för att hållas upp. För att undvika problemet används färdiga armeringsnät. Om väggen ska innehålla installationer av olika slag, till exempel el, vatten och avlopp, måste det också göras innan dubblingen monteras.
2.1.3 Gjutning
Innan gjutningsarbetet påbörjas bör gjutanordningar och form vara helt färdigställda så att det kan utföras ostört av andra arbeten. Gjutningen sker i de etapper som formen är indelad i. Gjutning kan ske genom pumpning eller med kranbask. I Varberg använder man sig av pumpning. Betongen hälls ner i formen och vibreras. Detta sker vanligtvis i horisontella lager om 0,3–0,5 m höjd. Väggar gjuts ofta med samtidig vibrering. (Svensk Byggtjänst och Cementa AB, 1994)
2.2 Bjälklag
I Varberg består även bjälklagen av platsgjuten betong. Där använder man filigran som kvarsittande form. Nedan presenteras de moment som ingår vid gjutning av bjälklag av det slaget.
2.2.1 Stämp & bockryggar
För att kunna gjuta bjälklaget måste en tillfällig konstruktion användas. Det första som monteras är då stämp och bockryggar (SoB), se FIGUR 2.2. Stämp är justerbara rör av metall. De placeras enligt upprättad bockryggsplan på det befintliga bjälklaget för att hålla upp bockryggarna. Bockryggar är nästan alltid prefabricerade balkar av trä eller aluminium. SoB demonteras först när den pågjutna betongen uppnått erforderlig mognadsgrad. En rivningsplan anger rivningsordningen.
FIGUR 2.2 SoB vid gjutning av bjälklag vid byggande av O-husen i Linköping
2.2.2 Filigran & tätningar
Filigran, eller plattbärlag, är prefabricerade, armerade betongelement vilka används som kvarsittande form vid platsgjutna bjälklag, se FIGUR 2.3. Här utnyttjas prefabriceringens fördelar med det platsgjutna byggandets flexibilitet.
Filigranen gjuts alltså in i bjälklaget och ingår därmed i den färdiga byggnadens konstruktion vartefter en helt homogen och samverkande betongkonstruktion uppnås. Filigranen dimensioneras och anpassas utifrån de krav och behov som föreligger.
De främsta fördelarna med filigran är:
9 Samordning i projektskedet 9 Förberett för
installationer
9 Färdiga håltagningar 9 Ökad framdrivningstakt 9 Minskat resursbehov 9 Minskat efterarbete 9 Flexibilitet
Filigranen levereras med lastbil och lyfts på plats med kran. Med full last kan 300-340 m2 filigran levereras per bil. Montagetiden efter uppbockning och utsättning är normalt mindre än två timmar om det utförs av två man. Efter montage kompletteras elementen med en tätande nätremsa över skarvarna.
2.2.3 Armering
Det finns tre typer av armering. Fördelningsarmeringen har sin huvudriktning tvärs plattan och verkar i huvudsak på två sätt:
9 Den hjälper till att fördela ut aktuella laster i huvudarmeringen.
9 Den hjälper till att motverka sprickbildning i underkanten av bjälklaget.
Skarvnät används mellan plattbärlagen. Huvudarmeringen är ingjuten i plattbärlaget, i huvudriktningen av plattan. Det är den som avgör bärförmågan.
Överkantsarmeringen läggs in på samma sätt som vid traditionell platsgjutning.
2.2.4 Gjutning
För bjälklagsgjutningar försöker man uppnå en cykel, där helgerna utnyttjas för härdning av betongen. Gjutning av bjälklag sker i parallella, jämnbreda stråk.
Därefter vibreras betongen. (Svensk Byggtjänst och Cementa AB, 1994)
FIGUR 2.3 Filigran som lyfts på plats vid byggandet
12
2.3 Utfackningsväggar
Ytterväggarna består av utfackningsväggar med inbyggda stålpelare.
Stålpelarna, vilka bär upp bjälklaget, monteras innan utfackningsväggarna sätts på plats.
2.4 Balkonger
Balkongerna är prefabricerade och gjuts in i bjälklaget. Balkongerna gjuts på arbetsplatsen och lyfts sedan upp på plats. Vid montage håller stämp och bockryggar balkongen på plats innan gjutning. När betongen uppnått erforderlig hållfasthet demonteras stämp och bockryggar.
2.5 Trappor
Trapporna är prefabricerade element som lyfts på plats med hjälp av byggkranar.
Mellan varje plan monteras två trappelement.
2.6 Krananvändning
Det finns två kranar på arbetsplatsen. Den ena kranen (K1) är placerad så att den kan användas till Hus 3 och 5. Den andra kranen (K2) används till Hus 1 och 3.
Det innebär att Hus 3 har tillgång till båda kranarna medan de andra husen bara har tillgång till en kran var. Det måste tas hänsyn till detta vid planeringen.
FIGUR 2.4 visar placeringen av hus och kranar.
FIGUR 2.4 Situationsplan.
2.7 Resursanvändning
För att kunna använda aktiviteterna till tidplanering måste de resurssättas.
Information om hur mycket resurser som beräknas för varje aktivitet har hämtats på byggarbetsplatsen i Varberg och presenteras i TABELL 2.1.
TABELL 2.1 Planerad resursanvändning i Varberg.
Aktivitet Antal arbetare Antal arbetstimmar
Enkling 4 2 Armering väggar 4 2
Installationer väggar 4 2
Dubbling 4 2 Gjutning väggar 4 2
Stålpelare 2 12 Utfackningsväggar 2 12
Stämp & bockryggar 2 12 Filigran & tätningar 3 5 Armering bjälklag 4 16 Installationer bjälklag 5 16 Gjutning bjälklag 4 8 Montage balkonger 2 8 Montage trappor 2 4
Sammanfattning
Det här kapitlet har beskrivit de aktiviteter som ingår vid platsgjutet betongbyggande samt hur resursanvändningen är planerad på byggarbetsplatsen.
