3. INTERNACIONALNI NAUČNO-STRUČNI SKUP
GNP 2010 ŽABLJAK, 15-19 FEBRUARA 2010
Goran Todoroski1, Nikola Georgiev2
PROJEKTOVANJE ZA NAJNIŽU CENU. PRIMER NACIONALNE SPORTSKE ARENE U SKOPJU Rezime Savremena metodologija za proračun troškova proizvodnje i montaže čeličnih konstrukcija definiše četiri faze: (1) Nabava materijala; (2) Izrada konstrukcije; (3) Površinska zaštita i (4) Montaža konstrukcije. Svaka se operacija ili utrošak svodi na ekvivalentan broj radnih sati što rezultira realnom cenom izvedene konstrukcije. Komparacijom troškova pojedinih konstruktivnih rešenja kod zavarenog čeličnog glavnog nosača gradske sportske arene u Skopju, dokazano je da se mala modifikacija u konstruiranju vertikalnog lima isplatila i pored povećane težine nosača, te da je moglo biti još jeftinije da se krenulo radikalnim unificiranjem pomenutog vertikalnog lima. Ključne riječi Čelične konstrukcije, Projektovanje za najnižu cenu, Nacionalna sportska arena u Skopju
COST EFFECTIVE DESIGN. THE EXAMPLE OF NATIONAL SPORT ARENA IN SKOPJE Summary Rational new approach is based on dividing the costing exercise into four components: Steel supply, Fabrication, Surface treatment and Erecton. The time consumption for completing each activity should be calculated just to introduce improved reliability and accuracy in costing steelwork. The example of National sport arena in Skopje, where comparison of the final costs among the different web solutions has been conducted, clearly shows that even small web modification leads to some total time consumption despite the increased nominal weight of the steel. The results could be more impressive if some radical web unification has been adopted. Key words Steel structures, Cost effective design, National sport arena in Skopje
1 2
Asist. M-r, Gradežen fakultet Skopje, e-mail: meljak@gf.ukim.edu.mk Dipl.maš.inž., Komercijalni direktor, AD FAKOM Skopje, e-mail: nikola.georgiev@fakom.com.mk
1.
UVOD
Može se uočiti da je globalizacija tržišta, koja je zahvatila sve segmente gradjevinarstva najviše uticala na proizvodnju teških metalnih konstrukcija u visokogradnji gde su i najveće količine ugradjenog čelika, ali istovremeno i najveća konkurencija. Uvodjenjem automatskih CNC mašina za sečenje, bušenje i zavarivanje višestruko je povećana produktivnost i smanjen udeo manuelnog rada po jedinici težine proizvedene konstrukcije. Sa druge strane, smanjenje manuelnog rada uz povečanje tzv. režiskih troškova dovelo je do povečanja realne cene radnog sata po jedinici težine. Kao posledica, današnje (dobro upućene) Investitore više ne interesuje cena konstrukcije po jedinici težine (što podrazumeva cenu radnog sata, strukturu ostalih troškova, pa čak ni količinu utrošenog materijala), već ukupna cena konstrukcije koju on zahteva. Ovaj pristup, nazvan "minimum cost effective", je veoma brzo i neizbežno zamenio zastareli pristup projektovanja konstrukcija baziran na minimalnoj težini (minimum weight design). "Minimum cost effective" koncept zadire čak do samog načina projekovanja klasičnih konstrukcija gde Projektant utvrdjuje tip preseka i tip samih veza i, generalno, aspekte nosivosti i stabilnosti, a Proizvodjač pri izradi Izvodjačkog projekta dobija odredjenu slobodu izbora, ali je obavezan da se pridržava projektom utvrdjenih karakteristika, u jednom tzv. fleksibilnom području odstupanja do 10%. Na takav način se Proizvodjač sam prilagodjava svojim tehničko-tehnološkim mogućnostima. Treba naglasiti da je sama izrada čvorova, čvornih ploča, ukrućenja itd. najveći konzument proizvodnih radnih sati i da je visoki stepen unificiranosti proizvodnje i detalja (u kom segmentu je i produktivnost najveća) najveći "generator" smanjenja troškova. Odavde je krenula celokupna ideja o promeni filozofije proračuna i konstruisanja i, time, "kontrolisanog" utvrdjivanja ukupne konačne cene konstrukcije. Danas je ovaj pristup predmet multidisciplinarnih naučnih istraživanja i analiza, pri čemu su sami Proizvodjači njegovi najveći finansijeri i promotori.
