Актуальность темы исследования. Инвестиционные строительные проекты, как правило, связаны с более высокими рисками, по сравнению с проектами в других отраслях экономики. Эта закономерность определяется, в первую очередь, такими особенностями строительного производства как длительность инвестиционного цикла, масштабность и единичный характер проектов. Протяженность строительного производства во времени повышает степень неопределенности и затрудняет прогноз стоимости и сроков строительства. Отклонение конечной стоимости строительства или превышение плановых сроков снижают рентабельность проектов или переводят проекты в разряд убыточных. В настоящее время повышение инвестиционной привлекательности строительства за счет уменьшения сроков является одной из важнейших задач управления строительными проектами.

Одним из путей повышения эффективности управления сроками и стоимостью строительства в мировой практике является внедрение подхода "управление проектами" (project management). Отличительными чертами данного подхода являются: концентрация ответственности за выполнение проекта в одном органе; параллельное проектирование и строительство; использование математических методов и информационных технологий для анализа вариантов реализации и оптимизации сроков и стоимости проектов.

В настоящее время в России практически не применяется данный подход и слабо развита услуга "управление строительными проектами". Тем не менее, в последние годы начался процесс зарождения инжиниринговых фирм на отечественном строительном рынке, а также специализация генподрядных компаний на управлении строительными проектами. В этих условиях актуальной является разработка инструментария для анализа и оценки результатов различных вариантов реализации строительных проектов с использованием разнообразных подходов к управлению строительством. Также представляет интерес анализ эффективности подхода "управление проектом" и оценка предельных затрат на привлечение специализированного управляющего с помощью методов экономико-математического моделирования.

Цель исследования Ї разработка и реализация методического подхода и инструментария формализованного представления процедуры и реализации строительного проекта в рамках имитационной модели и ее применение к управлению строительными проектами.

Для достижения данной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследовать современные тенденции развития систем управления строительными проектами в России и за рубежом.

2. Изучить теоретические и методологические аспекты современных направлений в экономико-математическом модели-ровании управления и реализации строительных проектов.

3. Разработать имитационную модель поддержки принятия эффективных решений в управлении строительными проектами, учитывающую влияние случайных факторов и позволяющую корректировать управленческие решения.

4. Предложить метод описания временной структуры и внутренних функциональных взаимосвязей участников проекта на основе универсального сетевого графа.

5. Провести классификацию случайных факторов, влияющих на реализацию строительного проекта и их формализацию в рамках имитационной модели.

6. Построить базу данных параметров имитационной модели на основе реально осуществленных строительных проектов, нормативной, статистической информации и экспертных оценок для информационного сопровождения разработанного модельного комплекса.

управление строительный проект имитационная модель

7. Провести экспериментальную проверку предложенной имитационной модели и программного комплекса на примере реальных проектов в жилищном строительстве и провести анализ результатов моделирования для оценки эффективности различных подходов к управлению строительными проектами.

Предмет исследования. Способы моделирования процессов и механизмов взаимодействия участников процесса строительства в условиях неопределенности влияния случайных факторов и процедур корректировки управленческих решений при реализации строительного проекта.

Объект исследования. Объектом исследования являются строительные компании, реализующие проекты в жилищном строительстве.

Теоретическо-методологической основой исследования являются концептуальные подходы к управлению проектами, нашедшими отражение в современной экономической литературе, а также экономико-математический аппарат, включающий имитационные и сетевые модели. В своих исследованиях автор опирается на труды отечественных и зарубежных ученых в области управления строительством. Анализ опыта управления строительством в России и за рубежом изложен в работах Васильева В.М., Казанского Ю.Н., Ковальского М.И., Кондратьева В.Б., Лисичкина В. А, Немчина А.М., Никешина С. Н, Панибратова Ю.П., Резника С.Д., Рекитара Я.А., Сидоровой Н.А., Хитрова В. А.