Detta för att bättre förstå vad som ingår i arbetet vid gjutning av betongstommar.
För att få ett så effektivt betongbyggande som möjligt och därmed ett ekonomiskt byggande bör stor vikt läggas på planeringsstadiet. I nästa kapitel presenteras olika planeringsmetoder. Informationen i detta kapitel används vid planeringen.
3 Planeringsmetoder
Det föregående kapitlet presenterade de vanligaste momenten i stombyggnads- processen. För att de olika momenten ska kunna utföras på arbetsplatsen måste de tidplaneras. Vid planering av ett projekt kan man använda sig av ett antal olika metoder. Detta kapitel tar upp olika planeringsmetoder och behandlar forskningsfrågorna 2 a) Vilka produktionsteorier finns? Och b) Vilka planeringsmetoder och verktyg finns idag och hur används dessa?
Dagens 4D CAD-modeller baseras ofta på traditionella planeringsmetoder Critcal Path Method (CPM) och Ganttschema som medför en del metodologiska och praktiska begränsningar. Ett alternativ till traditionell planering är plats- tidmetoden, Line of Balance. LoB är en planeringsmetod som inriktar sig på förhållandet mellan tid och plats. Detta är ingen ny metod, men den har länge endast varit en teoretisk modell. Produktionen av platsgjuten betong kan beskrivas som ett kontinuerligt flöde av arbete och resurser där produktionsplatsen ständigt flyttas. Vid den typen av produktion lämpar sig platsbaserad planering bättre. I detta projekt studeras LoB för platsbaserad planering som alternativ till aktivitetsbaserad planering. Innan LoB-metoden presenteras, studeras först dagens vanligaste planeringsmetoder inom byggbranschen.
3.1 Traditionell planering
Inom byggindustrin applicerar man företrädesvis två tekniker i samband med planering av produktion, den traditionella planeringen såväl som nätplanering.
Det vanligaste tillvägagångssättet av dessa två, är nätplanering i allmänhet och CPM i synnerhet. (Nordstrand, Revai, 2002) I den traditionella planerings- tekniken använder man sig av ett så kallat Ganttschema när man redovisar resultatet, tidplanen, se FIGUR 3.1 (Nordstrand, Revai, 2002). Varje aktivitet har en stapel med viss längd i till exempel antal dagar eller veckor. För att kunna utföra en aktivitet krävs resurser till exempel material, arbetskraft, maskiner med mera. Man kan förändra varaktigheten, antalet veckor/dagar, för en viss aktivitet genom att ändra antalet arbetare för aktiviteten. (Edgar, J-O, 2003) Det finns olika typer av tidplaner till exempel huvudtidplan, produktionstidplan, inköps- tidplan, materialleveransplan, maskinplan, betalningsplan och ritningsleverans- plan. (Edgar, 2002)
16 FIGUR 3.1 Ganttschema för projektet i Varberg
Planen ger en synbarligen lättförståelig bild av vad arbetsuppgiften är och när den ska göras. Den kan sammanställas med en resursplan, exempelvis en personalplan. Den är okomplicerad att avläsa och tolka och vid enkla projekt är det relativt lätt att åstadkomma ett Ganttschema. Nedan listas några nackdelar med Ganttschema:
9 Man ser inte vilka aktiviteter som styr produktionstiden. (Nordstrand, Revai, 2002)
9 Svårt att tolka informationen för den som inte är van.
9 Svårt att se helheten när till exempel huvudtidplanen är uppbyggd av ett flertal deltidplaner. (Edgar, J-O, 2003)
3.2 Nätplanering
I slutet av 1950-talet förbättrades nätplaneringstekniken i USA samtidigt som de projekterade och tillverkade stora invecklade vapensystem. Tillämpnings- systemen var i första hand CPM och PERT (Project Evaluation and Reviewing Technique). En elementär skillnad mellan dessa är att CPM är aktivitetsorienterat, medan PERT är händelseorienterat. (Nordstrand, Revai, 2002)
Basen i nätverksplanering är att arbetet som ska genomföras beskrivs och fördelas i form av aktiviteter. En aktivitet utgörs av ett väl preciserat arbetsmoment som fordrar tid och resurser för att verkställas.
Nätverksplaneringen kan ske på två olika sätt, antingen med blocknät eller med pilnät. När planering av byggprojekt görs är det vanligast att pilnätsmetoden nyttjas, av den orsaken att den är bäst anpassad för ett grafiskt arbetssätt.
Däremot är blocknät vanligast i projektplaneringsprogram då den är lättare att beskriva i en datormodell. Ett exempel på ett dataprogram som behandlar blocknät är Microsoft Project. (Andersson, 2002)
3.2.1 Critcal Path Method
Idag använder man sig ofta av en blandning mellan traditionell planering och nätverksplanering för produktionsplanering, kallat CPM-schema. CPM-schema är ett Ganttschema som presenteras med ett blocknät samt att aktiviteternas relation i tiden beräknas med hjälp av CPM-metoden
CPM används för att se till att ett projekt blir slutfört i tid. Med hjälp av metoden kan man räkna ut hur lång tid ett projekt kommer att ta samt ta reda på vilka delar som är kritiska för att projektet ska kunna slutföras på den beräknade tiden (Netmba, 2002). CPM-teknikens grundstenar är aktiviteterna. Man kartlägger vilka aktiviteter som verksamheten består av för varje projekt.
