Problem wyboru deskowania systemowego i propozycja jego rozwiązania

Wybór systemu deskowania jest pierwszym problemem, jaki się rozwiązuje w zakresie planowania organizacji pracy deskowań na budowie. Wybrany system powinien przede wszystkim umożliwiać wykonanie wszystkich elementów konstrukcyjnych obiektu, zapewnić sprawny montaż i demontaż deskowania oraz gwarantować bezpieczeństwo pracowników podczas realizacji robót. Nie bez znaczenia wydają się też warunki najmu lub zakupu deskowania i współpracy z dostawcą (lub producentem) w zakresie wsparcia wykonawcy na budowie.

Jak zauważono w [1], na rynku dostępnych jest tak wiele systemów deskowań, że wykonawca często się kieruje wyłącznie czynnikami ekonomicznymi przy wyborze rozwiązania, popełniając przy tym wiele błędów technologiczno-organizacyjnych.

Do najczęstszych należą:

– nieodpowiedni dobór ilości deskowań w odniesieniu do danego zadania budowlanego;

– nieadekwatne do możliwości technicznych systemu wykonywanie na budowie deskowań o skomplikowanych kształtach;

– oszczędność na systemowym osprzęcie bhp;

– wybór za ciężkich elementów deskowań fundamentów, w miejscach gdzie nie jest możliwa praca dźwigu lub prace nad deskowaniem można prowadzić ręcznie;

– wybór systemów o dużej liczbie elementów łączących, zwiększających pracochłonność, jak również zbędne stosowanie większej niż wymagane systemowo liczby łączników elementów ściennych;

– nieuwzględnianie przy konstruowaniu deskowań problemu szybkiego przyrostu parcia mieszanki betonowej (np. dla etapów roboczych w postaci krótkich odcinków ścian);

– nieuzasadnione ekonomicznie stosowanie ściennych deskowań dźwigarowych, a nie ramowych, w przypadku niewielkiej krotności zastosowania;

– niedocenianie wartości dźwigarowych deskowań ściennych oraz poszycia ze sklejki wysokiej jakości w przypadku betonu licowego wysokiej klasy;

– stosowanie nieodpowiednich typów deskowań stropowych do danej geometrii i typu stropu.

Łatwo wywnioskować, że aby nie popełniać podobnych błędów wykonawczych, konieczne jest dysponowanie pełną wiedzą na temat technologii i ekonomii zastosowania każdego z dostępnych systemów szalunkowych, a także ustalenie kryteriów, według których następować będzie wybór deskowania.

Rys. 1 Forma pozyskania deskowań systemowych do realizacji robót betonowych

Istota problemu wyboru deskowania

Wybór typu deskowania

Problem wyboru deskowania był analizowany na świecie już w latach 1988 -1996. A. Hanna wraz z zespołem w pracach [2], [3] [4] zaproponował szkielet bazy wiedzy, na podstawie której można zbudować interaktywny system wspomagający planującego w rozwiązywaniu problemu wyboru deskowania. Istotnym elementem badań jest określenie kryteriów, które mają wpływ na wybór typu deskowania oraz strukturyzacja wiedzy na temat różnych systemów deskowań, stosowanych we współczesnym budownictwie. Wśród czynników determinujących wybór konkretnego typu deskowania wyróżniono cztery zasadnicze grupy związane z:

– geometrią i cechami konstrukcyjnymi deskowanego elementu betonowego;

– wymaganiami stawianymi realizowanej konstrukcji co do jakości i tempa wykonania;

– przyjętą organizacją budowy i jej zaplecza.

We wszystkich wymienionych pracach problem wyboru deskowania ograniczał się do wyboru jego typu, a zatem wyboru między np. deskowaniem tradycyjnym, systemowym dźwigarkowym, systemowym panelowym, ślizgowym czy samowznoszącym się. Co jednak, jeżeli kierownik budowy chce wybrać pomiędzy poszczególnymi systemami, a nie typami deskowań? Jakimi kryteriami powinien kierować się w takiej sytuacji?

Rys. 2 Średnie wartości ocen kryteriów decyzyjnych

Wybór konkretnego systemu deskowania

Analizując ilość i różnorodność możliwych do rozpatrzenia w procesie decyzyjnym kryteriów, można stwierdzić, że jednoznaczne wskazanie kryteriów i ich istotności przy dokonywaniu wyboru, bez przeprowadzenia badań – nie może być dokonane. Ważna jest również weryfikacja samego podejścia wykonawców do zagadnienia wyboru deskowania i ocena potrzeby opracowania metodyki takiego wyboru.

