19 mo hinh mo phong ung dung nguyen duy long

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 này xây dựng một mô hình mô phỏng ứng dụng

Trang 1

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 này xây dựng một mô hình mô phỏng ứng dụng nhằm nắm bắt những động thái của dự án ở giai đoạn thi công Một mô hình toán được hình thành dưới dạng các đồ giải “stock” (tích) và “flow” (dòng) Kế tiếp, mô hình được đem ứng dụng cho một dự án thực đang trong quá trình thi công Thử nghiệm cho thấy những ứng xử của mô hình mô phỏng này và ứng xử thực của dự án là tương tự Điều này chứng tỏ rằng mô hình có khả năng mô phỏng những động thái của 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

1 GIỚI THIỆU

Các dự án xây dựng (DAXD) thường rất phức tạp và nhiều rủi ro DAXD là một hệ thống động: (i) rất phức tạp, nhiều yếu tố phụ thuộc lẫn nhau, (ii) không ngừng biến đổi, (iii) nhiều quá trình phản hồi, (iv) nhiều quan hệ phi tuyến, và (v) gồm nhiều dữ liệu “cứng” và “mềm” (Sterman, 1992) Vì thế, việc quản lý dự án (QLDA) xây dựng chứa đựng nhiều thử thách Thêm vào đó, các công cụ QLDA truyền thống có nhiều thiếu sót, nhất là trong môi trường ra quyết định mang tính chiến lược

Mục đích chính của bài báo này là trình bày một mô hình mô phỏng động mà mô hình này đóng vai trò như một công cụ đầy hứa hẹn, giúp cho các nhà thầu “thử nghiệm” những tác động và “tiên liệu” những kết quả của các chiến lược và chính sách của mình trước khi các chính sách này được thực hiện Mô hình này được đem ứng dụng vào một dự án cụ thể đang thi công để nắm bắt những động thái của nó

2 NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA “ĐỘNG THÁI HỆ THỐNG” TRONG QLDA

“Động thái hệ thống” (ĐTHT - System Dynamics) đã được Jay Forester phát minh vào cuối thập kỷ 50 của thế kỷ XX Sterman (1992) đã khẳng định rằng ĐTHT đã chứng tỏ là công cụ phân tích hiệu quả trong vô vàn tình huống – cả trong học thuật và ứng dụng – và ngày nay nó được sử dụng bởi nhiều công ty bao gồm cả các công ty trong “Top 500” của tạp chí Fortune Trong QLDA nói chung, sự hạn chế của các công cụ quản lý truyền thống đã khuyến khích nhiều học giả và chuyên gia tìm kiếm những công cụ bổ sung Trong đó, ĐTHT được xem là một phương án đầy hứa hẹn ĐTHT là một

“quan điểm” và một tập hợp các công cụ có thể giúp chúng ta hiểu những cấu trúc và động thái của các hệ thống phức tạp (Sterman, 2000) Mô hình ĐTHT có thể kết hợp các yếu tố khác nhau từ kỹ thuật, tổ chức đến con người và môi trường Rodrigues và Bowers (1996) đưa ra các nhân tố nhằm khuyến khích những ứng dụng của ĐTHT vào QLDA là: (i) quan tâm đến tổng thể DA hơn là tập hợp các yếu tố riêng biệt, (ii) nhu cầu xem xét những khía cạnh phi tuyến mà tiêu biểu là các vòng (loop) phản hồi “cân bằng” (balancing) và “củng cố” (reinforcing), (iii) nhu cầu có một mô hình dự án linh hoạt như một “phòng thí nghiệm” cho các lựa chọn/quyết định quản lý, và (iv) sự không hiệu quả của các công cụ phân tích truyền thống trong việc giải quyết các vấn đề quản lý cùng lúc mong muốn thử nghiệm những điều mới mẻ hơn

