Metodika posouzení životního cyklu mostů

Ilustrační foto (zdroj: Pixabay.com) Ilustrační foto (zdroj: Pixabay.com)

Celkové posouzení životního cyklu, které se zaměřuje na udržitelnost výstavby mostních konstrukcí, je rozděleno do tří hlavních kategorií, viz obrázek 1. Za prvé, environmentální kvalitu konstrukce zohledňuje analýza emisí v rámci posouzení vlivu životního cyklu na životní prostředí (LCA). Ekonomická kvalita konstrukce je zahrnuta pomocí nákladů, které se vyskytují během celého životního cyklu (LCC) a jsou definovány ve druhé kategorii. Sociální a funkční kvalita konstrukce je zahrnuta v třetí hlavní kategorii, kterou je sociální analýza životního cyklu (LCS). Při použití holistického přístupu k celému životnímu cyklu mostů je po celou dobu životnosti zohledněn vliv uvedených parametrů na konstrukci i na společnost.

Popis výkonnosti konstrukce a jejích detailů během životního cyklu je podmínkou pro určení jakékoliv akce během provozu potřebné k zajištění funkce konstrukce. Na počátečním návrhu a stavu konstrukce jsou závislé inspekční a opravné zásahy potřebné během života konstrukce a také stav mostu na konci životnosti. Účinky degradačních a opravných akcí mohou vést k dodatečným emisím (LCA), nákladům (LCC) a omezené sociální a funkční kvalitě konstrukce (LCS).

Použití tohoto holistického přístupu pro celý životní cyklus je základem pro přechod od návrhu mostů, který je založen na počátečních stavebních nákladech, k udržitelnému návrhu s přihlédnutím k faktorům, jako je doba výstavby, trvanlivost a efektivní využití materiálu.

Příspěvek si klade za cíl představení certifikované metodiky pro hodnocení mostních konstrukcí z hlediska celého životního cyklu a aplikaci této metodiky při výběru vhodné varianty řešení mostní konstrukce. Dále byl vyvinut excelový software HAT (Holisitic Assessment Tool), který slouží k porovnávání vhodnosti variant mostů v raných fázích projekčních prací.

NÁKLADY NA ŽIVOTNÍ CYKLUS LCC

Posouzení nákladů na životní cyklus (LCC) je ekonomická metoda hodnocení, ve kterém se uvažují všechny příslušné náklady ve stanoveném časovém období, včetně uvážení časové hodnoty peněz. Celkové náklady na životní cyklus zahrnují nejen náklady na výstavbu, ale i další náklady, jako je návrh, údržba, demolice, a další uživatelské náklady, které mohou představovat významnou část celkových nákladů na životní cyklus mostů. V rámci představované metodiky jsou stanoveny náklady ve třech fázích životnosti mostní konstrukce:

a) fáze výstavby,
b) fáze provozu a
c) fáze konce životnosti.

Pochopení časové hodnoty peněz a skutečnosti, že náklady odrážející se v posouzení LCC vznikají v různých časových okamžicích, vyvolává nutnost převést všechny hodnoty nákladů na hodnotu ve společném okamžiku. Pro určení této hodnoty existuje několik metod, z nichž některé jsou:

  • metoda návratnosti, která určuje čas potřebný k návratu počáteční investice,
  • ekvivalentní roční náklady, které vyjadřují roční náklady na vlastnictví a provozování aktiva po celou dobu jeho životnosti,
  • vnitřní míra návratnosti, což je diskontní sazba, u které se čistá současná hodnota nákladů (záporné peněžní toky) rovná čisté současné hodnotě zisků (kladných peněžních toků)
  • přístup zohledňující čistou současnou hodnotu, který přímo uplatňuje diskontní sazbu na předpokládaný peněžní tok každého roku.

Přístup zohledňující čistou současnou hodnotu, zmíněný výše, je jednou z nejpoužívanějších metod pro porovnání minulých a budoucích peněžních toků se současnými. Aby náklady byly časově ekvivalentní, přístup je diskontuje na společný časový okamžik, přičemž diskontní sazba peněz odráží náklady na zmeškané příležitosti investora v čase.

SOCIÁLNÍ ANALÝZA ŽIVOTNÍHO CYKLU LCS

Hodnocení sociálních kritérií plně respektuje okrajové podmínky integrální analýzy. Sociální kritéria umožňují vyčíslit dopady mostní konstrukce na její přímé uživatele a obyvatele žijící v jejím okolí. Uživatelé mostu jsou všichni lidé cestující po mostě i pod ním.

Pro posouzení sociální analýzy životního cyklu jsou uváženy dva typy ukazatelů: povinné, které se doporučují zahrnout do posouzení životního cyklu vždy; a volitelně, které mohou být zahrnuty nebo ne, v závislosti na účelu posouzení.

Povinné ukazatele mají za cíl vyčíslit dopady vyplývající z jakékoli stavební činnosti na uživatele mostu. V tomto případě jsou zvažovány tři typy ukazatelů:

  • náklady na zpoždění řidiče,
  • náklady na provoz vozidla
  • náklady na nehodovost.

V této skupině je často zahrnut i dopad objížděk na uživatele mostu. Pokud musí být z jakéhokoli důvodu provoz na mostě nebo pod ním uzavřen, a odkloněn na objízdnou trasu, lze vliv času a délky objízdné trasy započítat do třech výše uvedených ukazatelů. V posouzení LCS prezentovaném v této kapitole jsou proto brány v úvahu pouze tři základní ukazatele.

