نویسنده: مدیرسایت

یکی از روش های صنعتی سازی ساختمان، تولید قطعات پیش ساخته در محیط کنترل شده کارخانه و انتقال و نصب قطعات در کارگاه می باشد. تولید قطعات پیش ساخته را می توان آمیزه ای از ساخت و ساز و صنعت دانست و بر این اساس از اصول مدیریت ناب در تولید قطعات مدولار ساختمانی استفاده نمود.  تولید ناب از صنایع خودروسازی (شرکت تویوتا) آغاز گردیده و از آنجا به علوم مدیریت و سپس صنعت ساختمان وارد شده است.

تولید قطعات پیش ساخته به یکی از ترندهای روز صنعت ساختمان در سراسر جهان تبدیل شده است. در این روش، قطعات مدولار و یا واحدهای ساختمانی کامل در کارخانه تولید شده و برای مونتاژ به سایت کارگاه منتقل می شود. قطعات پیش ساخته از انواع مصالح چوبی، بتن، فولاد و کامپوزیت تولید می شوند و در ساخت انواع ساختمان با کاربری های مسکونی، اداری، تجاری،صنعتی، آموزشی و بهداشتی بکار گرفته می شوند. استفاده از قطعات پیش ساخته نسبت به روش های ساخت و ساز سنتی سبب کاهش اتلاف مصالح، افزایش ایمنی، تحویل سریعتر کار و بهبود کیفیت ساختمان می گردد.

از جمله نمونه های قابل توجه استفاده از قطعات پیش ساخته در پروژه های ساختمانی می توان به ساختمان ۲۴ طبقه ای اشاره نمود که در مدت ۲۷ هفته در هامپتون انگلیس ساخته شده است. همچنین در ملبورن استرالیا ساختمان ۹ طبقه ای تنها در ۵ روز در محل کارگاه مونتاژ گردید. نمونه دیگری از این موارد، مربوط به برجی ۲۹ طبقه در نیویورک آمریکا می باشد که در مدت یک سال اجرا شده است.

مدیریت ناب در صنعت ساختمان:

ساخت سازه در سایت کارگاهی نیاز به تلاش بسیار زیادی برای هماهنگ سازی پیمانکاران جزء و کارگرانی دارد که هر کدام با اهداف مختلف و کیفیت متفاوتی کار می کنند. پژوهشی در کشور سوئد نشان می دهد که ۳۰ تا ۳۵ درصد هزینه های مدیریتی پروژه برای چنین هماهنگ سازی هایی صرف می شود که هیچ ارزش افزوده ای برای پروژه ندارند. با تولید پیش ساخته بسیاری از مدول های ساختمانی می توان از اتلاف این هزینه جلوگیری نمود.

پیش ساخته سازی به شرکت ها امکان می دهد با وجود تفاوت های میان صنعت ساختمان و دیگر صنایع، بتوانند از ساخت و ساز سنتی به سمت تولید صنعتی حرکت کنند. ویژگی های پروژه های ساختمانی از قبیل نیاز به اجرا در محل کارگاه، یکتا بودن هر پروژه، نیاز به سازماندهی موقت چارت کارگاهی و عدم قطعیت های فراوان این پروژه ها از جمله تفاوت های صنعت ساختمان با دیگر صنایع است که صنعتی سازی آن را مشکل می سازد.

از سوی دیگر، در صنعتی سازی ساختمان، توجه به مدیریت زنجیره تامین از اهمیت ویژه ای برخوردار خواهد بود. زنجیره تامین به مجموعه فعالیت هایی اتلاق می گردد که از تامین مصالح خام برای تولید تا تحویل محصول نهایی به بهره بردار به انجام می رسند. از این رو، استفاده از مدیریت ناب در تولید قطعات مدولار ساختمانی می تواند به ارتباط بیشتر میان صنعت ساختمان و تولید کارخانه ای کمک نماید. برای دستیابی به مزایای تولید ناب می بایست فرایندهای مدیریت ناب از ابتدای فاز طراحی تا پایان نصب آخرین قطعه مورد توجه قرار گیرد.

مدیریت ناب چیست؟

برای بکارگیری مدیریت ناب در تولید قطعات مدولار ساختمانی باید ابتدا با مبانی این سبک مدیریت آشنا شویم. مدیریت ناب (Lean Management) اولین بار پس از جنگ جهانی دوم و در کشور ژاپن برای توسعه سیستم تولید کارخانه تویوتا مطرح شد. با این کار تویوتا توانست ضمن پرهیز از افزایش هزینه ها، به امکان تولید انبوه خودروها دست یابد. از امتیازات استفاده از این روش می توان به کاهش پرت و به صفر رسیدن تولید قطعات معیوب اشاره نمود.

