Методика прогнозирования деградации и планирования ремонта городских сооружений

Задачами расчета по методике прогнозирования ремонта являются: вычисление бюджета по содержанию и ремонту городских сооружений на ближайший год; ориентировочный расчет (прогнозирование) и оптимизация бюджета по содержанию и их ремонту на планируемый период, втом числе с учетом имеющихся бюджетных ограничений, включающего прогноз деградации сооружений в течение планируемого периода; отсутствие ремонтных воздействий, выполнение ремонтных воздействий по оптимизированному графику; определение графика исполнения ремонтов, проведения специальных обследований и выпуска соответствующей проектной документации.

Объектом расчета является произвольная выборка сооружений в пределах титульного списка. Выборка формируется по специальной процедуре и называется «Объектом планирования».

Планируемым периодом является выбранный отрезок времени протяженностью от 1 года до 99 лет, при этом началом отсчета будет день ремонта. Однако рекомендуется с учетом реальной точности ограничить длительность планируемого периода наблюдения 10—15 годами.

Планируемый период обычно разбивается на два этапа, и расчет показателей по этим этапам производится по разным алгоритмам. Эта разбивка обоснована наличием четырех, принципиально разных видов действий по содержанию и ремонту городских инженерных сооружений, которые включают:

• рутинные работы: уборку, мелкий сезонный ремонт;
• назначенные ремонтные воздействия, т. е. работы, которые не были запланированы заранее, но которые необходимо выполнить до момента проведения следующей инспекции;
• запланированные ремонтные воздействия, необходимость которых была выявлена заранее, предусмотренные к исполнению в данный период;
• прогнозируемые ремонтные воздействия, которые потребуются для поддержания сооружений на должном уровне с учетом их естественной деградации в течение всего планируемого периода.

Из данной классификации следует, что финансовая потребность на первый год планируемого периода или до момента проведения следующей инспекции (F\), определяемая воздействиями 1, 2 и 3-го видов, должна рассчитываться с высокой точностью. Финансовая потребность на период со второго года (Fi), определяемая воздействиями 1-го и 4-го видов, может только прогнозироваться, т.е. вычисляться приблизительно, поскольку в силу разнообразия конструкций городских сооружений, видов износа стандартных элементов, условий движения транспорта, используемых материалов для ремонта, а также появления непредсказуемых ситуаций в течение длительного планируемого периода стоимость воздействия 3-го вида точно рассчитать невозможно.

Таким образом, бюджет на весь планируемый период определится

как 

F= F₁ + F₂.

В результате расчета производится прогнозирование деградации объектов в течение планируемого периода.

Планирование ремонтных воздействий на весь планируемый период, начиная со 2-го года, рассчитывается по деградационным моделям, исходя из указанных в инспекционной форме фактических категорий состояния и категорий доступа элементов, а также назначенных предельно допустимых категорий состояний. Ориентировочный расчет бюджета на каждый (начиная со 2-го) год планируемого периода, в котором учитываются: уборка, содержание и сезонный ремонт, рассчитывается по площади сооружений с учетом ввода в эксплуатацию новых городских сооружений, а также сопутствующих расходов на транспорт и содержание аварийных служб.

Далее рассматриваются расходы на специальные обследования и проектные работы, необходимые для подготовки исполнения ремонтных воздействий и ориентировочные расходы на исполнение назначенных ремонтных воздействий.

Расчет бюджета на следующий год учитывает: уборку, содержание, сезонный ремонт, сопутствующие расходы на транспорт и содержание аварийной службы (аналогично указанному выше), а также расходы на использование назначенных инспекторскими службами ремонтных воздействий и расходы на заранее запланированные специальные обследования и проектные работы, необходимые для подготовки исполнения ремонтных воздействий, определяемые как процент от ориентировочной стоимости ремонтных воздействий.

Дополнительно включаются расходы на исполнение ранее назначенных и запланированных ремонтных воздействий, которые учитываются по данным, введенным на основании проектной документации.

Результаты расчета бюджета и планирования ремонтных воздействий для выбранной стратегии представляются как для объекта планирования в целом, так и для каждого включенного в него сооружения. Анализируя результаты по каждому конкретному сооружению с использованием справочных данных, можно уточнить стратегию и произвести новый расчет на базе откорректированных таблиц ремонтных назначений. Это открывает дополнительные возможности итерационного планирования.

Деградация стандартных элементов при отсутствии ремонтных воздействий. Основой расчета финансовых потребностей на планируемый период, начиная со 2-го года, является модель деградации технического состояния сооружений.

На основании длительного изучения нарушений функциональных свойств городских инженерных сооружений в целом и их элементов в частности установлено, что изменение любой количественной характеристики износа для рассматриваемого случая может быть описано функцией, определенной на отрезке времени [О, Т]:

i = е(i — Tq) = 1,

где i— нормированный относительный износ; t — текущий момент времени, лет; Т— нормативный срок службы, лет; Т0 — период бездефектной эксплуатации; X — коэффициент нормирования, вычисляемый из граничного условия

Я, = 0,693/(7- Г0).

В действительности для различных элементов предельному состоянию соответствуют разные абсолютные значения относительного износа (обычно в диапазоне 70—100 %), назначаемые из конструктивных соображений. Можно считать, что «нормативному сроку службы» соответствует «предельное состояние», понимаемое как 100 %-й нормированный износ (i = 1).

Весь диапазон деградации технического состояния, характеризуемый изменением нормированного износа i в диапазоне {0,1}, делится на пять категорий: три основные и две промежуточные, согласно табл. 8.4.

Таблица 8.4. Обобщенная характеристика категорий состояния элементов

Идентификация фактического состояния каждого элемента производится путем присвоения ему той или иной «категории состояния». При дальнейших расчетах принимается, что фактический износ элемента равен

i=0,5(i_р(i) + i_р(i-1)),

где i — номер категории состояния; i_p(i) — максимальный износ для i-й категории.

Например, если элементу присвоена категория состояния 2, его фактический износ понимается как 50 %, если категория состояния 2,5 - 70 %.

Все дальнейшее прогнозирование состояния элемента производится в показателях количественного износа. Таким образом, понятие «категория состояния» требуется только для идентификации уровня износа элементов и в этом смысле определяет точность прогноза деградации.

Считается, что чем большее число категорий состояния, тем более точного прогноза деградации стандартного элемента можно добиться. Здесь задача заключается в том, что детальное разбиение на категории требует более трудоемкого и длительного исследования сооружения. С учетом реальных возможностей служб эксплуатации городских инженерных сооружений, а также накопленного опыта установлено, что 3—5-е категоричное разбиение позволяет обеспечить удовлетворительную точность.

Время работы элемента в пределах i-го состояния определяется по формуле

При оценке категории состояния по относительному (процентному) износу удобно вычислять значение остаточного ресурса для любой текущей величины износа (I_t) в виде

Тогда, поскольку в этом случае

то относительная величина остаточного ресурса составит

Формулы (8.1) — (8.5) позволяют рассчитать остаточные ресурсы элементов при условии отсутствия ремонтов в течение всего срока службы.

При этом следует учитывать, что эти показатели базируются на понятии «нормативный расчет», а последний, по определению, реализуется только в случае нормальной эксплуатации, т. е. когда все элементы сооружения сохраняют работоспособность.