2.
ANALIZA TROŠKOVA PROIZVODNJE I MONTAŽE
Iako je analiza troškova proizvodje veoma kompleksna materija, ona se u principu svodi na 6 pojedinačnih faza (Tabela 1), svaka sa varijacijama jediničnih cena (na osnovu praktičnih iskustava) u našem regionu (u Eur) i prema podatcima Američkog komiteta za čelik (u US$). Tabela 1. Varijacija jediničnih cena pojedinih faza za tonu izradjene konstrukcije Faza Nabava materijala Radionički crteži
Cena OD:
Cena DO:
Varijacija
600€ (900$)
850€ (1.300$)
1,4 (1,4)
30€ (50$)
300€ (500$)
10,0 (10,0)
Izrada konstrukcije
200€ (200$)
1,400€ (2.000$)
7,0 (10,0)
Površinska zaštita
0
500€ (750$)
višestruko
Transport do gradilišta
30€ (50$)
100€ (200$)
3,3 (4,0)
Montaža konstrukcije
100€ (150$)
400€ (700$)
4,0 (4,7)
Ukupno (prosečno)
950€ (1.350$)
3.550€ (5.450$)
3,7 (4,0)
Iako na prvi pogled izgleda jednostavno, iza svake od ovih faza krije se mnošto parametara. Napr. nabava materijala (objektivno najjednostavnija) sadrži nabavu profila i limova sa tačnim ili najvećim dimenzijama (u cilju smanjivanja otpadnog materijala), zatim transportne troškove, osiguranje transporta, istovar i uskadištenje, redukcija broja dobavljača, optimalni lager, itd. Spisak svih troškova je dugačak: komercijalni troškovi (osiguranja, bankarske garancije, marketing i reklama, neuspeli tenderi), posebni troškovi (usluge drugih firmi, pocinkovanje, nabava specifičnih materijala, specifične dorade i obrade, posebni zahtevi za kontrolu kvaliteta, specijalni transport, montaža u inostranstvu, manje konstrukcije) i drugo. U najnovije doba, broj faza za analizu troškova svodi se na samo četiri: (1) Nabava materijala; (2) Izrada konstrukcije; (3) Površinska zaštita i (4) Montaža konstrukcije. Ako se isključi nabava materijala, a preostali troškovi svedu na referentnih 100%, onda je okvirno učešće pojedinih troskova kao na Slika 1.
Slika 1. Participacija pojedinih troškova u odnosnu na ukupnu cenu za izradu i montažu
3.
