Efektivní využití věžových jeřábů na stavbách

• Foto

V pozemním stavitelství jsou v současné době především věžové jeřáby rozhodujícími mechanismy při realizaci staveb. Výběr a způsob nasazení těchto jeřábů má podstatný vliv na plynulost práce, dobu výstavby a tedy i na finanční náklady. Význam vhodného nasazení jeřábů je zdůrazněn i skutečností, že stavební procesy zásobované jeřábem jsou často tzv. procesy řídící a tedy ostatní procesy se musí přizpůsobit rychlosti jejich postupu [1].

Obecně platí, že jeřáb (resp. soustavy jeřábů) patří mezi nejen nejpoužívanější ale také nejdražší stroje používané na stavbě. Proto je třeba jejich výběru věnovat pozornost, a to nejen s ohledem na jejich požadované technické parametry, ale i s ohledem na finanční nároky strojů. Ty jsou ovlivněny především počtem navržených jeřábů, druhem, typem ale i dobou jejich využití.

V SOUČASNOSTI POUŽÍVANÉ POSTUPY PŘI NÁVRHU JEŘÁBU
V současné době se návrhy výběru vhodného stroje, s ohledem na jejich časové vytížení, opírají o zjednodušené a poměrně málo přesné metody, založené z větší části na empirii a intuici zkušenějších odborníků. Jedná se především o tyto metody:

• Metoda využívající ukazatel počtu obsluhovaných pracovníků
• Metoda využívající ukazatel obestavěného prostoru realizovaného objektu za jednotku času
• Metoda využívající ukazatel hmotnosti přemisťovaného materiálu za jednotku času
• Metoda využívající ukazatel objemu (hmotnosti) rozhodujících materiálů za jednotku času
• Metoda návrhu jeřábu podle normativů doby trvání procesů obsluhovaných jeřábem
• Metoda odhadu potřebné doby nasazení jeřábu

Tyto způsoby a postupy vycházejí z různých vstupních ukazatelů, které pouze velmi orientačně charakterizují časové požadavky pro přepravu materiálů a nevyhovují především s ohledem na dnes požadované rychlosti výstavby a také s ohledem na vysoké náklady spojené s provozem moderních stavebních jeřábů. Proto jsme se také tomuto tématu začali na Ústavu technologie, mechanizace a řízení staveb na VUT v Brně v České republice věnovat.

Ukazuje se potřeba hledat způsoby a metody přesnější, podložené skutečnými požadavky na zásobování právě probíhajících stavebních procesů a s ohledem na jejich časový průběh. To je dnes umožněno také díky možnostem využití počítačové podpory [1].

ROZHODUJÍCÍ MATERIÁLY PŘI ZÁSOBOVÁNÍ VĚŽOVÝMI JEŘÁBY
Dostatečně přesný návrh věžových jeřábů musí být podložen propočtem požadovaného množství materiálu nezbytného pro plynulý průběh stavebních procesů, stanovením požadavků dílčích stavebních procesů na zásobování, výpočtem reálného výkonu jeřábu s přihlédnutím na jeho možné umístění na stavbě a posouzením časového využití jeřábů. Z těchto podkladů a na základě dalších obvyklých technologických i ekonomických vstupů lze efektivně určit jeřáb nebo jeřábovou soustavu pro realizaci konkrétní stavby.

Vycházíme z požadavků dílčích stavebních procesů na zásobování tzv. „rozhodujícími materiály“, které zásadním způsobem tento návrh ovlivňují. Rozhodujícím materiálem pro dopravu věžovým jeřábem na stavbě bude materiál, který splňuje alespoň jeden z následujících požadavků:

1. Přemisťovaný materiál vyvozuje nejnepříznivější klopný moment vzhledem k přípustnému zatížení jeřábu.
2. Přemisťovaný materiál je jeřábem dopravován do největší horizontální nebo vertikální vzdálenosti.
3. Přemisťovaný materiál bude splňovat požadavek na rozhodující materiál z hlediska časového vytížení jeřábu [1].

Výchozím podkladem pro stanovení těchto „rozhodujících materiálů“ je prováděcí projektová dokumentace, výkaz výměr realizovaného objektu (resp. rozpočet nebo výpis potřebných materiálů pro dílčí stavební procesy v technologické etapě, pro kterou se jeřáb navrhuje) a časový harmonogram pro vyhodnocovanou technologickou etapu.

Pro rychlé určení požadavků dílčích stavebních procesů na zásobování rozhodujícími materiály byly údaje zpracovány tabelárně a v grafech [1]. Při jejich propočtu a sestavě se vychází ze Standardů času – základních výkonových norem sledovaných dílčích stavebních procesů.