Использование математического аппарата и инструментария в области управления строительством представлено в трудах следующих авторов: Куликов Ю.А., Шепелев И.Г., AbouRizk S. M., Adeli H., Cheng E. W. L., Chua D. K. H., Drew D., Hegazy T., Jaselskis E. J., Karim A., Kog Y. C., Li H., Li M., Loh P. K., Love P., Park M., Peсa-Mora F., Que B. C., Shen L., Tah. J. H. M., Wales R. J., Wassef N., Zhang Z.

В основе методологического подхода лежит общенаучная концепция проектного управления.

Информационная база. В работе использовались официальные статистические материалы Госкомстата РФ (ныне Федеральная служба государственной статистики РФ) и Новосибирского областного комитета статистики (ныне территориальный орган ФСГС по Новосибирской области); рабочие чертежи, сметы, календарные графики строительства жилых домов, выполненные проектными и строительными организациями г. Новосибирска; экспертные оценки специалистов в области технологии строительного производства.

Научная новизна работы заключается в разработке методов инструментального анализа осуществления строительных проектов с позиций проектного подхода, в том числе:

1. Впервые в данной методологической постановке разработана и реализована имитационная модель осуществления строительного проекта, включающая концепцию инструментального анализа влияния внешних экономических, технологических и климатических факторов, а также управленческого воздействия.

2. Разработан и обобщен способ описания многовариантного проекта с использованием сетевого графа.

3. Предложена методика формирования базы данных для информационного сопровождения имитационного модельного комплекса на основе информации об осуществленных строительных проектах и общедоступной нормативной и статистической информации.

4. На основе результатов имитационного моделирования предложен метод сравнения эффективности различных подходов к управлению строительными проектами и оценки предельно допустимых затрат на управление.

Положения, выносимые на защиту:

1. Повышение эффективности управления строительным проектом и его инвестиционной привлекательности связана с сокращением сроков и стоимости проекта, развитием различных организационных форм его осуществления, учетом неопределенности и рисков факторов, оказывающих на него влияние.

2. Разработана методика инструментального анализа влияния случайных факторов, а также управленческих воздействий на экономические результаты осуществления строительных проектов, в основе которой лежит имитационная модель строительного процесса; обобщены и дополнены принципы концептуального описания базы данных для информационной поддержки разработанного модельного инструментария.

3. Предложенные подходы к формальному описанию взаимодействия основных участников проекта позволяет осуществлять его в режиме параллельного проектирования, сформировать модель интеграции всех его участников, имитировать основные технические, технологические и экономические параметры проекта с целью поиска наилучших управленческих решений.

Апробация результатов исследования. Основной методологический подход решения поставленных задач был представлен на III Международном конгрессе "Ресурсо - и энергосбережение в реконструкции и новом строительстве" (Новосибирск, 2000 г.). Основные результаты работы были представлены на Всероссийской конференции "Научно-технические проблемы строительства" 8 апреля 2003 г. и на Третьей Всероссийской конференции научно-преподавательского состава технических вузов "Рынок: проблемы переходной экономики" в НГАСУ 20-21 мая 2003 г. Результаты работы были представлены в выступлении на совместном методологическом семинаре отдела анализа и прогнозирования развития отраслевых систем и лаборатории моделирования и анализа экономических процессов ИЭОПП СО РАН 8 августа 2003 г., а также на совместном заседании научных советов отдела территориальных систем и лаборатории моделирования и анализа экономических процессов ИЭОПП СО РАН 24 декабря 2004 г.

Практическая значимость. Предложенная в работе имитационная модель может использоваться на практике для анализа различных вариантов реализации проектов, оценки рисков и возможностей их устранения или нейтрализации. Методика оценки результатов реализации проекта может быть использована для выбора схемы управления проектом.

Предложенные методические разработки могут быть использованы при анализе и обосновании проектов и выборе системы управления в гражданском и промышленном строительстве, а также при подготовке спецкурсов в вузах для обучения специалистов.

Публикации. Результаты исследования представлены в 11 публикациях общим объемом 5 п. л., личный вклад - 4,5 п. л.

Структура работы: работа состоит из введения, 3-х глав, заключения, списка использованной литературы и 3-х приложений.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, определены цель, задачи, предмет и объект исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведена информация об апробации методических и прикладных результатов исследования.

