Способ управления технической эксплуатацией производственных зданий

Известный способ оценки технического состояния зданий и сооружений по действующим нормам [1–6] включает визуальное и инструментальное обследования конструкций, натурное исследование параметров среды, в которой они эксплуатируются, испытания характеристик материалов, уточнение нагрузок и воздействий на конструктивные элементы, поверочные расчеты и разработку мероприятий по восстановлению работоспособного состояния конструкций. В результате обследования устанавливают дефекты и повреждения конструкций, производят определение степени потери их несущей способности в процентах к первоначальному, нормативному состоянию и на основе этого устанавливают категорию технического состояния конструкций (нормативное, работоспособное, ограниченно-работоспособное и аварийное). Затем по приоритету степени потери несущей способности конструкций, то есть в зависимости от категории технического их состояния, разрабатывают очередность мероприятий по восстановлению конструкций, производят управление технической эксплуатацией здания.

Недостатками известного способа являются:

• 1.    Отсутствие нормативов отнесения различных конструкций к установленным категориям

• 2.    При назначении этапов ремонтных работ по категориям технического состояния не учитываются риски и ущербы аварий конструкций по различным сценариям их развития. Кроме того, заказчик обследования зачастую ограничен в финансовых средствах (особенно при локальных и глобальных экономических кризисах) и вынужден выполнять обследование и ремонты по этапам, не учитывая фактическое состояние здания в целом и потенциальные риски строительных аварий.

технического состояния; какие именно величины снижения несущей способности в процентах соответствуют категориям технического состояния: нормативное, работоспособное, ограниченноработоспособное и аварийное. Как правило, разрешение этого вопроса является компетенцией эксперта и зависит от его знаний и опыта. Недостаток опыта может приводить к ошибкам как по оценке технического состояния, так и по содержанию, стоимости и очередности восстанавливающих мероприятий (ремонтов и усилений).

Поясним это на примере. Пусть фактическое распределение конструкций по категориям технического состояния: в работоспособном состоянии – 60 %, в ограниченно работоспособном – 35 %, в аварийном – 5 %. По результатам обследования тех же конструкций выявлено: в работоспособном состоянии – 60 %; в ограниченно работоспособном – 40 %, в аварийном – 0 %. Такая ошибка обследования грозит аварией для собственника объекта и уголовной ответственностью для эксперта. Подобная ошибка в статистическом приемочном контроле называется фиктивной приемкой партии продукции или риском потребителя [7]. Для оценки риска ошибок обследования предлагается оценить уровень экспертной организации по показателям, приведенным далее.

Другая ситуация. Допустим, фактическое распределение конструкций по категориям технического состояния: в работоспособном состоянии – 60 %, в ограниченно работоспособном – 40 %, в аварийном – 0 %. По результатам обследования выявлено: в работоспособном состоянии – 60, в ограниченно работоспособном – 35 %, в аварийном – 5 %. Эта ошибка приводит к излишним затратам на усиление (замену) конструкций или к приостановке эксплуатации объекта и финансовым потерям собственника. В процедуре статистического приемочного контроля такая ошибка называется фиктивной браковкой партии продукции или риском изготовителя [7]. Квалифицированная служба эксплуатации может обнаружить эту ошибку, поэтому для оценки риска ошибок ремонта следует оценить не только риск ошибки обследования, но и уровень службы эксплуатации объекта по приведенным далее показателям.

Таким образом, риски ошибок результатов обследования грозят существенными экономическими и социальными (в случае гибели или травмирования людей) потерями и должны учитываться при эксплуатации зданий и сооружений.