Je hledán takový vhodný způsob, který by byl s využitím počítačové podpory dostatečně přesně schopen posoudit, zda navržený jeřáb nebo soustava jeřábů je schopna podle závazného časového harmonogramu výstavby spolehlivě a přitom ekonomicky efektivně zásobovat stavbu materiálem. Protože se předpokládá, že metoda bude využívána v rámci přípravy stavby, je také snahou, aby vstupní data pro výpočetní metodu byla snadno přístupná a pokud možno nekomplikovaná při zadávání k výpočtu.

V současné době pracujeme na třech možných variantách řešení daného problému. Je to jednak metoda extenzivního vytížení věžových jeřábů, dále metoda využívající simulační model a metoda řídícího stavebního procesu. Dále jsou tyto metody stručně popsány.

METODA EXTENZIVNÍHO VYTÍŽENÍ VĚŽOVÝCH JEŘÁBŮ
Tato metoda vychází z úvahy, že při zásobování více dílčích stavebních procesů současně, dochází k určitým časovým ztrátám. Časové ztráty jsou způsobeny tím, že v okamžiku kdy nastane požadavek dílčího stavebního procesu na obsluhu jeřábem, může být obsluhován jiný dílčí stavební proces a pracovní skupina čeká na dokončení již jiné zahájené obsluhy. Čekáním dochází k prodlužování doby trvání jednotlivých obsluhovaných dílčích stavebních procesů a tedy i nárůstu celkových časových požadavků na práci zvedacích prostředků. Návrh nasazení jeřábu nebo jeřábové sestavy pro stavbu musí brát v úvahu i zvýšené časové požadavky, vyplývající ze společné obsluhy více dílčích stavebních procesů jedním jeřábem. Pro stanovení potřebné doby nasazení jeřábu nebo jeřábové sestavy je aplikována matematická metoda – teorie hromadné obsluhy. Jedná se o systém, jehož základní struktura je znázorněna na obrázku 3.

Vlastnosti výstupu obsluhovaných prvků ze systému obsluhy závisí na vstupních požadavcích a na době obsluhy prvků.

Základní modely systémů hromadné obsluhy připouštějí různé možnosti klasifikace [3]. V daném případě budou jednotlivé dílčí stavební procesy vyžadovat obsluhu, tedy dodání materiálů. Materiály budou obíhajícími prvky požadujícími obsluhu v obslužném systému. Bude obsluhováno m prvků. Linkou obsluhy je jeřáb, resp. _n jeřábů, které společně zajišťují zásobování více dílčích stavebních procesů.

Postupně se především vypočte:

• T_n … průměrná doba obsluhy prvků (rozhodujících materiálů).
• T_v … průměrná doba prvků (rozhodujících materiálů) mimo systém obsluhy.
• T_c … průměrný časový interval mezi dodávkami.
• C_p … počet pracovních cyklů za směnu.
• ρ … intenzita provozu systému.
• vypočte se potřebná doba T_r pro plánovanou obsluhu rozhodujících materiálů na jednu pracovní směnu, zohledňující zdržení způsobené čekáním na obsluhu.

Výsledkem řešení je posouzení potřebné doby nasazení jeřábu (nebo jeřábové sestavy) a jeho možného časového vytížení v jednotlivých pracovních směnách. Pokud nejsou splněny časové požadavky vzhledem k délce pracovní směny nebo celkově k závazným lhůtám výstavby je třeba hledat jiná řešení návrhu jeřábu nebo jejich sestav.

METODA VYUŽÍVAJÍCÍ SIMULAČNÍ MODEL
Tato metoda simuluje předpokládané pohyby věžového jeřábu na stavbě. Časové nároky dílčích stavebních procesů na konkrétní jeřáby vycházejí z celkových objemů dodávaných materiálů a výkonových norem pro jejich zpracování.

Před modelováním práce jeřábu je třeba uvést výchozí předpoklady a okrajové podmínky, ze kterých bude celé řešení vycházet:

• model je navázán na časový plán stavby
• časový plán určuje časovou jednotku modelu (např. jedna pracovní směna)
• je znám celkový objem prací pro jednotlivé dílčí stavební procesy
• jsou známy souběhy dílčích stavebních procesů v jednotlivých časových jednotkách
• jeřáb přenáší vždy jednotkové množství materiálu
• všechny dílčí stavební procesy se zapojují do systému ve stejný čas nebo je známo časové posunutí jejich startu
• objem prací jednotlivých dílčích stavebních procesů v jednotlivých posuzovaných pracovních cyklech – prvcích systému – je určen podílem celkového objemu prací každé činnosti k počtu jednotlivých pracovních jednotek – prvků systému (pokud není znám pro jednotlivé časové jednotky přesně)
• jsou známy pozice skládek materiálu a pozice ukládání materiálu k pozici jeřábu
• je znám přesný typ jeřábu

