Projekty a granty

Minimalizace rizik systémů pro zásobování vodou s využitím systémové analýzy pomocí nástrojů facility managementu

SP2017/172

Projekt je zaměřen na minimalizaci rizik a mimořádných událostí při provozování systémů zásobování vodou, s využitím systémové analýzy, pomocí nástrojů facility managementu. Hlavním úkolem projektu tak je dosáhnout optimalizace a zefektivnění provozování těchto infrastrukturálních staveb za účelem jejich trvale udržitelného rozvoje. V první části projektu bude řešen tzv. podzemní urbanismus, který představuje řešení vzájemných vztahů podzemních staveb. S touto problematikou souvisí zejména způsoby ukládání inženýrských sítí, které mohou být v podzemí uloženy různými způsoby a od kterých se pak odvíjí nejen způsob výstavby, ale i způsoby údržby a oprav těchto podzemních děl. V tomto projektu se zaměříme zejména na možnosti ukládání vodovodního potrubí a případné vnější faktory, které na tyto liniové prvky mohou negativně působit. Tyto faktory mají významný vliv na trvanlivost, životnost a provozuschopnost vodovodních řadů, mohou ovlivňovat jejich chování v průběhu času a je tedy zapotřebí tyto vlivy prověřit pro řešení dalších částí projektu. Další část projektu, aplikace facility managementu jakožto nástroje pro vyhodnocení funkčnosti systému zásobování pitnou vodou, se zabývá poznatky zjištěnými jednak v první fázi projektu, tedy vlivy působícími na vodovodní potrubí a následně poznatky nabytými v předchozích projektech, zejména tedy projektu SGS SP2016/117 „Optimalizace provozu vybraných kritických infrastruktur s využitím facility managementu“. V této fázi budou veškeré tyto poznatky hodnoceny a kategorizovány tak, aby bylo možné formulovat zásady jak přistupovat k systémové údržbě a obnově vodovodních sítí. Nakonec pomocí systémové analýzy bude vyhodnocena spolehlivost celého systému zásobování vodou, a to s pomocí poznatků získaných díky nástrojům facility managementu. Na tomto základě pak budou navržena řešení pro optimalizaci a zefektivnění provozu systému pro zásobování pitnou vodou. V rámci řešení projektu budou řešeny následující tři hlavní cíle: A) Podzemní urbanismus – objektivizace hodnocení způsobů ukládání inženýrských sítí v různých typech zástavby, včetně historické zástavby měst Analýza udržitelného rozvoje technické obsluhy měst s různými typy zástavby v pokročilém stádiu jejich urbanizace. Zejména pak přehled dosavadních způsobů ukládání inženýrských sítí podle jejich druhu, funkce a vztahu k okolní zástavbě, vyhodnocení výhod a nevýhod jednotlivých způsobů ukládání z hlediska pořizovacích nákladů, nákladů údržby a vlivu na okolní zástavbu resp. městský provoz a použití optimalizačních kritérií na vybraných příkladech ukládání inženýrských sítí v různých typech zástavby (zejména historická jádra měst vs. výstavba na zelené louce). B) Aplikace nástrojů facility managementu na objekty plnící funkci zásobování pitnou vodou, za účelem zajištění jejich efektivního provozu a optimalizace V této části projektu budou řešeny vazby facility managementu na provozování vodovodních sítí, které podmiňují bezproblémovou funkčnost tohoto systému. Bude zde řešena důležitost spolehlivosti provozování vodovodních sítí a její negativní dopady při vzniku poruchových stavů a výpadků provozu, s ukázkou příkladů nastalých výpadků provozu a jejich negativních vlivů na kvalitu života uživatelů, kteří vodu odebírají. Nakonec bude nastíněn problém obnovy a údržby vodovodních sítí a bude provedena technickoekonomická rozvaha, která bude zpracována