В первой главе "Управление строительными проектами: опыт зарубежных стран и России" проводится анализ особенностей и проблем реализации инвестиционных строительных проектов в России с позиций проектного подхода. Рассматриваются характерные черты концепции "управление проектом" и ее применения в строительстве за рубежом, а также перспективы развития проектного управления строительством в России.

Анализ статистических данных (Новосибирская область и г. Новосибирск) позволил выявить следующие основные особенности и проблемы реализации строительных инвестиционных проектов:

в настоящее время наиболее распространенные, крупные и сложные проекты относятся к жилищному строительству, в то время как объемы промышленного строительства незначительны;

на строительном рынке практически отсутствуют крупные строительные компании, способные реализовывать большое количество проектов одновременно, большинство участников рынка параллельно осуществляют 1-2 проекта;

длительные сроки реализации проектов приводят к снижению их рентабельности и увеличению рисков, что уменьшает инвестиционную привлекательность строительных проектов для финансовых институтов.

Повышение эффективности управления строительным проектом является наиболее перспективным направлением сокращения сроков его выполнения, и, как следствие, роста инвестиционной привлекательности проекта. Анализ зарубежного опыта показывает, что строительные компании активно используют концепцию "управление проектом", которая позволяет эффективно управлять стоимостью и сроками строительства. Особенностями данной концепции являются:

концентрация ответственности в одном "управляющем" органе, который организует и координирует деятельность исполнителей проекта на протяжении его полного жизненного цикла;

направленность управления на проект (объектом управления является инвестиционный проект, а не строительная организация или ее подразделения);

комплексный подход с использованием системы современных методов и техники управления, с учетом организационных, экономико-математических, информационных и прочих разработок;

сокращение сроков реализации проекта за счет совмещения стадий проектирования и строительства.

Широкое применение данной концепции за рубежом привело к развитию различных организационных форм управления проектом, а также к разработке многочисленных видов строительных контрактов, что делает систему управления более гибкой, предоставляя участникам возможность выбора оптимальной формы взаимодействия.

Использование концепции "управление проектом" наиболее эффективно применительно к крупным, сложным и уникальным проектам с повышенными рисками, при этом дополнительные затраты на управление не всегда оправданны для малых, типовых и нерисковых проектов. В табл.1 проводится сравнительный анализ генподрядного и "управленческого" (с использованием концепции управления проектом) подходов, а также приведены факторы, влияющие на выбор подхода, выявленные зарубежными исследователями.

Развитие концепции "управление проектом" в России требует создания рынка инженерно-консалтинговых услуг. В настоящее время такой рынок еще не сформировался, однако уже существуют примеры (Московский и Санкт-Петербургский регионы) встраивания управляющей компании в традиционную генподрядную схему или выполнения функций управляющего генподрядными фирмами. Данные тенденции свидетельствуют, что в ближайшем будущем рынок услуг по профессиональному управлению будет развиваться во многих российских регионах. В связи с этим актуальными становятся вопросы выбора подхода к управлению проектом в каждом конкретном случае, и оценки предельно допустимых затрат на управление. Для решения данной задачи используется имитационное моделирование реализации строительного проекта с учетом влияния случайных факторов и возможностей корректирующего управленческого воздействия.

Во второй главе "Построение имитационной модели проекта и формирование базы данных" проводится обзор математических моделей и методов, применяемых в управлении строительством, строится имитационная модель реализации строительного проекта, осуществляется воздействие случайных факторов и управления, формируется база данных для информационного сопровождения предлагаемого модельного комплекса.

Реализация строительного проекта является сложным динамическим процессом, объединяющим множество отдельных функционально взаимосвязанных работ, для каждой из которых существует возможность выбора из альтернативных вариантов выполнения. В связи с этим, наиболее типовой задачей управления строительством является выбор оптимальной траектории развития проекта во времени. Наиболее распространенными математическими инструментами решения данной задачи являются сетевые и имитационные модели.