(Nordstrand, Revai, 2002) Nedan listas några fördelar med CPM:
9 Tillhandahåller en grafisk vy av projektet.
9 Förutsäger tiden som behövs för att slutföra projektet.
9 Visar vilka aktiviteter som är, och inte är, kritiska.
CPM-schemat tillhandahåller inte någon information som kan hänföras till rumssammanhang och komplexiteten av projektets element. Därför måste användaren titta på 2D ritningar för att tankemässigt associera komponenterna med de relaterade aktiviteterna för att identifiera utrymmesaspekten av ett projekt. Eftersom CPM-nätverk är en teoretisk representation av projektets schema, måste användaren tolka aktiviteterna för att få klart för sig sekvensen de medför. Detta medför två praktiska begränsningar av CPM-schemat. För det första kan det bli svårhanterligt att tolka schemat, eftersom typiska scheman kan innehålla hundratals olika aktiviteter. Detta kan orsaka identifieringsmisstag, till exempel kontroll av schemat för dess kompletta och korrekta logik. För det andra kan olika projektmedlemmar tolka CPM-schemat på olika sätt, detta kan få till följd att effektiv kommunikation mellan projektmedlemmar kompliceras (Koo, Fischer, 2002). I FIGUR 3.2 visas ett exempel på CPM schema, den kritiska stigen, Critical Path är markerad.
18
3.3 Line of Balance
Produktion på en byggarbetsplats kan beskrivas som ett kontinuerligt flöde av arbete och resurser där produktionsplatsen ständigt flyttas. Uppgiften och utmaningen för en planerare är att skapa och säkerställa ett jämnt och kontinuerligt flöde av produktivt arbete i en bra och säker arbetsmiljö. Detta karakteriseras av rörliga produktionsenheter som ofta utförs av under- entreprenörer. Flödestänkandet stöds inte av aktivitetsbaserad planering eftersom metoden fokuserar på diskreta aktiviteter (Kenley, 2004). Platsbaserad planering har däremot ett explicit stöd för arbetsflöden. Den vanligaste metoden för platsbaserad planering är LoB. Metoden är en visuell planeringsmetod som använder linjer i diagram för att representera produktionen som utförs av olika arbetslag både i tid och i rum (Seppänen, 2004).
LoB-schemat, eller tidplanen, är tvådimensionell. Den ena axeln, x-axeln, visar tiden och den andra, y-axeln, visar platsen. Aktiviteter presenteras i form av linjer i diagrammet och varaktigheten på aktiviteten avgör linjens lutning. Detta är ingen ny metod men den har länge endast varit en teoretisk modell. Den första kommersiella programvaran som behandlar LoB heter DYNAProject. I detta kapitel används DYNAProject, som är utvecklat i samarbete med den finska byggindustrin, för att förklara LoB-teorin. Huvudsyftet är att se till att aktiviteterna tas med i beräkning så tidigt som möjligt under projekt- planeringsfasen. Arbetsflödet mellan hantverkarna kan planeras med hjälp av LoB och på så vis minskas avbrotten. Mängdschemat integreras i ett tidigt skede tillsammans med huvudschemat så att svårigheter för materialtillgänglighet, arbete, kontrakt och ingenjörskonst tas med i beräkning. (Kankainen och Seppänen, 2005)
Med DYNAProject går det att visa planeringen på flera olika sätt. Utöver LoB- schema kan den även visas som exempelvis Ganttschema eller som ett resursdiagram där arbetskraftsfördelningen över hela projektet kan visas. I en LoB-tidplan är tanken att i första hand endast de kritiska aktiviteterna ska finnas med. I DYNAProjects redigeringsfönster kan man släcka de aktiviteter som inte anses vara kritiska för projektet. På så vis får man ett mer överskådligt schema och detta underlättar upptäckten av vad som kan bli problematiskt för produktionen. I FIGUR 3.2 visas tre problemområden med mycket stor risk för störningar.
FIGUR 3.2 Tre olika problemområden i en LoB-tidplan som visar mycket stor risk för störningar.
1. Den ena aktiviteten innerväggar, internal brickwall, är beroende av den andra aktiviteten stombyggnad, building framework, och dessa kan därför inte korsa varandra. Det vill säga stombyggnaden måste vara klar innan montering av innerväggar kan påbörjas.
2. För många aktiviteter under samma tidsperiod vilket resulterar i krockar mellan arbetslag och onödig väntetid.
3. Montering av fönster sker för långsamt vilket medför att arbetet med tapetsering inte kan påbörjas.
Aktiviteterna i ett LoB-schema kan omplaneras på två olika sätt. Det ena alternativet är att justera aktivitetens starttid genom att starta tidigare eller senarelägga den. Det andra alternativet är att förändra aktivitetens resurser, detta kan ses på linjens lutning. Om en aktivitet får ökade resurser kommer den inte att kräva lika mycket tid vilket medför att linjens lutning blir mindre. På detta sätt kan man justera förloppet antingen genom att göra det snabbare eller långsammare. (Kankainen och Seppänen, 2005)
Planering i LoB-schema gör att man kan se delobjektens arbetsordning, uppgifternas ordningsföljd och beroendeförhållanden i en enda utskrift.
Planeraren kan lättare påträffa och avstyra avvikelser från den synkroniserade
1
2
3
20
arbetsgrupperna och tidplanen kan göras kompaktare genom att uppgifterna överlappar varandra. Eftersom DYNAProject meddelar den startdag som möjliggör att arbetsskedet kan utföras utan avbrott, minskar antalet driftsavbrott som sänker produktiviteten. Med LoB-schemat kan man också snabbt kontrollera hur mycket tolerans arbetsgrupperna har beträffande tid och utrymme i projektet. Tidplanen grundar sig oftast på utförd mängdberäkning. På det sättet beskriver man den faktiska arbetsmängden och resursbehovet för varje arbetsuppgift. Då arbetsledningen planerar uppgifternas arbetsmängd och resursgrupper kan man redan i planeringsskedet övertyga sig om full bemanning och jämn arbetsstyrka. (Graphisoft, 2005) I FIGUR 3.3 visas en optimering av LoB-tidplanen i FIGUR 3.2.