Например, ремонт покрытия снижает риск обрушения элементов покрытия, как правило, в пределах площади элемента покрытия или 1–2 шагов колонн в одном пролете. В то же время запаздывание усиления таких ответственных конструкций, как колонны, повышает риски более крупных аварий на грузовой площади всех конструкций, опирающихся на данную колонну (два шага колонн в двух смежных пролетах). При этом также необходимо учесть возможные ущербы от потери оборудования, травмирования и/или гибели людей в зоне обрушения. Может оказаться, что более крупная (по площади обрушения) авария на участке складирования по величине ущерба окажется незначительной по сравнению с локальным, точечным обрушением в зоне производственного сосредоточения людей и дорогого технологического оборудования.

Описание способа

Техническая эксплуатация здания обычно производится по фактическому техническому состоянию, которое, как показано, может быть определено с ошибками при очередном обследовании. С другой стороны, собственник объекта может игнорировать результаты обследования, не соблю- дать периодичность и необходимые объемы обследования, в результате чего правила технической эксплуатации также будут нарушены. При недостатках службы эксплуатации возможен случай некачественного проведения ремонта или усиления, что также увеличивает риск аварии.

Предлагаемый способ управления технической эксплуатацией зданий, сооружений заключается в выполнении стандартного обследования технического состояния здания, сооружения, на основе результатов которого рассчитывают риски при каждом локальном сценарии обрушений конструкций и строят карты рисков различного типа для риск-ориентированного управления техническим состоянием зданий и сооружений. Причем риски аварий определяют с учетом рисков ошибок обследования и технической эксплуатации, которые могут быть назначены по формализованным правилам.

Для оценки риска ошибок обследования оценивают следующие показатели уровня экспертной организации. Инженерно-технический персонал (группа Е 1 ): соответствие квалификации персонала; периодическое повышение квалификации работников. Материально-техническая база (группа Е ₂): наличие помещений и офисного оборудования; наличие поверенных средств измерений, уровень метрологического обеспечения; наличие аттестованных лабораторий для контроля и испытаний; уровень информационного обеспечения. Надежность и репутация (группа Е ₃): соответствие выполненных работ, заключений, отчетов требованиям норм; наличие сертифицированной системы менеджмента качества; опыт работы, география выполненных работ; удовлетворенность заказчиков (по количеству судебных исков). Оценку проводят экспертным путем с выводом обобщенного показателя работы экспертной организации от 0 до 1. Итоговую оценку предложено определять с учетом коэффициентов весомости: E = 0,4 E 1 + 0,3 E 2 + 0,3 E ₃.

Для оценки риска ошибок технической эксплуатации оценивают следующие показатели эффективности работы службы эксплуатации: соответствие квалификации персонала; повышение квалификации работников; метрологическое обеспечение процедур обслуживания; соответствие оборудования требованиям качества проводимых операций; наличие программы технического обслуживания с указанием периодичности и объемов; наличие программ, методик, регламентов для проведения работ; полнота документирования процедур; наличие политики в области качества и системы мотивации качественного труда; количество остановок производства по вине службы эксплуатации цеха; проведение внутренних проверок эффективности функционирования службы. Оценку службы эксплуатации проводят экспертным путем с выводом обобщенного показателя в виде среднего арифметического значения по оцененным от 0 до 1 показателям.

Для формализации мнения эксперта и повышения согласованности экспертных оценок, округляемых до пяти сотых, предложены решающие правила [8] (см. таблицу). Применение стандартных суждений по одному из трех критериев зависит от вида оцениваемого показателя. Например, соответствие квалификации персонала может составлять около 3/4 потенциала (трое из четырех сотрудников соответствуют) – оценка 0,75. Проведение внутренних проверок может быть нерегулярным при регламентации периодичности в эксплуатационной документации, что соответствует суждению «документировано и частично выполняется» и оценке 0,70.

Исходя из вышесказанного, предлагаемый способ управления технической эксплуатацией здания, сооружения сводится к последовательной реализации следующих этапов.

• 1.    Обследование здания по действующим нормативам (ГОСТ 31937-2011, СП 13-102-2003, ПБ Ростехнадзора и др.).

• 2.    Определение риска ошибок при обследовании объекта путем оценки экспертной организации.

