Porovnání výstupů z metodiky k určování životnosti vodovodních trub ze šedé litiny s výstupy ze střednědobých plánů obnovy

Během studia současného stavu řešení daného problému bylo zjištěno, že dosud nebyla vytvořena metodika, umožňující technicky zanalyzovat trubní materiál ze šedé litiny. Metodika, která by z technické analýzy trubního materiálu ze šedé litiny určovala aktuální, a predikovala budoucí životnost trubního úseku vodovodního potrubí.  Navržená a níže popsaná metodika je zpracována do programové aplikace. Výpočet aktuální a predikované životnosti je na základě multikriteriálního rozhodování.

Jiří Kozelský

Abstract

During the study of the current state of the solution of the problem has been found that has not yet been established methodology, enabling technically analyze piping material of gray cast iron. The methodology of the technical analysis of the pipe material of gray cast iron determine the current and predicted future life of the pipeline section of water pipes.

Zvolená metodika k určování životnosti

Navržená a níže popsaná metodika je zpracována do programové aplikace. Výpočet aktuální  a predikované životnosti je na základě multikriteriálního rozhodování.

Mezi hlavní podklady pro návrh metodiky řešení patří:

• poruchovost vodovodní sítě, která je poskytnuta od provozovatelů  Brněnských vodáren a kanalizací, a.s.
• a Ostravských vodáren a kanalizací, a.s. [5, 6];
• fyzikální a mechanické vlastnosti trubního materiálu ze šedé litiny, které jsou určeny na základě norem (kap. 3.2 a 3.3);
• technologie výroby trub ze šedé litiny, která je poskytnuta od výrobců – Královédvorských železáren a Sdružených československých železáren    [1, 2, 3, 4];
• vlastní expertní odhady.

V metodice je pro multikriteriální rozhodování navrženo celkem 14 kritérií. Jedná se o tato kritéria:

1. Závislost poruchovosti na stáří potrubí;
2. Závislost poruchovosti na tlaku vody v potrubí;
3. Závislost poruchovosti na velikosti jmenovité světlosti trub;
4. Technologie výroby trub;
5. Kvalita vnějších povlaků;
6. Kvalita vnitřních povlaků;
7. Kvalita trubních spojů a pokládky trub;
8. Chemismus vody – saturační index vody;
9. Chemismus vody – Ryznarův index vody;
10. Doba zdržení, minimální rychlost vody v potrubí;
11. Ztráty vody;
12. Vliv dopravy;
13. Závažnost poruch;
14. Četnost poruch.

Vstupní hodnoty do metodiky jsou nutné k nadefinování hodnoceného trubního úseku a slouží jako vstupy do kritérií. Kritéria jsou rozdělena do 2 skupin. Do první skupiny patří kritéria ve formě funkcí, do druhé skupiny patří kritéria ve formě bodových ohodnocení. Kritéria ve formě funkcí lze vykreslit křivkou, kritéria ve formě bodových ohodnocení lze vykreslit diskrétními body. Kromě skupin jsou kritéria rozdělena do dvou databází. V databázi nepřepisovatelné jsou kritéria, do kterých nemůže uživatel zasahovat. V databázi přepisovatelné jsou kritéria, které si uživatel může upravit na základě vložení vlastních hodnot. Po zadání vstupních hodnot, metodika všechny vstupy převádí do kritérií. Výstupem z kritérií jsou funkční hodnoty a diskrétní hodnoty,  které slouží jako vstupy do výpočtu multikriteriální funkce.

Před výpočtem multikriteriální funkce jsou všechny výstupy z kritérií znormovány do stejných bezrozměrných jednotek v intervalu (0 – 1). U některých kritérií je výstup přímo navržen v intervalu (0 – 1). Pokud je výstupem jiné číslo než v intervalu (0 – 1), je v metodice převedeno do požadovaného intervalu. Po sjednocení všech výstupů z kritérií dochází k výpočtu multikriteriální funkce.

Výstupem z multikriteriálního rozhodování je bezrozměrná hodnota životnosti trubního úseku (uvedená v procentech). Výpočtové schéma metodiky je na obr. 1. 