تحقیقات نشان داده است که اتلاف (هزینه/زمان) معمولاً از چهار منبع اصلی ناشی می گردد:

• مصرف بیش از اندازه منابع برای تولید.
• تولید محصولات بیش از مقدار مورد نیاز.
• انبار کردن بیش از اندازه مصالح مصرفی.
• راندمان پایین کار.

معمولاً با بروز یکی از این چهار منبع اتلاف، سایر منابع نیز فعال می شوند. تولید بیش از اندازه (بدلیل بی برنامه بودن خط تولید)، بدون ایجاد ارزش افزوده سبب افزایش هزینه های تولید می گردد. همین امر، باعث نیاز به فضای بیشتر برای انبار و نگهداری محصولات می شود. محدودیت فضای کارخانه ناشی از انبار محصولات اضافی راندمان کار را پایین می آورد و تولید قطعات جدید به مصرف موارد اولیه بیشتری نیاز خواهد داشت. نیاز به متوقف شدن برخی مراحل، جابجایی های غیر بهینه و نقص محصولات تولید شده از جمله عواقب بروز چنین چرخه ای هستند. این چرخه دائماً در کار ادامه پیدا می کند تا جایی که توسط مدیریت متوقف شود یا سیستم را غیر اقتصادی نماید.

این مسئله یکی از نمونه های بروز اثر دومینو (Domino Effect)  می باشد. نمونه دیگر آن را در مقاله “اثر دومینو: از حوادث ساختمانی تا فجایع جهانی” مشاهده کنید.

با این دیدگاه، شرکت تویوتا مفهومی به نام تولید به موقع (Just In Time) را بوجود آورد که به معنی تولید براساس نیاز و در زمان مورد نیاز است. گفته می شود انبار مواد اولیه و همچنین انبار خودروهای ساخته شده شرکت تویوتا به اندازه ی تولید کمتر از یک ساعت این کارخانه ظرفیت دارند و شرکت، نرخ ورود مصالح و خروج خودروها را به گونه ای تنظیم می کند که همین انبار کوچک برای کارخانه کفایت نماید.

ابزار و روش های مدیریت ناب:

تئوری های مدیریت صنعتی برای اولین بار از دهه ۱۹۹۰ به صنعت ساختمان راه یافتند. از جمله این تئوری ها و روش ها می توان به استفاده از مهندسی ارزش و همچنین بکارگیری ساختار شکست کار (WBS) برای تقسیم فعالیت های بزرگ به اجزای تشکیل دهنده آن اشاره کرد. به منظور بهره بردن از تئوری مدیریت ناب در تولید قطعات مدولار ساختمانی نیز می توان به پنج تفکر اصلی در مدیریت ناب اشاره نمود:

• تعیین ارزش محصول نهایی از دیدگاه بهره بردار (کارفرما).
• ارزیابی جریان کسب ارزش از فاز طراحی تا زمان تحویل محصول (پروژه).
• بهینه سازی فرایند کار برای کاهش اتلاف (هزینه و زمان).
• ایجاد سیستم تولید بر مبنای میزان نیاز بازار.
• تلاش برای ارائه یک محصول بدون نقص.

البته استفاده از اصول مدیریت ناب در پروژه های ساختمانی به مراتب سخت تر از پروژه های صنعتی است. مهمترین علت این امر، وجود عدم قطعیت های فراوان در پروژه های ساختمانی می باشد. عدم قطعیت هایی که عمدتاً باعث تاخیر در تحویل، نیمه تمام ماندن کارها و در دسترس نبودن منابع مورد نیاز می شوند. استاندارد سازی محصولات و فرایند تولید آن ها راهکاری است که در پاسخ به این مشکل به کار گرفته می شود.

یکی از اقدامات اصلی در مدیریت ناب، تسطیح سطح تولید می باشد تا هم به نیاز بازار پاسخ داده شود و هم ظرفیت تولید، تعداد نیروی انسانی و حجم انبار کارخانه در حالت بهینه قرار گیرد. برای تولید بهینه لازم است جریان خط تولید کاملاً پیوسته باشد و تولید محصولات با کمترین میزان نوسان به انجام برسد. این کار از اتلاف منابع بخصوص از نوع زمان جلوگیری می کند. به این منظور لازم است برای تولید قطعات پیش ساخته مختلف، امکان تغییر سریع خط تولید به تناسب نوع قطعه پیش ساخته وجود داشته باشد.