nad informacemi a výstupy z ostatních dílčích částí tohoto projektu. Budou formulovány zásady jak přistupovat k systémové údržbě a obnově vodovodních sítí tak, aby bylo eliminováno riziko výpadku provozu z důvodu špatného fyzického stavu sítě. C) Systémová analýza pro vyhodnocení spolehlivosti systému zásobování vodou Ve vztahu k důležitosti bezporuchového provozu systému zásobování vodou budou identifikována provozní rizika vodovodních sítí, ovšem z pohledu jejich fyzického stavu, zvoleného materiálu a způsobu řešení jejich uložení, které vzejdou z předchozích dvou hlavních cílů práce A) a B). Analytické přístupy k systémové analýze lze členit na induktivní a deduktivní. Induktivní metody jsou využívány pro určení možných stavů systémů (zejména těch poruchových). Tyto induktivní přístupy již byly popsány a řešeny v předchozích projektech SGS, např. “Optimalizace provozu vybraných kritických infrastruktur s využitím facility managementu“, kde byla aplikována semikvadratická metoda FMEA – Failure Models Effect Analysis (analýza selhání a jejich dopadů) pomocí metody technických ukazatelů. V tomto projektu bude věnována pozornost zejména metodám deduktivním, které jsou používány k určování toho, jak může dojít k danému stavu systému. Typickým zástupcem deduktivních metod je analýza stromem poruch FTA – Fault Tree Analysis a metoda HAZOP (Hazard and Operability Study) - analýza ohrožení a provozuschopnosti, které budou v tomto projektu aplikovány. V návaznosti na předchozí řešený projekt SP 2016/117 “Optimalizace provozu vybraných kritických infrastruktur s využitím facility managementu“ bude i v tomto projektu využito reálné území obce Žabeň u Frýdku Místku. Toto území bude využito jednak proto, že v současnosti již disponujeme informacemi o infrastrukturálních sítích, které se zde nacházejí, ale také z důvodu, že v předchozím projektu již byl realizován základní průzkum a vyhodnocení stavu sítí v této obci a na tyto poznatky budeme nyní navazovat. V rámci řešení projektu bude také zapotřebí provést dotazníkové šetření u vybraných provozovatelů vodovodů a kanalizací v ČR. Z dotazníkového šetření by měly vzejít zejména odpovědi na otázky, jako jsou preferované způsoby ukládání nově realizovaných vodovodních řadů, způsoby evidence provozních situací vznikajících při provozování inženýrských sítí, využívané nástroje pro řízení plánů údržby, dále odpovědi na otázky, zdali provozovatelé modelují data životnosti a opotřebení v čase, jakým způsobem vedou evidenci svého majetku a také zdali provádějí rizikové analýzy provozu. Rozbor stavu problematiky v ČR a ve světě V současné době není problematika optimalizace spolehlivosti vodohospodářských staveb komplexně řešena. Problematikou inženýrských sítí, vodohospodářských staveb, případně i kritickou infrastrukturou se zabývá velké množství odborníků, nicméně každý tuto problematiku řeší jen částečně a cíleně, se zaměřením jen na určité části celého procesu optimalizace. S řešením této problematiky se lze částečně setkat u vodohospodářských staveb, které jsou v soukromém vlastnictví. Zde se pak jedná zejména o vnitroareálové vedení technického vybavení různých podniků. Tato problematika je zde však řešena vždy jako problém daných lokalit specifických svými podmínkami, přičemž je obvykle problém zadán majitelem, případně pronajímatelem ke zpracování pomocí odborného pracoviště. Obvykle jsou zadávací podmínky v těchto případech zcela specifické a tvoří unikátní kombinaci, jakkoliv jsou však jistá zobecnění i v těchto případech možná. Podobně je