SLUČAJ IZ PRAKSE: KROVNA KONSTRUKCIJA SEVERNE TRIBINE NACIONALE SPORTSKE ARENE U SKOPJU
Primena ovog savremenong pristupa analize troškova može dati uočljive rezultate kod svih tipova konstrukcija, u ovom primeru čelične krovne konstrukcije Severne tribine Nacionalne sportske arene u Skopju. Ovaj po svemu specifičan projekat iz kraja 80-tih, prema kome je izvedena krovna konstrukcija južne tribine, dočekao je 2009 god svoju vizuelnu repliku iznad severne tribine. Treba napomenuti da su još u ono doba projektu bile upućene primedbe u pogledu konstruktivnog koncepta i konstrukcije glavnih zavarenih nosača (slično Slici 2, Varijanta 2). I pored veoma kratkih rokova, Izvodjač čelične krovne konstrukcije Severne tribine AD FAKOM iz Skopja odlučio je da, umesto promenjljive usvoji konstantnu debljinu vertikalnog lima vo visini glavnih nosača, Varijanta 2, (izbegavajući time duge sučeone šavove i obimnu RK kontrolu), a prihvatajući na svoj trošak uvećanje ukupne težine glavnih nosača. Uporedjenje ukupnih troškova za izradu glavnih nosača prema osnovnoj i modificiranoj varijanti pokazalo je da se izmena isplatila. Nažalost, kratki rokovi onemogućili su dalje modifikacije, ali je ipak, u toku izvodjenja i nakon završetka radova uradjeno još tri varijantnih rešenja sa sledećim modifikacijama (Slika 3):
1
2
1200 2627
650
2050
3
16
16
32
25
16
5
250
250
250
250
400
250
16 (12)
400
Presek 14
250
7
Presek 1 Dva I nosača
4 6
7
8 x 2630
250 250
12
250
Presek 17 - 18 Dva I nosača
Podužna ukrućenja vertikalnog lima 10000 (6915 - 10000)
2000
2508 18
150
Slika 2. Nacionalna sportska arena (Gradski stadion) u Skopju. Čelična krovna konstrukcija Severne tribine. Karakteristični detalj glavnih nosača (red 48 i 49), VARIJANTA 2
30000 (19325 - 30000)
17
Seg.5 kao Seg.2
Vertikalni lim d=12mm po celoj visini ili lokalno ojašan, vidi ispod Vertikalni lim sa zadebljanjem d=16 mm kod gornjeg i donjeg pojasa 30132 "Širok" gornji pojas sa podužnim montažnim šavom 200 10038 2335 2540 8 3 x 2510 9 10 11 12 13 14 15 16
Segment 2: Gornji pojas d=26mm Seg.3, Seg.4: Gornji pojas sa d=32mm Donji pojas d=25mm donji pojas sa d=25 + 16mm
VARIJANTA 2
950 1100
25 25 16
Vertikalni lim d=7mm
Segment 1: Gornji pojas d=16mm Donji pojas d=16mm
2050
2050 400
6150
Varijanta 1: Prema originalnom Osnovnom projektu, najduža greda se prepustom od 30m, ukupne dužine 40m Varijanta 2: Vertikalni lim u segmentu 2 i 5 je sa konstantnom debljinom od 12mm Varijanta 3: Dopunska (fiktivna) izmena vertikalnog lima u segmentu 3 i 4 tako da je vertikalni lim konstantne debljine 16mm Varijanta 4: Dopuna Varijante 3 sa usvajanjem širokih pojasnih lamela - sandučast presek (umesto dva I nosača spojena lokalno podužnim sučeonim šavom) u segmentu 1 i 2. Varijanta 5: Dopuna Varijante 4, jedina varijanta sa dopunskim proverama statičkog proračuna i dokazom da su vertikalna ukrućenja vertikalnog lima nepotrebna. Odredjene pretpostavke prate kalkulaciju ukupnih troškova: analizirani su samo glavni nosači, spoljne dimenzije nosača nisu menjane; zadržana je ili povećana krutost nosača i analizirani su samo troškovi nabave materijala i izrade. U Tabeli 2 prikazani su rezultati za glavne nosače KN48 i KN49 sa najvećom ukupnom dužinom (40m). Usvajanjem konstantne debljine vertikalnog lima po celoj visini, blago se povećava ukupna težina nosača. Zbog sve manjeg broja radnih sati, ukupna cena je u blagom opadanju, što je evidentno prikazano u koloni 9 gde je Varijanta 1 usvojena kao referentan utrošak. LEGENDA Vertikalni lim t= 7 mm