• 3.    Определение риска ошибок при технической эксплуатации путем оценки службы эксплуатации объекта.

• 4.    Построение финансовой карты рисков (карты ущерба) с указанием материального и морального ущерба на плане здания, исходя из производственной документации, расположения оборудования и рабочих мест.

• 5.    Построение пространственной карты риска на плане здания с указанием зон поражения при обрушении несущих конструкций (колонн, стен, балок, ферм, плит) по различным сценариям развития аварии.

• 6.    Зонирование несущих конструкций на плане здания по категориям технического состояния на основе результатов обследования.

• 7.    Зонирование очередности ремонта и/или усиления конструкций путем наложения в плане здания карт ущерба, риска аварии и технического состояния для различных видов несущих конструкций.

• 8.    Расчеты вероятности обрушения конструкций по различным сценариям, определяемым по известным методикам. Уточнение очередности ремонта/усиления конструкций различных видов в зависимости от результатов расчета.

Карту ущербов составляют исходя из производственной документации, в зависимости от стоимости поврежденного технологического оборудования, невыпущенной продукции и количества персонала в зоне обрушения. Пространственная карта риска строится на плане здания и показывает зоны с различными значениями рисков при обрушении конструкций по различным сценариям. Временная последовательность и техническое содержание эксплуатационного контроля здания привязываются к указанным картам риска.

Основываясь на построенных картах риска, прогнозируют возможные ущербы при авариях с обрушением конструкций, разрабатывают очередность мероприятий по восстановлению их работоспособного состояния по видам конструкций и участкам здания. Последние могут назначаться с учетом конструктивного зонирования (температурные, осадочные, антисейсмические блоки) или технологических особенностей (производственные участки). В результате плановых эксплуатационных осмотров, обследований и экспертиз составляются картограммы дефектов и повреждений по площадям объекта, которые накладываются на карты их зонирования по возможным рискам отказа тех или иных конструкций. При совмещении указанных карт создается пространственная модель обслуживания по техническому состоянию, которая учитывает соотношения «поврежденность / ущерб от аварии» на каждом локальном участке конструктивной системы объекта.

Карты поврежденности составляются отдельно для каждого вида конструкций: колонн, стропильных ферм (балок), плит перекрытий, стеновых панелей. Видовой состав конструкций зависит от типа конструктивной системы здания: каркасная, стеновая, смешенная и т.д. Карты рисков также делаются «многослойными» для каждого вида конструкций. При анализе карта поврежденности колонн накла-

Решающие правила экспертных оценок

Экспертная оценка	Стандартные суждения о соответствии по критерию
	установленных требований	масштаба применения	документирования и выполнения
0,90...1,00	Очевидное соответствие (отлично)	Полный потенциал (результаты)	Документировано и выполняется
0,65...0,85	Высокое соответствие (хорошо)	Около 3/4 потенциала (результатов)	Документировано и частично выполняется
0,40...0,60	Среднее соответствие (удовлетворительно)	Около 1/2 потенциала (результатов)	Не документировано и частично выполняется
0,15...0,35	Низкое соответствие (неудовлетворительно)	Около 1/4 потенциала (результатов)	Не документировано и почти не выполняется
0,00...0,10	Очевидное несоответствие (недопустимо)	Малый потенциал (результаты)	Не документировано и не выполняется

д ыв ается н а к ар т у р исков ав ар ии к о ло н н. Отд ель но р а ссматр и в а ю т к арты повр еж д е нно сти и р и с к о в ав а р и и для о с т а льных в и д о в констр укций .

В результате анализа наложения карт получаем стратегию технического обслуживания и ремонтов. Чем больше поврежденность и выше ущерб от аварии, тем интенсивнее мероприятия техобслуживания (в содержательном и временном плане). Градация по срокам обслуживания и ремонта визуально отмечается разными цветами (возможно в автоматическом режиме). Таким образом, осуществляется риск- ориентированное управление техническим состоянием зданий и сооружений, обеспечивающее минимальные значения потенциальных ущербов при возможных авариях конструкций.