W celu ustalenia kryteriów decyzyjnych, jakimi się kierują polscy wykonawcy robót, wybierając system szalunkowy do zastosowania w realizacji monolitycznego obiektu betonowego, jak również określenia ich istotności, opracowano i przeprowadzono badanie ankietowe. Formularz ankiety został rozesłany do podmiotów zajmujących się wykonawstwem konstrukcji obiektów kubaturowych. Wybrano przedsiębiorstwa budowlane z całego kraju, o zróżnicowanym poziomie zatrudniania (zarówno do 50, jak i powyżej 100 pracowników), strukturze organizacyjno-prawnej oraz doświadczeniu w funkcjonowaniu na rynku budowlanym (poniżej 10 i powyżej 25 lat). W badaniu respondenci zostali poproszeni o udzielenie odpowiedzi na pytania:

– jaka jest forma własności stosowanych przez nich deskowań: własne/ dzierżawione/własne i dzierżawione;

– jakie rodzaje deskowań stosują najczęściej, jakie rodzaje deskowań są im znane;

– czy wynajmując system deskowania, wybierają lub przynajmniej mają/ mieli możliwość wyboru systemu spośród kilku systemów lub producentów deskowań;

– na jakie kryteria zwracają uwagę przy wyborze deskowania lub na które by zwracali uwagę, gdyby była taka możliwość;

– czy uważają, że warto opracować system wspomagający wybór deskowania i ewentualnie skorzystaliby z niego.

Najważniejszym zagadnieniem ankiety było poznanie preferencji wykonawców przy wyborze systemu szalunkowego. Sformułowano dziewięć kryteriów decyzyjnych:

– k1: ergonomiczność systemu deskowań – elementy konstrukcji deskowania można łatwo i szybko scalać lub montować na obiekcie, jak również przenosić jako scalone komplety; elementy są łatwe w demontażu, możliwy jest ich montaż ręczny;

– k2: wsparcie wykonawcy ze strony dostawcy bądź producenta deskowania w zakresie projektu deskowania, szkolenia pracowników, rozwiązywania problemów w trakcie realizacji robót;

– k3: uniwersalność systemu deskowania – elementy deskowania można stosować podczas formowania różnych elementów, o różnej geometrii itp.;

– k5: stopień zapewnienia bezpieczeństwa podczas wykonywania robót, dostępność i różnorodność pomostów roboczych oraz konstrukcji wsporczych;

– k6: trwałość elementów deskowania – możliwość wielokrotnego stosowania (przekładania) elementu szalunkowego do wykonania różnych elementów konstrukcyjnych;

– k7: znajomość deskowania przez pracowników – deskowanie było wcześniej stosowane przez respondenta, nie wymaga doszkalania pracowników w zakresie techniki montażu;

– k8: kompatybilność dzierżawionego deskowania z elementami deskowania posiadanymi przez respondenta;

– k9: korzystne cenowo warunki najmu.

Kryteria zdefiniowano tak, aby dla dwóch dowolnych kryteriów preferencja decydenta względem jednego była niezależna od oceny względem drugiego. Ankietowani mogli także zaproponować własne kryteria, istotne z ich punktu widzenia w procesie wyboru deskowania, bądź zamieścić uwagi na temat wyboru szalunku. Wymienione kryteria oceniane były w skali od 1 do 5, gdzie: 1 – oznacza, że kryterium oceniono jako „bardzo mało istotne w procesie wyboru deskowania”, 2 – „mało istotne”, 3 – „średnio istotne”, 4 – „istotne”, 5 – „bardzo istotne”.

Rys. 3 Uproszczony schemat algorytmu SAW

Analiza wyników ankiety

Analizując wyniki badań, można jednoznacznie stwierdzić, że wykonawcy robót w znacznej mierze korzystają z dzierżawionych deskowań systemowych, co wynikać może z wysokiej ceny zakupu elementów szalunkowych i obaw o niewykorzystanie potencjału zakupionego sprzętu. Jak pokazało badanie, 94% ankietowanych podmiotów korzysta z dzierżawy elementów deskowaniowych, 41,2% wskazało dzierżawę jako główną formę pozyskania szalunku podczas realizacji robót monolitycznego budownictwa betonowego.