اقدام دیگر در راستای مدیریت ناب در تولید قطعات مدولار ساختمانی، کاهش اتلاف زمان و هزینه ناشی از تاخیر در تحویل مصالح و ابزارها، طراحی ضعیف، دوباره کاری، ناکارآمد بودن پلان جانمایی تجهیزات کارخانه، خرابی دستگاه ها و تولید محصولات معیوب می باشد. پژوهشی در استرالیا نشان می دهد که در برخی موارد تا ۳۵% هزینه پروژه ها صرف دوباره کاری شده است.

برای آگاهی از شدت اثرگذاری پلان جانمایی تجهیزات کارخانه بر راندمان تولید قطعات پیش ساخته به مقاله “کاهش ۵۰% هزینه شاپ کارگاهی در پروژه های ساختمانی” مراجعه فرمایید.

طراحی ساختمان ها و قطعات به گونه ای که هم نیاز بازار را رفع نماید و هم امکان انجام تغییرات جزیی و کم هزینه را دارا باشد، راهکار دیگری است که برای کاهش اتلاف مصالح در تولید قطعات پیش ساخته پیشنهاد می گردد.

پژوهش ها نشان می دهد بخش اعظم بروز تاخیرات در صنعت ساختمان به سبب ضعف در زنجیره تامین و تاخیر در تحویل مصالح خام رخ می دهد. به منظور کاهش این تاخیر ها ۵ دستورالعمل زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

• تامین مصالح باید پیش از زمان نیاز از سوی کارگاه درخواست شده باشد.
• مصالح باید طبق زمان مشخص شده و با احجام خواسته شده توسط کارگاه تامین گردد.
• درخواست مصالح باید براساس نیاز پروژه صورت گرفته باشد.
• مصالح باید از مسیرهای از پیش تعیین شده به کارگاه برسند.
• باید سازماندهی لازم برای تسهیل فرایند تامین مصالح به انجام رسیده باشد.

براساس اصل تولید به موقع (Just In Time) در مدیریت ناب در تولید قطعات مدولار ساختمانی پیشنهاد می شود، مصالح دو روز قبل از زمانی که به آن ها نیاز است در کارگاه حاضر باشند تا هم احتمال تاخیر در تحویل کاهش یابد و هم فضای کارخانه یا کارگاه بی جهت اشغال نشود. انتظار می رود با استفاده از اصول گفته شده در این مقاله بتوان راندمان تولید قطعات پیش ساخته را ۴۰ تا ۵۰ درصد بهبود بخشید.

در این مقاله به بررسی سوابق عملکرد سازه های پیش ساخته در زلزله های متعدد در کشور ترکیه می پردازیم. ترکیه در یکی از مناطق لرزه خیز کره زمین قرار گرفته و در پنج دهه گذشته چندین زلزله شدید در آن به وقوع پیوسته است. تقریباً ۹۵ درصد از مساحت کشور ترکیه در معرض تهدید زلزله قرار دارد. متاسفانه بخش زیادی از ساختمان های روستایی در این کشور از مصالح بنایی ساخته شده اند. البته استفاده از سازه های بتنی درجا و پیش ساخته در شهرهای بزرگ و مناطق صنعتی این کشور بسیار رایج می باشد. عمده استفاده از بتن پیش ساخته در ترکیه به ساخت پل ها و ساختمان های یک یا چند طبقه اختصاص می یابد.

صنعتی سازی ساختمان از دهه ۱۹۶۰ به ترکیه وارد شد. تا دهه ۱۹۹۰ حدود ۹۰ درصد از سازه انبارها و سازه های سبک صنعتی این کشور به صورت پیش ساخته اجرا شده است. مناطق Adand ، Kocaeli و Sakarya از جمله نواحی هستند که قلب صنعت ترکیه را در خود جای داده اند و دو زلزله شدید ۶ تا ۷ ریشتری در آن ها اتفاق افتاده است.

بررسی آسیب های وارد شده به ساختمان های این مناطق برای مطالعه عملکرد سازه های پیش ساخته در زلزله نشان می دهد که عمده آسیب سازه ها در نقطه اتصال تیرهای سقف به ستون ها بوده است. در بسیاری از موارد، آسیب دیدگی ساختمان ها ناشی از نشست خاک نرم زیر فونداسیون سازه بوده است. چرا که در مناطقی که بستر زمین سنگی بوده است، شدت تخریب ساختمان ها به مراتب کمتر شده است. بررسی ها نشان می دهد در بسیاری از ساختمان های آسیب دیده، Drift به درستی محاسبه نشده است.