Таблица 1. Сравнительный анализ подходов к управлению

Сетевые модели представляют собой классический инструмент для описания функциональных взаимосвязей и последовательности выполнения работ проекта во времени и позволяют найти минимальный срок выполнения проекта при заданных ограничениях на ресурсы, либо наоборот, оптимизировать использование ресурсов при заданном времени. Имитационные модели позволяют провести пошаговую симуляцию строительного процесса с возможностью выбора различных вариантов выполнения работ на каждом этапе реализации проекта. В рамках имитационного моделирования существует возможность использования зависимостей, не описываемых простыми математическими соотношениями, объединения элементов различных моделей путем определения правил их взаимодействия, а также проведение многократных экспериментов на ЭВМ с последующей статистической обработкой результатов.

Для решения поставленной в первой главе задачи сравнения традиционного и управленческого подходов к управлению строительным проектом необходимо осуществить многократное моделирование строительного проекта на ЭВМ, с учетом воздействия внешней среды и различий в корректирующих возможностях данных подходов. Имитация осуществления проекта производится пошагово, при этом на каждом шаге моделируется воздействие случайных факторов и соответствующих корректирующих воздействий управляющего, а функциональные и временные связи между отдельными работами проекта задаются сетевым графом. Инструментарий, полученный в результате объединения полезных качеств классических сетевых и имитационных моделей, позволяет оценить относительную эффективность разных подходов к управлению (предельно допустимые затраты на "профессиональное управление").

Различия в корректирующих возможностях рассматриваемых подходов к управлению задаются в модели следующим образом:

при традиционном подходе проектирование завершается до начала возведения каркаса, в то время как управленческий подход позволяет осуществлять параллельное проектирование и строительство;

при управленческом подходе допускается многовариантность выполнения работ проекта, то есть на каждом этапе возможен выбор способа реализации каждой не начатой работы из множества возможных альтернатив, в традиционном подходе варианты реализации работ фиксируются до начала строительных работ и не могут быть изменены впоследствии;

при управленческом подходе постоянный интенсивный контроль над выполнением проекта позволяет сократить продолжительность простоев, вызванных поломками машин и оборудования.

В соответствии с перечисленными различиями модель формулируется следующим образом. Проект разбивается на отдельные работы j (). Время реализации проекта разбивается на шаги между моментами наблюдения i (). Для каждой работы j задаётся множество возможных вариантов реализации K_j. В условиях параллельного проектирования и пошагового управления проектом варианты реализации работ могут быть изменены после начала строительства, но до начала производства работы. Вариант реализации характеризуется используемыми технологией и материалами, которые задаются посредством стоимостной оценки выполнения единицы объема работы d_kj и временной оценки выполнения работы t_kj. Объем работ q_j является одинаковым для любого варианта реализации k_j (k_jK_j). Таким образом, в момент времени i каждая работа проекта характеризуется набором из 4-х показателей:

На начальном этапе моделирования определяются плановые варианты реализации всех работ проекта, при этом финальный вариант реализации работ может отличаться от планового из-за корректирующих воздействий управления. Основными показателями эффективности проекта предлагаются чистый дисконтированный доход (NPV) и время реализации (T), которые рассчитываются на каждом шаге модели для всего проекта. Расчет сроков проекта T осуществляется на основе сетевого графа G, в котором a - начальная вершина работы, а b - конечная вершина:

На каждом шаге реализации проекта на него воздействуют случайные факторы e, которые оказывают влияние на стоимость и время работ проекта:

где _i - отображение, переводящее состояние проекта в момент наблюдения i в новое состояние в результате воздействия внешнего фактора e, где t_j^begin, t_j^end - соответственно время начала и окончания работы j.

В качестве случайных факторов e, влияющих на стоимость и время осуществления работ проекта, предлагается использовать:

отклонение темпов роста цен на строительные материалы от средних темпов инфляции;

погодные условия (низкие температуры, ветер и жидкие осадки);

поломки машин и оборудования;

ошибки в проекте или просчеты при его выполнении.