to mu i z pohledu propojení facility managementu a technické infrastruktury, kde je tato problematika taktéž řešena jen okrajově. V posledních letech se stále častěji setkáváme s rostoucím vývojem správy, údržby a provozu zejména v oblasti TZB a stavebních objektů, nicméně na technickou infrastrukturu se zatím zapomíná. Facility management částečně využívají samotní správci jednotlivých segmentů technické infrastruktury, avšak jen na velmi nízké úrovni, zpravidla jen jako pokus o základní pasportizaci. Bohužel rozsah těchto podkladů zpravidla není kompletní, což je způsobeno tím, že stále ještě velká část inženýrských sítí je již staršího data. Dalším znepřesňujícím faktorem jsou pak častá improvizovaná řešení při havarijních opravách těchto sítí. Při realizování projektu se tedy lze částečně opřít jednak o předchozí výzkum v rámci předchozích řešených projektů SGS a dále o o současný stav poznání, který částečně ve svých publikacích řeší autoři uvedení v následující části – Citace cizích prací, případně se lze též opřít o další legislativní a normativní podklady. Citace cizích prací • PROSKE, Zbyněk a Petr ŠRYTR. Programová obnova technické infrastruktury. 1. vyd. Praha: Professional Publishing, 2012, 94 s. ISBN 978-80-7431-113-0. • ŠRYTR, Petr. DOS-T: Způsoby ukládání inženýrských sítí. Praha: Informační centrum ČKAIT. • BRIŠ, Radim. Inovační metody pro ocenění spolehlivosti prvků a systémů, VŠB - TUO, Ostrava 2007, ISBN: 978-80-248-1596-1. • FUCHS, Pavel. Management rizika komplexních systémů. Liberec, 2010. Habilitační práce. Technická univerzita v Liberci. • GUIKEMA, Seth D. Natural disaster risk analysis for critical infrastructure systems: An approach based on statistical learning theory. Reliability Engineering and System Safety, 94(4), pp 855-860. ISSN: 0951-8320 DOI: 10.1016/j.ress.2008.09.003 • PICCINELLI, Roberta and BOTTANI, Carlo Enrico. Methods for the Vulnerability of Analysis of Critical Infrastructures. Milano, 2013. Dissertation. Politecnico di Milano. • FUCHS, Pavel a KOUCKÝ Miroslav. Hodnocení kritické infrastruktury, metodický návod. Technická universita v Liberci, Liberec 2005, 16 stran. • STEIN Dietrich, NIEDEREHE Wilhelm: Instandhaltung von Kanalisationen, 2., überarbeitete und erweiterte Auflage, Verlag für Architektur und technische Wissenschaften, Ernst§Sohn, Berlin, 2002, ISBN 3433013160. • EMINGR, Lukáš. Moderní metodiky facility managementu část 2: Commissioning – základní oblasti pro využití. Časopis Vytápění, větrání, instalace. Odborný časopis Společnosti pro techniku prostředí. Praha: Společnost pro techniku prostředí, roč. 2015, č. 3, s. 112-113. ISSN 1210-1389. • ČSN 73 6005. Prostorové uspořádání sítí technického vybavení. Praha: Český normalizační institut, 1994. • ČSN 73 7505. Sdružené trasy městských vedení technického vybavení. Praha: Český normalizační institut, 1994. • ČSN 75 5401. Navrhování vodovodních potrubí. Praha: Český normalizační institut, 2007. • TNV 75 5402. Výstavba vodovodních potrubí. Praha: Český normalizační institut, 2007 • ČSN 01 0651. Spolehlivost v technice. Přejímací plány jedním výběrem založené na exponenciálním rozdělení doby bezporuchového provozu. Praha: Český normalizační institut, 1982 • ČSN 01 0652. Spolehlivost v technice. Přejímací plány srovnáváním jedním výběrem založené na Weibullově rozdělení doby bezporuchového provozu. Praha: Český normalizační institut, 1982 • ČSN EN 61025. Analýza stromu poruchových stavů (FTA). Praha: Český normalizační institut, 1997. Přehled použitých metod Při řešení projektu