19 mo hinh mo phong ung dung nguyen duy long

Hội nghò Khoa học trẻ Bách Khoa lần năm 2003 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ỨNG DỤNG TRONG QUẢN LÝ DỰ ÁN XÂY DỰNG Nguyễn Duy Long Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM TÓM TẮT Bài báo xây dựng mô hình mô ứng dụng nhằm nắm bắt động thái dự án giai đoạn thi công Một mô hình toán hình thành dạng đồ giải “stock” (tích) “flow” (dòng) Kế tiếp, mô hình đem ứng dụng cho dự án thực trình thi công Thử nghiệm cho thấy ứng xử mô hình mô ứng xử thực dự án tương tự Điều chứng tỏ mô hình có khả mô động thái dự án ABSTRACT This paper presents an applicable simulation model to capture the dynamics of construction projects in the construction phase A mathematical model is developed in terms of stock and flow maps The model is then calibrated into a real project under construction Testing reveals similarities between the simulated behavior of the model and the actual behavior of the project This indicates that the model is capable to simulate the dynamics of the project and, finally, to improve project control GIỚI THIỆU Các dự án xây dựng (DAXD) thường phức tạp nhiều rủi ro DAXD hệ thống động: (i) phức tạp, nhiều yếu tố phụ thuộc lẫn nhau, (ii) không ngừng biến đổi, (iii) nhiều trình phản hồi, (iv) nhiều quan hệ phi tuyến, (v) gồm nhiều liệu “cứng” “mềm” (Sterman, 1992) Vì thế, việc quản lý dự án (QLDA) xây dựng chứa đựng nhiều thử thách Thêm vào đó, công cụ QLDA truyền thống có nhiều thiếu sót, môi trường đònh mang tính chiến lược Mục đích báo trình bày mô hình mô động mà mô hình đóng vai trò công cụ đầy hứa hẹn, giúp cho nhà thầu “thử nghiệm” tác động “tiên liệu” kết chiến lược sách trước sách thực Mô hình đem ứng dụng vào dự án cụ thể thi công để nắm bắt động thái NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA “ĐỘNG THÁI HỆ THỐNG” TRONG QLDA “Động thái hệ thống” (ĐTHT - System Dynamics) Jay Forester phát minh vào cuối thập kỷ 50 kỷ XX Sterman (1992) khẳng đònh ĐTHT chứng tỏ công cụ phân tích hiệu tình – học thuật ứng dụng – ngày sử dụng nhiều công ty bao gồm công ty “Top 500” tạp chí Fortune Trong QLDA nói chung, hạn chế công cụ quản lý truyền thống khuyến khích nhiều học giả chuyên gia tìm kiếm công cụ bổ sung Trong đó, ĐTHT xem phương án đầy hứa hẹn ĐTHT “quan điểm” tập hợp công cụ giúp hiểu cấu trúc động thái hệ thống phức tạp (Sterman, 2000) Mô hình ĐTHT kết hợp yếu tố khác từ kỹ thuật, tổ chức đến người môi trường Rodrigues Bowers (1996) đưa nhân tố nhằm khuyến khích ứng dụng ĐTHT vào QLDA là: (i) quan tâm đến tổng thể DA tập hợp yếu tố riêng biệt, (ii) nhu cầu xem xét khía cạnh phi tuyến mà tiêu biểu vòng (loop) phản hồi “cân bằng” (balancing) “củng cố” (reinforcing), (iii) nhu cầu có mô hình dự án linh hoạt “phòng thí nghiệm” cho lựa chọn/quyết đònh quản lý, (iv) không hiệu công cụ phân tích truyền thống việc giải vấn đề quản lý lúc mong muốn thử nghiệm điều mẻ 108 Hội nghò Khoa học trẻ Bách Khoa lần năm 2003 Kể từ phát minh, ĐTHT ứng dụng việc quản lý dự án phức tạp Hầu hết ứng dụng bò giới hạn DA nghiên cứu phát triển (R&D) (Roberts, 1964, Richardson Pugh, 1981) phát triển phần mềm (Abdel-Hamid Madnick 1991) Cooper (1980) xây dựng ứng dụng mô hình mô để giải tranh chấp nhà thầu chủ đầu tư (Hải Quân Hoa Kỳ) trò giá 500 triệu USD Trong quản lý xây dựng, mô hình hóa ĐTHT dự án nghiên cứu đáng kể Chang (1990) phát triển mô hình DAXD dựa mô hình dự án R&D Richardson Pugh (1981) Mô hình ĐTHT áp dụng quản lý thiết kế (Love et al 2000), cản trở làm chậm trể công trình (Howick Eden, 2001), dự án BOT (Chritamara, et al., 2002), quản lý dự phòng (Ford, 2002) Ở chừng mực đó, nghiên cứu giải nhiều động thái dự án phức tạp Tuy nhiên, đặc tính động khác dự án cần nghiên cứu đầy đủ PHƯƠNG PHÁP LUẬN Phương pháp luận ĐTHT áp dụng nghiên cứu Mô hình hóa ĐTHT phận trình nhận thức tiến trình liên tục việc hình thành giả thiết, kiểm tra, hiệu chỉnh mô hình “nhận thức” (mental model) mô hình toán (Sterman, 2000) Quá trình mô hình hóa thường có năm bước Nghiên cứu chọn trình mô hình hóa đề nghò Sterman (2000) gồm công tác sau: (i) xác đònh vấn đề cần giải quyết, (ii) hình thành giả thiết động hay lý thuyết nguyên nhân vấn đề, (iii) xây dựng mô hình mô để kiểm tra giả thiết, (iv) thử nghiệm mô hình mô hình phù hợp với mục đích đặt ra, (v) thiết kế thẩm đònh sách để cải tiến khả thực Phần mềm Vensim® PLE chọn cho công tác mô xây dựng biểu đồ phản hồi, đồ giải “tích” “dòng”, mô hình chi tiết, thử nghiệm mô hình, trình mô phỏng, phân tích sách Chi tiết phương pháp luận ĐTHT tham khảo nhiều công trình khác (Richardson Pugh, 1981, Sterman, 2000) Vì số trang giới hạn, báo trình bày vắn tắt việc xây dựng mô hình (model formulation), thử nghiệm hiệu chỉnh (validation) ứng dụng mô hình (calibration) CÁC CƠ CẤU PHẢN HỒI CHÍNH (KEY FEEDBACK STRUCTURES) Một vài nghiên cứu trước kết hợp yếu tố động vào mô hình cho dự án cụ thể Ví dụ, Richardson and Pugh (1981) cho dự án R&D, Cooper Mullen (1993) cho dự án phát triển phần mềm, Ford (1995) cho dự án phát triển sản phẩm Từ công trình nghiên cứu sẵn có, Ford (1995) kết hợp thành sáu cấu phản hồi Những cấu không phản ánh đầy đủ đặc tính động DAXD tài nguyên khác nhân lực, an toàn lao động,… chưa xem xét Dựa mô hình có sẵn thực tiễn ngành xây dựng, tám cấu trúc phản hồi DAXD giai đoạn thi công hình thành từ nghiên cứu Đó khung “khái niệm” cho việc nhận thức cách ứng xử (behavior) dự án tảng cho việc xây dựng mô hình Những cấu phản hồi tham khảo chi tiết Long (2003) Long Ogunlana (2003) DỰ ÁN NGHIÊN CỨU Mặc dù suy rộng cho tất DAXD phức tạp mô hình áp dụng cho dự án cụ thể để dể dàng xây dựng giới hạn mô hình, giả thiết, xác đònh thông số, thử nghiệm hiệu chỉnh Dự án dùng để nghiên cứu mô hình Dự Án Đường Hầm Hải Vân Gói thầu 1A trò giá xấp xỉ 43 triệu USD thực 3.857m phía Bắc đường hầm khảo sát nghiên cứu Vào thời điểm khảo sát (cuối năm 2002), dự án xây dựng 28 tháng tiến độ kế hoạch 48 tháng Công tác thu thập liệu bao gồm: tham khảo tài liệu dự án, quan sát trường vấn giám đốc dự án Dữ liệu thu thập (i) thông tin dự án, (ii) vấn đề nảy sinh (tình hình ngân sách tiến độ, công việc cần thực lại…), (iii) việc thi công thực tế (công việc hoàn thành, tiến độ 109 Hội nghò Khoa học trẻ Bách Khoa lần năm 2003 thực hiện, vật tư, thời gian làm việc…), (iv) sách quản lý phổ biến thực thi dự án Phó giám đốc dự án mời tham gia vấn để xác đònh rõ vấn đề mà nhà thầu thực gặp phải để nắm bắt liệu khác (cách ứng xử công nhân, tác động mệt mỏi vào suất lao động, ), mà thu thập từ tư liệu có sẵn GIỚI HẠN CỦA MÔ HÌNH (MODEL BOUNDARY) Mô hình giới hạn giai đoạn xây dựng dùng cho nhà thầu (Bảng 1) Trong có nhiều giai đoạn khác nhiều tương tác giai đoạn, mô hình hóa giai đoạn thi công cần thiết có nhiều tài nguyên công sức sử dụng giai đoạn Những tiền đề để xây dựng mô hình xem chi tiết Long (2003) Long Ogunlana (2003) Bảng Bảng giới hạn mô hình Yếu tố “nội sinh” Qui mô dự án Công việc phải làm lại Chất lượng công việc Nhân lực Máy móc thiết bò Vật tư Phân phối tài nguyên Khả thực Các mục tiêu dự án Yếu tố “ngoại sinh” Thay đổi qui mô công trình Thời gian hoàn thành Các ràng buộc tài