Blisko 53% respondentów posiada na własność szeroki asortyment elementów deskowaniowych, który jest uzupełniany w miarę zapotrzebowania elementami dzierżawionymi, a niecałe 6% respondentów wskazało, że posiada na własność wystarczający asortyment deskowań, by nie korzystać z dzierżawy w czasie prowadzenia robót (rys. 1).

Oczywiście należy zaznaczyć, że dzierżawienie szalunku na potrzeby realizacji robót nie oznacza, że wykonawca nie posiada elementów deskowań w ogóle, lecz że posiada je w zbyt małym asortymencie lub liczbie, aby móc kompleksowo zrealizować każdy obiekt kubaturowy.

Badanie potwierdziło także, że we współczesnej produkcji budowlanej wykorzystywane są systemy deskowaniowe różnych producentów: Peri, Ulma, Noe, Doka, Hunnebeck, Alltrad, Meva, Paschal i inne. Nie stwierdzono systemu dominującego. Warto jednak zwrócić uwagę, że ponad 85% ankietowanych zaznaczyło kilku dostawców rozwiązań systemowych do realizacji tego samego typu elementu żelbetowego (np. rozwiązania w zakresie deskowań stropowych, ściennych). Oznacza to, że wykonawcy mają rozeznanie w dostępnych na rynku konstrukcjach formujących i stosują je zamiennie – w zależności od potrzeb i możliwości. Przemawia to zatem za rzetelnością ocen, jakich dokonywali respondenci w drugiej części ankiety. Ankietowani dokonali oceny istotności zaproponowanych kryteriów wyboru deskowania (rys. 2). Z ocen dokonanych przez respondentów wynika, że dominującym kryterium decyzyjnym w procesie wyboru systemu deskowania jest korzystny koszt dzierżawy deskowania. Nie jest to jednak jedyne, oceniane jako „bardzo istotne” (na szczęście), kryterium wyboru szalunku – 50% ankietowanych najwyżej oceniło także jakość wykonania formowanej konstrukcji oraz stopień zapewnienia przez system deskowania bezpieczeństwa prowadzenia robót. Z kryteriów technologicznych najwięcej ocen 4 i 5, bo łącznie 81,3%, otrzymało kryterium ergonomiczności. Znacznie mniej uwagi respondenci przywiązywali do kompatybilności dzierżawionego systemu z posiadanym deskowaniem, co wynikać może ze struktury własności elementów deskowań w trakcie realizacji robót.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że ankietowani mieli także możliwość podania (fakultatywnie) uwag, spostrzeżeń związanych z procesem wyboru deskowania, a nawet zaproponowania własnych kryteriów. W tej części respondenci podali, że preferują deskowania o małej liczbie akcesoriów dodatkowych (łączników, zamków itp.) oraz takie, które da się montować w scalonych formach.

Jako istotną cechę wybieranego systemu wskazano także możliwość pierwomontażu konstrukcji deskowania przez producenta (dostawcę) w przypadku skomplikowanego ustroju konstrukcyjnego (8% ankietowanych). Podane przez respondentów uwagi wpisują się w zaproponowane w pracy kryteria zasadnicze: ergonomiczność systemu (kryterium k1) oraz wsparcie wykonawcy ze strony producenta lub dostawcy systemu (kryterium k2).

Tab. 1 Wagi kryteriów decyzyjnych

Tab. 2 Oceny wariantów decyzyjnych przez pryzmat kryteriów decyzyjnych

Inżynierskie możliwości zastosowania wyników badania

Pozyskane metodą ankietową informacje na temat preferencji wykonawców w procesie wyboru systemu deskowania mogą służyć do ustalenia hierarchii kryteriów decyzyjnych. W tym celu należy przeprowadzić normalizację – szerzej o tym można przeczytać w [5].

Dla pokazania przydatności badań wagi istotności poszczególnych kryteriów zostały wyznaczone w [5] za pomocą metody wykładniczej i ujęte w tab. 1.

Do rozwiązania problemu wyboru najkorzystniejszego systemu deskowania zastosować można szerokie spektrum metod z zakresu MCDA czy sztucznej inteligencji. Jednak dla potrzeb inżynierskich warto się skoncentrować na metodach o prostych algorytmach, pozwalających uzyskać czytelną hierarchię rozwiązań.

Jedną z takich metod jest metoda sumy ważonej SAW [6]. Metoda ta jest jedną z najpowszechniejszych, najbardziej intuicyjnych i stosunkowo prostych metod wspomagania procesu decyzyjnego (rys. 3).