FIGUR 3.3 Optimerad LoB-tidplan
3.3.1 Utrymmesfördelning av projektet
Schemaplaneringen börjar med att dela in projektet i fysiska sektioner. En sektion är vanligtvis definierad som den minsta ytan där stommen av byggnaden kan monteras oberoende av andra sektioner. Detta innebär att sektionerna är likadana på varje våning. Vidare är sektionerna uppdelade i våningar och/eller ytor. Utrymmeshierarkin är projektspecifik: olika utrymmesprinciper kan användas i olika projekt. Genom att dela in ett projekt i sektioner kan arbetet starta tidigare än om man använder sig av till exempel ett projekt som en hel sektion. Schemat kan komprimeras genom att välja den optimala byggföljden.
Komprimering av schema kräver att samma byggorder och sektionsområde används till alla uppgifter. I DYNAProject kan byggorderna ändras när som helst; allt beroende av om aktiviteten är bibehållen och resultatet av ändringarna kan ses grafiskt. (Kankainen och Seppänen, 2005)
3.3.2 Skapa LoB-huvudtidplan från en materialförteckning
I DYNAProject kan planeringen starta redan från materialförteckningen eller den kalkylerade kostnaden för projektet. Materialförteckningen eller kostnads- kalkylen är grupperad tillsammans för att skapa en huvudtidplansaktivitet.
Aktiviteter bildas från arbeten som är beroende av samma tidplan som andra arbeten och som kan utföras av samma arbetslag. När huvudtidplanen skapas är den viktigaste uppgiften att schemalägga de som inte tillåter andra arbetslag på samma ställe och vid samma tidpunkt. Dessa arbetsuppgifter kallas för riskyta, space critical och är den yta som skapas när en aktivitet framkallar en riskfylld situation. Betydelsefulla arbeten som inte är riskytor kan lämnas utanför LoB- huvudtidplanen och visas i Ganttschemat och schemaläggas med hjälp av CPM, till exempel fasadarbete. Andra mindre arbeten kan lämnas oplanerade under planeringen av huvudtidplanen och nyttjas som formbart ogjort arbete under genomförandet. Emellertid ska inte dessa små arbeten överskrida 15% av totala projektets mantimmar. (Kankainen, Seppänen, 2004)
För att skapa en tidplan används ofta information om:
9 Mängder för varje sektion och resursförbrukning (mantimmar per enhet).
9 I vilken ordning sektionerna ska vara slutförda . 9 Optimal arbetslagssammansättning.
9 Beroenden av andra arbetsuppgifter.
En hel del forskning om fördelarna med produktionsplanering och kontrollsystem har gjorts i Finland. Fördelen med metoden är att användare får ett mycket kraftfullt sätt att optimera flödet av arbete i projekt med enkla och översiktliga diagram. Huvudresultatet är att produktionen kan bli genomförd som planerat om ett lämpligt utrymme har blivit planerat mellan riskytan och om de framskaffande uppgifterna har blivit gjorda i tid. (Kankainen, Seppänen, 2004)
Andra fördelar med LoB:
9 Komprimering av schemat genom användning av platsavskiljare (sektioner) och överlappning.
9 Ökande produktivitet, mindre väntetid och mindre påskyndade arbeten.
9 Användandet av tillgångar kan planeras att vara fortlöpande och jämna.
3.3.3 Typer av avvikelser
Alla typer av avvikelse visas med två aktiviteter i ett projekt med fem plan. Till vänster i FIGUR 3.4 är aktiviteterna synkroniserade. Varaktigheten för aktivitet 1 är 25 skift. Till höger är aktiviteterna inte synkroniserade. Varaktigheten för aktivitet 1 är 25 skift och varaktigheten för aktivitet 2 är 19 skift. I båda
22
skapar detta inte några omedelbara problem såvida inte förseningen är längre än förseningen från start. I den desynkroniserade tidplanen kommer det att uppstå svårigheter senare och kontrollåtgärder är nödvändiga. Samma sak gäller om den efterföljande aktiviteten startar för tidigt. Denna typ av avvikelse kan förebyggas genom god förplanering av anskaffning och genom att tillförsäkra att produktionen startar i tid under planeringen.
FIGUR 3.4 Resultatet av en försenad start; synkroniserat och desynkroniserat diagram.
Den andra typen av avvikelse är avvikelsen i produktionstempot. Om den föregående aktiviteten är för långsam eller om den efterträdande aktiviteten är för snabb, så kommer den efterföljande aktiviteten att förlora dess möjlighet att fullföljas i framtiden. Denna typ av avvikelse kan undvikas genom god förplanering av arbete baserad på kvantiteter och konsumtion av arbetskraft på varje plats och kontroller av att det finns tillräckligt med arbetare på byggplatsen, se FIGUR 3.5.
FIGUR 3.5 Resultatet av en för långsam föregångare (a) och för snabb efterföljare (b) i synkroniserad och desynkroniserad tidplan.
Den tredje typen av avvikelse är delning av arbete till flera olika platser samtidigt, se FIGUR 3.6. Detta kan resultera i att sektioner inte blir färdiga och därmed kan hantverkarna som kommer efteråt inte påbörja sitt arbete.
Slutförande av arbetet tar längre tid eftersom resurserna är uppdelade mellan platser. Detta skapar problem för flödet av efterföljande aktiviteter. Denna typ av avvikelser kan hindras genom god kontroll av produktionsflödet och goda avtal med underentreprenörer.