nguyên Phân bố tài nguyên Vật tư dự trữ Sở hữu máy móc thiết bò Yếu tố không xét đến Thầu phụ Giai đoạn trước sau thi công Thay đổi công nghệ Sự phối hợp bên Những điều kiện dự đoán CẤU TRÚC MÔ HÌNH (MODEL STRUCTURE) Tài Nguyên o o o o o Nhân lực Thiết bò Thiết bò hổ trợ Vật tư Tay nghề công nhân Qui Mô o Qui mô o Thay đổi qui mô Mô Hình Mô Phỏng Động (DSM) o Chi phí vật tư o Chi phí nhân công o Chi phí thiết bò o Tiến độ t/hiện o C/việc làm lại Phân Chia Chi Phí Tiến Độ C/việc Làm Lại Khả Thực Hiện o o o o o o o Năng suất lao động Năng suất thiết bò Kinh nghiệm An toàn lao động Chất lượng c/việc T/gian làm việc Giám sát o Kiểm soát tiến độ o Kiểm soát chi phí o Kiểm soát ch/lượïng Kiểm Soát Mục Tiêu Hình Các hệ thống thành tố mô hình Mô hình bao gồm nhiều biến phương trình chia làm sáu hệ thống (HTC – subsystems) (Hình 1) Sáu HTC qui mô (scope), tiến độ thực công việc phải làm lại (progress and rework), tài nguyên (resources), khả thực (performance), chi phí (cost breakdown) kiểm soát mục tiêu (objectives control) Cũng vậy, HTC phân thành thành tố (sectors) Những HTC thành tố liên hệ với thông số chung (shared parameters) Tiến độ thực công việc phải làm lại nhóm thành HTC chúng có mối liên hệ đặc biệt Khi tiến hành công việc dự án, công việc cần phải làm lại (rework) có nguy xuất Tài nguyên bao gồm nhân lực, máy móc thiết bò, vật tư HTC tài nguyên thể phân phối khối lượng chúng theo thời gian Năng suất lao động, suất thiết bò, kinh nghiệm thi công, an toàn lao động, chất lượng công việc, thời gian làm việc, giám sát công trường xếp vào HTC gọi “khả thực hiện” Chi phí cho dự án phân thành chi 110 Hội nghò Khoa học trẻ Bách Khoa lần năm 2003 phí vật tư, nhân công máy móc thiết bò Một DA rõ ràng có nhiều mục tiêu Tuy nhiên, nhà thầu bên DA thường ý đến thời gian, chất lượng chi phí Vì thế, mô hình xem xét mục tiêu kết hợp thành hệ thống đặt tên kiểm soát mục tiêu Mô tả chi tiết sở để hình thành cấu trúc mô hình, quan hệ, thông số, biến HTC mô hình tham khảo Long (2003) Long Ogunlana (2003) Dưới hình minh họa vài HTC thành tố trích từ mô hình Work accomplished Work remaining progress rate Known rework Undiscovered rework rework discovery rate discovered rework probability time to discover defects Hình HTC tiến độ thực c/o effect on deadline initial deadline Project deadline sp effect on accident change in deadline sp effect on workmonth schedule pressure scheduled completion d sp effect on rework sp effect on equip prodty sp effect on waste time estimated required Hình Thành tố kiểm soát tiến độ initial uw uw adjustment time status effect workers manpower resource leveling uw tunover rate change in uw workers sought WF sought onsite training rate learning time normal sw max workforce by space constraints Skilled indicated WF normal sw/uw fraction change in sw sw turnover rate sw/uw fraction initial sw sw adjustment time Management change in mt mt turnover rate normal mt turnover normal mgt fraction initial mt fraction mgt fraction mt adjustment time Hình Thành tố nhân lực thi công Mối quan hệ biến tham số thể dạng phương trình toán theo ngôn ngữ phần mềm mô Ví dụ, số phương trình tiêu biểu HTC tiến độ thực (Hình 2) biểu diễn môi trường Vensim® PLE sau: Work remaining = INTEG (-progress rate + rework discovery rate + scope change rate, initial project scope) Work accomplished = INTEG (progress rate - rework discovery rate, 0) (tasks) Undiscovered rework = INTEG (progress rate*(1-quality of practice)-rework discovery rate, 0) (tasks) Known rework = INTEG (rework discovery rate, 