Выбор оптимального метода восстановительных работ на действующих водопроводных и водоотводящих сетях

12 мая 2016 г.

Для реализации поставленной задачи разработана универсальная комплексная автоматизированная программа выбора оптимального метода реконструкции на водопроводной и водоотводящей сетях города.

Ниже представлены некоторые теоретические предпосылки решения подобной оптимизационной задачи.

Наряду с выбором объекта реновации (участка сети) проектировщикам требуется определить оптимальный метод бестраншейной реконструкции участка трубопровода, что на сегодняшний день остается весьма сложной задачей, так как требует оценки значительного количества факторов, среди которых в первую очередь следует учитывать стоимость производства работ (С), технологическую продолжительность процесса (Т), а также временной (В), технический (Д) и гидравлический (Г) факторы. Учет всех перечисленных выше факторов требует выявления их некоторого средневзвешенного показателя, который бы явился критерием выбора оптимального метода реновации. В свою очередь, наличие значительного объема информации требует разработки автоматизированной программы расчета по выбору наиболее оптимального решения из предложенных.

Расшифровка факторов и пояснение термина средневзвешенного показателя представлены ниже.

Стоимостной показатель (С): стоимость строительно-ремонтных работ на 1 пог. м трубопровода (например, в тыс. руб.) для соответствующего метода бестраншейной реабилитации и определенного диаметра; средневзвешенный стоимостной показатель КС = С/ССР, где ССР — усредненное (среднее арифметическое) значение стоимости всех подлежащих рассмотрению вариантов бестраншейного восстановления трубопроводов.

Технологический показатель (Т): продолжительность полного цикла работ (сут) при длине рабочего участка 100 м для соответствующего метода бестраншейной реабилитации и определенного диаметра; средневзвешенный технологический показатель КТ = Т/ТСР, где ТСР — усредненное значение продолжительности полных циклов работ всех подлежащих рассмотрению вариантов бестраншейного восстановления трубопроводов.

Временной показатель (В): частота проведения последующего ремонта (замены) трубопровода (1/год) при реализации соответствующего метода бестраншейного восстановления, т. е. величина, обратная сроку службы восстановленного трубопровода; средневзвешенный эксплуатационный показатель КВ = В/ВСР, где ВСР — усредненное значение частот проведения ремонта (замены) всеми подлежащими рассмотрению вариантами бестраншейного восстановления трубопроводов.

Технический показатель (Д): потери диаметра (%) при проведении соответствующего метода бестраншейного ремонта трубопроводов; средневзвешенный технический показатель КД = Д/ДСР, где ДСР — усредненное значение потерь диаметра всеми подлежащими рассмотрению вариантами бестраншейного восстановления трубопроводов.

Гидравлический показатель (Г): величина, обратная важнейшему параметру водоотводящих сетей — коэффициенту Шези (в случае ремонта безнапорных сетей) или коэффициенту гидравлического трения λ (для ремонта напорных сетей).

Под средневзвешенным суммарным значением показателей для каждого рассматриваемого варианта понимается сумма ∑ (Кс + Кт + Кв + Кд + Кг). Как указывалось выше, минимум средневзвешенного суммарного значения показателей рассматриваемого варианта бестраншейной реновации определяет его приоритет по отношению к другим.

На основе изложенных выше теоретических предпосылок был составлен алгоритм автоматизированной программы и сама программа. В частности, алгоритм предусматривает наличие входной и выходной форм, где представляется информация:

  • о ремонтном участке трубопровода с конкретными сведениями о диаметре и материале изготовления трубопровода, режиме движения жидкости в нем (напорный или безнапорный) и степени повреждения (нарушение или ненарушение несущей способности трубопровода);
  • методах бестраншейной реновации соответственно характерных для напорных или безнапорных трубопроводов.

В алгоритме расчета оптимальных параметров заложены следующие циклы ограничений:

  • внешний, где отсекаются методы реновации по восстанавливаемому диаметру трубопровода, если он не входит в интервал диаметров, соответствующих тому или иному методу реновации из числа рассматриваемых;
  • первый внутренний, где отсекаются методы реновации по материалам, т. е. металлические или неметаллические трубопроводы;
  • второй внутренний, где отсекаются методы реновации по степени повреждения, т. е. несущая способность нарушена и несущая способность не нарушена;
  • третий внутренний цикл оптимизации по минимальному средневзвешенному показателю.

Автоматизированная программа расчета позволяет на основании исчерпывающей информации о диапазонах и возможностях рассматриваемых методов бестраншейной реновации определить наиболее эффективный вариант восстановления. В задачи автоматизированной программы входит также построение в автоматизированном режиме гистограмм, иллюстрирующих пять указанных выше показателей оптимального метода бестраншейной реновации.

Программа построена таким образом, чтобы являться своеобразным каталогом (базой данных) всех бестраншейных технологий, используемых для восстановления как водопроводных, так и водоотводящих сетей.

При выводе на дисплей автоматизированная программа показывает в качестве базовой информации четыре вкладки, отражающие паспортные данные и другую информацию, в частности: диаметры, режим работы трубопровода, материал изготовления и степень повреждения, рисунки ниже. Отличие в рисунках состоит в том, что на первом представлен весь комплекс исходных данных по ремонтному участку напорного трубопровода, а на втором — безнапорного, где характерными отличиями являются содержание п. 5 в цикле оптимизации, а также в видах дефектов, свойственных напорным или безнапорным сетям.