Пример использования способа

О б с ле дуе тся производстве н ных цех р а зм еро м в осях 24×42 м в виде д вух п ролё тно го о д ноэ таж ного здани я кар ка с но й конс тр ук ти в но й сис тем ы. Ж е лезобетонный кар ка с со с т о ит из ко л о нн, стр о пи л ьн ы х б а л ок, плит покры ти й ра зм е р о м 3 ×6 м. Рас с т а но в ка о б о р у дов а ния с зонир о ванием по стоим о сти, а также локализа ция пер с он а ла цеха показаны на рис. 1.

Со г л ас но р ис. 1 о сн о вное обору д ов ан ие сто и мос ть ю 1 0 0 млн руб . расп о лож е но в пр о л е те Б –В.

18 млн руб. расположено в пролете А–Б. На вспомогательном оборудовании работают 4 человека. Инженеры в количестве 4 человек работают в АБК, который расположен в цехе в осях А–Б/1–2. Рабочие цеха работают в 3 смены и 2 часа находятся в АБК, в котором расположены раздевалки, душевые, туалет, столовая, помещения для инженеров и собраний. Тогда вероятность их нахождения в цехе равна 22/24, а в АБК – 2/24.

В результате обследования строительных конструкций цеха составлена карта поврежденности плит покрытия с зонированием по категории технического состояния (рис. 2). Повреждены плиты только в пролете Б–В от протечек кровли. Плиты со следами замачивания находятся в работоспособном состоянии, с незначительной коррозией бетона и арматуры – в ограниченно работоспособном состоянии. Значительная коррозия бетона и рабочей арматуры свидетельствует об аварийном состоянии плит.

Совмещая карту поврежденности (см. рис. 2) с картой возможного ущерба при обрушении конструкций в пролете Б–В (рис. 3), получаем зонирование пролета по очередности ремонтных работ (рис. 4).

В приводимом примере зона поражения при обрушении аварийных плит совпадает с площадью этих плит (условно разлёт плит при падении не учитываем). В случае рассмотрения несущих кон-

Рис. 1. Зонирование оборудования и локализация работников цеха: в числителе – стоимость оборудования, млн руб., в знаменателе – количество рабочих мест

|       | - работоспособное состояние; I I - аварийное состояние;

|................|.........................| - ограниченно работоспособное.

Рис. 2. Зонирование плит покрытия по категории технического состояния тивной системы. В этом случае после зонирования указанных конструкций по категориям технического состояния необходимо после карты повреж-денности (см. рис. 2) выполнить зонирование по площади поражения, а затем переходить к построению карты возможного ущерба и зонированию по очередности ремонта/усиления.

Из сов ме стного р а ссм о тре н ия р ис. 3 и 4 сл е д уе т, что о брушение авари й ны х пл и т в осях 4–5 повлечет за собой в ых о д из с тр о я о сно вно го о б о ру д ован и я сто и м о стью 2 0 млн ру б ., вероя т ную гибель двух рабочих и потери , связ а нны е с невы пуще нно й прод укц и е й. Кроме того , вс кр ытие теп ло в о г о конт ур а здания при обруше н и и 4 пл ит п о крытия м о жет пр ив е сти к ра з мо р аживанию си сте мы от о плен ия це ха в з и м н е е вр ем я.

ущерба от нарушения технологического процесса

при обрушении плит покрытия формуле (2): T 1 = 20/118 = 0,169.

Относительный показатель ущерба:

L i = L dl L s .

Расчет показателя социального

найдем по

социального

(3) ущерба в за-

висимости от частоты нахождения людей под зоной обрушения:

L d = £ n • t i /24,

Расчеты рисков

Общий о тно с ительный эко но м и ч ес ки й у щ е р б от i -го сценария аварии в виде о брушени я несущих конструкций:

U i = Ti + C pt ,iLf

Относительный показатель экономического ущерба от нарушения технологического процесса:

i где ni – количество человек, находящихся под зоной возможного обрушения; ti – время нахождения людей под зоной возможного обрушения в течение суток, в часах; i – количество рассматриваемых случаев нахождения людей в зоне обрушения.