0) (tasks) progress rate = MIN (labor progress rate, major equip progress rate) (tasks/month) rework discovery rate = (Undiscovered rework/time to discover defects)*discovered rework probability ỨNG XỬ CỦA MÔ HÌNH (MODEL BEHAVIOR) Một đặc điểm quan trọng ĐTHT ý đến ứng xử (behavior) biến theo thời gian Sự nhận thức trực quan tác động kết cấu mô hình lên ứng xử đáng ý giá trò xác thông số kết mô (Ford, 1995) Chuổi kết mô theo thời gian giúp hiểu ứng xử mô hình Số liệu đầu vào lấy từ gói thầu 1A đường hầm Hải Vân trình bày Kết ứng xử mô hình với liệu thực gọi “baserun” Theo tình hình dự án thời điểm khảo sát trình mô cho thấy công trình hoàn thành sau 52 tháng thi công Như vậy, kết mô dự báo công trình chậm 111 Hội nghò Khoa học trẻ Bách Khoa lần năm 2003 tiến độ tháng so với 48 tháng ghi hợp đồng Cũng vậy, xem xét kết mô cho thấy ứng xử biến hợp lý 11,000 11,000 50 1,000 tasks tasks tasks tasks 1 2 0 0 2 23 4 12 18 3 3 1 2 3 2 months months months Dmnl tasks tasks tasks tasks 110 110 110 24 30 Time (Month) 4 4 36 42 1 1 1 Work remaining : Baserun 2 2 2 Work accomplished : Baserun 3 3 3 Undiscovered rework : Baserun 4 4 4 Known rework : Baserun 0 tasks tasks tasks tasks Hình Ứng xử biến thuộc dạng công việc 12 months months months Dmnl 3 1 1 2 4 48 12 18 4 24 30 Time (Month) 4 36 42 48 1 1 1 Project deadline : Baserun months 2 2 2 months time estimated required : Baserun 3 3 scheduled completion date : Baserun months 4 4 4 schedule pressure : Baserun Dmnl Hình Ứng xử biến thuộc tiến độ “Công việc lại” (work remaining) giảm dần “công việc hoàn thành” “công việc không đạt phát hiện” (known rework) biến thiên tăng hình chữ S (như S curve kiểm soát chi phí) (Hình 5) Ứng xử biến thuộc kiểm soát tiến độ thể Hình Vì qui mô dự án nghiên cứu không thay đổi thời điểm khảo sát, “thời gian ấn đònh” chủ đầu tư (project deadline) không đổi (48 tháng) “Kế hoạch thời gian hoàn thành” (scheduled completion date) nhà thầu lớn tháng đầu thi công suất thi công hầm thời gian thấp Trong trình mô phỏng, “kế hoạch thời gian hoàn thành” lớn “thời gian ấn đònh” nên nhà thầu chòu “áp lực tiến độ” (schedule pressure) thi công Nghóa là, biến “áp lực tiến độ” mô hình lớn mô Thêm vào đó, chênh lệch “kế hoạch thời gian hoàn thành” “thời gian ấn đònh” phản ánh công trình chậm vượt tiến độ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH (MODEL TESTING) Trong mô ĐTHT, có nhiều dạng thử nghiệm khác nhằm tìm khiếm khuyết mô hình để cải tiến mô hình Sterman (2000) 12 loại thử nghiệm mô hình có mục đích khác Đó là: mức độ đầy đủ mô hình (boundary adequacy), xem xét cấu trúc (structure assessment), đắn thứ nguyên (dimensional consistency), khảo sát tham số (parameter assessment), thử với điều kiện tới hạn (extreme conditions), sai số sai phân tích phân (integration error), phản ánh ứng xử thực (behavior reproduction), dò thường ứng xử (behavior anomaly), thử nghiệm với vấn đề tương tự (family member), ứng xử bất ngờ (surprise behavior), phân tích cảm biến (sensitivity analysis), cải tiến hệ thống (system improvement) Lý thuyết thử nghiệm tham khảo Sterman (2000) cụ thể áp dụng mô hình tham khảo Long (2003) Long Ogunlana (2003) Sau nhiều sửa đổi cập nhật mô hình, cuối cùng, kết thử nghiệm mô hình cho thấy mô phản ánh động thái thực dự án nghiên cứu 10 KẾT LUẬN Các dự án xây dựng lớn thường tương tác với nhiều yếu tố khác nhau: xã hội, kinh tế, quản lý, công nghệ, môi trường Những tác động của yếu tố lên ứng xử dự án trạng thái động Những công cụ truyền thống (cơ cấu phân chia công việc (WBS), sơ đồ mạng (CPM), giá trò tích