Na potrzeby zobrazowania działania metody przyjęto, że wybór następować będzie spośród pięciu systemów szalunkowych na podstawie wcześniej określonych kryteriów technologicznych i ekonomiczno-funkcjonalnych wykonawcy. Rozpatrujemy zatem zbiór wariantów decyzyjnych S = {s₁,…,s₅} i zbiór kryteriów oceny K = {k₁,…,k₉}. Znany jest także znormalizowany wektor wag kryteriów decyzyjnych w = {w₁,…w₉}.

Krok 1: Ocena /-tego wariantu decyzyjnego f_k(s^l) i jego kodowanie będzie się odbywało zgodnie z założeniami wybranej metody wspierającej wybór. Bazę wyjściową do oceny stanowi tabela uśrednionych ocen deskowań (tab. 2). Zebrane w tabeli oceny są odzwierciedleniem opinii ankietowanych wykonawców robót. Nazwy własne producentów deskowań i systemów zostały zakodowane, a do analizy wybrano pięć systemów najczęściej wymienianych i ocenianych przez respondentów. Skala ocen wynosi od 1 (ocena najniższa) do 5 (ocena najwyższa), przy czym dopuszcza się oceny ułamkowe. Ponieważ ocena kryteriów nie- technologicznych: k7 oraz k8 – zależy każdorazowo od indywidualnych preferencji decydenta, dlatego też oceny te ujęto w tab. 2 w nawiasach i nadano je uznaniowo w celu zaprezentowania metody.

Krok 2: Zgodnie z metodyką SAW wyznaczamy:

– znormalizowane oceny kryteriów:

(1)

gdzie w rozpatrywanym przypadku k = {1,…,k,…,9}, i = {1,…5}

– użyteczność wariantów decyzyjnych:

(2)

Wartości te zawarto w tab. 3.

Krok 3: Analizując zamieszczone w tab. 3 wartości funkcji użyteczności wariantów, stwierdzamy następującą hierarchię rozwiązań: system nr 1 (rozwiązanie najlepsze), następne nr 5, nr 2, nr 3 i system nr 4 (rozwiązanie najgorsze).

Tab. 3 Zestawienie znormalizowanych ocen kryteriów i wartości funkcji użyteczności wariantów decyzyjnych

Podsumowanie

Wybór odpowiedniego systemu deskowania (zarówno dostawcy, jak i technologicznego rozwiązania szalunkowego) stanowi istotny etap w procesie planowania realizacji monolitycznych robót betonowych, szczególnie w sytuacji gdy będące przedmiotem wyboru deskowanie jest dzierżawione, co jest częstą praktyką we współczesnym budownictwie betonowym. W artykule zaprezentowano dziewięć kryteriów decyzyjnych, jakie można rozpatrywać w procesie wyboru szalunku: sześć technologicznych i trzy ekonomiczno-funkcjonalne wykonawcy. Sam wybór deskowania można wspierać różnymi metodami MCDA, jak np. zaprezentowana metoda SAW. Analizę SAW można z łatwością prowadzić w arkuszu kalkulacyjnym i z powodzeniem stosować w problemach decyzyjnych, w których wybiera się spośród dowolnie dużej liczby wariantów. Wagi kryteriów decyzyjnych można modyfikować w zależności od indywidualnych preferencji i potrzeb wykonawcy robót.

dr inż. Anna Krawczyńska-Piechna

Literatura

1. P. Ignatowski, Deskowania. Najczęstsze błędy przy ich doborze, „Inżynier Budownictwa” nr 10/2011.

2. A.S. Hanna, VE. Sanvido, interactive verticai formwork selection system, „Concrete International” nr 12 C4)/1990.

3. A.S. Hanna, VE. Sanvido, interactive horizontal formwork selection system, „ Concrete internationai: Design and Construction” nr 13 (8)/1991.

4. A.S. Hanna, J.H. Willenbrock, VE. Sanvido, Knowledge acquisition and development for formwork selection system, „Journal of Construction Engineering and Management” nr 118 (1)/1992.

5. A. Krawczyńska-Piechna, An analysis of the decisive criteria in formwork selection problem, „Archives of Civil Engineering” nr 62 (1)/201B.

6. C.W. Churchman, R.L. Ackoff, An Approximate Measure of Value, „Journal of Operations Research Society of America” nr 2 (1)/1954.