Диалоговое окно программы оптимизации выбора метода бестраншейного восстановления для напорных трубопроводов

3.13

 

Диалоговое окно программы оптимизации выбора метода бестраншейного восстановления для безнапорных трубопроводов 

3.14

Под вкладками расположена группа Циклы оптимизации по с пятью позициями, соответствующими факторам С (1), Т (2), В (3), Д (4) и Г (5).

В нижней части экрана представлена строчная буквенная информация по методам бестраншейной реновации и цифровая информация по параметрам, входящим в циклы ограничений: по диапазонам диаметров, кодам материала изготовления и степени повреждений, а также конкретным данным по факторам 1-5.

Над информацией о методах реновации имеются кнопки Показать, Все методы и Только допустимые, а также Правка, + и -

С правой стороны экрана расположены кнопки Выходная форма, предполагающая распечатку выходной информации, и Гистограмма.

Для выхода из программы предусмотрена кнопка Закрыть программу.

Рассмотрим последовательность операций работы с программным комплексом.

1. Производится заполнение верхних четырех вкладок, т. е. указываются диаметр, режим работы трубопровода и материал изготовления (1 — металл, 2 — неметалл, 0  — универсально по умолчанию металл и неметалл), и дефекты по кодам, соответствующие строкам таблицы Характер дефектов, ранее заполненной оператором соответственно для напорных или безнапорных трубопроводов (строчная информация по дефектам может подлежать ручной корректировке). Код соответствующего повреждения отмечается галочкой в крайнем правом столбце таблицы Характер дефектов; после внесения информации автоматически производится корректировка в Цикле оптимизации (п. 5 гидравлический фактор: коэффициент гидравлического трения — для напорных трубопроводов или коэффициент Шези — для безнапорных).

2. Следующим этапом является работа с таблицей в нижней части экрана Методы реновации, где представлены используемые на сегодняшний день методы восстановления трубопроводов. Заполнение строк таблицы производится последовательно, слева направо. Вносятся: название метода, диапазон диаметров (начальный и конечный), материал изготовления (1,2,0 или пусто), коды дефектов (через запятую) и сведения по пяти позициям циклов оптимизации.

3. Перед проведением операций внесения изменений или дополнений по тому или иному методу нажать на кнопку Все, затем на кнопку Показать. Если необходимо просмотреть только оптимальный вариант реновации (после расчета), необходимо нажать кнопку Только допустимые и потом Показать.

4. Для правки сведений в методах реновации или введения новых методов (режим корректировки базы данных) нажать кнопку Правка и в крайнем левом столбце напротив искомого метода реновации поставить черную метку. Затем внести всю буквенную и цифровую информацию по соответствующему методу; любое изменение информации подтверждается нажатием кнопки Применить, которая автоматически появляется на месте кнопки Показать при работе программы в режиме корректировки методов. При необходимости отмены правки нажать кнопку Отменить, которая также автоматически появляется в режиме корректировки базы данных.

5. При необходимости внесения в базу данных нового метода нажать кнопка +, появится новая строка с названием Новый метод; напротив него ставится черная метка и производится внесение буквенной и числовой информации . После внесения информации нажать кнопку Подтвердить,

6. Для удаления из базы данных вновь введенного или введенного ранее метода реновации напротив него нужно поставить черную метку, затем нажать кнопку после чего подтвердить или опровергнуть команду удаления.

7. Для распечатки выходной информации, гистограммы нажать соответствующие кнопки Выходная форма или Гистограмма.

Гистограмма отражает стоимость производства работ, технологическую продолжительность процесса, временной, технический и гидравлический факторы оптимального метода бестраншейной реновации, для которого характерен наименьший средневзвешенный показатель.

На рисунке ниже в качестве примера работы автоматизированного комплекса представлена результирующая гистограмма для оптимального метода реновации трубопроводной сети.

Гистограмма оптимального метода реновации участка водопроводной сети путем нанесения цементно-песчаных покрытий

3.15

В таблице ниже представлена итоговая распечатка с возможными методами реновации трубопровода, где по сумме средневзвешенных показателей (минимальное значение 4,9011) оптимальным решением является нанесение цементно-песчаного покрытия.

Итоговые сведения по методам реновации участка водопроводной сети с оптимальным решением (выделено жирным шрифтом)

Показатели

Наименование метода реновации

нанесение цементно-песчаных покрытий

нанесение набрызгового покрытия Скотч — Коут

Стоимостные, тыс. руб./пог. м (С)

3,2

5,0

Средневзвешенный стоимостной показатель (Кс — С/Сср)

0,7805

1,03

Технологические: продолжительность цикла, сут (Т)

2

2

Средневзвешенный технологический показатель(КТ= Т/Тср)

1,00

1,00

Временной (величина обратная сроку службы), 1/год (В)

0,0333

0,0330

Средневзвешенный временной показатель (Kв=B/Bср)

1,00

1,00

Технический: потери диаметра (живого сечения), % (Д)

б

8

Средневзвешенный технический показатель (КД = Д/Дср)

0,7692

1,2308

Гидравлический,λ

0,025

0,012

Средневзвешенный гидравлический показатель (КД = Д/ Дср)

1,3514

0,6486

Сумма средневзвешенных показателей

4,9011

5,0989