SEMINAR NASIONALMANAJEMEN TEKNOLOGI XXIIIOPTIMASI METAHEURISTIK UNTUK MINIMALISASI BIAYA PADA KONSTRUKSI MODULAR LANTAI KOMPOSIT BAJA

Yoki Triwahyudi, S.T., M.MT.

TOPIK AREA RISET

▪ Subyek : Optimasi

▪ Obyek : Rumah susun milik (rusunami) 20 lantai

▪ Metode : Metaheuristik Scatter Search (SS)

LATAR BELAKANG EMPIRIS

Pengembangan hunian vertikal di kota besar yang mendesak , angka backlog Nasional 2015 mencapai 15 Juta unit khususnya kebutuhan rumah masyarakat berpenghasilan Rendah (MBR).

LATAR BELAKANG EMPIRIS

20102011

20122013

20142015

20162017

20182019

20202021

20222023

20242025

20262027

20282029

20300

5

10

15

20

25

30

35

Demand ( mn ) Supply ( mn ) Defisit

Backlog : 13.6

Backlog : 15.2

Backlog : 21.6

Sumber : Data Kemenpera 2015

Backlog Pembangunan Perumahan di Indonesia

LATAR BELAKANG EMPIRIS

▪ Perkembangan Industrialisasi komponen bangunan (prefabricated) untuk meningkatkan produktifitas konstruksi.

LATAR BELAKANG EMPIRISIBS Road Map 2020 di Malaysia

Sumber :

LATAR BELAKANG EMPIRISIndustrialisasi Building Singapore 1965- 2015 Roadmap

Sumber : Surbana

LATAR BELAKANG EMPIRIS (LANJUTAN..)

Pembangunan Vertikal Rusunami 20 lantai

Mudul Lantai Komposit Konstruksi Baja

Sumber : Modular Building Broad- China

China Bangun 30 Lantai dalam 15 hari

LATAR BELAKANG EMPIRIS (LANJUTAN..)

JUST in Time (JIT)HVAC terassembly di pabrik

Semua komponen lantai beton dan baja serta HVAC (heating,ventilating dan air conditioning) di assembly di pabrik. Komponen dikirim berdasarkan tahapan pekerjaan dilapangan (just in time).

LATAR BELAKANG EMPIRIS

▪ Interaksi material beton dan baja komposit sangat sulit menghasilkan design yang optimal jika dilakukan dengan cara trial and error karena space pencarian yang besar (total kombinasi 1.088.640) dengan variable saling mempengaruhi.

Bagaimana mengoptimasi modular lantai komposit

sehingga menghasilkan biaya yang minimal?

TUJUAN DAN BATASAN PENELITIANPlat Beton

Baut Geser (Stud Bolt)

Tebal Plat

Tujuan : Mengoptimasi modular lantai komposit sehingga didapatkan biaya paling minimal.

Batasan : Fokus manajemen biaya modular lantai komposit

No Literatur Tahun Klasifikasi Background Metodologi Hasil

Penggarang Scope PermasalahanPerumusan

masalah

1 Adeli,H. 2006 Optimasi Cost Optimization Optimasi dengan Berapa berat atau 1. Floating Point Genetic Algorithm Kombinasi Harga

Sarma,Kamal C. Composite Floor Fungsi pembatas harga optimum 2. Neural Dynamic Method terendah

Menggunakan Tabel AISC Lantai Komposit? 3. Counter Propagation Neural (CPN)

network for function approximation

2 Farkas 2013 Optimasi Optimasi struktur Optimasi dengan Berapa berat atau Particle Swarm Optimization (PSO) Kombinasi ketebalan

Jarmai Baja yang di las Fungsi pembatas harga optimum welded profil dengan

Mengunakan Welded profil

Struktur Baja Welded? harga terendah

3 Senouci 2009 Optimasi Cost Optimization Optimasi dengan Berapa berat atau Genetic Algorithm (GA) Kombinasi Harga Al-Ansari Composite Floor Fungsi pembatas harga optimum terendah

Menggunakan Tabel AISC Lantai Komposit?

4 Kaveh 2012 Optimasi Cost Optimization Optimasi dengan Berapa berat atau Harmony Search (HS) Kombinasi Harga Ahangaran Composite Floor Fungsi pembatas harga optimum terendah

Menggunakan Tabel AISC Lantai Komposit?

5 Kaveh 2012 Optimasi Cost Optimization Optimasi dengan Berapa berat atau Optimasi Koloni Semut (ACO) Kombinasi Harga Masoudi Composite Floor Fungsi pembatas harga optimum terendah

Menggunakan Tabel AISC Lantai Komposit?