FIGUR 3.6 Resultatet från delning av arbete till multipla platser i synkroniserad och desynkroniserad tidplan.
Den fjärde typen av avvikelse är när man bygger klart sektioner i fel ordningsföljd. Detta leder till störningar för nästa aktivitets byggordningsföljd.
Denna typ av avvikelse kan avvärjas genom effektiv kontroll av slutförande av sektioner istället för kvantiteter, se FIGUR 3.7. (Seppänen, Kankainen, 2004)
FIGUR 3.7 Resultatet av att bygga klart sektioner i fel ordningsföljd
Med LoB är det betydligt lättare att identifiera avvikelser som kan påverka arbetsflödet och manipulera tidplanen jämfört med användandet av aktivitetsbaserad tidplanering som exempelvis CPM. Det förefaller som att LoB- tekniken innebär användbara mekanismer för planering av arbetsflödet. Trots det måste användarna fortfarande titta på 2D-ritningar för att förstå den rumsliga konsekvensen av en aktivitet. Olika användare tolkar ritningar på olika sätt och detta kan leda till fel. Det finns ofta ett mycket begränsat antal aktörer i projektet som snabbt kan tolka olika ritningar och det gör att kommunikationsprocessen av arbetsplaneringen försvåras. (Jongeling, Olofsson, 2005)
24
3.3.4 Typer av kontrollåtgärder
I LoB kan effekten av åtgärder analyseras genom att ändra lutningen på den förutsedda linjen. Detta upprätthåller originaltidplanen och använder den som rapporterande hjälpmedel av tidplanen medan förenklade åtgärder optimeras, se FIGUR 3.4. De eventuella åtgärderna inkluderar ändringar i kalendern (t.ex.
längre arbetsdagar), tillägg av resurser, ändra arbetsinnehåll i aktiviteterna, ändra byggordningsföljd av aktiviteten och produktionshastigheten (t.ex. lägre tempo på en aktivitet). Vanligtvis är de bästa åtgärderna de som ändrar lutningen på den beräknade linjen men bevarar kontinuiteten av aktiviteten. (Seppänen, Kankainen, 2004)
3.4 Lean Construction
Dagens planeringsmetoder beskriver huvudsakligen vad som ska göras. Lean Constructions forskning och tillämpningar redogör för hur saker ska göras.
Konceptet Lean Construction kommer från teorin Lean Production som går ut på att minska spill och att maximera värdet för kunden. När det gäller huvuddragen i Lean Production så är de klara, även om teorin fortfarande är under utveckling.
Det går ut på att utforma ett produktionssystem som levererar produkter omedelbart efter beställning, utan att bevara något mellanliggande materiallager.
(Howell, 1999) Konceptet inkluderar:
9 Organisera produktion som ett kontinuerligt flöde.
9 Eftersträva perfektion. Leverera en produkt på beställning efter kundens önskemål utan något lager.
9 Identifiera och leverera värde till kunden. Eliminera allting som inte skapar värde.
Det är framförallt inom Lean Construction som LoB studerats och används eftersom tekniken stödjer principen från Lean Construction. Byggindustrin har förskjutit många idéer från tillvekningsindustrin för att byggbranschen anses annorlunda. Tillverkningsindustrin framställer delar som ingår i byggprojekt men utformningen och konstruktionen av unika och komplexa projekt, i en högst osäker omgivning under stor tidspress, är väsentligt annorlunda från att tillverka plåtburkar. Men till exempel spill inom byggandet och inom tillverknings- industrin härstammar från samma aktivitetstänkande. Hantering av byggprojekt genom Lean Construction är annorlunda på grund av att:
9 leveransprocessen är faktabaserad; tillverkning efter behov.
9 målsättningen är att maximera effektiviteten för kunderna på projektnivå.
9 produkt och process utformas samtidigt.
9 produktionskontroll tillämpas genom hela projektet. (Howell, 1999)
3.4.1 Platsbaserad planering
Platsbaserad planering framhäver att med flödesoptimerad resursbegränsning misslyckas konceptet med marginaler, float. Tillgänglig marginal, free float, är mängden tid som en aktivitet kan förflyttas utan att påverka någon annan aktivitet. Den totala marginalen är större och kan beskrivas som tiden som en aktivitet kan flyttas utan att försena projektet, se FIGUR 3.8. Total marginal är ett arbetsflödesoberoende koncept och har bara begränsad betydelse i platsbaserad planering. (Kenley, 2004) I platsbaserad planering bör följande förseningsfrågor ställas:
9 Kommer förseningen att störa flödet av en fortlöpande aktivitet?
9 Kommer den att ha några effekter på flödet på någon av de efterföljande aktiviteterna?
9 Kommer förseningen att ha några effekter på upptakten av de efterföljande aktiviteterna?
9 Kommer den att leda till förseningar i projektets slutskede om flödet bevaras?
9 Kan den ”uppslukas” genom att flödet eller tempot hindras av efterföljande hantverk så att projektet inte försenas?
En överblick av vilka problem som har behandlats under de första åren i Lean Constructions historia, visar att arbetet till största del mest har handlat om att minska spill. En liten andel av arbetet har behandlat projektstyrningens principer och en ännu mindre del har handlat om problemen att maximera värdet för kunden. (Bertelsen, 2004)
FIGUR 3.8 Exempel på total och free float
Sammanfattning
Detta kapitel har beskrivit produktionsplanering, dagens traditionella planerings- metoder med Gantt- och CPM-schema. Idag finns det alternativa tillväga- gångssätt att planera produktionsscheman. Detta kan ske med hjälp av LoB- metoden. LoB-teorin har beskrivits med hjälp av programmet DYNAProject.