Trang 2

Kể từ khi nó được phát minh, ĐTHT đã và đang ứng dụng trong việc quản lý các dự án phức tạp Hầu hết những ứng dụng này bị giới hạn trong các DA nghiên cứu phát triển (R&D) (Roberts, 1964, Richardson và Pugh, 1981) và phát triển phần mềm (Abdel-Hamid và Madnick 1991) Cooper (1980) đã xây dựng và ứng dụng một mô hình mô phỏng để giải quyết tranh chấp giữa nhà thầu và chủ đầu tư (Hải Quân Hoa Kỳ) trị giá 500 triệu USD Trong quản lý xây dựng, mô hình hóa ĐTHT của các dự án đã được nghiên cứu đáng kể Chang (1990) đã phát triển một mô hình DAXD dựa trên mô hình dự án R&D của Richardson và Pugh (1981) Mô hình ĐTHT cũng được áp dụng trong quản lý thiết kế (Love

et al 2000), sự cản trở và làm chậm trể công trình (Howick và Eden, 2001), dự án BOT (Chritamara,

et al., 2002), và quản lý dự phòng (Ford, 2002) Ở chừng mực nào đó, những nghiên cứu này đã giải quyết nhiều động thái của các dự án phức tạp Tuy nhiên, những đặc tính động khác của dự án cần được nghiên cứu đầy đủ hơn

3 PHƯƠNG PHÁP LUẬN

Phương pháp luận ĐTHT được áp dụng trong nghiên cứu này Mô hình hóa ĐTHT là một bộ phận của quá trình nhận thức và là một tiến trình liên tục trong việc hình thành giả thiết, kiểm tra, và hiệu chỉnh cả mô hình “nhận thức” (mental model) và mô hình toán (Sterman, 2000) Quá trình mô hình hóa thường có năm bước Nghiên cứu này chọn quá trình mô hình hóa được đề nghị bởi Sterman (2000) gồm những công tác sau: (i) xác định vấn đề cần giải quyết, (ii) hình thành giả thiết động hay lý thuyết về nguyên nhân của vấn đề, (iii) xây dựng mô hình mô phỏng để kiểm tra giả thiết, (iv) thử nghiệm mô hình cho đến khi mô hình phù hợp với mục đích đặt ra, và (v) thiết kế và thẩm định các chính sách để cải tiến khả năng thực hiện Phần mềm Vensim® PLE được chọn cho các công tác mô phỏng như xây dựng các biểu đồ phản hồi, đồ giải “tích” và “dòng”, mô hình chi tiết, thử nghiệm mô hình, quá trình mô phỏng, và phân tích chính sách Chi tiết của phương pháp luận ĐTHT có thể tham khảo ở nhiều công trình khác (Richardson và Pugh, 1981, và Sterman, 2000) Vì số trang giới hạn, bài báo này chỉ trình bày vắn tắt việc xây dựng mô hình (model formulation), thử nghiệm hiệu chỉnh (validation) và ứng dụng mô hình (calibration)

4 CÁC CƠ CẤU PHẢN HỒI CHÍNH (KEY FEEDBACK STRUCTURES)

Một vài nghiên cứu trước đây đã kết hợp những yếu tố động vào trong các mô hình cho từng dự án cụ thể Ví dụ, Richardson and Pugh (1981) cho dự án R&D, Cooper và Mullen (1993) cho dự án phát triển phần mềm, Ford (1995) cho dự án phát triển sản phẩm Từ những công trình nghiên cứu sẵn có, Ford (1995) đã kết hợp thành sáu cơ cấu phản hồi chính Những cơ cấu này không phản ánh đầy đủ những đặc tính động của DAXD vì những tài nguyên khác ngoài nhân lực, an toàn lao động,… chưa được xem xét Dựa trên những mô hình có sẵn và thực tiễn của ngành xây dựng, tám cấu trúc phản hồi của DAXD trong giai đoạn thi công được hình thành từ nghiên cứu này Đó là những khung “khái niệm” cho việc nhận thức cách ứng xử (behavior) của dự án và là nền tảng cho việc xây dựng mô hình Những cơ cấu phản hồi này có thể tham khảo chi tiết ở trong Long (2003) và Long và Ogunlana (2003)