TABEL PENELITI TERDAHULU

Posisi Penelitian

1. Obyek yang dijadikan studi kasus adalah modular building 20 lantai.

2. Metode optimasi yang digunakan, metaheuristik scatter search.

3. Data yang digunakan, menggunakan data profil baja wide flage (WF) yang ada di pasaran Indonesia (Produksi PT. Gunung Garuda).

METODE OPTIMASI METAHEURISTIK

Metaheuristik Scatter Search, Talbi 2009

WHY SCATTER SEARCH ?

Model Pengelompokan Metaheuristik Johann Dréo

Tidaklah mungkin membuat satu algoritma yang bisa menyelesaikan semua permasalahan dengan sangat memuaskan (super algorithm).

(Wolpert and Macready, 1997)

Why Scatter Search?

Permasalahan Modular plat komposit adalah permasalahan diskrit kombinatorial dengan ruang pencarian yang besar sehingga metode scatter search mampu melakukan pencarian variable yang optimal atau mendekati optimal.

METODE OPTIMASI SCATTER SEARCH

ImprovementMethod

Diversification GenerationMethod

Reference SetUpdate Method

Subset GenerationMethods ss

ImprovementMethod

Solution CombinationMethod

No New Reference Solutions Added

P

RefSet

A

B

C

1

2

3

4

Convex

Non-convex

Scatter search merupakan population based metaheuristic mampu membangun solusi percobaan baru

(Glover dan Laguna 1997)

Identifikasi Masalah

Tinjauan Pustaka Pengumpulan Data

3.1

Analisa Data

Optimasi modular dengan biaya

minimal

Diskusi dan Pembahasan

Ukuran Modular

- Metaheuristik- Modular- Analisa Struktur

- Data Sekunder

1. Daftar Profil bajaWF 2. Daftar Harga Baja3. Denah Rusunami

Fungsi Tujuan

Fungsi Kendala

3.2.23.2

3.2.3

Variabel

Range Variabel

3.2.1

3.3

3.4

Perbandingan biaya eksisting dengan

hasil optimasi

METODOLOGI PENELITIAN

BLACK BOX YOUTPUT

YINPUT

BLACK BOX: alat analisa hubungan antara hasil akhir (Output) dengan masukan usaha (Input) dari suatu sistem, tanpa perlu pengetahuan yang mendalam tentang kerja proses transformasi.

Sumber : Slide Kuliah Analisa System Ir.Endah Angreni,MT

TABEL VARIABELNo Variabel KategoriX1 Kuat Tekan Beton Descrete variabel

X2 Ketebalan Lantai Beton Descrete variabel

X3 Ukuran Profil Baja Tabel WF di pasaran Indonesia

X4 Jarak c/c antar balok WF Custom variableX5 Diameter Baut Geser Custom variableX6 Jumlah Baut Geser Descrete variable

Plat Beton

Baut Geser (Stud Bolt)

Tebal Plat

initialsolution

guiding solution

Total kombinasi : 1.088.660

𝑓 (𝑋 )=𝐶𝑐𝑜𝑛+𝐶𝑠𝑡𝑒𝑒𝑙+𝐶 𝑠𝑡𝑢𝑑

Balok Baja WF

RANGE VARIABELKuat Tekan

beton (f’c)

Ketebalan plat

lantai (tc)

Ukuran profil Jarak c/c

profil

Diameter

baut geser

Jumlah baut

geser

X1 X2 X3 X4 X5 X6

(Mpa) (mm) (mm) (mm)

20 50 WF 100x100x6x8 500 13 10

25 60 WF 125x125x6,5x9 800 16 12

30 70 WF 150x75x5x7 1000 19 14

35 80 WF 148x100x6x9 1600 22 16

40 90 WF 150x150x7x10 2000 18

100 WF 175x175x7,5x11 4000 20

110 WF 198x99x4,5x7 22

120 WF 200x100x5,5x8 24

130 WF 200x200x8x12 26

140 WF 248x124x5x8 28

150 WF 250x125x6x9 30

160 WF 250x250x9x14 32

170 WF 298x149x5,5x8 34

180 WF 300x150x6,5x9 36

190 WF 300x300x10x15 38

200 WF 346x174x6x9 40

WF 350x175x7x11 42

WF 350x350x12x19 44

WF 396x199x7x11 46

WF 400x200x8x13 48

WF 400x400x13x21 50

WF 450x200x9x14

WF 500x200x10x16

WF 600x200x11x17

WF 588x300x12x20

WF 700x300x13x24

WF 800x300x14x26

S T

TS

S T

Tabel Baja Profil Lokal Indonesia (Produksi PT.Gunung Garuda)