Kapitlet beskriver även Lean Construction, en filosofi som är anpassad för
4 4D CAD
Det förra kapitlet behandlade vilka planeringsmetoder och verktyg som är tillgängligt för optimering av planeringsprocessen. Detta kapitel kommer att ta upp forskningsfrågorna 3 a) Vad är 4D CAD? 3 b) Hur kombineras 3D CAD tillsammans med tidplaneringen? och 3 c) Hur simuleras och presenteras 4D CAD-modeller?
Den fjärde dimensionen, 4D, är tiden. 4D används för att grafiskt simulera det sekventiella förloppet i till exempel ett byggprojekt. Det innebär att hela processen simuleras dag för dag, alternativt timme för timme, på en datorskärm.
Man kan alltså se hur långt bygget ska ha fortgått varje enskild dag, innan byggandet har startat. Rent tekniskt sker det genom att tända/släcka eller byta färg på grafiska objekt i den sekventiella tidsföljd som aktiviteterna i en tidplan beskriver.
Den första 4D-simuleringsapplikationen skapades 1986 i ett projekt mellan Bechtel och Hitachi. Grundforskning inom 4D bedrivs inom CIFE (Center for Integrated Facility Engineering) på Stanford University, USA. Många prototyper har tagits fram till 4D-verktyg och vissa har även testats i verkliga projekt. CIFE är ett forskningsinstitut som arbetar tillsammans med näringslivet. I Sverige sker forskning kring 4D bland annat på Luleå tekniska universitet i samarbete med CIFE. 4D-tekniken finns nu tillgänglig på den svenska marknaden i ett fåtal datorprogram, till exempel Ceco Viewer och Commonpoint 4D.
Traditionellt har man alltid gjort konstruktionsritningar i tvådimensionell skala i form av byggritningar, elritningar, VVS-ritningar och så vidare. När man arbetar med tvådimensionella ritningar får byggarna omvandla ritningar till tredimensionella bilder i huvudet. Att göra tredimensionella ritningar med hjälp av dator är inget nytt, men det har gått långsamt att införa det som ett konstruktions- och planeringsinstrument i praktiskt nyttjande i byggbranschen.
(Pekka, 2005)
4D har hittills mest kommit att handla om animeringar, men den största praktiska nyttan bör vara att i framtiden styra ett byggprojekts hela logistik, inklusive materialförsörjning.
4.1 Fördelar med 4D/Kundnytta
Den kanske allra tydligaste kundnyttan med 4D är att upptäcka planeringskollisioner mellan olika aktiviteter i det ”virtuella bygget” istället för ute på arbetsplatsen. Detta gäller speciellt i installationstäta områden av byggprojektet. Dessa kollisioner kan undvikas, med stora kostnadsbesparingar
28
uppgiften. Med 4D kan man enkelt testa olika ”What-If” scenarion. Om tidplanens aktiviteter är direktlänkade, är det bara att flytta olika aktiviteter i tiden, och spela upp tidplanen i 4D. Det blir möjligt att göra 4D-animering av arbetsplatsdispositionsplaner, så kallade APD-planer, för att i 3D-modellen visa till exempel temporära materiallager, kranplacering, blockerade tillfartsvägar med mera. 4D-informationen styr i framtiden logistiken. Förutom ”Just In Time”
leveranser av inbyggnadsvaror skall byggplatsen utifrån ”tidsattributen” kunna beställa en exakt mängd ifrån CAD-modellens databas. Exempelvis hur många kubikmeter betong som skall gjutas som i sin tur avgör hur många betongbilar som skall beställas och så vidare. (Edgar, 2002)
4.1.1 Fördelar för konstruktörer
Utvecklingen av en konstruktion i 3D är snabbare än med 2D-ritningar för att de som granskar snabbare kan förstå omfattningen och statusen för konstruktionen.
Vissa använder 3D även när kunderna frågar efter 2D-ritningar eftersom omarbetning går snabbare och bara behöver göras en gång. Ytterligare en fördel är potentialen att gallra bland byggdokumenten. (Issa, Flood, 2003)
4.1.2 Fördelar för beställare
Beställarna är förstås de ultimata förmånstagarna av bättre utförande av konstruktörer och byggare från användandet av 3D- och 4D-modeller.
Beställaren kan själv använda 3D- och 4D-modeller för att snabba på och förbättra beslutstagande och även för att involvera fler intressenter än vad som är traditionellt möjligt. (Issa, Flood, 2003)
4.1.3 Fördelar för entreprenörer
Detaljerade 3D och 4D modeller ökar produktiviteten hos arbetslagen rejält och hjälper till att eliminera spill av material och resurser. Om all information är lättillgänglig kan man skapa 3D- och 4D-modeller för att bekräfta att ingen konflikt uppstår och att all information och material finns tillgängligt för byggande. Om informationen att skapa en detaljerad 3D CAD-modell inte är åtkomlig är det betydligt billigare för en ingenjör på kontoret att lista ut vad som behöver byggas än för yrkesarbetarna på byggplatsen. 3D-modellen uppdaterar automatiskt kvantiteten för materialanskaffning för att försäkra att varje arbetslag har den rätta mängden och typen av material för en given dags eller veckas arbete. Entreprenörerna kan se vem som jobbar var och med vad, dessutom kan de se hur arbetet fortlöper genom byggplatsen. (Issa, Flood, 2003)
4.2 Dagens 4D CAD
4D CAD-modeller är skapade genom att man kopplar ihop byggkomponenter från 3D CAD-modeller med aktiviteter från tidplaneringen. Därmed är det möjligt att spela upp produktionsskedet sekventiellt, med den verkliga tidsföljden. På så sätt kan produktionen simuleras i förväg och då kan kollisioner upptäckas och förhindras. En positiv utveckling är att projekteringsarbetet av arkitekten och konstruktören allt oftare görs i 3D.