5 DỰ ÁN NGHIÊN CỨU

Mặc dù có thể suy rộng cho tất cả các DAXD phức tạp nhưng mô hình được áp dụng cho một dự án cụ thể để dể dàng xây dựng giới hạn mô hình, giả thiết, xác định thông số, và thử nghiệm hiệu chỉnh Dự án được dùng để nghiên cứu mô hình là Dự Án Đường Hầm Hải Vân Gói thầu 1A trị giá xấp xỉ 43 triệu USD thực hiện 3.857m phía Bắc đường hầm được khảo sát trong nghiên cứu này Vào thời điểm khảo sát (cuối năm 2002), dự án đã được xây dựng 28 tháng trong tiến độ kế hoạch 48 tháng

Công tác thu thập dữ liệu bao gồm: tham khảo các tài liệu về dự án, quan sát hiện trường và phỏng vấn giám đốc dự án Dữ liệu thu thập là (i) thông tin về dự án, (ii) các vấn đề nảy sinh (tình hình ngân sách và tiến độ, công việc cần thực hiện lại…), (iii) việc thi công thực tế (công việc hoàn thành, tiến độ

Trang 3

thực hiện, vật tư, thời gian làm việc…), và (iv) những chính sách quản lý phổ biến thực thi trong dự án Phó giám đốc dự án được mời tham gia phỏng vấn để xác định rõ hơn những vấn đề mà nhà thầu thực sự gặp phải và để nắm bắt các dữ liệu khác (cách ứng xử của công nhân, tác động của mệt mỏi vào

năng suất lao động, ), mà không thể thu thập từ các tư liệu có sẵn

6 GIỚI HẠN CỦA MÔ HÌNH (MODEL BOUNDARY)

Mô hình được giới hạn trong giai đoạn xây dựng và dùng cho nhà thầu (Bảng 1) Trong khi có nhiều giai đoạn khác nhau và nhiều tương tác giữa các giai đoạn, mô hình hóa ở giai đoạn thi công là cần thiết vì có nhiều tài nguyên và công sức được sử dụng ở giai đoạn này Những tiền đề để xây dựng mô hình có thể xem chi tiết ở Long (2003) và Long và Ogunlana (2003)

Bảng 1 Bảng giới hạn mô hình Yếu tố “nội sinh” Yếu tố “ngoại sinh” Yếu tố không xét đến

Qui mô dự án Thay đổi qui mô công trình Thầu phụ

Công việc phải làm lại Thời gian hoàn thành Giai đoạn trước và sau thi công

Chất lượng công việc Các ràng buộc về tài nguyên Thay đổi công nghệ

Nhân lực Phân bố tài nguyên Sự phối hợp giữa các bên

Máy móc thiết bị Vật tư dự trữ Những điều kiện ngoài dự đoán

Vật tư Sở hữu máy móc thiết bị

Phân phối tài nguyên

Khả năng thực hiện

Các mục tiêu của dự án

7 CẤU TRÚC MÔ HÌNH (MODEL STRUCTURE)

Hình 1 Các hệ thống con và thành tố của mô hình

Mô hình bao gồm rất nhiều biến và phương trình và được chia làm sáu hệ thống con (HTC – subsystems) (Hình 1) Sáu HTC là qui mô (scope), tiến độ thực hiện và công việc phải làm lại (progress and rework), tài nguyên (resources), khả năng thực hiện (performance), chi phí (cost breakdown) và kiểm soát mục tiêu (objectives control) Cũng vậy, mỗi HTC có thể được phân thành các thành tố (sectors) Những HTC và thành tố này được liên hệ với nhau bằng các thông số chung (shared parameters) Tiến độ thực hiện và công việc phải làm lại có thể nhóm thành một HTC vì chúng có một mối liên hệ đặc biệt Khi tiến hành các công việc của dự án, công việc cần phải làm lại (rework) có nguy cơ xuất hiện Tài nguyên bao gồm nhân lực, máy móc thiết bị, và vật tư HTC tài nguyên thể hiện sự phân phối khối lượng của chúng theo thời gian Năng suất lao động, năng suất thiết