Воздействие каждого случайного фактора e на стоимостные и временные оценки работ проекта в период между моментами наблюдений i-1 и i задается случайными величинами c_i^e,d, c_i^e,t. Их значения реализуются методом Монте-Карло по выборочным распределениям, которые определялись на основании статистических данных (инфляция, климатические факторы), а также экспертных оценок (поломки оборудования, ошибки проектирования и др.).

В результате воздействия случайных факторов происходят отклонения основных показателей эффективности проекта от их плановых значений. На показатели накладываются ограничения, которые могут быть заданы различным образом. В диссертационной работе используются два ограничения. Относительное отклонение NPV от планового значения должно укладываться в пределы ±₁, а T не должно превышать плановое значение более чем на ₂:

На каждом этапе реализации проекта проводится проверка указанных ограничений. В случае если ограничения не выполняются, в рамках управленческого подхода осуществляется корректирующее воздействие посредством выбора более приемлемых вариантов реализации не начатых работ. Управление осуществляется таким образом, чтобы вносилось минимальное число изменений в проект (варианты реализации) с максимальным приближением показателей к плановым значениям. Кроме этого продолжительность простоев по причине поломок машин и оборудования пропорционально сокращается в случае применения управленческого подхода.

База данных для расчета модели была сформирована на основании реальных проектов жилых домов, построенных в г. Новосибирске. Проекты различались объемами и сроками реализации: Проект 1 - строительство 16-тиэтажного жилого дома, сроки реализации составляют около 1,5-2 года; Проект 2 Ї жилищный комплекс из 3-х модулей разной этажности, сроки реализации около 3,5-5 лет. На основании рабочих чертежей, смет и прочих проектных документов были определены количественные характеристики проектов (объем, площадь, длина). Для 14 работ из 23 было предусмотрено несколько вариантов реализации (2-3 варианта). Стоимостные оценки различных вариантов выполнения работ определялись на основе смет строительных и проектных организаций г. Новосибирска, а временные оценки по системе составления смет "WINСмета", на основе нормативной трудоемкости.

Для дальнейших расчетов различных вариантов реализации были построены универсальные сетевые графы для каждого проекта. Многовариантность выполнения проекта была заложена в сетевой граф посредством введения взаимосвязей между работами (когда выбор варианта реализации одной работы влечет выбор определенного варианта реализации других работ). В качестве примера, на рис.1 приведен фрагмент сетевого графа, в котором работы по возведению стен (16, 18, 21, 25) и перекрытий (17, 22) реализуются разными вариантами, которым соответствуют различные стоимостные и временные оценки.

Вариант 1

Вариант 2

Рис. 1. Различные варианты реализации проекта

Все работы по возведению стен имеют одинаковый номер взаимосвязи, и если для работы 16 выбран вариант реализации 1, то и работы 18, 21 и 25 также должны выполняться по тому же варианту. При этом некоторые работы могут иметь нулевые стоимостные и временные оценки при выборе определенного варианта реализации, например, работа 18 (навесные не несущие стены) в случае монолитных или кирпичных стен, но не в случае панельных стен. Как показано на рис.1 при различных вариантах реализации критический путь (отмечен двойными линиями) может проходить по разным траекториям.

Основными особенностями предложенной в диссертационной работе модели является возможность изменения вариантов реализации работ с учетом функциональных взаимосвязей и универсальность сетевого графа, который позволяет рассчитывать сроки строительства для различных вариантов реализации проекта. Методика формирования базы данных основана на доступных для строительных организаций данных.

В третьей главе "Управление строительным проектом в условиях действия случайных факторов: результаты модельных расчетов" приведены результаты моделирования для двух независимых проектов. Для каждого проекта многократно случайным образом определяются плановые варианты реализации, далее для каждого из них проводится симуляция воздействия случайных факторов и моделирование ответного управленческого воздействия на каждом шаге.

Распределение дано для плановых значений (План), значений после воздействия случайных факторов (Внешние факторы) и после воздействия случайных факторов и управления (Управление). Значения после воздействия случайных факторов без управления, соответствуют результатам традиционного подхода к управлению строительным проектом (проектная документация закончена до начала возведения каркаса, после начала строительства не могут быть внесены изменения в варианты реализации работ).