Prvním výstupem z metodiky je současná hodnota životnosti trubního úseku (v procentech) a druhý výstup predikuje hodnotu životnosti trubního úseku (v procentech) po „x“ letech, které si zadá uživatel. Kromě životnosti metodika určí i technický stav úseku a jeho zařazení do příslušné kategorie. Technický stav trub je určen z velikosti ztrát vody a počtu poruch na hodnocený úsek, které jsou vztaženy na jeho délku. Výstupy aktuální životnosti jsou porovnány s výstupy ze střednědobých plánů obnov viz kap. 2. Na obr. 2 je náhled na aplikaci navržené metodiky do programu zpracovaného v MS Excel. 

Porovnání výstupů z navržené metodiky s výstupy ze střednědobých plánů obnovy

Pro porovnání výstupů byly vybrány střednědobé plány obnovy od provozovatelů OVAK, a.s. a BVK, a.s. [5, 6].

OVAK, a.s.

Dle OVAK, a.s. [6] jsou pro vstupy do střednědobých plánů sanací (SDP) tato kritéria:

• Technický stav, který zohledňuje fyzický stav potrubí
• Závažnost poruch, zohledňující dopady případných poruch a odstávek potrubí
• Kvalita vody, zohledující předpokládaný vliv navrhovaného úseku na kvalitu vody (jak v úseku samotném, tak v okolní oblasti)
• Povrchy, zohledňující vliv povrchů na provádění rekonstrukce.
• Priorita stavby pro koordinaci - kritérium vyjadřuje komplexně naléhavost realizace stavby a přebírá se jako kritérium podporující nebo zlehčující potencionálně koordinovanou stavbu kanalizace. Jedná o shrnutí předchozích kritérií.

Všechna kritéria jsou hodnocena bodovým ohodnocením (1 – 4), kde vyšší hodnocení znamená horší technický stav trub, větší závažnost poruch, agresivní vodu v potrubí, nebo potrubí umístěné ve snadno dostupné oblasti. Toto bodové ohodnocení se znásobí vahami pro výpočet celkového bodového skóre. Pro rekonstrukci úseku se uvažuje velikost celkového bodového skóre nad 200 s ohledem na finanční prostředky a na koordinaci potrubí. Čím je vyšší bodové skóre, tím víc je úsek vhodný k sanaci. V tab. 1 a 2 je uvedeno porovnání výstupu z metodiky a ze SDP  OVAK, a.s. Pro porovnání byla použita vstupní data vodovodní  sítě města Ostravy.

Data jsou převzata z vodovodní sítě města Ostravy [6].

Porovnání výstupů z metodiky a ze SDP OVAK, a.s.

Do metodiky jsem zadal vstupní údaje k vybraným 16-ti vodovodním úsekům města Ostravy. I když  navržená metodika pracuje s větším množstvím vstupních údajů, pro výpočet aktuální a predikované životnosti jsem počítal pouze se vstupními údaji, které mi dodal provozovatel OVAK , a.s.. Tyto údaje jsou zobrazeny v tab. 1 a 2.

Při porovnání aktuální vypočtené životnosti a bodového skóre od OVAK a.s., je možné sledovat jistou korelaci. Na obr. 3 je vykreslena závislost aktuální životnosti (%) trubního úseku na bodovém skóre, které uvádí OVAK, a.s. Pro zpracování grafu bylo použito celkem 16 hodnocených úseků. 

V případě, že by metodika a SDP OVAK, a.s. poskytovaly stejné výstupy, rozptyl bodů v grafu by byl minimální a body by tvořily klesající přímku. Sestrojenými body je proložená trendová spojnice s uvedením rovnice regrese a rovnice spolehlivosti. Trendová spojnice  zobrazuje, jakých hodnot by v ideálním případě měla dosahovat aktuální životnost nebo bodové skóre. V mém případě jsou viditelné rozdíly výsledků, které jsou dány:

• rozdílným návrhem funkce metodiky a SDP;
• malým množstvím zadaných vstupních dat do metodiky a do SDP; metodika podporuje větší množství vstupních dat;
• rozdílným lidským faktorem při kalibraci váhového ohodnocení metodiky a při kalibraci vah k určení bodového skóre z SDP;
• nízkým počtem hodnocených úseků.