bị, kinh nghiệm thi công, an toàn lao động, chất lượng công việc, thời gian làm việc, và giám sát công trường được xếp vào một HTC gọi là “khả năng thực hiện” Chi phí cho dự án có thể phân ra thành chi

Mô Hình Mô Phỏng Động (DSM)

o Qui mô

o Thay đổi qui mô

Qui Mô

o Nhân lực

o Thiết bị chính

o Thiết bị hổ trợ

o Vật tư

o Tay nghề công

nhân

Tài Nguyên

o Năng suất lao động

o Năng suất thiết bị

o Kinh nghiệm

o An toàn lao động

o Chất lượng c/việc

o T/gian làm việc

o Giám sát

Khả năng Thực Hiện

o Tiến độ t/hiện

o C/việc làm lại

Tiến Độ và C/việc Làm Lại

o Chi phí vật tư

o Chi phí nhân công

o Chi phí thiết bị

Phân Chia Chi Phí

o Kiểm soát tiến độ

o Kiểm soát chi phí

o Kiểm soát ch/lượïng

Kiểm Soát Mục Tiêu

Trang 4

phí vật tư, nhân công và máy móc thiết bị Một DA rõ ràng là có nhiều mục tiêu Tuy nhiên, các nhà thầu và các bên trong DA thường chú ý đến thời gian, chất lượng và chi phí Vì thế, mô hình đã xem xét những mục tiêu này và kết hợp thành hệ thống con được đặt tên là kiểm soát mục tiêu

Mô tả chi tiết về cơ sở để hình thành cấu trúc mô hình, các quan hệ, thông số, biến và các HTC của mô hình này có thể tham khảo trong Long (2003) và Long và Ogunlana (2003) Dưới đây là hình minh họa một vài HTC và thành tố được trích ra từ mô hình này

Hình 2 HTC tiến độ thực hiện Hình 3 Thành tố kiểm soát tiến độ

Hình 4 Thành tố nhân lực thi công

Mối quan hệ giữa các biến và tham số được thể hiện dưới dạng các phương trình toán theo ngôn ngữ của phần mềm mô phỏng Ví dụ, một số phương trình tiêu biểu của HTC tiến độ thực hiện (Hình 2) được biểu diễn trong môi trường Vensim® PLE như 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

8 ỨNG XỬ CỦA MÔ HÌNH (MODEL BEHAVIOR)

Một đặc điểm quan trọng của ĐTHT là chú ý đến ứng xử (behavior) của các biến theo thời gian Sự nhận thức trực quan về những tác động của kết cấu mô hình lên các ứng xử đáng chú ý hơn là những giá trị chính xác của thông số và kết quả mô phỏng (Ford, 1995) Chuổi các kết quả mô phỏng theo thời gian giúp hiểu các ứng xử của mô hình Số liệu đầu vào được lấy từ gói thầu 1A của đường hầm Hải Vân như đã trình bày ở trên Kết quả ứng xử của mô hình với dữ liệu thực này được gọi là