Значения приведенного чистого дисконтированного дохода после воздействия внешних факторов и управления показывают результаты влияния управленческого подхода (параллельное проектирование и строительство, возможность изменения вариантов реализации работ после начала строительства).

В табл. 2 приведены основные результаты проведенных расчетов.

Таблица 2. Показатели проектов для традиционного и управленческого подходов, %

Для оценки относительной эффективности управленческого подхода для более крупного проекта (Проект 2) и менее крупного проекта (Проект 1), был рассчитан месячный эффект от управления EM - разница между значениями средней прибыли (для 1000 вариантов реализации) при управленческом подходе и значениями средней приведенной прибыли при традиционном подходе, приведенная к месяцу путем деления на средние сроки реализации.

На рис.2 показана экономия, полученная благодаря корректирующим управленческим воздействиям и границы доверительных интервалов для полученных значений.

На основании этих результатов можно оценить предельные затраты на управление в зависимости от размера проекта. Таким образом, предложенный подход позволяет оценить эффективность управленческого подхода для каждого отдельного проекта и определить максимально допустимую величину затрат на "профессиональное" управление.

Рис.2. Эффект от управления строительными проектами

Предложенный экономико-математический инструментарий может использоваться для анализа показателей и рисков различных вариантов реализации проектов; выбора оптимального варианта на основе различных критериев; оценки эффективности различных подходов к управлению.

В заключении представлены основные результаты и выводы проведенного исследования.

В приложениях приведен обзор классических экономико-математических методов, применяемых в управлении строительством (сетевые, имитационные модели и стохастическая постановка задач), фрагменты сетевых графов и исходная база данных для расчета модели.

Основные научные результаты проведенного в работе исследования:

1. Проведенный анализ современных тенденций развития системы управления строительными проектами в России и за рубежом показал, что в настоящее время концепция "управление проектом" не получила широкого распространения в России, однако в некоторых регионах уже наметились тенденции создания рынка инженерно-консалтинговых услуг. За рубежом строительные компании активно используют "профессиональное" управление проектами, в особенности для эффективного управления сроками и стоимостью реализации крупных, уникальных и сложных проектов.

2. Проанализированы теоретические и методологические основы моделирования процессов реализации строительных проектов, важнейшие особенности и характеристики которых обобщены в виде аналитического обзора и таблицы, намечены пути синтеза полезных свойств моделей различного типа.

3. Разработана имитационная модель реализации строительного проекта, с возможностями пошагового моделирования воздействия ряда случайных факторов, а также осуществления корректирующего управления. Модель позволяет осуществлять анализ реализации строительного проекта, с учетом рисков и облегчает выбор рационального управленческого решения.

4. Предложен метод описания структуры проекта с учетом многовариантности осуществления его отдельных работ, посредством введения индексов для различных вариантов выполнения и внутренних взаимосвязей между работами, дополняющими классический сетевой граф.

5. Формализованы механизмы влияния случайных факторов на эффективность строительного проекта. Моделирование воздействия данных факторов осуществлялось методом Монте-Карло на основе статистических выборочных распределений.

6. Построена база данных для информационного сопровождения имитационного модельного комплекса, включающая количественные стоимостные и временные оценки выполнения отдельных работ различными способами, статистическую информацию и экспертные оценки для моделирования воздействия случайных факторов.

7. Проведена апробация предложенной имитационной модели и программного комплекса на примере реальных проектов в жилищном строительстве и проведен анализ результатов моделирования для оценки эффективности различных подходов к управлению строительными проектами. На основании полученных результатов установлено, что случайные факторы оказывают большее влияние на крупные проекты, и управленческое воздействие, соответственно, более эффективно для данных проектов. Осуществлена оценка предельно допустимых затрат на "профессиональное" управление, как разница между приведенной стоимостью проекта с управленческим подходом и приведенной стоимостью проекта с традиционным подходом.

Публикации по теме диссертации