FUNGSI TUJUAN

Plat Beton

Baut Geser (Stud Bolt)

Tebal Plat

𝑓 (𝑋 )=𝐶𝑐𝑜𝑛+𝐶𝑠𝑡𝑒𝑒𝑙+𝐶 𝑠𝑡𝑢𝑑

Balok Baja WF

16x6 m = 96

m

Modul 2 6x12 m

6.0 m 6.0

m

6.0

m

6.0 m

Modul 1 8x6 m

Meminimalkan biaya Modular plat lantai komposit. adalah biaya beton per satuan volume adalah biaya baja bahan balok per unit berat adalah biaya pemasangan satu baut geser termasuk biaya bahan

FUNGSI PEMBATAS

d1d2

d1

d2

Kapasitas Momen Komposit Balok ketika Plastik Sumbu Netral (PNA) Terletak didalam Web Balok

 

Kapasitas Momen Komposit Balok ketika Plastik Sumbu Netral (PNA) Terletak di dalam Flange Balok

 

𝑀𝑢𝑛𝑜𝑛𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑒

0.9𝑀𝑛𝑛𝑜𝑛𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑒− 1≤ 0

𝑀𝑢𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑒

0.85𝑀𝑛𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑒−1≤ 0

∆𝐿𝐿

𝐶1𝐿−1 ≤ 0

1 −𝑆𝑡𝑢𝑑𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑛𝑔

6 ×𝑠𝑡𝑢𝑑𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟≤ 0

𝑆𝑡𝑢𝑑𝑆𝑝𝑎𝑐𝑖𝑛𝑔

8 × 𝑡𝑐− 1≤ 0

KONDISI OPTIMASI

Kasus 1 : Variabel ketebalan plat beton (X2) dan variabel kuat tekan beton (X1) dibuat tetap sebagai konstanta

Kasus 2 : Variabel kuat tekan beton (X2) dibuat tetap sebagai konstanta

Kasus 3 : Semua variabel digunakan range variabel

Validasi Mengunakan Design Existing Lantai Komposit Rusunami (Trial & Error)

No Variabel Kategori

X1 Kuat Tekan Beton Descrete variabel

X2 Ketebalan Lantai Beton Descrete variabel

X3 Ukuran Profil Baja Tabel profil Baja WF

X4 Jarak c/c antar balok WF Custom variable

X5 Diameter Baut Geser Custom variable

X6 Jumlah Baut Geser Descrete variable

HASIL OPTIMASI

Solusi Model

Model Formal

Permasalahan Sistem

ModelKonseptual

Validasi Data

Validasi Operasional

Verifikasi Konseptual

Verifikasi Logis

Validasi Empirik

- Penilaian Model- Parameterisasi - Pemodelan

- Rekomendasi- Implementasi

- Cara Pandang- Pendekatan Sistem- Asumsi

VERIFIKASI & VALIDASI HASIL OPTIMASI

Sumber : Slide Kuliah Analisa System Ir.Endah Angreni,MT

VERIFIKASI DENGAN PENELITI TERDAHULU

Dari penelitian yang dilakukan (Adeli and Sarma, 2006) dengan melakukan optimasi plat komposit dengan metode neural dynamic serta genetic algorithm dan melakukan validasi dengan text books salmon and Johnson (2006) diperoleh biaya penghematan lantai komposit sampai dengan 15%. Penelitian yang dilakukan (Senouci and Al-Ansari, 2009) dengan melakukan optimasi lantai komposit dengan metode genetic algorithm dan melakukan validasi dengan perhitungan design berdasarkan AISC-LRFD diperoleh biaya penghematan lantai komposit sampai dengan 25%.