“baserun” Theo tình hình của dự án tại thời điểm khảo sát thì quá trình mô phỏng cho thấy rằng công trình sẽ hoàn thành sau 52 tháng thi công Như vậy, kết quả mô phỏng dự báo rằng công trình sẽ chậm

sp effect on workmonth

sp effect on rework

Project deadline change in deadline

c/o effect on deadline initial deadline

schedule pressure

sp effect on waste time estimated required

<expected progress rate> scheduled completion d

<Time>

sp effect on accident

sp effect on labor prodty

sp effect on equip prodty

Work

remaining

Work accomplished

Undiscovered rework

progress rate

Known

rework rework discovery rate

time to discover defects

discovered rework probability

<fraction perceived

completed>

WF sought

indicated WF

Unskilled workers

Skilled workers

Management team

change in uw

change in sw

change in mt

uw tunover rate

sw turnover rate

mt turnover rate

onsite training rate

sw/uw fraction

normal mgt fraction

uw adjustment time

sw adjustment time

mt adjustment time

normal uw turnover fraction

normal sw turnover fraction learning time

mgt fraction

max workforce by space constraints

normal sw/uw fraction

<qual gap effect

on sw/uw>

<bg status effect

on wf sought>

<fatigue effect

on turnover>

training fraction

normal mt turnover fraction

workers sought

initial uw

initial sw

initial mt

<stock effect

on wf sought><workforce>

manpower resource leveling

Trang 5

tiến độ 4 tháng nếu so với 48 tháng được ghi trong hợp đồng Cũng vậy, xem xét kết quả mô phỏng cho thấy rằng ứng xử của các biến là rất hợp lý

Hình 5 Ứng xử của các biến thuộc dạng công việc Hình 6 Ứng xử của các biến thuộc tiến độ

“Công việc còn lại” (work remaining) giảm dần trong khi “công việc hoàn thành” và “công việc không đạt đã phát hiện” (known rework) biến thiên tăng hình chữ S (như S curve trong kiểm soát chi phí) (Hình 5) Ứng xử của các biến thuộc về kiểm soát tiến độ thể hiện trong Hình 6 Vì qui mô của dự án nghiên cứu là không thay đổi tại thời điểm khảo sát, “thời gian ấn định” bởi chủ đầu tư (project deadline) vẫn không đổi (48 tháng) “Kế hoạch thời gian hoàn thành” (scheduled completion date) của nhà thầu là rất lớn ở những tháng đầu thi công vì năng suất thi công hầm trong thời gian này rất thấp Trong quá trình mô phỏng, “kế hoạch thời gian hoàn thành” lớn hơn “thời gian ấn định” nên nhà thầu luôn chịu “áp lực tiến độ” (schedule pressure) khi thi công Nghĩa là, biến “áp lực tiến độ” trong mô hình lớn hơn một khi mô phỏng Thêm vào đó, sự chênh lệch giữa “kế hoạch thời gian hoàn thành” và “thời gian ấn định” phản ánh công trình chậm hoặc vượt tiến độ

9 THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH (MODEL TESTING)

Trong mô phỏng ĐTHT, có rất nhiều dạng thử nghiệm khác nhau nhằm tìm ra những khiếm khuyết của mô hình và để cải tiến mô hình Sterman (2000) đã chỉ ra 12 loại thử nghiệm mô hình và có những mục đích khác nhau Đó là: mức độ đầy đủ của mô hình (boundary adequacy), xem xét cấu trúc (structure assessment), sự đúng đắn về thứ nguyên (dimensional consistency), khảo sát tham số (parameter assessment), thử với các điều kiện tới hạn (extreme conditions), sai số trong sai phân và tích phân (integration error), phản ánh ứng xử thực (behavior reproduction), sự dị thường trong ứng xử (behavior anomaly), thử nghiệm với một vấn đề tương tự (family member), ứng xử bất ngờ (surprise behavior), phân tích cảm biến (sensitivity analysis), và cải tiến hệ thống (system improvement) Lý thuyết của các thử nghiệm này tham khảo ở Sterman (2000) và cụ thể áp dụng trong mô hình này tham khảo ở Long (2003) và Long và Ogunlana (2003) Sau nhiều sửa đổi và cập nhật mô hình, cuối cùng, kết quả thử nghiệm mô hình cho thấy mô phỏng phản ánh được động thái thực của 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, và môi trường Những tác động của của các yếu tố này lên các ứng xử của dự án luôn ở trạng thái động Những công cụ truyền thống (cơ cấu phân chia công việc (WBS), sơ đồ mạng (CPM), giá trị tích lũy (Earned Value), ) giải quyết khía cạnh tĩnh của QLDA Vì thế, các bên tham gia sẽ rất khó khăn trong việc nắm bắt các ứng xử của DA ở mức độ tổng thể – mà lại là điều tối cần thiết trong quản lý chiến lược các dự án lớn Từ đó, mô hình mô phỏng động trình bày trong nghiên cứu này đã tạo điều kiện cho các nhà thầu dễ dàng nắm bắt các động thái của dự án mà họ đang triển khai