اولین ساختمان مسکونی پیش ساخته به ارتفاع ۵ طبقه در منطقه Bingol در سال ۱۹۸۶ ساخته شد. زلزله ۶٫۴ ریشتری سال ۲۰۰۳ در این منطقه سبب شد تا فرصت بررسی میدانی عملکرد سازه های پیش ساخته در زلزله مهیا گردد. بررسی سازه نشان داد که این ساختمان بدون نیاز به هرگونه تقویت سازه ای، امکان بهره برداری مجدد را دارا می باشد. درحالیکه بسیاری از ساختمان های بتنی درجا در این منطقه دچار آسیب هایی در محدوده نیاز به مقام سازی تا تخریب کامل شده بودند.

از دهه ۱۹۹۰ قاب های بتنی پیش ساخته که بصورت پس کشیده تولید می شدند، به صنعت ساختمان ترکیه وارد شدند. زلزله ۷٫۲ ریشتری سال ۲۰۱۱ در شهر Van در ترکیه، اطلاعات ارزشمندی از نحوه عملکرد اتصالات این قاب ها در اختیار مهندسان قرار داده است. بررسی یکی از این سازه ها به ارتفاع ۷ طبقه و مساحت ۳۸۰ متر مربع در هر طبقه، نشان داد که ستون هایی که به ارتفاع ۲۲ متر بصورت یکپارچه ساخته شده و به کارگاه حمل شده بودند نه در قسمت های بتنی و نه در اعضای کششی یا اتصالات پس کشیده آسیب ندیده اند. همچنین ستون ها در محل اتصال به فونداسیون دچار هیچ گونه ترک برشی نشده بودند. سازه کاملاً قابل بهره برداری بوده و تنها برخی از دیوارهای جدا کننده نیاز به بازسازی داشته اند.

سازه های پیش ساخته و صنعتی سازی ساختمان:

در این مقاله به بررسی پژوهشی که در سال ۲۰۱۹ در کشور چین به انجام رسیده است می پردازیم تا تعیین نماییم که بهتر است کدام سازه ها را پیش ساخته بسازیم و اینکه آیا تلاش برای پیش ساخته سازی تمام المان های سازه ای و ساختمانی از منظر مهندسی توجیه پذیر است یا خیر.

صنعتی سازی ساختمان با توجه به مزایایی همچون تسریع پروژه، بهبود راندمان اجرا و کمک به توسعه پایدار و حفاظت از محیط زیست، در کشور چین مورد استقبال زیادی قرار گرفته است. با حمایت های دولتی که در این زمینه صورت می پذیرد، استفاده از بتن پیش ساخته به عنوان اصلی ترین روش صنعتی سازی ساختمان در چین شناخته می شود. البته استفاده از بتن پیش ساخته فقط یکی از روش های صنعتی سازی ساختمان است. سازه های فلزی و چوبی پیش ساخته نیز بخش های دیگری از صنعتی سازی ساختمان را به خود اختصاص داده اند.

صنعتی سازی ساختمان به عنوان یک راهکار کلیدی برای حل مشکل ناکارآمدی، عملکرد ضعیف و آلودگی و پسماند زیاد کارهای ساختمانی در نظر گرفته می شود. بخصوص به سبب نداشتن نیروی کار ماهر و مصرف انرژی زیاد کارهای ساختمانی در سایت های کارگاهی، انتقال مرحله ساخت سازه ها به کارخانه های تخصصی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. سوال اینجاست که کدام سازه ها را پیش ساخته بسازیم و کدام سازه ها بهتر است همچنان در محل کارگاه ساخته شوند.

علیرغم مشوق های فراوان دولت برای توسعه صنعتی سازی ساختمان، صنعت ساختمان کشور چین هنوز از پیش ساخته سازی استقبال نمی کند. چرا که ساخت قطعات بصورت پیش ساخته بعضاً با هزینه بیشتر ساخت در کارخانه و حمل تا کارگاه و صعوبت هماهنگی میان کارخانه و کارگاه همراه می باشد. اگر چنین مشکلاتی وجود نداشت، بطور قطع می توان گفت اجرای پیش ساخته به متداول ترین روش اجرای ساختمان در کشور چین تبدیل می شد.