budou uplatněny následující metody: • Faktorová analýza – uplatnění při vyhodnocení způsobů ukládání inženýrských sítí v různých typech zástavby • Metoda HAZOP (Hazard and Operability Study) - analýza ohrožení a provozuschopnosti • Metoda FTA (Fault Tree Analysis) - Analýza stromu poruch • SW - R: The R Project for Statistical Computing – statistický program pro výpočty pravděpodobnosti vrcholové události - TOP z analýzy stromu poruch • Další metody, jako základní ekonomické bilancování a hodnocení, hodnotová analýza, kritická analýza, SWOT analýza apod. Metoda HAZOP je založena na hodnocení pravděpodobnosti ohrožení a z nich plynoucích rizik. Jejím hlavním cílem je identifikace scénářů potencionálního rizika - umožňuje tedy identifikovat nebezpečné stavy, které se mohou na zkoumaném zařízení vyskytnout. Metoda hledá tzv. kritická místa a následně vyhodnocuje potenciální rizika a nebezpečné stavy. FTA je graficko-statistickou metodou vykazující veškeré možné kombinace událostí, jež vedou k vrcholné události - TOP, představující možné selhání systému. Tato analýza za pomoci statistických metod sloužit k odhadu frekvence, nebo pravděpodobnosti vzniku dané vrcholné události. Tyto dvě metody budou aplikovány na reálném území obce Žabeň. Podkladem pro tyto metody budou mimo jiné i poznatky nabyté v předcházejícím projektu. Zdůvodnění zapojení jednotlivých členů týmu • Ing. Marek Teichmann – student, hlavní řešitel projektu • Ing. Natálie Szeligová – studentka, vlastní řešení projetu SGS • Ing. Anna Gonščáková – studentka, vlastní řešení projetu SGS • prof. Ing. Radim Briš, CSc. – školitel hlavního řešitele projektu Skladba řešitelského týmu jsou tři studenti a jeden akademický pracovník (školitel hlavního řešitele), tedy 3:1. V průběhu řešení projektu pravděpodobně nastane situace, že hlavní řešitel projektu Ing. Marek Teichmann odevzdá svou DiP a je možné, že těsně před koncem tohoto připravovaného projektu SGS dokončí studium. I přes tuto možnost však v projektu SGS zůstane více studentů než akademických pracovníků, konkrétně 2:1. Předchozí dosažené výsledky členů týmu - studentů • TEICHMANN, Marek a František KUDA. Možnosti využití odpadních vod v domech, bytech a v průmyslu. Vytápění, větrání, instalace. Odborný časopis Společnosti pro techniku prostředí. Praha: Společnost pro techniku prostředí, roč. 2014, č. 3, s. 98-101. ISSN 1210-1389. (publikace Jsc) • TEICHMANN, Marek, Frantisek KUDA and Zbynek PROSKE. Emergency Supply of drinking water. Applited Mechanics and Materials. Stafa - Zurich, Switzerland: Trans Tech Publications Ltd., Vols. 580-583 (2014): pp 2346-2349. ISSN: 16609336. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.580-583.2346. (publikace D) • TEICHMANN, Marek and Frantisek KUDA. Risk Analysis in Water Management. Applied Mechanics and Materials. Stafa - Zurich, Switzerland: Trans Tech Publication Ltd., Vol. 737 (2015): pp 668-671. ISSN: 16609336. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.737.668. (publikace D) • TEICHMANN, Marek and Jiri KUCERA. The issue of brownfields on the example of the use the area of the old sewage treatment plant Ostrava – Privoz. FURDÍK, Juraj, Rostislav ONDRUŠ et al. MobEx 2013-2014 - water and city - brownfields. 