1 2
3
Segment 1, po ja s t= 16 mm 4 5 6
Vertikalni lim t= 12 mm
7
Segment 2, po ja s t= 25 mm 8 9 10
VARIJANTA 1
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
Vertikalni lim t= 16 mm
Segment 3, Segment 4, Segment 5, t= 32 m m t= 32 m m t= 25 m m 11 12 13 14 15 16 17 18
11 12
13
14
15
16
17
18
14
15
16
17
18
VARIJANTA 2
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
Presek 1 do 7 Sandučasti presek
11 VARIJANTA 5
1290-1780
7
750
13
Presek 7 do 11 Sandučasti presek 12
17
650 - 1290
11
VARIJANTA 4
11 12
17
VARIJANTA 3
Ostali preseci kao u Varijanti 3
750
Izbačena sva ukrućenja vertikalnog lima, preseci kao u Varijanti 4
Slika 3. Šematski prikaz pojedinih Varijanti glavnog nosača
Tabela 2. Uporedjenje relativnih cena materijala i manuelnog rada za izradu nosača KN48 i KN49 Participacija pojedinih troškova proizvodnje po fazama, izraženo u % Trošak Pojedine faze (1)
(2)
nabavka i priprema
zavarivanje
materijal
pripema
(3)
(4)
sklapanje avtomat (5)
(6)
ručno (7)
snimanje (8)
Ukupno (9)
1
Varijanta 1
51,5%
10,5%
21,4%
7,4%
3,2%
6,1%
100%
2
Varijanta 2
57,5
6,8
21,4
6,1
3,0
1,7
96%
3
Varijanta 3
59,8
4,9
21,4
2,2
2,9
0,8
92%
4
Varijanta 4
60,3
4,6
17,2
1,7
4,9
0,7
89%
5
Varijanta 5
58,8
3,9
16,6
1,7
3,8
0,7
85%
4.
ZAKLJUČAK
Iz Tabele 2 se jasno uočava da nominalno teže varijante mogu biti i jeftinije. Dobra inženjerska procena omogućila je, pored finansiskog efekta, bržu i racionalniju izradu. Na drugom kraju ovog praktičnog primera je Projektant Osnovnog projekta, koji (u principu) ne mora imati predznanja i iskustvo u pogledu strukture proizvodnih troškova, ali je njegov integritet sačuvan Eurokode-om uokvirenom slobodom – fleksibilnošču koju dobija Proizvodjač koristeći specijalizirani softver za analizu troškova sa datotekom jediničnih cena i troškova za pojedine operacije. U konkretnom primeru (Varijanta 5) dopunjen je proračun stabilnosti kojim je utvrdjeno da vertikalna ukručenja (čija izrada značajno povećava ukupan broj radnih sati za izradu nosača) ustvari nisu potrebna. Projektant nipošto ne sme, bez stvarne potrebe utvrdjene statičkim proračunom, predvidjati razna ukrućenja, pločice, podvezice itd, uz objašnjenje da se "oduvek tako radilo". Takve sitne dorade nikako ne mogu biti pokriveni tržišnom cenom po kilogramu, na štetu i Proizvodjača i Investitora. Nove metode proračuna troškova od koristi su Projektantima i Proizvodjačima jer: 1. Prilikom razrade Osnovnog projekta, Projektant koristi nova iskustva i saznanja da bi konstruktivno rešenje koje on razradjuje dovelo do jeftinije izrade i, naravno, cene. 2. Na bazi Osnovnog projekta, moguće je unapred odrediti troškove proizvodnje sa tačnošću unutar 20% 3. Optimalno konstruktivno rešenje je samo ono rešenje koje, uz poštovanje propisa i standarda nudi i najnižu ukupnu cenu konstrukcije. 4. Nude veliku pomoć pri formiranju tenderskih cena, sprečavajući grube pogreške kojima smo svedoci svakodnevno.
LITERATURA [1] [2] [3] [4]
FK.B.Watson, S.Dallas, N.van der Kreek, and T.Main: "Costing of Steelwork from Feasibility through to Copmletion", AISC , Vol 30. No.2, 1996 A.A.van Douwen : "Design for Economy in Structural Steelwork", 2-nd International ECCS Symposium ESDEP - European Steel Design Educational Programme, Vol 3 G.Todoroski: "Analiza na povekekatni čelični ramki so meki vrski greda-za-stolb", Magistarski rad, GFSk Skopje, 2007