Základním úkolem je definování modelových pracovních cyklů pro všechny posuzované dílčí stavební procesy a určení jejich délek. Cyklus se skládá z části, kdy je stavební proces obsluhován věžovým jeřábem a z části, kdy je dodaný materiál zpracováván. Doba obsluhy je označena jako t_c, doba zpracování materiálu jako t_p. Takto definovaný cyklus se stává dílčím prvkem systému (obr. 4).

Jestliže máme takto definované cykly pro všechny procesy, můžeme vytvořit simulační model skládáním jednotlivých prvků do systému podle jasně daných pravidel a počátečních předpokladů. Modelování potom probíhá v tzv. postupných krocích, viz [4].

Výsledkem je opět posouzení časových požadavků jeřábu se závazným časovým harmonogramem stavby.

METODA ŘÍDÍCÍHO STAVEBNÍHO PROCESU
Tato metoda se snaží celé řešení posouzení časového vytížení jeřábu zjednodušit tím, že vybírá z posuzované realizace výstavby pouze jeden řídící proces, na který jsou ostatní stavební procesy časově navázány. Řídící proces je dílčí stavební proces, který má největší časové požadavky na využití věžového jeřábu. Řídící činností může být například montáž bednění při realizaci železobetonové monolitické konstrukce. Tato řídící činnost se podrobně časově analyzuje z hlediska potřeby využití věžového jeřábu a další dílčí stavební procesy jsou se svými časovými požadavky na tento řídící dílčí stavební proces postupně navazovány s ohledem na jejich požadavky zásobování materiálem. Tak vznikne časový sled jednotlivých obsluh posuzovaných dílčích stavebních procesů.

Výsledkem řešení je opět posouzení, zda celkové časové požadavky na věžový jeřáb nebo jejich soustavu jsou ve shodě se závazným časovým harmonogramem stavby.

ZÁVĚR
Pro rychlé a dostatečně přesné posouzení časového vytížení jeřábu nebo jeřábové sestavy popsanými navrhovanými metodami se samozřejmě předpokládá využití počítačové podpory. Rovněž zpracování podkladů a vstupních dat pro výpočet si vyžaduje využití stavebních softwarů pro přípravu a řízení staveb.

Hledání přesnějšího způsobu pro stanovení skutečného časového vytížení věžových jeřábů na stavbách považujeme za důležitý úkol, neboť jeřáby mají podstatný vliv na plynulost práce, dobu výstavby a finanční náklady na realizaci stavby.

Recenzent:
prof. RNDr. Ing. Stanislav Šťastník, CSc.

LITERATURA:
[1] MOTYČKA, V., ČERNÝ, J.: Věžové jeřáby v pozemním stavitelství, Brno, CERM, Czech republic, 2007, ISBN 978-80-7204-505-1,
[2] MOTYČKA, V.: Optimalizace návrhu věžových jeřábů, TECHSTA 2007, ISBN 978-80-01-03880-2, ČVUT Praha, 2007
[3] PEŠKO, Š.: Stochastické modely, Slovenská Universita v Nitře, 2002 
[4] KLEMPA, L., MOTYČKA, V.: Modelování práce věžových jeřábů, Stavitel, 11/2013, Economia 2013, ISSN 1210-4825, pg.22-23
[5] MOTYČKA, V.; MAKÝŠ, P., Autožeriavy pomáhajú při výstavbe málopodlažných objektov, Stavba, ISSN 1335-5406, OIAZ Wien, Wien, 2006

The efficient use of cranes on construction sites
In the sphere of building construction, tower cranes are decisive mechanisms during the realisation of building projects. The choice and method of deploying such cranes have a significant influence on the continuity and duration of the construction process, and so also affect costs. The importance of deploying cranes appropriately is also underlined by the fact that the building processes supplied by cranes are also often what can be called decisive processes; other processes must adapt to their speed.

It is generally true that a crane (or group of cranes) is one of the most highly utilised, but also most expensive machines found on building sites. It is thus necessary to devote attention to the selection of cranes, and not only with regard to the technical parameters required of them, but also in connection with the costs associated with them. These are primarily influenced by the number of cranes planned, their class and type, and also the period for which they are to be deployed.

Autoři

• doc. Ing. Motyčka Vít CSc.
• Ing. Štěrba Martin
• Ing. Klempa Lukáš