Location-based planning as a production optimization technique in linear heavy construction

Abstract

Earthworks costs constitute a large proportion of the total project costs in linear heavy construction projects such as road and railway projects (Mäkinen, 2007). At the moment, a process where the construction design’s mass economy is continually optimized by studying alternative solutions is missing (Manninen, 2009). In the construction phase mass haul planning and scheduling are currently done as separate tasks, causing a disregard of schedule restrictions in the mass haul plan and a disregard of production features in the schedule. This leads to problems in following the schedule and sometimes results in extended building durations and additional costs.

This thesis examined the contractor’s benefits of using location-based techniques for earthworks management and in design control as well as for production planning and control. The research is a qualitative research including a literature study, case studies and a participatory research in two Swedish road projects. In the case studies production changes over time as well as their cost effects in comparison to the initial plan were studied by using the infra construction project management software DynaRoad.

The study gave a deeper understanding of the benefits of using location-based planning techniques for earthworks- and production management in comparison to traditional techniques. Location-based planning software’s allows a quick and optimal planning of the project’s mass utilization. The technique also allows comparing alternative solutions. The schedule tasks and the basis for scheduling are established by allocating resources to the cuts and fills. By scheduling the tasks in a LoB diagram, the feasibility, the mass ade-quacy and the efficient usage of the resources are achieved. Additionally, the quantity and quality of mass deficits and surpluses are located in the scheduled mass haul plan.

The results from the theoretical part were tested in the case studies by comparing actual implemented changes in production solutions as well as their costs throughout the project in comparison to the initial plan. In one of the project the total earthworks costs were reduced by totally 6,4 million Swedish crowns, which represent around 3% of the total budgeted costs. The cost reductions were a result of more efficient mass utilization, reduced mass haul distances as well of changes in the construction design.

Maanrakennustyöt muodostavat merkittävän kustannuserän lineaaristen hankkeiden kuten väylä- ja rautatiehankkeiden kokonaniskustannuksista (Mäkinen, 2007). Tällä hetkellä rakennussuunnittelua ei systemaattisesti ohjata ja optimoida massatalous näkökulmasta edullisimpiin ratkaisuihin vaihtoehtoisilla suunnitteluratkaisuilla (Manninen, 2009). Tuotannon suunnittelussa massansiirtosuunnittelu ja aikataulutus tehdään erillisinä tehtävinä jolloin massansiirtosuunnitelma ei huomioi aikataulurajoitteita ja aikataulu ei aina huomioi tuotannon olosuhteita mikä saattaa näkyä aikataulu ylityksinä ja nousevina kustannuksina.

Tässä työssä tutkittiin paikkakohtaisen suunnittelun tuomia etuja massatalouden hallinnassa sekä lineaaristen hankkeiden rakennussuunnittelun ohjauksessa että tuotannon suunnittelussa ja ohjauksessa. Tutkimus on laadullinen tutkimus jossa käytetään kirjallisuustutkimusta, tapaustutkimusta, analyysia sekä osallistuvaa tutkimusta kahdessa ruotsalaisessa väylähankkeessa. Tapaustutkimuksissa verrattiin tuotannon muutoksia ja niiden kustannusvaikutuksia lähtökohdan tuotantosuunnitelmiin verrattuna paikkakohtaista projektihallintaohjelmistoa DynaRoad käyttäen.

Tuloksena saatiin käsitys paikkakohtaisten suunnittelun hyödyistä massatalouden- ja tuotannon hallinnassa perinteisiin menetelmiin verrattuna. Paikkakohtainen suunnittelu mahdollistaa nopean ja optimaalisen massojen käyttösuunnitelman laatiminen. Metodi myös mahdollistaa vaihtoehtoisten suunnittelu- ja tuotantoratkaisujen vertailun. Kohdistamalla resursseja leikkauksille ja täytöille luodaan aikataulutehtäviä ja pohja aikataulutukselle. Aikatauluttamalla tehtävät vinoviiva-aikataulussa varmistetaan töiden toteutettavuus, massojen riittävyys sekä resurssien tehokaan käytön. Myös mahdolliset yli- ja alijäämät voidaan paikallistaa ajoitetun massansiirtosuunnitelman avulla. Tulokset konkretisoituivat tapaustutkimuksissa tarkastelemalla toteutettuja tuotantoratkaisujen muutoksia hankkeiden eri vaiheista ja vertaamalla näiden kustannuksia. Toisessa projektissa maarakennustöiden kokonaiskustannukset alenivat hankkeen aikana 6,4 miljoonalla ruotsin kruunulla mikä vastasi yli 3% budjetoidusta kokonaiskustannuksista. Kustannussäästöt olivat seurausta massojen tehokkaammasta käytöstä, siirtoetäisyyksien lyhenemisestä ja rakennusratkaisujen muutoksista rakennussuunnittelussa.