lũy (Earned Value), ) giải khía cạnh tónh QLDA Vì thế, bên tham gia khó khăn việc nắm bắt ứng xử DA mức độ tổng thể – mà lại điều tối cần thiết quản lý chiến lược dự án lớn Từ đó, mô hình mô động trình bày nghiên cứu tạo điều kiện cho nhà thầu dễ dàng nắm bắt động thái dự án mà họ triển khai 112 Hội nghò Khoa học trẻ Bách Khoa lần năm 2003 Khi ứng dụng mô hình vào dự án thực, có tương tự ứng xử mô mô hình ứng xử thực dự án thông số chuẩn bò hợp lý Điều chứng tỏ mô hình mô động thái dự án nghiên cứu Như vậy, mô hình giúp nhà thầu nâng cao khả kiểm soát dự án Cuối cùng, nhà thầu sử dụng mô hình để xây dựng thẩm đònh sách để nâng cao hiệu hoạt động dự án cách thay đổi giá trò thông số mô hình và/hoặc thay đổi cấu trúc mô hình TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] Abdel-Hamid, T Madnick, S (1991) “Software Project Dynamics: An Integrated Approach”, Prentice Hall, Englewood Cliffs, USA Chang, C L (1990) “Applying R&D project dynamics concepts to construction management.” Master Research Study No IE-90-1, AIT, Bangkok, Thailand Chritamara, S., Ogunlana, S O Bach, N L (2002) “System dynamics modeling of design and build construction projects” Construction Innovation, 2(4), 269-295 Cooper, K G (1980) “Naval ship production: a claim settled and a framework built.” Interfaces, 10(6), 20-36 Ford, D N (1995) “The Dynamics of Project Management: An Investigation of the Impacts of Project Process and Coordination on Performance” Doctoral Dissertation Massachusetts Institute of Technology, MA, USA Ford, D N (2002) “Achieving multiple project objectives through contingency management.” Journal of Construction Engineering and Management, 128(1), 30-39 Howick, S Eden, C (2001) “The impact of disruption and delay when compressing large projects: going for incentives” Journal of the Operational Research Society, 52, 26-34 Long, N D (2003) “Policy Analysis for Improving Performance of a Construction Projects by System Dynamics Modeling.” Master Thesis, AIT, Bangkok, Thailand Long, N D Ogunlana, S O (2003) “Modeling the dynamics of an infrastructure project.” Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering (under reviews) Love, P E D., Mandal, P., Smith, J Li, H (2000) “Modelling the dynamics of design error induced rework in construction.” Construction Management and Economics”, 18(5), 567-574 Richardson, G P Pugh A L (1981) “Introduction to System Dynamic Modeling with DYNAMO” The MIT Press, MA, USA Roberts, E (1964), “The Dynamics of Research and Development”, Harper and Row, USA Rodrigues, A Bowers, J (1996) “The role of system dynamics in project management.” International Journal of Project Management, 14(4), 213-220 Sterman, J D (1992) “System dynamics modeling for project management.” System Dynamics Group, MIT Sloan School of Management, Cambridge, MA, USA Sterman J D (2000) “Business Dynamics: System Thinking and Modeling for a Complex World” Irwin McGraw-Hill, USA 113 ... Ứng xử biến thuộc dạng công việc 12 months months months Dmnl 3 1 1 2 4 48 12 18 4 24 30 Time (Month) 4 36 42 48 1 1 1 Project deadline : Baserun months 2 2 2 months time estimated required : Baserun... 1,000 tasks tasks tasks tasks 1 2 0 0 2 23 4 12 18 3 3 1 2 3 2 months months months Dmnl tasks tasks tasks tasks 110 110 110 24 30 Time (Month) 4 4 36 42 1 1 1 Work remaining : Baserun 2 2 2 Work... No IE-9 0-1 , AIT, Bangkok, Thailand Chritamara, S., Ogunlana, S O Bach, N L (2002) “System dynamics modeling of design and build construction projects” Construction Innovation, 2(4), 26 9-2 95 Cooper,