С учетом времени нахождения рабочих в цехе показатель социального ущерба при обрушении плит покрытия L d = 2 - 22/24 = 1,83 чел.

При обрушении всего здания показатель социального ущерба вычисляется в зависимости от частоты нахождения людей под зоной обрушения:

L s = n - t / 24,

Tt = T d/ T s ,

где T_d – в о з мож н ы й ущерб тех н ологи ч еском у пр оцессу от обрушения площадью A _d ; T_s – возможный ущерб техно ло г и чес ко му проц е сс у от обрушения всего здания площадью A s .

Согласно ри с . 1 в о зм о жный ущерб тех н ол о гич е ско м у пр оцес с у от о б р ушен ия в с е го зд а ния цеха равен T_s = 118 мл н руб. Пот е ри от невып у щенно й пр одукции, з атра т ы н а ра с ч и с т ку и м он таж у читывать не б у д ем (ус л овно ). Во зм о жный ущерб те хно л оги ч ес к ому пр о цессу о т обр у шен и я в осях Б–В/4–5 равен T_d = 2 0 мл н р уб .

где n – общее количество людей, находящихся в здании; t – время нахождения людей здании в течение суток, в часах.

С учетом трехсменной непрерывной работы в цехе максимальное значение показателя социального ущерба L s = 18 - 24/24 = 18 чел.

Относительный показатель социального ущерба при обрушении плит покрытия по формуле (3): L 1 = 1,83/18 =0,102.

Коэффициент социального риска, выраженный в отношении ущерба от человеческих жертв к ущербу, нанесенному технологическому процессу при обрушении всего здания:

Рис. 4. Зонирование пролета Б–В по очередности ремонта плит покрытий

где L s – показатель социального ущерба; VSL – среднестатистическая стоимость жизни; T s – возможный ущерб технологическому процессу от обрушения всего здания.

Согласно расчетам среднестатистической стоимости жизни в РФ по уровню удельного ВВП ($ 27 893) и средней продолжительности жизни (72,7 лет), статистики страховых выплат, рекомендуется принять VSL для РФ равным 4,0 млн рублей [9]. Тогда коэффициент социального риска C pt = 18 - 4/118 = 0,61.

Общий относительный экономический ущерб от обрушения плит покрытия в осях Б–В/4–5 по формуле (1): U 1 = 0,169 + 0,61 - 0,102 = 0,231.

Допустим, по одной из известных методик [10–14] была определена вероятность обрушения P 1 = 2 - 10^-4 аварийных плит покрытия на локальном участке Б–В/4–5. Тогда риск аварии определяется по формуле:

R i = P i - U , /( K ex K e ), (7) где P_i – вероятность аварии по i -му сценарию; U_i – ущерб от аварии по i -му сценарию; K_ex – показатель риска ошибок обследования; K_e – показатель риска технической эксплуатации и ремонта.

Пусть по показателям, перечисленным выше, экспертным путем определены коэффициенты K ex = 0,92 и K ex = 0,95, тогда риск аварии по рассматриваемому сценарию по формуле (7): R 1 = 2 - 10- 4 - 0,131/(0,92 - 0,95) = 0,30 - 10^-4.

После подобных расчетов по всем видам аварийных конструкций определяется окончательный вариант очередности ремонтов и усилений.

Вывод

Новый способ управления технической эксплуатацией относится к зданиям и сооружениям преимущественно производственного назначения и предназначен для оценки технического состояния строительных конструкций и организации эксплуатационного контроля зданий и сооружений. Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности зданий и сооружения и снижение рисков ущербов при возможных строительных авариях.