11,000 tasks

50 tasks

1,000 tasks

0 tasks

4

2

2 2 2 2 2 2 2 2

1

1 1 1 1 1 1 1 1

Time (Month)

Undiscovered rework : Baserun 3 3 3 3 3 3 3 tasks

110 months

4 Dmnl

0 months

1 Dmnl

4 4 4

3 3 3 3

2 2

2 2 2 2 2 2 2 2

Time (Month)

time estimated required : Baserun 2 2 2 2 2 2 months scheduled completion date : Baserun 3 3 3 3 3 months

Trang 6

Khi ứng dụng mô hình này vào dự án thực, có sự tương tự giữa ứng xử mô phỏng của mô hình và ứng xử thực của dự án một khi các thông số được chuẩn bị hợp lý Điều này chứng tỏ rằng mô hình có thể mô phỏng động thái của dự án nghiên cứu Như vậy, mô hình có thể giúp nhà thầu nâng cao khả năng kiểm soát dự án Cuối cùng, nhà thầu có thể sử dụng mô hình này để xây dựng và thẩm định các chính sách để nâng cao hiệu quả hoạt động của dự án bằng cách thay đổi các giá trị của thông số trong

mô hình và/hoặc thay đổi cấu trúc của mô hình

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Abdel-Hamid, T và Madnick, S (1991) “Software Project Dynamics: An Integrated

Approach”, Prentice Hall, Englewood Cliffs, USA

[2] Chang, C L (1990) “Applying R&D project dynamics concepts to construction management.”

Master Research Study No IE-90-1, AIT, Bangkok, Thailand

[3] Chritamara, S., Ogunlana, S O và Bach, N L (2002) “System dynamics modeling of design

and build construction projects” Construction Innovation, 2(4), 269-295

[4] Cooper, K G (1980) “Naval ship production: a claim settled and a framework built.”

Interfaces, 10(6), 20-36

[5] 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

[6] Ford, D N (2002) “Achieving multiple project objectives through contingency management.”

Journal of Construction Engineering and Management, 128(1), 30-39

[7] Howick, S và 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

[8] Long, N D (2003) “Policy Analysis for Improving Performance of a Construction Projects by

System Dynamics Modeling.” Master Thesis, AIT, Bangkok, Thailand

[9] Long, N D và Ogunlana, S O (2003) “Modeling the dynamics of an infrastructure project.”

Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering (under reviews)

[10] Love, P E D., Mandal, P., Smith, J và Li, H (2000) “Modelling the dynamics of design error

induced rework in construction.” Construction Management and Economics”, 18(5), 567-574

[11] Richardson, G P và Pugh A L (1981) “Introduction to System Dynamic Modeling with

DYNAMO” The MIT Press, MA, USA

USA

[13] Rodrigues, A và Bowers, J (1996) “The role of system dynamics in project management.”

International Journal of Project Management, 14(4), 213-220

[14] Sterman, J D (1992) “System dynamics modeling for project management.” System Dynamics

Group, MIT Sloan School of Management, Cambridge, MA, USA

[15] Sterman J D (2000) “Business Dynamics: System Thinking and Modeling for a Complex

World” Irwin McGraw-Hill, USA

Định dạng
Số trang	6
Dung lượng	128,95 KB