Při celkovém porovnání výstupů z metodiky a ze SDP je zřejmé, že čím je vyšší hodnota bodového skóre SDP, tím víc klesá životnost trubního úseku, tzn. úsek je vhodný k sanaci.

BVK, a.s.

Podle BVK, a.s. [5] se používají pro tvorbu střednědobých plánů 2 základní kritéria. Jde o stáří potrubí a poruchovost. Střednědobé plány jsou připravovány na 5 let. Trubní úseky jsou zařazovány do plánu sanací podle tzv. stavu trub.  Stav je ohodnocen diskrétní hodnotou v intervalu (1 – 5). Ohodnocení trubních úseků záleží na poměru stáří a životnosti potrubí a na poruchovosti.  Vysoké hodnoty označují vysoké stáří s poruchovostí a nutností úsek rekonstruovat. Čím je vyšší ohodnocení stavu trub, tím dříve je nutná jeho rekonstrukce. Jedno z rozhodujících kritérií je i koordinace, tj. potřeba rekonstrukce kanalizace, jiných inženýrských sítí nebo komunikace v ulici. V tab. 3 je uvedeno porovnání výstupu z metodiky a ze SDP BVK, a.s. Pro porovnání byly použity vstupní data vodovodní  sítě města Brna.

Porovnání výstupů z metodiky a ze SDP BVK, a.s.

K posouzení závislosti výstupů z metodiky a ze SDP  BVK, a.s. jsem provedl stejné porovnání výstupů jako v případě SDP  OVAK, a.s. Jelikož pro vstupy do SDP BVK, a.s. se používá pouze stáří trub a poruchovost, výstup z metodiky bude zkreslený z důvodů nedostatečného množství vstupů. I přesto lze ve vypočtené aktuální životnosti (z metodiky) a ve „stavu“ (dle SDP BVK, a.s.) najít korelaci. Na obr. 4 je vykreslena závislost aktuální životnosti (%) trubního úseku na „stavu“ který uvádí BVK, a.s. Pro zpracování grafu bylo použito celkem 27 hodnocených úseků. Vstupní údaje jsou uvedeny v tab. 3.  

V případě, že by metodika a SDP BVK, a.s. poskytovaly stejné výstupy, rozptyl bodů v grafu na ose y by byl minimální a graf by tvořilo pouze 5 klesajících bodů.  Sestrojenými body je proložená trendová spojnice s uvedením rovnice regrese a rovnice spolehlivosti. Trendová spojnice  zobrazuje, jakých hodnot by v ideálním případě měla dosahovat aktuální životnost nebo hodnota stavu trub.

V tomto případě jsou viditelné rozdíly výsledků, které jsou dány:

• rozdílným návrhem funkce metodiky a SDP;
• celočíselným ohodnocením „stavu trub“ v SDP s nízkým bodovým zastoupením
• velmi malým množstvím zadaných vstupních dat do metodiky a do SDP; metodika podporuje větší množství vstupních dat; dochází ke zkreslení výstupů z metodiky
• rozdílným lidským faktorem při kalibraci váhového ohodnocení metodiky a při tvorbě „stavu“ z SDP.
• nízkým počtem hodnocených úseků.

Závěrem    

Při celkovém porovnání výstupů z metodiky a ze SDP OVAK, a.s. je zřejmé, že čímmá hodnocený úsek větší hodnotu bodového skóre SDP, tím víc dle metodiky klesá životnost trubního úseku, a tím víc je úsek vhodný k sanaci.

Při celkovém porovnání metodiky a SDP BVK, a.s. je zřejmé, že čím má hodnocený úsek větší hodnotu „stavu“ z  SDP, tím víc dle metodiky klesá životnost trubního úseku, a tím víc je úsek vhodný k sanaci. Výsledky porovnání  výstupů z metodiky ze SDP prokázaly funkčnost navržené metodiky.