تصمیم گیری برای صنعتی سازی ساختمان:

صنعتی سازی ساختمان از منظر مهندسی عمران در چهار سطح قابل انجام است:

• المان هایی که بطور کامل در یک خط تولید صنعتی ساخته می شوند (همانند روشویی و شیرآلات).
• المان هایی که بصورت سفارشی در کارخانه تولید شده و در کارگاه مونتاژ می شوند (مانند تیرها و دال های بتنی).
• المان هایی که در کارخانه ساخته و مونتاژ می شوند (همانند کانکس های سرویس بهداشتی و آشپزخانه)
• ساختمان هایی که بطور کاملاً مدولار در کارخانه تولید می شوند و به کارگاه منتقل می شوند.

اینکه کدام سازه ها را پیش ساخته بسازیم و چه سطحی از صنعتی سازی را در پروژه ها به کار بگیریم به شرایط پروژه وابسته بوده و برای پروژه های مختلف، متفاوت می باشد. انتخاب اشتباه این مورد، سبب بروز مشکلات فنی و عدم موفقیت پروژه از نظر زمان و هزینه اجرا می گردد.

در این مقاله به مقایسه دو دیدگاه “ساخت تمام المان های ساختمانی بصورت پیش ساخته (GPC)” و “ساخت المان های افقی و قطعات غیر باربر بصورت پیش ساخته و اجرای المان های قائم بصورت درجا(IPC)” در ساختمان ها می پردازیم. برای تصمیم گیری برای انتخاب میان این دو دیدگاه می بایست به چهار مولفه اصلی توجه گردد:

• مشخصات ساختمان، نوع سازه و تکنولوژی ساخت مورد نیاز آن.
• ظرفیت صنعت ساخت از نظر وجود استانداردهای اجرا و زنجیره تامین مناسب برای مصالح.
• اهداف پروژه از نظر کیفیت، زمان و هزینه.
• وضعیت بازار صنعت ساختمان.

بررسی سازه های پیش ساخته در کشور چین:

به منظور بررسی اینکه کدام سازه ها را پیش ساخته بسازیم به بررسی پروژه های یکی از بزرگترین شرکت های ساختمانی کشور چین پرداخته ایم. در این پژوهش چندین ساختمان مسکونی تا ارتفاع ۳۰ طبقه از نظر تعیین سطح صنعتی سازی مورد ارزیابی قرار گرفتند.

بررسی ها نشان می دهد ساخت تمام المان های سازه ای بصورت پیش ساخته (GPC) علیرغم ساده سازی و تسریع اجرای پروژه، پیچیدگی فنی پروژه ها را در زمان طراحی به شدت افزایش می دهد. ساخت تمام المان های سازه ای بصورت پیش ساخته (GPC) در مقابل ساخت المان های افقی و قطعات غیر باربر بصورت پیش ساخته و اجرای المان های قائم بصورت درجا(IPC)، سطوح متفاوتی از سرعت، ایمنی، استحکام اتصالات (بخصوص اتصال سازه و نمای ساختمان) و میزان نفوذ هوای گرم و سرد و رطوبت را در ساختمان بوجود می آورد.

همچنین عملکرد زنجیره تامین در این دو روش بسیار متفاوت خواهد بود. تامین به موقع مصالح برای ساخت قطعات در کارخانه و تحویل به موقع قطعات پیش ساخته به کارگاه در زمانی که تمام المان های سازه ای بصورت پیش ساخته تولید می شوند (GPC) به مراتب پیچیده تر خواهد بود. همچنین اجرای این روش، به هزینه اولیه بیشتری برای تامین زیرساخت های مورد نیاز جهت تولید تمامی قطعات بصورت پیش ساخته نیاز خواهد داشت. ضمناً با وجود تحقیقات زیادی که در زمینه ساخت اتصالات میان المان های باربر بصورت پیش ساخته به انجام رسیده است، هنوز اجرای اتصالات بصورت درجا، با کیفیت قابل قبول تری صورت می گیرد. اما با توجه به نیاز شدید بازار چین به تولید ساختمان های بیشتر، روش GPC از اقبال بیشتری برخوردار است.

در نهایت، در پاسخ به این سوال که کدام سازه ها را پیش ساخته بسازیم و از کدام روش برای این کار استفاده کنیم، می توان گفت روش ICP در پروژه های پیچیده، بزرگ و بلندمرتبه از توجیه پذیری بیشتری برخوردار است. درحالیکه در پروژه های مسکونی چند طبقه و مدولار، استفاده از روش GPC پیشنهاد می گردد.