FIGUR 4.1 Tre olika vyer av samma planerade arbetsmoment. Färdiga element visas med grått. Pågående aktiviteter visas med olika färger.
FIGUR 4.1 visar bilder från ett produktionsarbete med för lite hänsyn till arbetsutrymme och buffert mellan olika arbetslag. Stomarbete pågår på våning fem i sektion ett till tre samtidigt som montering av fönster monteras på våning fyra i sektion ett och två. Dessutom monteras trappor på våning tre i sektion två.
Denna koncentration leder sannolikt till avbrott i arbetsflöde av olika arbetslag på arbetsplatsen. Problemen kunde åtgärdas efter 4D CAD-simuleringen genom att monteringen av trappor och fönster planerades till ett senare tillfälle. I FIGUR 4.1 visas även sektionsindelning och aktivitetstyper.
4.2.1 Detaljeringsnivå
En 4D CAD-modell visar att detaljeringsnivån för aktiviteterna i tidplanen inte alltid är tillräcklig för att ge en klar bild av hur CAD-objekten egentligen ska byggas. Det första som måste bestämmas är syftet med 4D CAD-modellen,
30
4.3 Tillämpning av 4D CAD
Vid platsgjutet betongbyggande är produktionsskedet en mycket viktig del.
Tillämpning av produktionstekniker i kombination med en väl utförd tidplanering är avgörande för att uppnå hög effektivitet. Det är där 4D CAD kan tillämpas för att underlätta planeringen av produktionen med platsgjutna betongstommar. Tillämpningen av 4D CAD är i dagsläget mycket begränsad och framför allt inriktat mot stål- och prefabricerade betongkonstruktioner.
Simulering av produktionsmoment relaterade till platsgjuten betong kräver mer av 4D CAD jämfört med stål och prefabricerad betong:
9 3D CAD-ritningar måste oftast redigeras eftersom objektindelningen inte lämpar sig för 4D CAD. Objekten i 3D CAD-modellen är ofta ritade som stora konstruktioner men vid platsgjutet byggande delas stora konstruktioner in i flera gjutetapper.
9 Det finns många aktiviteter som inte är direkt relaterade till byggobjektet men som ändå måste tas hänsyn till, till exempel stämp och bockryggar, formar och armering. Sådana objekt finns ursprungligen inte med i 3D- modellen, därmed måste den kompletteras. Aktiviteter som formning innehåller många underaktiviter, till exempel enkling, dubbling, armering och installationer. Dessa finns vanligtvis inte finns med i tidplanen. Det betyder att även den måste omarbetas för att kunna användas till en 4D CAD-simulering.
9 Ytor är en väldigt viktig del i en 4D CAD-modell vilket inte finns med i en 3D CAD-modell. De används för att simulera arbete som pågår på en viss plats utan att det är direkt relaterat till ett objekt. De används också till logistik, materialhantering med mera.
Sammanfattning
Detta kapitel har handlat om 4D CAD; vilken forskning som pågår, vilka fördelar som finns och hur den tillämpas. I kommande kapitel analyseras ett antal försök med 4D CAD och LoB.
5 Försök med 4D CAD och Line of Balance
De första kapitlen har handlat om vilka aktiviteter som ingår vid platsgjutet betongbyggande samt hur aktiviteterna planeras. Även 4D CAD och Line of Balance-metoden har beskrivits. Teoridelen ger också information om vilka aspekter som ska tas hänsyn till när en 4D-modell och LoB-diagram görs. I detta kapitel tillämpas kunskapen att ta fram olika 4D CAD-modeller för att ge svar på forskningsfråga 4 och 5.
FIGUR 5.1 Flödesdiagram över försök.
FIGUR 5.1 visar hur försöken gått till. Som grund ligger 2D CAD-ritningar från konstruktören och Gantt-scheman från entreprenörerna. De anpassas för modellering i 4D CAD. När ett försök gjorts och analyserats, ändras och förbättras indata till 4D-modell. Därefter görs nya försök. Detta upprepas tills dess att forskningsfrågorna är besvarade.
Försök I – Simulering med befintlig tidplan
Den första simuleringen koncentreras inte till någon specifik forskningsfråga utan utförs för att testa en första modell som kan användas för vidare utveckling.
Syftet med den första simuleringen är att:
9 Få kunskap om hur programvarorna ska användas (CommonPoint 4D &
Microsoft Project).
9 Visa upp en lättförståelig modell för entreprenörerna.
Vikten läggs alltså inte på att göra en så korrekt modell som möjligt utan mer på att väcka ett intresse hos entreprenörerna.
Försök II – Simulering av formanvändning
Efter ett besök på arbetsplatsen skall en så korrekt modell som möjligt göras.
Kunskapen att kunna utföra den hämtas från de ansvariga på arbetsplatsen. På grund av att CommonPoint 4D anses alldeles för instabilt för att arbetet ska vara någorlunda effektivt så byts den ut till Ceco Viewer. Detta försök ska besvara
32
Försök III – Simulering av krananvändning
Vid mötet nere i Varberg diskuterades hur man kan använda 4D-modeller för att simulera krananvändningen. Eftersom intresset av det var stort har ett försök gjorts som enbart koncentrerar sig på hur de två byggkranarna ska användas.
Efter detta försök ska fråga 4 c) vara besvarad. Hur planeras ett kranschema på bästa sätt?
Försök IV – Simulering med mindre detaljeringsgrad
Detta försök ska besvara forskningsfråga 4 a) Vilken detaljeringsgrad krävs vid
olika skeden i byggprocessen? Ett projekt kan behöva olika typer av 4D-modeller. Modellen i Försök II lämpar sig bra för arbetsbeskrivningar
genom att visa byggarbetarna hur bygget ska gå till och var de ska befinna sig vid olika tidpunkter. Det kan även behövas en modell som inte är lika detaljerad och visar lite grovt hur bygget växer fram. En sådan modell görs i detta försök.