Volitelné ukazatele jsou poté například hluk a estetika mostu. Ačkoliv je estetika mostu považována za běžnou součást jeho koncepčního návrhu, v konkrétních případech, jako jsou speciální typy mostů, mosty budované v městských prostředích apod., může být estetická hodnota mostu zásadním kritériem.

VLIV NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Pro udržitelný rozvoj je zásadní uvážení celého životního cyklu konstrukce. V tomto kontextu překračuje návrh mostu tradiční požadavky na bezpečnost návrhu a počáteční náklady na stavbu. Životním cyklem mostu se rozumí celý proces od získání surovin až po vyřazení mostu z provozu. Předpokládá se predikce chování mostu během jeho života, odhad vlivu údržby a oprav apod. Kromě těchto pro návrh mostu netradičních aspektů, jako je vliv na životní prostředí, a ekonomické a společenské vlivy, je třeba uvažovat s tradičními aspekty jako je bezpečnost návrhu a počáteční cena konstrukce.

Cílem LCA je zhodnotit environmentální vlastnosti mostů v průběhu jejich životního cyklu. Předpokládaná délka analýzy je 100 let, což odpovídá návrhové životnosti mostů.

Během stavby mostů (za předpokladu, že komunikace je v provozu) nebo pokud je most opravován, se tvoří dopravní zácpy důsledkem omezení provozu v oblasti stavebních prací. Toto zpoždění související se stavebními pracemi má za následek zvýšenou spotřebu paliva a související emise. Účinky těchto dopravních omezení jsou do LCA také zahrnuty. Tabulka 1 zobrazuje indikátory dopadů na životní prostředí hodnocených v rámci LCA.

MULTIKRITERIÁLNÍ ANALÝZA A VYHODNOCENÍ

Jakmile jsou pro most definovány různé varianty řešení, konečným krokem návrhu je jejich srovnání. K tomu slouží normalizace výsledků v jednotlivých kritériích hodnocení mostu, jejich vážení a posléze porovnání výsledného součinitele udržitelnosti. Vztahy mezi kritérii jsou dány přiřazením váhy k jednotlivým kritériím (wj = 1, 2,…, k), což představuje relativní význam různých kritérií. Čím vyšší je váhový faktor, tím důležitější je kritérium. Tabulka 2 obsahuje doporučené váhové faktory využité v nástroji HAT.

DEFINICE PRŮMĚRNÝCH ŽIVOTNOSTÍ KONSTRUKČNÍCH PRVKŮ

Jedním z nejdůležitějších vstupů do hodnocení životního cyklu mostů je životnost jeho jednotlivých prvků. Od té se dále odvíjejí náklady na jeho údržbu, délky a četnost dopravních omezení.

Tabulka 3 – Životnosti konstrukčních prvků – byla sestavena na základě vlastního výzkumu zpracovatelů a stávajících předpisů TKP a srovnána s průřezovými názory reprezentativního vzorku odborné veřejnosti. Data byla vyhodnocena do třech skupin, minimální životnost, maximální životnost a průměrná životnost, ty byly posléze přiděleny třídám zatížení dopravních komunikací S-I až S-VI.

ZÁVĚR

Představená metodika uvádí konkrétní metodu posuzování mostů s ohledem na hodnocení jak pořizovacích nákladů, tak nákladů životního cyklu včetně likvidace mostu (LCC) a kombinuje se sociálními náklady životního cyklu LCS a dopady do životního prostředí LCA. Umožňuje tak volbu komplexně optimální varianty mostu se zaměřením na stupně DÚR , případně DSP. Metodiku lze použít pro porovnání materiálových a technických řešení mostu ale i celkových komplexních variant srovnávajících různé trasování či rozmístění spodní stavby a související rozpětí.

Ing. Jan Žitný
doc. Ing. Pavel Ryjáček, Ph.D.
České vysoké učení technické v Praze

REFERENCE:
[1] Ryjáček, P.; Wald, F.; Jehlička, P.; Popa, N.; Charlier, M.; Tibolt, M.; Redemacher, D.; Kuhlmann, U. et al.: Holistic approach to sustainability of bridges. Steel Construction. 2018, 11(3), 179 – 183. ISSN 1867-0520.
[2] Žitný, J.; Ryjáček, P.: Nástroj pro optimalizaci spřažených ocelobetonových silničních mostů. Výzkumná zpráva. 2017.
[3] Žitný, J.; Ryjáček, P.: Hodnocení mostů pro VRT z hlediska LCC a LCA. Výzkumná zpráva. 2017.
[4] Žitný, J.; Ryjáček, P.; Lepš, M. The complex approach to optimization of composite bridges. In: Life-Cycle of Engineering Systems: Emphasis on Sustainable Civil Infrastructure. Londýn: Taylor & Francis Group, 2017. p. 1881 – 1890. ISBN 978-1-138-02847-0.
[5] Jehlička, P.; Ryjáček, P.; Wald, F. Podpora posuzování životního cyklu ocelobetonových mostů. In: Sborník přednášek KONSTRUKCE 2017. Ostrava: Česká asociace ocelových konstrukcí (ČAOK), 2017. p. 1 – 5. ISBN 978-80-905356-4-0.

Reklama

Vážené čtenářky a čtenáři,

od roku 2020 jsme spustili nový web časopisu SILNICE ŽELEZNICE. Všechny historické články lze dohledat na „staré verzi webu“ - old.silnice-zeleznice.cz. Pokud jste si na své firemní stránky některý z našich článků někdy vložili, upravte si v administraci odkaz - vložte slovo „old“, čili old.silnice-zeleznice.cz/ … (link článku). Odkaz bude plně funkční.

Kalendář akcí