1st ed. Cracow: Towarzystwo Słowaków w Polsce, 2014, pp 111-117. ISBN 978-83-7490-767-5. (kapitola v knize C) • SZELIGOVA, Natalie, TEICHMANN, Marek and Frantisek KUDA. The Possibilities of New Utilization of Brownfields, with a Focus on Technical Infrastructure. In: International Conference on Applied Engineering and Materials 2016, Weihai, China. In Press. (publikace D) • TEICHMANN, Marek, SZELIGOVA, Natalie and Stanislav ENDEL. Identification of Technical Installations in Brownfields Depending on Type of Brownfields. In: International Conference on Applied Engineering and Materials 2016, Weihai, China. In Press. (publikace D) • TEICHMANN, Marek, SZELIGOVA, Natalie and Stanislav ENDEL. Regeneration of Technical Installation in Brownfields. In: International Conference on Applied Engineering and Materials 2016, Weihai, China. In Press. (publikace D) • TEICHMANN, Marek, SZELIGOVA, Natalie, SRYTR, Petr and Frantisek KUDA. Water Construction in Undermining or Otherwise by Urbanization adversely Affected Environment. Journal of Engineering and Applied Sciences. Faisalabad, Pakistan: Medwell Publishing, 2016. ISSN 1818-7803. In Press. (publikace Jsc) • KUDA, Frantisek, WERNEROVA, Eva, TEICHMANN, Marek, and Stanislav ENDEL. Identification and breakdown of operating costs throughout a building’s lifetime. Research Journal of Applied Sciences. Faisalabad, Pakistan: Medwell Publishing, 2016. ISSN 1993-60793. In Press. (publikace Jsc) • VOJVODIKOVA, Barbara, SZELIGOVA, Natalie, TEICHMANN, Marek and Frantisek KUDA. Evaluation of the effects of students short – term internships in the context of a longer time horizon in the field of sustainable land use education. In: SGEM 2016: 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference 2016: Ecology, Economics, Education and Legislation: conference proceedings: 28 June - 7 July, 2016, Albena, Bulgaria. Sofia: STEF92 Technology, 2016. ISSN 1314-2704. DOI: 10.5593/SGEM2016/B53/S22.106. (publikace D) • KUDA, František a Marek TEICHMANN. Údržba infrastrukturálních staveb s využitím moderních technologií. Vytápění, větrání, instalace. Odborný časopis Společnosti pro techniku prostředí. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2016. ISSN 1210-1389. In Press. (publikace Jsc) • TEICHMANN, Marek and Natalie SZELIGOVA. Case study on the use of Facility Management tools in the process of optimizing the sewer network. Tehnički Vjesnik. Scientific professional journal of technical faculties of the Josip Juraj Strossmayer University of Osjek, Croatia. ISSN: 1330-3651. In Press. (publikace Jsc) Problematika řešení kritických infrastruktur s pomocí facility managementu navazuje na téma disertační práce hlavního řešitele projektu Ing. Marka Teichmanna – téma disertační práce je „Modelování a optimalizace spolehlivosti vybraných městských kritických infrastruktur“, který se věnuje zejména zajištění spolehlivosti dodávky pitné vody, spolehlivosti odvádění odpadních vod a spolehlivosti dalších médií v urbanizovaném území. Tato problematika bude v navrhovaném projektu řešena a následně dále využita při zpracování disertační práce. Tematicky navrhovaný projekt navazuje i na téma disertační práce spoluřešitelky Ing. Natálie Szeligové – téma „Výzkum disparit v procesu revitalizace brownfields v malých obcích a městech“, která se v rámci řešení problematiky brownfieldů zabývá řešením technické obsluhy v území a dále se v rámci zajištění výuky na katedře městského inženýrství věnuje problematice facility managementu. K řešení projektu byla dále přizvána studentka 1. ročníku doktorského studia Ing. Anna Gonščáková, která si jako téma své disertační práce zvolila problematiku ukládání inženýrských sítí v historické zástavbě měst, která je v tomto projektu řešena.

2017

2017

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Teichmann Marek Ing., Ph.D. Paed.IGIP