Försök V – Användning av 4D CAD & LoB tillsammans
I detta försök skapas en LoB-tidplan i Graphisoft Control. Försöket besvarar forskningsfråga 5 a) Hur hanteras aktiviteter med olika sektionsindelningar? och 5 b) Hur visas aktiviteter som bara pågår en del av arbetsdagen?
5.1 Försök I
Första försöket går ut på att studera hur ett plan ska modelleras för att sedan använda resultatet på alla plan i alla tre husen. Det har ingen betydelse vilket av planen som väljs eftersom alla ser likadana ut. Valet föll på Plan 6. De frågor som ska besvaras är:
9 Vad ska ingå i modellen?
9 Vilka färger lämpar sig och med vilken transparens ska de visas?
9 Stämmer modellen med hur entreprenörerna tänkt sig arbetsgången?
Modellen ska göras tydlig och lättförståelig så att entreprenörerna lätt kan ta till sig tanken med 4D vid en presentation på arbetsplatsen.
5.1.1 Tidplan
Tidplaner har tillhandahållits av ansvariga på byggarbetsplatsen i Varberg. De levererades i XML-format och importerades i Microsoft Project.
Underproduktionstidplan två och tre (UPT2 och UPT3) är aktuella för den här studien. UPT2 är planeringen för hur lång tid varje plan tar att bygga samt hur tidplaneringen skiljer sig mellan husen, se FIGUR 5.2.
FIGUR 5.2 UPT2. Tidplanering för Hus 3 och 5.
De första planen tar lite längre tid än de andra. Det beror på att man beräknar en viss tid för att hitta bra rutiner och effektivisera arbetet. Det här försöket tar inte hänsyn till detta utan räknar med att varje plan tar nio dagar att uppföra.
UPT3 är ett så kallat varvschema. Det visar vilka aktiviteter som pågår på varje
34 FIGUR 5.3 UPT3. Varvschema för arbetet på varje plan.
På varje våning pågår fyra huvudaktiviteter. IPC gjuter bärande väggar och bjälklag, Wäst-Bygg AB (WB) monterar de prefabricerade byggkomponenterna och samtidigt pågår installationsarbeten.
Det går inte att använda tidplanen direkt i ett 4D-program innan den korrigerats.
De förändringar som krävs är:
9 Startdatumet ändras enligt UTP2.
9 ”FAG väggar” delas upp i tre olika aktiviteter för att få en mer noggrann modell. De nya aktiviteterna döps till Formning, Armering och Gjutning, FAG.
9 Namnen på aktiviteterna ändras. Detta görs för att det ska vara lätt att veta vilka som utför aktiviteten och var den pågår när alla tre husen modelleras. Då kommer många aktiviteter att pågå samtidigt i olika hus och våningar. Aktiviteten ”Armering bjälklag” får till exempel namnet
”H5_P6_IPC_Armering bjälklag”. Det betyder att IPC armerar bjälklaget på Plan 6 i Hus 5.
När dessa ändringar är gjorda kan tidplanen importeras i 4D programvaran. Vid det här försöket används CommonPoint 4D (CP4D).
5.1.2 Inställningar i CommonPoint 4D
Det krävs ytterligare inställningar i programmet för att få en lättförstådd modell.
Dessa är:
9 Flera olika aktivitetstyper måste skapas, se FIGUR 5.4. Det finns tre olika typer av aktiviteter, konstruktion, tillfälligt arbete och demontering.
Konstruktion används till aktiviteter som skapar en byggkomponent, till exempel ”gjutning bjälklag”. Tillfälligt arbete kan vara ”stämp &
bockryggar”. De används bara under gjutningen och en viss tid därefter för att sedan rivas och flyttas. Demontering kan användas till exempel om aktiviteten formrivning ska visas.
9 Aktivitetstyperna måste ges olika färg. Detta för att det ska vara lätt att identifiera en aktivitet genom att bara titta på modellen, se FIGUR 5.4.
Om till exempel aktivitetstypen ”IPC Gjutning” ges röd färg är det väldigt lätt att se i modellen var den aktiviteten pågår.
9 Färgerna ges även en viss transparens. Det kan behövas för att se vad som händer på andra sidan aktiviteten. Stämp och bockryggar visas ofta som en stor volym och för att kunna se vad mer som sker på den sektionen ges aktiviteten en hög grad av transparens.
FIGUR 5.4 Tidplanen i CP4D efter att nödvändiga inställningar har gjorts.
5.1.3 Länkning
För att länka en aktivitet dras den från tidplanen till rätt byggkomponent i 4D-komponentfönstret, se FIGUR 5.5. När alla aktiviteter är länkade kan produktionsskedet spelas upp sekventiellt och analyseras.
FIGUR 5.5 Länkning i CP4D.
Den länkade aktiviteten visas med gul färg.
36
5.1.4 Uppspelning
FIGUR 5.6 visar vilka aktiviteter som pågår under den första arbetsdagen på våning sex. Det gula visar att IPC håller på att formsätta de bärande väggarna.
Det visas med en viss transparens för att kunna se om det sker något bakom väggarna. Det gröna visar att WB monterar pelare och bygger utfackningsväggar. Det visas utan transparens eftersom det är objekt som ingår i den färdiga byggnaden. Den violetta volymen på hela våningen visar att installationer sker, även den med transparens.
FIGUR 5.6 Pågående aktiviteter den 23:e februari 2006.
Resning av stämp för montering av balkonger visas med grön transparent färg i form av volymer. Montering av trappor visas också med en volym, se FIGUR 5.7.
FIGUR 5.7 Pågående aktiviteter den 1:a mars 2006.