Contoh Kasus

𝒇′𝒄 𝒕𝒄 Steel Profil 𝒆 𝒔𝒅 Ns

Selisih

(Mpa) (mm) WF mm mm X1 X2 X3 X4 X5 X6

Kasus 1 30 150 WF 250x125x6x9

2000 22 12 16.043.636

38.68%

Kasus 2 30 60 WF 298x149x5,5x8

2000 19 18 14.408.363

44.93%

Kasus 3 40 50 WF 298x149x5,5x8

2000 19 28 14.596.363

44.21%

Eksisting Proyek

30 150 WF 396x199x7x11

2000 19 18 26.161.818

𝑪𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 Contoh Kasus

𝒇′𝒄 𝒕𝒄 Steel Profil 𝒆 𝒔𝒅 Ns

Selisih

(Mpa) (mm) WF mm mm X1 X2 X3 X4 X5 X6

Kasus 1 30 150 WF 396x199x7x11

2000 16 16 38.692.727

22.26%

Kasus 2 30 70 WF 396x199x7x11

2000 13 22 35.248.727

29.18%

Kasus 3 40 70 WF 396x199x7x11

2000 13 22 35.248.727

29.18%

Eksisting Proyek

30 150 WF 450x200x9x14

2000 19 18 49.774.545

𝑪𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍

Tebal

plat (tc)= 70mm

=

2000

=

2000

=

2000

Kuat tekan (f’c)= 40 Mpa

Bentang

(L)= 12000mm

Dia stud bolt

(Nd)= 13mm

Jumlah Ns= 22 WF= 396x199x7x11

Tebal

plat (tc)= 50mm

=

2000

=

2000

=

2000

Kuat tekan (f’c)= 40 Mpa

Bentang

(L)= 8000mm

Dia stud bolt

(Nd)= 19mm

Jumlah Ns= 28 WF= 298x149x5,5x8

Hasil Optimasi Modular Lantai Type 1, Kasus 3 Hasil Optimasi Modular Plat Komposit Type 2, Kasus 3

VERIFIKASI & VALIDASI HASIL OPTIMASI

4 6 8 1 0 -

10,000,000

20,000,000

30,000,000

40,000,000

50,000,000

60,000,000

70,000,000

80,000,000

DL 300kg/m2 & LL 400kg/m2DL 200 kg/m2 & LL 300 kg/m2DL 100 kg/m2 & LL 250 kg/m2

Bentang balok (m)

fung

si h

arga

(rp.

)

Beban Mati

Beban Hidup

Bentang Balok

f'c tc Steel Profil sd Ns

DL (kg/m2)

LL (kg/m2)

(m) (Mpa) (mm) WF mm

100 250 4 30 70 WF 150x75x5x7 16 10 4,137,455

6 30 70 WF 198x99x4.5x7 16 12 7,201,636

8 30 70 WF 248x124x5x8 19 16 12,329,455

10 30 70 WF 300x150x6.5x9 22 18 20,311,818

200 300 4 30 70 WF 150x75x5x7 16 10 4,137,455

6 30 70 WF 200x100x5.5x8 19 12 8,047,091

8 30 70 WF 298x149x5.5x8 19 16 14,620,364

10 30 70 WF 364x174x6x9 19 18 22,448,182

300 400 4 30 70 WF 150x75x5x7 16 10 4,137,455

6 30 70 WF 248x124x5x8 19 12 9,247,091

8 30 70 WF 300x150x6.5x9 22 16 16,329,455

10 30 70 WF 350x175x7x11 13 18 26,175,455

𝑪𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 VERIFIKASI & VALIDASI HASIL OPTIMASI

Hasil optimasi modular plat lantai diperoleh untuk berat modul Type 1

adalah 2432 kg dan berat modul Type 2 adalah 5390 kg (dengan modul

dibuat lebar maksimum per 2000 mm untuk memudahkan transportasi),

ketersediaan alat angkat (tower crane) mencapai 6000-9000 kg.

APLIKASI HASIL OPTIMASI PADA REAL PROYEK

APLIKASI HASIL OPTIMASI PADA REAL PROYEK

Pengiriman modular juga dilakukan sesuai kebutuhan tahapan pelaksanaan sehingga tidak terjadi penumpukan di lokasi proyek dengan penerapan lean proyek (just in time), sehingga keuntungan yang kita dapatkan dari penghematan biaya 20-40% dari optimasi material plat komposit

Fabrikasi konstruksi komponen modular yang dikerjakan bersamaan pelaksanaan pondasi, maka schedule pelaksanaan bisa dimampatkan, hal ini akan berpengaruh ke penghematan waktu yang juga akan berdampak pada minimalisasi biaya proyek total

KESIMPULAN DAN SARAN

Dalam penelitian diperoleh hasil penghematan yang signifikan yaitu sebesar 38.68 %

sampai dengan 44.93% untuk modular komposit type 1 (8x6 m2) dan penghematan

biaya 22.26 % sampai dengan 29.18% untuk modular komposit type 2 (12x6 m2)

dibandingkan dengan eksisting design komposit dengan cara trial and error.

Metaheuristik scatter search mampu menghasilkan solusi optimal atau mendekati

optimal untuk berbagai masalah teknik praktis diskrit maupun kombinatorial.

Perlu diteliti pemakaian konstruksi modular untuk komponen lainnya dan pengaruh terhadap biaya dan waktu proyek.

TERIMAKASIHEmail : yoki.triwahyudi@yahoo.com

Info.dyka@gmail.com